天然气发电工程用双温位导热油供热系统工艺模拟.pdf

文章编号:():./.天然气发电工程用双温位导热油供热系统工艺模拟收稿日期:苏海鹏杜胜华刘屹然姜国策王鹏南刘慧文王惠云(.华油惠博普科技股份有限公司北京分公司设计研究院北京.燕山大学河北省土木工程绿色建造与智能运维重点实验室河北 秦皇岛.燕山大学河北省建筑低碳清洁供热技术创新中心河北 秦皇岛.西安西热水务环保有限公司陕西 西安 .陕西建工金牛集团股份有限公司陕西 西安 .陕西建工金牛节能环保装备研究院有限公司陕西 西安)摘 要:为研究导热油热物性对供热系统运行和工艺设备选型的影响采用 工艺软件模拟了天然气发电工程用双温位导热油供热系统 对导热油供热系统的调控过程进行了阐述分析了流量和温度的调控对系统设计及运行过程的影响 结果表明双温位导热油供热系统中导热油热物性对系统设备选型有明显的影响 高低温循环“独立”设计和运行可避免单循环系统热油泵选型与运行的大功率和大流量 双温位热油供热系统节约工程投资节能效果显著关键词:双温位导热油供热工艺模拟调节中图分类号:.文献标识码:第一作者:苏海鹏()男高级工程师 主要从事热能工程相关装置与工艺的设计研究工作 (.):.天然气发电工程用双温位导热油供热系统工艺模拟 .“”.:前言导热油供热系统作为能够提供低压、高温热源的供热装置广泛应用于石油天然气、燃气发电、石油化工、纺织印染、建筑建材等工业领域具有安全可靠、高效稳定、管理方便等优点作为传统的加热和供热系统得到了比较广泛的应用 在燃气发电工程天然气处理工艺中如再生气的加热、胺液再生等过程都需要大量低压、高温热工质以保证工艺装置的正常运行 所谓双温位供热系统是通过对热源的梯级利用为多个热用户提供不同用热参数的一种供热系统 在热源热负荷、供热温度和介质回流温度允许的范围内可为多温位供热系统即采用同一热源来满足多个不同用热参数的供热系统 工程应用中因供热系统具有占地面积小、投资成本较低等因素被越来越多地应用于不同需求的多用户本文以某天然气发电项目用双温位导热油供热系统为研究对象采用 工艺软件进行了工艺模拟计算 对导热油供热系统的调控过程进行了阐述分析了流量和温度的调控对系统设计及运行过程的影响 双温位导热油供热系统.工艺原理及流程双温位导热油供热系统中导热油加热炉提供大温差、高供热温度的导热油热油循环经过“双混合”和“双循环”(“双回流”)两个过程实现系统内的加热与利用图 为单循环导热油供热系统工艺流程 供热系统循环的导热油在炉管内被外部高温烟气加热升温高温导热油一部分供给高温参数用户另一部分供给低温参数用户及返回导热油加热炉 高温参数用户的回油与低温参数用户的回油混合为低温导热油低温导热油一部分与来自加热炉的高温导热油混合形成中温导热油并提供给低温参数用户另一部分与加热炉回流的高温导热油混合后循环回加热炉图 单循环导热油供热系统工艺流程天然气发电工程用双温位导热油供热系统工艺模拟.热源与用户参数计算在双温位热油供热系统中重要的参数为加热炉热负荷、热油循环量及热油泵的循环量 根据上述双温位热油系统的工艺流程与原理系统相关参数按式()和式()计算()加热炉热负荷计算()()()()式中、分别为加热炉热负荷、高温用户热负荷、低温用户热负荷 热油比热/()热油密度/热油循环量/、分别为热油供、回油温度()单循环系统热油循环量计算()()()()式中 高温用户热油循环量/给低温用户的掺混热油循环量/在高低温参数用户热负荷与导热油温度给定的条件下根据用户侧工艺介质对温度和热量的需求满足供热系统的工艺模拟的质热平衡计算的热负荷与供热系统参数如表 所示 根据高温热用户的需求经过圆整并考虑加热炉的热效率后确定热源和用户的热负荷 对于单循环热油供热系统式()适用加热炉的热油循环量和循环泵的热油循环量 对于双循环供热系统加热炉和高低温热油泵的循环量则需要根据加热炉和用户的热负荷用式()和式()分别计算表 供热系统参数装置热负荷/入口温度/出口温度/导热油炉 高参数热交换器低参数热交换器.工艺模型构建根据供热系统工艺流程及设定参数采用广泛应用的 模拟软件进行供热系统工艺模型的构建 考虑到后续工艺技术方案工艺设备的选型与比较采用双循环泵的工艺流程构建计算模型如图 所示 在供热系统流程中“双混合”是指低温参数用户的供油来自加热炉的高温导热油与低温参数用户的低温回油混合、高温参数用户回油与低温参数用户末端回油混合这两个过程“双循环”是指加热炉回流的部分高温导热油与低温导热油汇管热油循环进加热炉进行加热的过程以及高低温参数用户末端导热油混合后部分供给低温参数用户的这两个循环过程各自由不同的循环泵提供动力实现导热油的循环 双循环导热油供热系统的优势在于高低温循环分开运行避免了单循环系统热油泵的大功率和大流量输送图 双循环导热油供热系统工艺流程模型 工艺模拟结果及分析.模拟工质的选择根据上述设定的加热炉和高温用户的温度参数要保证供热系统和满足高低温用户的正常运行供热系统需要采用高温导热油介质 在 工艺软件的数据库中选择满足要求并具有良好经济性能 系列的、和 导热油热物性如表 及图 图 所示 不同类型的导热油其密度、比热、导热系数和黏度热物性在相同温度下存在明显的差异其中密度、导热系数和黏度随着温度的升高而降低而比热值随着温度的升高而升高 特别是 与 的密度值在温度大于 以上开始呈现“分离”的趋势 这种情况势必对循环泵和加热炉等的选型有着较大影响天然气发电工程用双温位导热油供热系统工艺模拟在相同的质量流量下导热油体积流量具有一定的差异 在相同热负荷条件下比热值不同的导热油其质量流量也是不尽相同的而导热油的导热系数、黏度对加热炉和用户工艺设备的选型也有一定影响 因此有必要对导热油的热物性进行研究以了解其对供热系统及工艺设备选型的影响 由于供热系统导热油的循环量对工艺装置至关重要因此本文着重讨论导热油的密度和比热值对循环泵和加热炉选型的影响表 导热油主要特性数据参数名称闪点()(开环)(开环)闪点()(闭环)(闭环)着火点()自燃温度()()()()()()沸点 倾点()最佳使用温度 最大允许膜温度 图 导热油密度曲线 图 导热油比热曲线图 导热油导热系数曲线 图 导热油黏度曲线.工艺模拟过程设置与调控根据表 确定的加热炉及用户温度参数和图 的工艺流程模型结合 的工艺模拟原理流程运行中的变量分别为加热炉出口回流的高温导热油流量和中温导热油的循环量即工艺模拟过程主要是对“双混合”和“双循环”等参数的设置与调控在工艺模拟过程调整这两个过程中相关参数才能保证工艺模型能够正常运行而工艺设计和运行也需要通过调节与控制措施确保设计的正确性和运行参数满足用户需求天然气发电工程用双温位导热油供热系统工艺模拟.导热油介质对工艺设备选型的影响根据上述导热油的热物性、单循环热油供热系统工艺流程和双循环供热系统工艺模拟热系统导热油在设定参数下的循环量如表、表 所示 根据工艺模拟结果及热物性数据显示循环泵及加热炉流量设定温度点在 和 情况下导热油密度有非常明显的差异从而造成不同条件下循环泵的实际流量、选型流量差异比较明显这需要在设计选型中给予特别关注相比较单循环系统与双循环系统由于高、低温用户返回的中温导热油与高温导热油混合掺混选择“点”的差异将会导致加热炉及其环路的循环泵的入口温度也有所不同 根据上述工艺流程和模型在单循环系统中返回混合后的导热油采用“全部”掺混的模式而在双循环系统中返回混合的导热油则采用“部分”掺混的模式 因此单、双循环供热系统中相同工艺设备循环量的不同和热物性的明显差异必然对加热炉的炉管选择及设计选型和设备运行也会有一定的影响表 单循环供热系统循环量/工艺设备与应用场景导热油型号加热炉().循环泵().高温用户().低温用户().表 双循环供热系统循环量/工艺设备与应用场景导热油型号加热炉、循环泵().加热炉回流().高温用户().低温用户().热油循环系统能耗分析对于燃气发电项目燃气轮机及其联合循环机组受供暖季节、政府及电网公司政策的影响较大其能效对电厂效益至关重要 导热油供热系统中公用工程的消耗主要集中在循环泵因此笔者重点就循环泵的能耗进行比较分析 单循环供热系统中从用户返回的高低温导热油先行混合然后由循环泵提供动力分别供给加热炉和低温用户回路 双循环供热系统中从用户返回的导热油混合后由相对独立的高低温用户环路的热油循环泵分别提供给用户 基于此流程根据上述热油供热系统循环量以 导热油为例表 给出了单、双循环系统热油泵的选型和能耗对比 由于大型供热系统的动力损失相比较要大因此循环泵的扬程需要适当提高 表中热油循环泵的选型按照实际需要流量的.倍并进行圆整、泵效率约 确定表 循环泵能耗对比工艺设备循环量/()扬程/电机功率/单循环系统循环泵中温循环泵 低温循环泵 由表 循环泵的能耗数据可以看到单循环供热系统的电机功率明显高出双循环系统循环泵的能耗而对于热负荷更大的双温位供热系统这种趋势将会进一步明显 因此对于供热系统中高低温循环“独立”设计和运行可避免单循环系统热油泵选型与运行的大功率和大流量综上所述对于为满足高低温度参数用户而独立设计建造、运行的供热系统双温位供热系统相对减少了一套加热炉及其辅助的膨胀罐和储罐、泵系统等工程投资费用和运行能耗 因此对于双温位热油供热系统而言具有节约工程投资节能效果比较显著的优势 双温位导热油供热系统过程调控供热系统过程调控是保证用户能量需求的关键措施单循环系统与双循环系统的过程调控基本类似这里以单循环系统为例对双温位导热油供热系统的调控进行说明 如图 所示在单循环泵工艺流程中双温位导热油供热系统设计和运行过程的调节手段主要通过温度和流量的调控来保证高、低温度参数用户的正常运行 采用流量调控时通过设置在加热炉出口管线上的流量传感器 与调节阀 进行连锁以调控导热油的回流量而采用温度控制时通过设置在低参数供油管线上的导热油温度传感器 与调节阀 进行连锁来调节和控制混合的高温导热油量针对低温参数用户的供油压力增加了通过压力传感器 与调节阀 进行连锁以调节和控制低温导热油的混合流量 其它如加热炉出口温度、过滤器的流量调节和汇管之间的调节和控制等措施属于常规的调节与控制措施 结论本文以双温位导热油供热系统为研究对象采天然气发电工程用双温位导热油供热系统工艺模拟用 工艺软件对供热系统进行了模拟讨论了工艺过程参数的调控分析了导热油热物性对设备选型的影响得出以下结论:()导热油热物性的差异特别是密度对循环泵、加热炉等的选型影响比较明显循环量相差.对加热炉设计过程中的炉管选择和运行将会产生一定的影响()双温位导热油供热系统高低温循环“独立”设计和运行避免了单循环系统热油泵选型的大功率和大流量()高温度参数的导热油供热系统宜采用具有较佳使用温度的 导热油作为载热介质而实际运行时若更换导热油将会因循环泵和加热炉的流量波动产生不利影响()双温位导热油供热系统节约工程投资节能效果显著参考文献陈玉梅李尹建周晖等.导热油炉供热系统常见问题探讨.天然气与石油():.陈晓英.浅谈某陆上终端处理厂供热系统配置方案比选.广东化工():.夏林周刚吴昌兵等.级联合循环机组余热锅炉双热源梯级加热天然气方案研究.热力发电():.任洪波卢胤龙吴琼.基于供需耦合分析的天然气分布式热电联产系统环境效益动态评估.热力发电():.刘有民郑元崇.双温位导热油炉在天然气净化工艺的应用.煤气与热力():.杜茂敏.双温位导热油供热系统在油气处理场站中的应用.节能():.李开坤王勤辉张瑞月等.基于 的热解煤气制氢工艺模拟及分析.热力发电():.汪世清郜时旺王绍民等.低温洗涤法烟气脱硫脱碳工艺模拟研究.热力发电():.张智鹤温彦博仉景鹏等.燃煤电厂烟气 捕集甲烷化利用工艺流程模拟研究.热力发电():./.:.:/././.:.:/././.:.:/./.许卫国.导热油螺旋波纹管内流动和传热特性研究.哈尔滨:哈尔滨工业大学.吕思聪代守宝潘思言等.水油连续螺旋折流板换热器热力性能研究.热能动力工程():.胡卫朋李盛好李达显等.管壳式换热器传热与流动性实验不确定度研究.科技通报():.(上接第 页)稳定燃烧且运行过程中不需要添加辅助床料即可建立物料循环 该项目 年 月完成可研批复预计 年建成投产 结语从技术角度低热值固体废弃物 焚烧炉解决了现有技术无法纯烧收到基低位发热量在 /范围内的低热值煤和煤基固废、且可以在炉内稳定燃烧的技术难题 /焚烧炉项目的工程应用可为低热值固体废弃物资源化利用的推广打下坚实的基础同时与焚烧炉配套的系统工艺具有技术先进、能耗低的优势从环保角度低热值固体废弃物 焚烧炉的研发响应了国家产业政策为煤气化灰渣等低热值固废资源化综合利用作出了很好的示范实现了煤炭的清洁高效梯级利用有效实现节能减排从经济角度该 /焚烧炉项目有一定的盈利能力 该项目以气化灰渣为原料项目建成后每年可为企业处理 万 碳基固废除节省了企业将气化灰渣填埋处理费用外经焚烧炉处理后的灰渣可以进行建材方面综合利用同时副产的蒸汽可外卖获得经济收益参考文献周祖旭么瑶朱建国等.煤气化残炭的预热燃烧试验研究锅炉技术():.朱书骏吕清刚朱建国等.基于循环流化床预热的半焦燃烧试验研究.工程热物理学报():.包绍麟杨召牛天奇等./燃残炭锅炉研发与运行.工业锅炉():.天然气发电工程用双温位导热油供热系统工艺模拟