電廠鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)的熱力學研究

郭宇

摘 要 本文簡要闡述了電廠鍋爐煙氣余熱的理論基礎(chǔ)：減少熱損失為原則、利用總能系統(tǒng);分析了煙氣余熱利用系統(tǒng)的熱力學研究：煙氣余熱應(yīng)用熱力學分析法、尾部煙道側(cè)煙余熱、回熱系統(tǒng)側(cè)排擠抽汽。其中熱力學分析法分為：熱平衡法、等效熱能轉(zhuǎn)換法等。

關(guān)鍵詞 電廠鍋爐;煙氣余熱;熱力學

引言

天津某發(fā)電廠采用的方案為兩部分，以其中二期2×328.5MW工程3號機組煙氣余熱梯級利用項目為例。其一，在SCR脫硝系統(tǒng)出口、空氣預熱器入口的煙道位置，采集部分煙氣;其二，在除塵器后、引風機前的煙道內(nèi)，安裝煙氣換熱器FGCM。

1電廠鍋爐煙氣余熱的理論基礎(chǔ)

（1）減少熱損失。電廠鍋爐的熱損失是指：由于熱量轉(zhuǎn)化造成的能源形態(tài)不可逆轉(zhuǎn)問題。煙氣余熱是用來緩解熱損失的有效途徑。根據(jù)實際需求施行電廠鍋爐的運轉(zhuǎn)，提供保質(zhì)保量的供能，盡可能地減少不可逆轉(zhuǎn)化的能源損失，保障電廠鍋運行的質(zhì)量要求。導致熱量轉(zhuǎn)化的原因有：是鍋爐有效的熱輸出狀態(tài)下產(chǎn)生的熱量損失;排煙熱損失，是熱量損失占比最大的，占據(jù)高達15%;化學不完全燃燒熱損失，占熱量損失的5%;機械不完全燃燒損失，占熱量損失的3%;散熱損失占比最小，大約1%。利用煙氣余熱減少熱損，實現(xiàn)能源的循環(huán)利用，提高電廠鍋的經(jīng)濟效益。

（2）應(yīng)用總能系統(tǒng)?？偰芟到y(tǒng)取決于煙氣余熱能量的容量，對能量進行能力、量配比，將動能、熱能、勢能之間進行科學配比與轉(zhuǎn)換。綜合考慮熱力、經(jīng)濟、環(huán)保因素，提高電廠鍋設(shè)備的能源利用率，實現(xiàn)能源的循環(huán)利用，最大程度的挖掘能源價值，減少能源過渡浪費，避免廢氣排放，緩解“霧霾”生態(tài)問題。煙氣余熱的開發(fā)利用，采取科學的預測進行能源回收，選擇具有凈化功能、處理廢氣的設(shè)備，來提高資源循環(huán)利用的效能。

2煙氣余熱利用系統(tǒng)的熱力學研究

（1）煙氣余熱應(yīng)用熱力學分析法。第一，熱平衡法。熱平衡法是熱力系統(tǒng)中常見的分析方法，對熱力系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)列出能量平衡式，在利用方程式求解，應(yīng)用串聯(lián)計算方法。熱平衡法的理論原理：在汽水系統(tǒng)基礎(chǔ)研究中，將汽水引入系統(tǒng)熱平衡，轉(zhuǎn)化熱平衡內(nèi)部結(jié)構(gòu)，重新計算汽水系統(tǒng)的各熱平衡指數(shù)，逐步推演出煙氣余熱利用的應(yīng)用結(jié)果。熱平衡法具有適用性、原理通透性的特點，極易被人接受。

在人工計算時，對熱平衡的每個方程式展開詳細計算，采取逐個未知數(shù)依次獲解的方式，提高方程式計算的準確性，保障每個方程式只有一個未知數(shù)，計算方式采取的次序是由高到低。熱平衡法的理論基礎(chǔ)是熱力學的第一定律，其內(nèi)容簡單通透，計算結(jié)果具有準確性、科學性。利用熱平衡法，分析煙氣余熱工作原理，分析發(fā)現(xiàn)：煙氣余熱的科學利用，有利于實現(xiàn)能源循環(huán)利用，應(yīng)繼續(xù)研發(fā)相關(guān)技術(shù)，提高能源的利用率[1]。

第二，等效熱能轉(zhuǎn)換法。等效熱能轉(zhuǎn)換法是根據(jù)熱力學原理，實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)換的過程。等效熱能轉(zhuǎn)換法基于電廠鍋爐設(shè)備、熱力結(jié)構(gòu)、各參數(shù)等因素，研究熱能轉(zhuǎn)換的工作效率與熱量利用率。依據(jù)已經(jīng)確定的蒸汽、回熱等參數(shù);將燃料的燃燒率、機組蒸汽的流動量作為固定參數(shù);熱力系統(tǒng)的微小調(diào)整，統(tǒng)計各級抽汽產(chǎn)生的影響;利用簡單的局部運算方式，取代整體計算，提高計算的準確性。

鍋爐煙氣變換熱量的前后期的熱能轉(zhuǎn)換值，存在動態(tài)變化的特點;而動態(tài)的熱能轉(zhuǎn)換值是電廠鍋爐余熱利用的總熱量值;依據(jù)電廠鍋爐燃料總數(shù)與燃燒率，結(jié)合熱力學原理知識，計算煙氣的組成成分，總結(jié)煙氣的排放數(shù)值;煙氣釋放的熱量，是獲取加熱后凝結(jié)水釋放的熱量。利用熱能轉(zhuǎn)換法，分析電廠鍋爐煙氣余熱的工作原理，分析發(fā)現(xiàn)：電廠鍋爐煙氣余熱，實現(xiàn)能源循環(huán)利用，降低電廠鍋爐的成本投入，減少廢氣排放的空氣污染，有利于保護生態(tài)環(huán)境[2]。

第三，矩陣法。矩陣法是綜合計算機處理技術(shù)，實現(xiàn)熱力系統(tǒng)分析的方式。由于回熱加熱器的熱平衡方程式采取的是線性代數(shù)方程，具體表現(xiàn)為：將抽氣量轉(zhuǎn)換為自變量。因此，矩陣方程可以作為熱量平衡的分析方法，由矩陣運算獲取抽氣量的數(shù)值，推算熱力系統(tǒng)的其他經(jīng)濟性指標。矩陣法的熱平衡法分析主要體現(xiàn)在回熱系統(tǒng)的非調(diào)節(jié)抽氣量的數(shù)值分析上，由于模型中不建設(shè)鍋爐、汽輪機、再熱器等元素，缺少熱力系統(tǒng)參數(shù)，不存在經(jīng)濟指標相互間的數(shù)學關(guān)系。因此，矩陣法的分析效能受限于回熱系統(tǒng)。

第四，循環(huán)函數(shù)法。將回熱加熱器系統(tǒng)劃分成若干個小型加熱模塊，將計算鍋爐進水系數(shù)問題轉(zhuǎn)換為計算各小型加熱模塊的進水系統(tǒng)問題，將問題分解轉(zhuǎn)化的分析方式。將熱力系統(tǒng)分為主循環(huán)與次循環(huán)兩個領(lǐng)域，二者對性能指標影響成疊加關(guān)系。當熱力系統(tǒng)的局部發(fā)生微小變化時，對于主循環(huán)系統(tǒng)影響不大;通過計算變化的循環(huán)指標數(shù)值，來推算性能指標的變化，計算過程較為簡單地分析方法，計算過程中需要嚴格把握數(shù)值準確性。

（2）其他分析法。第一，凝結(jié)水-煙氣換熱器（FGCB）。FGCB系統(tǒng)分為A、B兩部分設(shè)置，系統(tǒng)的凝結(jié)水，采集的是B005低壓加熱器進口的凝結(jié)水，利用回水返回至B005低壓加熱器出口的方式，用來排擠B005低壓加熱器的抽汽，從而提高汽輪機的做功效率。THA工況下的凝結(jié)水流速為每小時121.9噸。FGCB系統(tǒng)利用變頻泵，來調(diào)節(jié)凝結(jié)水流速，從而實現(xiàn)出口水溫與B005出口凝結(jié)水溫保持一致的工藝效果。

第二，吹灰器系統(tǒng)。在煙道FGCA、FGCB模塊之間設(shè)置聲波吹灰器，用來清潔換熱器，提供做功效率，保障系統(tǒng)運行的清潔環(huán)境。

3結(jié)束語

綜上所述，通過對電廠鍋爐煙氣余熱應(yīng)用的熱力學原理展開分析，從中發(fā)現(xiàn)：想要提高煙氣余熱利用率，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用，需要嚴格控制煙氣在回收過程中的能量匹配。應(yīng)不斷研發(fā)能量梯級設(shè)計的優(yōu)化技術(shù)，來提高余熱回收的熱力特性，實現(xiàn)能源最大利用的目標。

參考文獻

[1] 黃振軍.火力發(fā)電廠鍋爐運行優(yōu)化分析[J].計算機產(chǎn)品與流通，2019，（11）：79.

[2] 劉家友.鍋爐煙氣余熱能量置換梯級利用增效機制與實驗研究[D].濟南：山東大學，2019.