烟气余热回收利用型溴化锂吸收水机在热轧电三联供系统中的应用

烟气余热回收利用型溴化锂吸收水机在热轧电三联供系统中的应用

0烟气余热回收利用型溴化锂吸收式冷热水机在我国的应用情况三冷能源生产降低了夏季能源的峰值，填补了夏季天然气的河谷值，提高了能源和燃气设备的负荷率，减少了公共和私人能源的投资。系统具有设计简便、施工周期短、可实现自动化运行管理等优点,也被广大工程技术人员所接受。因此,冷热电三联供系统成为目前世界各国大力提倡的新技术。冷热电三联供系统的核心设备之一是烟气利用型吸收式制冷机,最近几年,国内制冷企业先后推出烟气余热回收利用型溴化锂吸收式冷热水机(以下简称烟气利用溴冷机),并在国内外冷热电三联供项目中应用。在烟气利用溴冷机的开发研制过程中,为了缩短研发周期、减少研发费用,多采用数值仿真的手段。本文采用了数值仿真与实验相结合的方法,对烟气利用补燃型溴冷机的烟气高压发生器进行优化设计,并对所设计的烟气高压发生器数值仿真计算结果进行了分析。1确定烟气余热单独驱动的方案在国内,烟气利用的冷热电三联供系统应用较多,它充分利用了直燃型溴冷机的特点,主要模式是将直燃机与燃气轮机“无缝”结合。具体的结合方式是燃气轮机+烟气利用补燃型溴冷机,如图1所示。这种模式的工作原理是:燃气轮机发电机组的烟气余热能够满足空调负荷所需加热量时,由烟气余热单独驱动补燃型溴冷机进行制冷(供热);当烟气余热量小于空调负荷所需加热量时,烟气利用补燃型机组中的燃烧装置启动,从而由燃气直接燃烧对机组提供补充热量,使得机组的总热量与空调负荷相匹配,满足供冷(供热)要求。在烟气利用补燃型溴冷机的设计中,烟气高压发生器、补燃高压发生器及机组本体的配比比例主要有1∶1∶1,1∶1.5∶1.5和1∶2∶2三种方式,具体的配置方式需根据项目、燃气轮机、空调使用方案以及投资等具体情况来确定。本项目中采用1∶1∶1配比的机组,该型号机组适用于燃气轮机排出的烟气量较大的情况,能够在保证区域供电负荷的前提下满足区域的空调负荷。具体匹配方式是在直燃型溴冷机上增设一个相应的烟气利用型高压发生器,机组运行时优先利用烟气热量;当发电机停机或发电负荷比较小,排出烟气量少时,如果单独利用烟气高压发生器无法满足空调负荷,则启动补燃高压发生器。2烟气高压发生器烟气利用补燃型溴冷机结构设计的关键在于利用燃气轮机排出烟气的高压发生器,具体地说,就是烟气高压发生器的设计计算,它包括循环参数的选定、烟气高压发生器液管的布置及压力损失和换热量的计算、烟气的比热容及比焓计算等。2.1烟气高压发生器溴化锂水溶液和蒸气物性在进行溴化锂水溶液物性参数的计算时,以现有的和文献中的经验公式为依据,编制运算程序,把所得结果与样机实验测试值进行对比,然后对公式和程序加以修正。而在水蒸气物性参数计算中,则采用了IAPWS-IF97物性参数计算模型编制运算程序。在产品研发过程中,烟气高压发生器内溴化锂水溶液和水蒸气物性变化也按上述方法选用数学计算模型,用Excel编制程序,并制作了烟气高压发生器溴化锂水溶液和水蒸气物性参数变化Excel表。关于壳侧烟气工质的热物性计算,采用了文献中的计算方法。2.2布置方案的确定采用商用软件编制了烟气利用溴冷机的烟气高压发生器本体换热器流动和换热数值模拟程序,对给定条件进行计算。在高压发生器设计过程中,液管布置方案有全光管叉排、全肋片管叉排和前肋片管后光管叉排三种方式。经过对模拟计算结果分析,本文选用了前肋片管后光管叉排方式。具体的结构形式是烟气和溴化锂水溶液逆向流动,烟气先冲刷光管再冲刷肋片管,肋片管每排是一流程,全部光管是一流程,溴化锂水溶液沿烟气逆流方向流经多程肋片管管排,被烟气加热到烟气高压发生器内压力所对应的饱和温度,然后再进入烟气高压发生器内的光管群中继续被加热、蒸发,产生水蒸气。2.3数值模拟1管程和水压降温度ndf壳程:排烟温度550℃,流经高压发生器后出口温度170℃,流量2988kg/h,要求压降低于973Pa。管程:溴化锂水溶液入口温度126.6℃,质量分数57.84%,流量6852kg/h;溴化锂水溶液出口温度153.7℃,质量分数60.73%,流量6526kg/h;蒸气出口温度153.7℃,流量326kg/h。整体换热量大于348.9kW。2管、光管、管程数及流场肋片管:管排数6,管数45,管程数6,横向间距67mm,纵向间距58mm,管长度1000mm,管外径34mm,管内径25mm,肋片直径67mm,肋片数197个/m。光管:管排数14,管数119,管程数1,横向间距59mm,纵向间距29.5mm,管长度1000mm,管外径34mm,管内径25mm。壳程:排烟温度550℃,流经高压发生器后出口温度165.7℃,流量2988kg/h,压降189Pa。管程:溴化锂水溶液入口温度126.6℃,质量分数57.84%,流量6852kg/h;溴化锂水溶液出口温度153.6℃,质量分数60.73%,流量6526.5kg/h;蒸气出口温度153.6℃,流量325.5kg/h。整体换热量为357.7kW。3结构形式的数值仿真本文研发的烟气利用补燃型溴冷机应用于冷热电三联供系统中,采用1∶1∶1的匹配方式。烟气高压发生器的设计采用了计算机数值仿真的方法,将物性参数计算结果、高压发生器结构形式的设计和高压发生器的热力计算结果,与相同型号直燃机相近