電站鍋爐冷風加熱及煙氣余熱綜合利用系統(tǒng)

祁文杰

摘要：在傳統(tǒng)電廠鍋爐余熱利用系統(tǒng)中，針對低溫省煤器進口煙氣的溫度限制，對鍋爐段受熱面進行了綜合優(yōu)化?？諝忸A熱器分為兩部分，兩個階段之間都是低溫截煤機。通過改變一次空氣預熱器出口的空氣溫度，對低溫節(jié)流閥的煙溫范圍進行優(yōu)化，獲得最佳熱力工況。最后結合技術經濟分析，得到了符合工程實際的綜合優(yōu)化結果。在對煙氣余熱利用系統(tǒng)進行熱力學分析的基礎上，將排氣技術與蒸汽再生系統(tǒng)相結合進行優(yōu)化，從而提高煙氣余熱利用的節(jié)能效果。與傳統(tǒng)方案不同，低溫節(jié)煤器只有在空氣預熱釋放后才能配置，因此采用了優(yōu)化方案。電氣設備煤耗由2.18g/kWh·h增加到5.19g/kWh·h，節(jié)能優(yōu)勢明顯。

關鍵詞：電站鍋爐;冷風加熱;煙氣余熱;綜合利用系統(tǒng)

目前，我國燃煤電廠鍋爐廢氣溫度設計多為120℃或0℃，廢氣獲得的熱量可達到電廠所有進口燃料熱值的3%。因此，隨著能源價格的上漲，節(jié)能減排政策要求日益嚴格，電廠鍋爐煙氣余熱利用的研究和應用得到了廣泛關注。在電廠設置低溫截煤機是降低廢氣溫度的有效措施之一。利用鍋爐末端煙氣余熱加熱再生系統(tǒng)中的凝結水，除去部分廢氣，再帶動汽輪機進一步膨脹。因此，煙氣余熱的回收利用可以在一定程度上提高機械設備的經濟效益。

一些文獻系統(tǒng)地研究了火電廠在火電系統(tǒng)中增加低壓節(jié)能器的節(jié)能效果和分析方法。采用國外電廠安裝的空氣預熱器等煙氣余熱回收技術，彌補了蒸汽加熱器造成的熱經濟性降低的不足?？紤]到煙氣溫度和實際換熱效率的局限性，相關文獻提出改造后發(fā)電設備的經濟效益應考慮換熱面積投資的經濟成本。本文從熱力學基本定律和實際約束出發(fā)，對傳統(tǒng)電廠煙氣余熱回收系統(tǒng)的熱力學特性進行了深入分析。在余熱回收過程中，進行了能量匹配分析、鍋爐煙氣與能量梯級使用方法分析、優(yōu)化性能分析以及典型的100萬千瓦火電廠鍋爐余熱回收系統(tǒng)組合。本研究為進一步分析和開發(fā)電廠鍋爐余熱回收系統(tǒng)的節(jié)能潛力提供了新的思路。

一、傳統(tǒng)電廠鍋爐余熱利用系統(tǒng)的熱力學分析

在傳統(tǒng)的余熱系統(tǒng)中，低溫截煤機安裝在空氣預熱器后，其工作溫度范圍為130～85℃。

在現有余熱系統(tǒng)中，低溫節(jié)煤器可以串聯在7號發(fā)電機與8號發(fā)電機之間，8號發(fā)電機與冷凝器之間。但是，其效果卻是有限的。傳統(tǒng)火力發(fā)電廠鍋爐的余熱利用系統(tǒng)是利用空氣預熱后的排煙余熱對冷凝水進行加熱，從而節(jié)約部分的回熱排風。把節(jié)省下來的廢氣用于汽輪機作業(yè)，在煤的燃燒量和主蒸汽流量不變的情況下，可以提高蒸汽的利用率，降低燃氣消耗量?，F有的文獻分析等效焓降法的節(jié)能效果?；跓崮苻D換原理，考慮設備質量和熱能系統(tǒng)的結構及系數特點，研究熱能轉化與利用的研究方法。在余熱回收過程中，煙氣低溫截煤機的吸熱量相應降低。熱回收系統(tǒng)的一個小的變化并不會導致各個階段的完全改變，而只會影響到一個階段。任何通過減少從系統(tǒng)中抽取蒸汽而產生的額外能量都會增加渦輪機的功率。

二、空氣預熱及煙氣余熱利用的尾部受熱面綜合優(yōu)化

（一）優(yōu)化思路

在傳統(tǒng)的引導系統(tǒng)中，由于濃煙溫度低，只能用低參數代替再生提取，因此低溫節(jié)能器的節(jié)能效果有限，需要對系統(tǒng)進行優(yōu)化。即在保證熱風溫度的前提下，將煙氣熱交換系統(tǒng)分為兩個水平配置?？諝饨汭l級空氣預熱器加熱到一定溫度，再由I級空氣預熱器完成對空氣的全部加熱?，F有的廢熱利用系統(tǒng)相比，演技和空氣系統(tǒng)分類在分配領域高溫低溫節(jié)彈更高水平的，因此可以代替蒸汽提取使用演技熱量的最佳使用，廢熱鍋爐系統(tǒng)的節(jié)能效果將提高。因此，對二級空氣預熱器與低溫絕熱器的熱力學系數進行優(yōu)化，通過得到水熱面系數變化規(guī)律，從而找到系統(tǒng)熱力學系數的最佳范圍，最大限度地達到系統(tǒng)的節(jié)能效果。

（二）優(yōu)化方法

在優(yōu)化過程中，煙霧、空氣、冷凝水的熱傳導既要遵循導熱基本規(guī)律，又要滿足工程實踐中的約束條件。在工程實踐中，為保證熱交換效果，考慮實際熱交換面積時，低溫截煤器與空氣預熱器熱交換節(jié)點的溫差不低于10k和15k。在穩(wěn)定的工作條件下，進、出系統(tǒng)的熱力學參數（即吸煙量、出煙溫度之和、進、出溫度等）保持不變。最佳設計參數為Il型空氣預熱器的出口空氣溫度（即I型空氣預熱器的進口空氣溫度）。確定之后，I型與Il型空氣預熱器的熱交換也相應確定。一級空氣預熱器出口演技溫度（及低溫省煤器進口溫度和II級空氣預熱器出口溫度（即延期，延期低溫省煤器出口溫度決定），還有低溫省煤器可以加熱系列空氣吸入口方面及供應溫度，最后根據等效焓衰減理論得到了系統(tǒng)的能量效率。

（三）優(yōu)化結果

進口煙溫、低溫節(jié)煤系列加熱較高檔再生熱水，節(jié)約提取變量較多，出口水加熱溫度為2℃～5℃，進口低溫節(jié)煤煙溫為130℃，這是傳統(tǒng)的余熱利用方式。這時低溫截煤機只能從7號回熱加熱器（7號與8號回熱加熱器串聯）中吸進空氣，而出水溫度只有83.6℃。當溫度在217℃以上時，低溫節(jié)煤機最多可代替2號蓄煤機把蒸汽抽出（在2號蓄煤機與3號蓄煤機串聯），出口水溫度可達239℃。

三、結語

在熱能的轉換和利用過程中，既有熱能的數量，又有熱能的等級。高溫高壓熱源的轉換電位大于低溫低壓熱源的轉換電位，說明高溫高壓熱源檔次較高。能量轉換的基本規(guī)律出發(fā)，利用能量梯級方法分析和能源結構，優(yōu)化能源利用方式，節(jié)約能源。減少能源浪費，提高能源利用效率，才能達到目的。在此基礎上，結合“溫度匹配、能級匹配”原理，對廢氣余熱回收子系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計。優(yōu)化方案仍使用原空氣預熱器，但余熱回收子系統(tǒng)的性能與空氣預熱器并行，節(jié)點烷基出口外區(qū)域安排高溫。該子系統(tǒng)的性能是余熱回收，余熱溫度的回收程度明顯提高。因此，隨著貯水部位溫度的升高，擠壓的熱天明顯增加。但是，由于空氣預熱器的煙熱下降，爐內的空氣溫度就必須吸收更多的熱量而進入爐內。通過深入分析，發(fā)現該系統(tǒng)的經濟改進與煙氣余熱回收利用過程中的“能量匹配”有著密切關系。以百萬千瓦燃煤電廠能源利用模式為基礎的典型優(yōu)化系統(tǒng)與傳統(tǒng)的一體化低溫截煤機煙氣等熱用系統(tǒng)相比，具有明顯優(yōu)勢。即以下三點：

（1）基于能量階梯設計優(yōu)化系統(tǒng)，“利用溫度對應的階梯”，科學利用能量原理，大大提高了系統(tǒng)的熱特性;

（2）系統(tǒng)的優(yōu)化不僅可以使系統(tǒng)節(jié)能獲得最佳的經濟效益，而且還可以將煙氣預熱系統(tǒng)的優(yōu)化過程對設備運行的影響降到最低。

（3）增設冷風預熱器，采用熱管換熱器，可滿足冬季低溫空氣采暖需求，降低工程造價。

優(yōu)化系統(tǒng)中各節(jié)點溫度系數的優(yōu)化對于提高機械裝置的經濟性能具有重要作用，需要進一步研究。

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