初探玻璃窯余熱發(fā)電系統(tǒng)的仿真建模

【摘要】本文主要研究玻璃窯余熱發(fā)電系統(tǒng)是通過玻璃窯在生產(chǎn)過程中所排出的煙氣余熱作為熱源產(chǎn)生電能，再將電能應(yīng)用于玻璃窯生產(chǎn)，這種循環(huán)利用的方式。同時(shí)也研究了玻璃窯具體的工作特點(diǎn)以及煙氣余熱具有哪些特性，通過玻璃窯余熱發(fā)電系統(tǒng)的主要設(shè)備進(jìn)行仿真建模。

【關(guān)鍵詞】玻璃窯；余熱發(fā)電；建模

1、玻璃窯余熱發(fā)電系統(tǒng)介紹

近幾年出現(xiàn)的余熱發(fā)電技術(shù)是一種特殊的發(fā)電方式，它利用熱力設(shè)備回收工業(yè)生產(chǎn)過程中排放出的廢氣余熱熱能，并通過汽輪發(fā)電機(jī)將其轉(zhuǎn)換成可以使用的電能。玻璃窯余熱發(fā)電系統(tǒng)從本質(zhì)上來說和傳統(tǒng)的火力發(fā)電系統(tǒng)基本相同。它們都是通過熱能轉(zhuǎn)化為電能但是它們不同之處就是產(chǎn)生的熱源，以往我們傳統(tǒng)的火力發(fā)電系統(tǒng)所應(yīng)用的熱源來自于煤炭燃燒而產(chǎn)生的熱能，而玻璃窯余熱發(fā)電系統(tǒng)所應(yīng)用的熱源來自于玻璃窯自身在生產(chǎn)過程中所排出來的廢棄余熱，這種發(fā)電系統(tǒng)不僅能夠循環(huán)利用而且也能減少環(huán)境的污染。玻璃窯余熱發(fā)電產(chǎn)生的原理為利用余熱鍋爐來回收玻璃窯內(nèi)生產(chǎn)過程中所排出的煙氣余熱，將鍋爐內(nèi)給水進(jìn)行加熱，經(jīng)過加熱產(chǎn)生大量蒸汽，蒸汽通過管道送入汽輪機(jī)，蒸汽帶動(dòng)汽輪機(jī)做功，熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，機(jī)械能帶動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生電能，從而形成電能。這個(gè)工作的順序就是熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能再轉(zhuǎn)換成電能。蒸汽在汽輪機(jī)中做功后排出，進(jìn)入凝汽器中進(jìn)行降溫冷凝，使用給水泵將冷卻后的形成的冷凝水和補(bǔ)給水泵回鍋爐中，形成一個(gè)完整的熱力循環(huán)過程。

2、水和水蒸汽性質(zhì)計(jì)算模型

水和水蒸氣是常規(guī)的工業(yè)工質(zhì)，在很久一段時(shí)間內(nèi)，工業(yè)動(dòng)力系統(tǒng)中廣泛的應(yīng)用這種工質(zhì)。溫度、比容、內(nèi)能、壓力、嫡、焓這六種標(biāo)識(shí)物質(zhì)狀態(tài)的參數(shù)在工程熱力學(xué)中常常會(huì)遇到。在電廠熱力循環(huán)過程中，水作為發(fā)電工質(zhì)，需要經(jīng)過狀態(tài)轉(zhuǎn)換來完成熱能到電能的轉(zhuǎn)換，水要完成定壓加熱、等嫡膨脹、定壓放熱、定溫壓縮四個(gè)轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換的過程中水的狀態(tài)參數(shù)在不斷的發(fā)生改變。IAPWS-IF97公式是計(jì)算水和水蒸汽在熱力循環(huán)過程中狀態(tài)參數(shù)的國際通用公式，即通過輸入水和水蒸氣參數(shù)，就能快速計(jì)算出水和水蒸氣的狀態(tài)值，電廠的仿真系統(tǒng)需要使用大量計(jì)算其狀態(tài)值來模擬熱力設(shè)備，因此在仿真建模的過程中為了方便主程序的調(diào)用，需要開發(fā)出專用的動(dòng)態(tài)鏈接庫[1]。

3、煙氣燴值計(jì)算模型

玻璃窯內(nèi)的煙氣余熱熱能的多少取決于煙氣中的焓值以及煙氣流量的多少。煙氣焓值可以通過煙氣溫度、煙氣組份、漏風(fēng)系數(shù)這三個(gè)參數(shù)計(jì)算出來，煙氣焓值的使用次數(shù)比較多，是下一步進(jìn)行煙氣側(cè)放熱計(jì)算的基礎(chǔ)，煙氣的主要有CO2、SO2、CO、N2、O2、H2O等氣體組成。

煙氣焓值的計(jì)算與各氣體組份的比熱和含量有關(guān)。其基本的計(jì)算模型如下：

根據(jù)上面已經(jīng)建立的煙氣焓值的基本計(jì)算模型，按照要求可以推出以下兩種算法：

1）通過已知漏風(fēng)系數(shù)、煙氣組份和溫度這三個(gè)參數(shù)計(jì)算煙氣焓值。

2）通過已知漏風(fēng)系數(shù)、煙氣組份和煙氣焓值這三個(gè)參數(shù)來計(jì)算煙氣溫度。

4、煙氣放熱模型

玻璃窯余熱鍋爐的入口煙氣通常在400～550℃之間，煙氣溫度比較高，這是因?yàn)闊煔鈦碜杂诓ＡЦG生產(chǎn)過程中排出的煙氣余熱，這些煙氣與過熱蒸汽的出口溫度相比，其溫差一般小于60℃。由于其溫度低、溫差小，比對流傳熱系數(shù)小到1/6。所以，建立煙氣模型時(shí)可以認(rèn)為煙氣對金屬管壁的放熱是對流傳熱，可以忽略傳熱過程中其他因素的影響，其換熱系數(shù)符合對流傳熱關(guān)系，即

7、汽輪機(jī)建模

汽輪機(jī)是一種大型的可以高速轉(zhuǎn)動(dòng)的精密設(shè)備，汽輪機(jī)起到將熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的作用。由于余熱電站的規(guī)模較小，所以發(fā)電規(guī)模比較小，基本上所配的汽輪機(jī)都是單杠的，采用滑壓啟動(dòng)的方式。本文主要研究汽輪機(jī)本體的熱力特性。管道將過熱蒸汽從過熱器輸送到汽輪機(jī)，汽機(jī)出口的動(dòng)態(tài)特性決定了過熱蒸汽的出口壓力和流量的關(guān)系[3]，其關(guān)系表達(dá)式所示：

結(jié)束語

本文以玻璃窯余熱發(fā)電系統(tǒng)作為研究對象，對其進(jìn)行仿真建模。為以后優(yōu)化發(fā)電系統(tǒng)提供了理論依據(jù)，為以后研究如何充分地吸收、利用煙氣余熱，如何保證玻璃窯余熱發(fā)電的穩(wěn)定和可靠打下了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]郁國強(qiáng)，單鋒.余熱發(fā)電系統(tǒng)改造[J].中國水泥，2010（2）

[2]于榮生等.火電廠鍋爐汽水系統(tǒng)的模塊化建模與仿真.華北電力技術(shù)，22—26

[3]劉成雄，張景勝.玻璃熔窯余熱發(fā)電技術(shù)開發(fā)和設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].玻璃，2010