褐煤干燥乏氣回收系統的節能給水特性研究

苗國耀 戚琳

（中國新時代國際工程公司陜西西安710018）

褐煤干燥乏氣回收系統的節能給水特性研究

苗國耀 戚琳

（中國新時代國際工程公司陜西西安710018）

褐煤干燥技術是提高褐煤發電效率的主要手段之一，回收干燥乏氣中的熱量能夠進一步提高褐煤綜合能量利用效率。本文建立了某600MW機組發電系統、干燥乏氣回收系統計算模型，計算結果表明，額定工況下通過回收干燥乏氣熱能加熱回熱系統凝結水，可以使系統煤耗率降低1.86g/kW·h。

褐煤；干燥乏氣；熱能回收；Aspen Plus

褐煤是高水分、高揮發分、低熱值的低變質煤種[1]。褐煤具有質次價低特點，將褐煤用于發電，可有效降低火電企業成本。但是，燃褐煤發電機組投資較大，同時效率低、污染物排放量大。褐煤干燥技術是采用熱力方法降低褐煤中的水分含量以提高褐煤熱值。在燃褐煤電站中，對入爐煤進行預干燥是提高褐煤利用效率的有效手段[2]。干燥熱源可以采用鍋爐煙氣、汽輪機抽汽等[3]。褐煤干燥過程消耗的能量主要用于水分的氣化（水分氣化的潛熱吸熱量），褐煤干燥過程產生大量的干燥乏氣，乏氣中所含水分達到20%～90%，設法回收干燥乏氣中的汽化潛熱，有望進一步提高褐煤綜合能量利用效率。為此，本文基于Aspen plus建立了褐煤煙氣預干燥發電系統仿真模型，定量研究乏氣回收對系統節能節水效益的影響規律。

1 褐煤干燥乏氣回收系統

褐煤煙氣預干燥發電系統，是在常規燃褐煤發電機組基礎上增加了煙氣干燥機，如圖1所示。該系統利用爐煙對褐煤進行預干燥，提高褐煤熱值，同時降低鍋爐排煙溫度，從而大幅度提高褐煤發電效率。在乏氣回收系統中，通過加入乏氣加熱器，用乏氣熱量加熱汽輪機凝結水，干燥乏氣和凝結水在間壁式換熱器中進行對流換熱，乏氣冷卻并且所含水蒸氣部分凝結，從而回收部分乏氣熱能。

圖1 褐煤煙氣預干燥發電系統原理圖

2 系統計算模型

本文采用Aspen Plus流程模擬軟件，建立煙氣預干燥鍋爐系統模型，該模型由干燥系統、鍋爐本體構成，利用RSTOIC、FLASH2等模塊組成褐煤干燥熱力計算模塊，預干燥煤進入由RYIELD、RGIBBS、SSPLIT等模塊構成的燃燒計算模塊，此模塊按照指定空氣過量系數、燃料的燃燒熱（干燥基發熱量），計算出燃燒產物以及燃燒產物的溫度，然后按照煙氣、給水流動采用HEATER模塊建立各主要換熱面模型。對于間壁式乏氣回收換熱器，乏氣在釋放熱量的過程中依次經過顯熱放熱和以潛熱放熱為主的兩個換熱階段，因此，該換熱過程存在節點溫差，且以對流方式進行的顯熱換熱（干煙氣），和以凝結方式為主的潛熱換熱兩個階段（飽和煙氣）構成。

顯熱段換熱系數取45w/（m2·K），潛熱為主的換熱段換熱關聯式采用下式：

式中：Wv,b為乏氣中水蒸氣的含量，Re取6000，Pr取0.696。

3 系統節能節水特性研究

3.1 實例機組與基準工況

本文實例機組為600MW燃褐煤超超臨界發電機組，鍋爐計算基準工況為THA工況，燃用煤種為伊敏褐煤，伊敏煤質如表1所示。系統主要參數為：進入乏氣回收系統的干燥乏氣溫度tf為105℃，凝結水溫度tw為31.5℃。在褐煤煙氣預干燥發電系統中，部分爐煙用于褐煤預干燥，使進入空預器煙氣量下降；同時，煙氣中水分含量下降，酸露點降低。因此，褐煤煙氣預干燥發電系統鍋爐排煙溫度下降至103℃。

表1 伊敏褐煤煤質參數

3.2 系統節能給水特性計算

采用以上仿真模型，計算得到THA工況下，系統熱力參數如表2所示。

表2 THA工況下系統熱力參數對比

計算結果顯示，利用間壁式換熱模型，乏氣水回收率為26.43%。本文所進行的乏氣熱能回收經濟性計算，需要對汽輪機回熱系統與乏氣熱能回收器進行耦合分析，汽輪機回熱系統主要用于加熱凝結水，本系統中乏氣中的熱量可將凝結水從45.8℃加熱至64.7℃，相當于外部純熱量進入系統，排擠了汽輪機第一級抽氣和部分第二級抽氣，使新蒸氣等效熱降增加，提高了機組循環效率，計算結果顯示，系統循環效率提高0.65%，節約標準煤量1.86g/kW·h。

4 結語

本文針對褐煤干燥乏氣熱能回收的問題，以某600MW機組為例，采用Aspen Plus模擬軟件建立了該系統的流程計算模型，對乏氣熱能與水回收對系統熱經濟性的影響進行計算。定量計算表明：在THA基準工況下，通過乏氣熱能回收用于加熱凝結水，機組循環效率提高0.65%，節約標準煤量1.86g/kW·h，凝結水回收率為26.43%。

[1]車德福,莊正寧,李軍,等.鍋爐[Z].2008.

[2]嚴俊杰,劉明,種道彤,等.預干燥燃褐煤發電系統理論研究[J].西安交通大學學報,2011,45(5):1-5.

[3]Mujumdar A S.Handbook of industrial drying[M].CRC Press,2014.

苗國耀(1981—)，男，陜西西安人，本科學歷，工程師，主要從事發電廠及城市熱力的設計及研究工作。

戚琳(1983—)，女，陜西西安人，本科畢業，工程師，主要從事新能源綜合利用及城市熱力的設計及研究工作。