GTCC排烟驱动的热管型溴冷机设计及传热分析

　　溴化锂吸收式制冷机以溴化锂溶液为工质,耗电少、噪声低、污染少,在为保护臭氧层而限制生产CFC制冷工质和电力供应日趋紧张的今天,其应用越来越多。从充分利用一次能源的角度来看,溴冷机适用于有废热的场合。余热型溴冷机以往主要采用管壳式换热器或余热锅炉制取蒸汽,但前者易造成腐蚀,后者造价较高,利用热管直接回收气态余热的热管型溴冷机则可以弥补以上不足。燃气-蒸汽联合循环排烟温度较高,通常这部分能量直接排入大气,既损失了可用能,又形成了热污染;另一方面,燃气轮机性能与环境温度密切相关,环境温度升高,则空气密度下降,燃气轮机进气质量流量减小,出力下降,热耗增加。基于以上特点,笔者将热管型溴冷机与燃气-蒸汽联合循环结合起来,将烟气余热转换为冷能,以冷却燃气轮机进气,既可以提高GTCC性能,又能实现能量的梯级利用。热管型溴冷机采用高效的分离式热管换热器代替传统发生器,从而使烟气废热得以充分利用。

　　1 分离式热管换热器工作原理及其特点

　　分离式热管发生器[1]结构如图1虚线部分所示。其蒸发段与冷凝段互相分开,通过专门的汽液导管连通而形成工质的闭合回路。热管内的工作液体在蒸发段被烟气加热变成蒸汽,蒸汽通过汽导管上升到冷凝段,被管外流过的冷流体(溴化锂溶液)冷却凝结成液体,凝结液沿液导管下降到蒸发段,被加热蒸发,如此不断循环,达到传输热量的目的。由其工作原理可以看出,分离式热管换热器有以下几个特点:

　　1)不受距离限制,能够实现相距较远的两流体间的换热,只须增加几根直径不大的气液连接管即可避免大流量气体的迁移。

　　2)冷热流体可以完全隔离。加热段与放热段置于2个有一定距离的通道,只有少数连接管穿透通道壁,密封很好,冷热流道间没有泄漏。在设备运行中,若热管换热器内有单根热管被损坏,整个设备仍可不受影响而继续运行。

　　3)适合于大型的换热装置。在大型换热装置中,采用分离式热管换热器可以避免出现单根热管过长而导致达到携带极限,以及制造、运输不便的问题。

　　4)冷、热两侧均为管外换热,可以采用增加肋片的强化传热措施,弥补气体对流换热系数小的影响。

　　2 GTCC排烟驱动的热管型溴化锂吸收式制冷机工艺流程

　　GTCC排烟驱动的热管型溴化锂吸收式制冷机工艺流程如图1所示。系统以某燃气-蒸汽联合循环余热锅炉尾部烟气为工作热源,利用分离式热管换热器,将烟气热量直接传递给发生器中的低温溴化锂溶液,制取冷冻水,通过表面式空气冷却器,冷却燃气轮机进气。因烟气温度较低,故考虑采用单效溴化锂吸收式制冷机。