干熄焦余熱發(fā)電蒸汽管道的選擇方法
2014-08-27 02:56:34劉素婷趙松喜仝偉峰
中國(guó)高新技術(shù)企業(yè) 2014年15期
劉素婷+趙松喜+仝偉峰
（中信重工機(jī)械股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039）
摘要：文章介紹了干熄焦余熱發(fā)電的主蒸汽管道的選取方法，探討了干熄焦余熱鍋爐蒸汽參數(shù)的選擇方法，并以某干熄焦余熱發(fā)電蒸汽管道設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行了選型計(jì)算，為同類型余熱發(fā)電主蒸汽管道的選取提供參考。
關(guān)鍵詞：干熄焦余熱發(fā)電；蒸汽管道；管道壓降；管道溫降；保溫層
中圖分類號(hào)：TM617文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2014）22-0125-031某干熄焦余熱發(fā)電主蒸汽管道的選取
干熄焦余熱發(fā)電是利用惰性氣體冷卻紅焦，吸收紅焦的顯然，惰性氣體在鍋爐內(nèi)與水進(jìn)行換熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)，拖動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。在常規(guī)的火力發(fā)電廠，鍋爐房和汽機(jī)間相鄰布置，鍋爐到汽輪機(jī)的主蒸汽管道長(zhǎng)度較短，鍋爐和汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)都是固定的，在長(zhǎng)期的實(shí)踐過(guò)程中，已經(jīng)探索出了技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的管道流速，并作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，工程設(shè)計(jì)時(shí)，技術(shù)人員只要根據(jù)規(guī)范推薦的流速選擇管徑，然后對(duì)相應(yīng)的溫降和壓降進(jìn)行校核即可。干熄焦發(fā)電，由于受現(xiàn)場(chǎng)位置的限制，鍋爐與汽機(jī)間的距離變化較大，既有相距數(shù)十米的，也有相距數(shù)百米的，如果按照《火力發(fā)電廠汽水管道技術(shù)規(guī)定》推薦的流速（40～60m/s）選擇管徑，則鍋爐到汽輪機(jī)的蒸汽管道的壓降、溫降可能超過(guò)限值要求，不能滿足汽輪機(jī)進(jìn)口主蒸汽的壓力和溫度，不僅影響汽輪機(jī)的效率，而且可能影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。因此，需根據(jù)具體的壓降、溫降情況選取管道，必要時(shí)可對(duì)余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。
現(xiàn)以某干熄焦余熱發(fā)電的蒸汽管道為例，來(lái)分析主蒸汽管道選取方法。
根據(jù)焦?fàn)t情況，建設(shè)兩套干熄焦系統(tǒng)，每套干熄焦系統(tǒng)配套建設(shè)一臺(tái)高溫高壓余熱鍋爐，從兩臺(tái)鍋爐出來(lái)的蒸汽進(jìn)入一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)。按照常規(guī)火電廠鍋爐選擇蒸汽參數(shù)，額定壓力9.81MPa，額定溫度540℃，額定流量63t/h；汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽參數(shù)：額定壓力8.83MPa，額定溫度535℃，鍋爐和汽輪機(jī)的允許壓降為0.97MPa，允許溫降5℃。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)布置，1#鍋爐到汽機(jī)房的直線距離120m，設(shè)計(jì)蒸汽管道長(zhǎng)度L1=200m，2#鍋爐距汽機(jī)房的直線距離500m，設(shè)計(jì)蒸汽管道長(zhǎng)度L2=800m。
21#鍋爐到汽輪機(jī)的主蒸汽管道的壓降和溫降計(jì)算
2.1管徑選取
考慮到干熄焦的鍋爐到汽輪機(jī)的蒸汽管道比常規(guī)火電機(jī)組的鍋爐到汽輪機(jī)的蒸汽管道長(zhǎng)，取《火力發(fā)電廠汽水管道技術(shù)規(guī)定》推薦主蒸汽管道流速的下限值40m/s，根據(jù)管徑計(jì)算公式計(jì)算內(nèi)徑：
式中：
Di—管道內(nèi)徑，mm
G—蒸汽流量，t/h；63t/h
γ—蒸汽比容，m3/kg；0.03585m3/kg
ω—蒸汽流速，m/s；40m/s
計(jì)算得Di=141.3mm。
按照《火力發(fā)電廠汽水管道零件及部件設(shè)計(jì)》（2000版），選取D194×18，內(nèi)徑Dn=194-2×18=158mm。
2.2壓降計(jì)算
蒸汽管道的實(shí)際流速：
，計(jì)算得：ω=32m/s。
主蒸汽管道的損失包括沿程損失和局部阻力損失，其中：
沿程損失：
式中：
R—沿程損失，Pa
L1—m，取200m
λl—摩擦阻力系數(shù)，
k—管壁的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度，取0.1mm
計(jì)算R=0.32MPa。
局部阻力：局部阻力與沿程阻力之比值ld=0.8，則總壓降Rz1=0.32×（1+0.8）=0.576MPa。滿足鍋爐到汽輪機(jī)的蒸汽壓降要求。
2.3溫降計(jì)算
2.3.1在允許溫降條件下計(jì)算保溫層厚度。
蒸汽管道采用硅酸鋁保溫材料敷設(shè)，按如下公式計(jì)算：
式中：
D1—保溫層外徑，mm
D0—蒸汽管道外徑，mm
λ—硅酸鋁保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，mm，λ=0.101w/m·k
Kr—管道通過(guò)支吊架處散熱附加系數(shù)，取1.1
ti—管道始端蒸汽溫度，540℃
tn—管道終端蒸汽溫度，535℃
tα—環(huán)境溫度，常年運(yùn)行的管道，取當(dāng)?shù)厝昶骄鶞囟龋妫?4℃
hi—管道始端蒸汽壓力和溫度下比焓，kJ/kg，在保證汽輪機(jī)參數(shù)的情況下，查焓熵表3483.04kJ/kg（9.406MPa，540℃）
hn—管道終端蒸汽壓力和溫度下比焓，kJ/kg，3476.64kJ/kg（8.83MPa，535℃）
qm—蒸汽流量，kg/s，63t/h=17.5kg/s
α—蒸汽管道保溫層外表面與周圍空氣換熱系數(shù)，w/m2·k，按照《火力發(fā)電廠保溫油漆設(shè)計(jì)規(guī)程》計(jì)算，得α=13.28w/m2·k
經(jīng)多次試算，得保溫層最小厚度為90mm。
2.3.2按以上保溫層厚度計(jì)算實(shí)際溫降。為保證蒸汽管道單位面積散熱量不超過(guò)散熱損失，先試取保溫層厚度為150mm。蒸汽管道內(nèi)層厚度δ1=150mm；傳熱系數(shù)為λ=0.101w/m·k，蒸汽管道與蒸汽換熱系數(shù)h1=5815w/m2·k，保溫管殼外徑d2=194+2×150=494mm，則蒸汽管道溫降：
式中：
Δt—溫降，℃
Q—散熱量，kW，Q=1.25qL1
c—平均定壓比熱，kJ/kg，2.48kJ/kg
ql—單位長(zhǎng)度散熱損失，w/m，
式中：
tw—蒸汽溫度，℃；取540℃
tα—環(huán)境溫度，常年運(yùn)行的管道，取當(dāng)?shù)厝昶骄鶞囟龋妫?4℃
h1—蒸汽管道管壁與蒸汽換熱系數(shù)，w/m2·k，取5815w/m2·k
dω—管道外徑，mm，取194mm
單位長(zhǎng)度散熱損失q=346w/m，保溫結(jié)構(gòu)單位面積散熱損失為223w/m2，小于允許散損失236w/m2，則計(jì)算溫降為2.0℃，證明所選150mm保溫層比較合適，滿足溫降要求。
32#鍋爐到汽輪機(jī)的主蒸汽管道的壓降和溫降計(jì)算
3.1管徑選取
2#鍋爐蒸汽管道的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為L(zhǎng)2=800m，若管徑還選D194×8，則計(jì)算壓降為4×0.576=2.304MPa，遠(yuǎn)大于允許壓降0.97MPa，不能滿足汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽參數(shù)的要求。為此，考慮將蒸汽管徑提高一級(jí)，選取D219×20。
3.2壓降計(jì)算
根據(jù)選取的管徑，并結(jié)合前述計(jì)算公式，計(jì)算壓降為1.076MPa，仍大于允許壓降。考慮到如果再增大管徑，則勢(shì)必增加管道和保溫材料的投資，綜合考慮，提高2#鍋爐的額定壓力更合適，因此，將鍋爐出口蒸汽壓力增加到10.1MPa。
3.3溫降計(jì)算
在允許溫降條件下計(jì)算保溫層最小厚度250mm，保溫層厚度取280mm，其他參數(shù)與1#管線的計(jì)算參數(shù)相同，計(jì)算管道單位長(zhǎng)度散熱損失ql為264.12w/m，單位面積散熱損失為108w/m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于允許散熱量，再計(jì)算實(shí)際溫降△t=7.1℃，因此必須提高2#鍋爐的額定蒸發(fā)溫度，其值取545℃。
4結(jié)語(yǔ)
由以上計(jì)算可以確定2#鍋爐參數(shù)：額定蒸汽壓力10.1MPa，額定蒸汽溫度545℃，額定流量63t/h。根據(jù)鍋爐與汽輪機(jī)之間的允許壓降，選擇管道的實(shí)際流速和管徑；若管道長(zhǎng)度小于200m時(shí)，保溫層的厚度可根據(jù)允許散熱量計(jì)算；若管道長(zhǎng)度大于400m時(shí)，保溫層的厚度必須根據(jù)在允許溫降條件下公式來(lái)計(jì)算保溫層的
厚度。
總之，對(duì)于干熄焦余熱發(fā)電系統(tǒng)，由于熄焦?fàn)t溫度較高，為提高發(fā)電效率，余熱鍋爐蒸汽參數(shù)一般選為中溫中壓或高溫高壓參數(shù)，蒸汽管道往往需要合金鋼材質(zhì)，又由于余熱鍋爐距離汽機(jī)房較遠(yuǎn)，管徑選取小了，不能滿足汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽參數(shù)的要求，管徑選取大了，雖然能夠滿足汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽參數(shù)的要求，但會(huì)增加管路的熱損失，大大增加工程投資，影響投資回收期。因此，蒸汽管道的選取既應(yīng)滿足設(shè)備安全運(yùn)行的要求，又要兼顧投資和經(jīng)濟(jì)性。
參考文獻(xiàn)
[1]?章熙民、任澤霈．傳熱學(xué)[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)
出版社，2004．
[2]?李德英．供熱工程[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版
社，2003．
[3]?火力發(fā)電廠保溫油漆設(shè)計(jì)規(guī)程（DL/T5072-2007）
[S]．中華人民共和國(guó)發(fā)展和改革委員會(huì)，2005．
[4]?洪向道．中小型熱電聯(lián)產(chǎn)工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：
中國(guó)電力出版社，2006．
[5]?顧偉，翁一武，曹廣益．低溫?zé)崮馨l(fā)電的研究現(xiàn)狀和
發(fā)展趨勢(shì)[J]．熱能動(dòng)力工程，2007，（2）．
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[7]?盛潔，公磊，李昌勇．LHWC水泥廠余熱發(fā)電項(xiàng)目熱
工檢測(cè)和效益評(píng)估[J]．新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)，2010，
（3）．
作者簡(jiǎn)介：劉素婷（1970—），河南澠池人，供職于中信重工機(jī)械股份有限公司，研究方向：工程設(shè)計(jì)。
endprint
（中信重工機(jī)械股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039）
摘要：文章介紹了干熄焦余熱發(fā)電的主蒸汽管道的選取方法，探討了干熄焦余熱鍋爐蒸汽參數(shù)的選擇方法，并以某干熄焦余熱發(fā)電蒸汽管道設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行了選型計(jì)算，為同類型余熱發(fā)電主蒸汽管道的選取提供參考。
關(guān)鍵詞：干熄焦余熱發(fā)電；蒸汽管道；管道壓降；管道溫降；保溫層
中圖分類號(hào)：TM617文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2014）22-0125-031某干熄焦余熱發(fā)電主蒸汽管道的選取
干熄焦余熱發(fā)電是利用惰性氣體冷卻紅焦，吸收紅焦的顯然，惰性氣體在鍋爐內(nèi)與水進(jìn)行換熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)，拖動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。在常規(guī)的火力發(fā)電廠，鍋爐房和汽機(jī)間相鄰布置，鍋爐到汽輪機(jī)的主蒸汽管道長(zhǎng)度較短，鍋爐和汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)都是固定的，在長(zhǎng)期的實(shí)踐過(guò)程中，已經(jīng)探索出了技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的管道流速，并作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，工程設(shè)計(jì)時(shí)，技術(shù)人員只要根據(jù)規(guī)范推薦的流速選擇管徑，然后對(duì)相應(yīng)的溫降和壓降進(jìn)行校核即可。干熄焦發(fā)電，由于受現(xiàn)場(chǎng)位置的限制，鍋爐與汽機(jī)間的距離變化較大，既有相距數(shù)十米的，也有相距數(shù)百米的，如果按照《火力發(fā)電廠汽水管道技術(shù)規(guī)定》推薦的流速（40～60m/s）選擇管徑，則鍋爐到汽輪機(jī)的蒸汽管道的壓降、溫降可能超過(guò)限值要求，不能滿足汽輪機(jī)進(jìn)口主蒸汽的壓力和溫度，不僅影響汽輪機(jī)的效率，而且可能影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。因此，需根據(jù)具體的壓降、溫降情況選取管道，必要時(shí)可對(duì)余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。
現(xiàn)以某干熄焦余熱發(fā)電的蒸汽管道為例，來(lái)分析主蒸汽管道選取方法。
根據(jù)焦?fàn)t情況，建設(shè)兩套干熄焦系統(tǒng)，每套干熄焦系統(tǒng)配套建設(shè)一臺(tái)高溫高壓余熱鍋爐，從兩臺(tái)鍋爐出來(lái)的蒸汽進(jìn)入一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)。按照常規(guī)火電廠鍋爐選擇蒸汽參數(shù)，額定壓力9.81MPa，額定溫度540℃，額定流量63t/h；汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽參數(shù)：額定壓力8.83MPa，額定溫度535℃，鍋爐和汽輪機(jī)的允許壓降為0.97MPa，允許溫降5℃。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)布置，1#鍋爐到汽機(jī)房的直線距離120m，設(shè)計(jì)蒸汽管道長(zhǎng)度L1=200m，2#鍋爐距汽機(jī)房的直線距離500m，設(shè)計(jì)蒸汽管道長(zhǎng)度L2=800m。
21#鍋爐到汽輪機(jī)的主蒸汽管道的壓降和溫降計(jì)算
2.1管徑選取
考慮到干熄焦的鍋爐到汽輪機(jī)的蒸汽管道比常規(guī)火電機(jī)組的鍋爐到汽輪機(jī)的蒸汽管道長(zhǎng)，取《火力發(fā)電廠汽水管道技術(shù)規(guī)定》推薦主蒸汽管道流速的下限值40m/s，根據(jù)管徑計(jì)算公式計(jì)算內(nèi)徑：
式中：
Di—管道內(nèi)徑，mm
G—蒸汽流量，t/h；63t/h
γ—蒸汽比容，m3/kg；0.03585m3/kg
ω—蒸汽流速，m/s；40m/s
計(jì)算得Di=141.3mm。
按照《火力發(fā)電廠汽水管道零件及部件設(shè)計(jì)》（2000版），選取D194×18，內(nèi)徑Dn=194-2×18=158mm。
2.2壓降計(jì)算
蒸汽管道的實(shí)際流速：
，計(jì)算得：ω=32m/s。
主蒸汽管道的損失包括沿程損失和局部阻力損失，其中：
沿程損失：
式中：
R—沿程損失，Pa
L1—m，取200m
λl—摩擦阻力系數(shù)，
k—管壁的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度，取0.1mm
計(jì)算R=0.32MPa。
局部阻力：局部阻力與沿程阻力之比值ld=0.8，則總壓降Rz1=0.32×（1+0.8）=0.576MPa。滿足鍋爐到汽輪機(jī)的蒸汽壓降要求。
2.3溫降計(jì)算
2.3.1在允許溫降條件下計(jì)算保溫層厚度。
蒸汽管道采用硅酸鋁保溫材料敷設(shè)，按如下公式計(jì)算：
式中：
D1—保溫層外徑，mm
D0—蒸汽管道外徑，mm
λ—硅酸鋁保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，mm，λ=0.101w/m·k
Kr—管道通過(guò)支吊架處散熱附加系數(shù)，取1.1
ti—管道始端蒸汽溫度，540℃
tn—管道終端蒸汽溫度，535℃
tα—環(huán)境溫度，常年運(yùn)行的管道，取當(dāng)?shù)厝昶骄鶞囟龋妫?4℃
hi—管道始端蒸汽壓力和溫度下比焓，kJ/kg，在保證汽輪機(jī)參數(shù)的情況下，查焓熵表3483.04kJ/kg（9.406MPa，540℃）
hn—管道終端蒸汽壓力和溫度下比焓，kJ/kg，3476.64kJ/kg（8.83MPa，535℃）
qm—蒸汽流量，kg/s，63t/h=17.5kg/s
α—蒸汽管道保溫層外表面與周圍空氣換熱系數(shù)，w/m2·k，按照《火力發(fā)電廠保溫油漆設(shè)計(jì)規(guī)程》計(jì)算，得α=13.28w/m2·k
經(jīng)多次試算，得保溫層最小厚度為90mm。
2.3.2按以上保溫層厚度計(jì)算實(shí)際溫降。為保證蒸汽管道單位面積散熱量不超過(guò)散熱損失，先試取保溫層厚度為150mm。蒸汽管道內(nèi)層厚度δ1=150mm；傳熱系數(shù)為λ=0.101w/m·k，蒸汽管道與蒸汽換熱系數(shù)h1=5815w/m2·k，保溫管殼外徑d2=194+2×150=494mm，則蒸汽管道溫降：
式中：
Δt—溫降，℃
Q—散熱量，kW，Q=1.25qL1
c—平均定壓比熱，kJ/kg，2.48kJ/kg
ql—單位長(zhǎng)度散熱損失，w/m，
式中：
tw—蒸汽溫度，℃；取540℃
tα—環(huán)境溫度，常年運(yùn)行的管道，取當(dāng)?shù)厝昶骄鶞囟龋妫?4℃
h1—蒸汽管道管壁與蒸汽換熱系數(shù)，w/m2·k，取5815w/m2·k
dω—管道外徑，mm，取194mm
單位長(zhǎng)度散熱損失q=346w/m，保溫結(jié)構(gòu)單位面積散熱損失為223w/m2，小于允許散損失236w/m2，則計(jì)算溫降為2.0℃，證明所選150mm保溫層比較合適，滿足溫降要求。
32#鍋爐到汽輪機(jī)的主蒸汽管道的壓降和溫降計(jì)算
3.1管徑選取
2#鍋爐蒸汽管道的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為L(zhǎng)2=800m，若管徑還選D194×8，則計(jì)算壓降為4×0.576=2.304MPa，遠(yuǎn)大于允許壓降0.97MPa，不能滿足汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽參數(shù)的要求。為此，考慮將蒸汽管徑提高一級(jí)，選取D219×20。
3.2壓降計(jì)算
根據(jù)選取的管徑，并結(jié)合前述計(jì)算公式，計(jì)算壓降為1.076MPa，仍大于允許壓降。考慮到如果再增大管徑，則勢(shì)必增加管道和保溫材料的投資，綜合考慮，提高2#鍋爐的額定壓力更合適，因此，將鍋爐出口蒸汽壓力增加到10.1MPa。
3.3溫降計(jì)算
在允許溫降條件下計(jì)算保溫層最小厚度250mm，保溫層厚度取280mm，其他參數(shù)與1#管線的計(jì)算參數(shù)相同，計(jì)算管道單位長(zhǎng)度散熱損失ql為264.12w/m，單位面積散熱損失為108w/m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于允許散熱量，再計(jì)算實(shí)際溫降△t=7.1℃，因此必須提高2#鍋爐的額定蒸發(fā)溫度，其值取545℃。
4結(jié)語(yǔ)
由以上計(jì)算可以確定2#鍋爐參數(shù)：額定蒸汽壓力10.1MPa，額定蒸汽溫度545℃，額定流量63t/h。根據(jù)鍋爐與汽輪機(jī)之間的允許壓降，選擇管道的實(shí)際流速和管徑；若管道長(zhǎng)度小于200m時(shí)，保溫層的厚度可根據(jù)允許散熱量計(jì)算；若管道長(zhǎng)度大于400m時(shí)，保溫層的厚度必須根據(jù)在允許溫降條件下公式來(lái)計(jì)算保溫層的
厚度。
總之，對(duì)于干熄焦余熱發(fā)電系統(tǒng)，由于熄焦?fàn)t溫度較高，為提高發(fā)電效率，余熱鍋爐蒸汽參數(shù)一般選為中溫中壓或高溫高壓參數(shù)，蒸汽管道往往需要合金鋼材質(zhì)，又由于余熱鍋爐距離汽機(jī)房較遠(yuǎn)，管徑選取小了，不能滿足汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽參數(shù)的要求，管徑選取大了，雖然能夠滿足汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽參數(shù)的要求，但會(huì)增加管路的熱損失，大大增加工程投資，影響投資回收期。因此，蒸汽管道的選取既應(yīng)滿足設(shè)備安全運(yùn)行的要求，又要兼顧投資和經(jīng)濟(jì)性。
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（3）．
作者簡(jiǎn)介：劉素婷（1970—），河南澠池人，供職于中信重工機(jī)械股份有限公司，研究方向：工程設(shè)計(jì)。
endprint
（中信重工機(jī)械股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039）
摘要：文章介紹了干熄焦余熱發(fā)電的主蒸汽管道的選取方法，探討了干熄焦余熱鍋爐蒸汽參數(shù)的選擇方法，并以某干熄焦余熱發(fā)電蒸汽管道設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行了選型計(jì)算，為同類型余熱發(fā)電主蒸汽管道的選取提供參考。
關(guān)鍵詞：干熄焦余熱發(fā)電；蒸汽管道；管道壓降；管道溫降；保溫層
中圖分類號(hào)：TM617文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2014）22-0125-031某干熄焦余熱發(fā)電主蒸汽管道的選取
干熄焦余熱發(fā)電是利用惰性氣體冷卻紅焦，吸收紅焦的顯然，惰性氣體在鍋爐內(nèi)與水進(jìn)行換熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)，拖動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。在常規(guī)的火力發(fā)電廠，鍋爐房和汽機(jī)間相鄰布置，鍋爐到汽輪機(jī)的主蒸汽管道長(zhǎng)度較短，鍋爐和汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)都是固定的，在長(zhǎng)期的實(shí)踐過(guò)程中，已經(jīng)探索出了技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的管道流速，并作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，工程設(shè)計(jì)時(shí)，技術(shù)人員只要根據(jù)規(guī)范推薦的流速選擇管徑，然后對(duì)相應(yīng)的溫降和壓降進(jìn)行校核即可。干熄焦發(fā)電，由于受現(xiàn)場(chǎng)位置的限制，鍋爐與汽機(jī)間的距離變化較大，既有相距數(shù)十米的，也有相距數(shù)百米的，如果按照《火力發(fā)電廠汽水管道技術(shù)規(guī)定》推薦的流速（40～60m/s）選擇管徑，則鍋爐到汽輪機(jī)的蒸汽管道的壓降、溫降可能超過(guò)限值要求，不能滿足汽輪機(jī)進(jìn)口主蒸汽的壓力和溫度，不僅影響汽輪機(jī)的效率，而且可能影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。因此，需根據(jù)具體的壓降、溫降情況選取管道，必要時(shí)可對(duì)余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。
現(xiàn)以某干熄焦余熱發(fā)電的蒸汽管道為例，來(lái)分析主蒸汽管道選取方法。
根據(jù)焦?fàn)t情況，建設(shè)兩套干熄焦系統(tǒng)，每套干熄焦系統(tǒng)配套建設(shè)一臺(tái)高溫高壓余熱鍋爐，從兩臺(tái)鍋爐出來(lái)的蒸汽進(jìn)入一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)。按照常規(guī)火電廠鍋爐選擇蒸汽參數(shù)，額定壓力9.81MPa，額定溫度540℃，額定流量63t/h；汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽參數(shù)：額定壓力8.83MPa，額定溫度535℃，鍋爐和汽輪機(jī)的允許壓降為0.97MPa，允許溫降5℃。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)布置，1#鍋爐到汽機(jī)房的直線距離120m，設(shè)計(jì)蒸汽管道長(zhǎng)度L1=200m，2#鍋爐距汽機(jī)房的直線距離500m，設(shè)計(jì)蒸汽管道長(zhǎng)度L2=800m。
21#鍋爐到汽輪機(jī)的主蒸汽管道的壓降和溫降計(jì)算
2.1管徑選取
考慮到干熄焦的鍋爐到汽輪機(jī)的蒸汽管道比常規(guī)火電機(jī)組的鍋爐到汽輪機(jī)的蒸汽管道長(zhǎng)，取《火力發(fā)電廠汽水管道技術(shù)規(guī)定》推薦主蒸汽管道流速的下限值40m/s，根據(jù)管徑計(jì)算公式計(jì)算內(nèi)徑：
式中：
Di—管道內(nèi)徑，mm
G—蒸汽流量，t/h；63t/h
γ—蒸汽比容，m3/kg；0.03585m3/kg
ω—蒸汽流速，m/s；40m/s
計(jì)算得Di=141.3mm。
按照《火力發(fā)電廠汽水管道零件及部件設(shè)計(jì)》（2000版），選取D194×18，內(nèi)徑Dn=194-2×18=158mm。
2.2壓降計(jì)算
蒸汽管道的實(shí)際流速：
，計(jì)算得：ω=32m/s。
主蒸汽管道的損失包括沿程損失和局部阻力損失，其中：
沿程損失：
式中：
R—沿程損失，Pa
L1—m，取200m
λl—摩擦阻力系數(shù)，
k—管壁的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度，取0.1mm
計(jì)算R=0.32MPa。
局部阻力：局部阻力與沿程阻力之比值ld=0.8，則總壓降Rz1=0.32×（1+0.8）=0.576MPa。滿足鍋爐到汽輪機(jī)的蒸汽壓降要求。
2.3溫降計(jì)算
2.3.1在允許溫降條件下計(jì)算保溫層厚度。
蒸汽管道采用硅酸鋁保溫材料敷設(shè)，按如下公式計(jì)算：
式中：
D1—保溫層外徑，mm
D0—蒸汽管道外徑，mm
λ—硅酸鋁保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，mm，λ=0.101w/m·k
Kr—管道通過(guò)支吊架處散熱附加系數(shù)，取1.1
ti—管道始端蒸汽溫度，540℃
tn—管道終端蒸汽溫度，535℃
tα—環(huán)境溫度，常年運(yùn)行的管道，取當(dāng)?shù)厝昶骄鶞囟龋妫?4℃
hi—管道始端蒸汽壓力和溫度下比焓，kJ/kg，在保證汽輪機(jī)參數(shù)的情況下，查焓熵表3483.04kJ/kg（9.406MPa，540℃）
hn—管道終端蒸汽壓力和溫度下比焓，kJ/kg，3476.64kJ/kg（8.83MPa，535℃）
qm—蒸汽流量，kg/s，63t/h=17.5kg/s
α—蒸汽管道保溫層外表面與周圍空氣換熱系數(shù)，w/m2·k，按照《火力發(fā)電廠保溫油漆設(shè)計(jì)規(guī)程》計(jì)算，得α=13.28w/m2·k
經(jīng)多次試算，得保溫層最小厚度為90mm。
2.3.2按以上保溫層厚度計(jì)算實(shí)際溫降。為保證蒸汽管道單位面積散熱量不超過(guò)散熱損失，先試取保溫層厚度為150mm。蒸汽管道內(nèi)層厚度δ1=150mm；傳熱系數(shù)為λ=0.101w/m·k，蒸汽管道與蒸汽換熱系數(shù)h1=5815w/m2·k，保溫管殼外徑d2=194+2×150=494mm，則蒸汽管道溫降：
式中：
Δt—溫降，℃
Q—散熱量，kW，Q=1.25qL1
c—平均定壓比熱，kJ/kg，2.48kJ/kg
ql—單位長(zhǎng)度散熱損失，w/m，
式中：
tw—蒸汽溫度，℃；取540℃
tα—環(huán)境溫度，常年運(yùn)行的管道，取當(dāng)?shù)厝昶骄鶞囟龋妫?4℃
h1—蒸汽管道管壁與蒸汽換熱系數(shù)，w/m2·k，取5815w/m2·k
dω—管道外徑，mm，取194mm
單位長(zhǎng)度散熱損失q=346w/m，保溫結(jié)構(gòu)單位面積散熱損失為223w/m2，小于允許散損失236w/m2，則計(jì)算溫降為2.0℃，證明所選150mm保溫層比較合適，滿足溫降要求。
32#鍋爐到汽輪機(jī)的主蒸汽管道的壓降和溫降計(jì)算
3.1管徑選取
2#鍋爐蒸汽管道的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為L(zhǎng)2=800m，若管徑還選D194×8，則計(jì)算壓降為4×0.576=2.304MPa，遠(yuǎn)大于允許壓降0.97MPa，不能滿足汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽參數(shù)的要求。為此，考慮將蒸汽管徑提高一級(jí)，選取D219×20。
3.2壓降計(jì)算
根據(jù)選取的管徑，并結(jié)合前述計(jì)算公式，計(jì)算壓降為1.076MPa，仍大于允許壓降。考慮到如果再增大管徑，則勢(shì)必增加管道和保溫材料的投資，綜合考慮，提高2#鍋爐的額定壓力更合適，因此，將鍋爐出口蒸汽壓力增加到10.1MPa。
3.3溫降計(jì)算
在允許溫降條件下計(jì)算保溫層最小厚度250mm，保溫層厚度取280mm，其他參數(shù)與1#管線的計(jì)算參數(shù)相同，計(jì)算管道單位長(zhǎng)度散熱損失ql為264.12w/m，單位面積散熱損失為108w/m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于允許散熱量，再計(jì)算實(shí)際溫降△t=7.1℃，因此必須提高2#鍋爐的額定蒸發(fā)溫度，其值取545℃。
4結(jié)語(yǔ)
由以上計(jì)算可以確定2#鍋爐參數(shù)：額定蒸汽壓力10.1MPa，額定蒸汽溫度545℃，額定流量63t/h。根據(jù)鍋爐與汽輪機(jī)之間的允許壓降，選擇管道的實(shí)際流速和管徑；若管道長(zhǎng)度小于200m時(shí)，保溫層的厚度可根據(jù)允許散熱量計(jì)算；若管道長(zhǎng)度大于400m時(shí)，保溫層的厚度必須根據(jù)在允許溫降條件下公式來(lái)計(jì)算保溫層的
厚度。
總之，對(duì)于干熄焦余熱發(fā)電系統(tǒng)，由于熄焦?fàn)t溫度較高，為提高發(fā)電效率，余熱鍋爐蒸汽參數(shù)一般選為中溫中壓或高溫高壓參數(shù)，蒸汽管道往往需要合金鋼材質(zhì)，又由于余熱鍋爐距離汽機(jī)房較遠(yuǎn)，管徑選取小了，不能滿足汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽參數(shù)的要求，管徑選取大了，雖然能夠滿足汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽參數(shù)的要求，但會(huì)增加管路的熱損失，大大增加工程投資，影響投資回收期。因此，蒸汽管道的選取既應(yīng)滿足設(shè)備安全運(yùn)行的要求，又要兼顧投資和經(jīng)濟(jì)性。
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