火電廠余熱回收系統的研究與設計

郭大江

摘 要

目前世界范圍內，能源供應愈發緊張，環境污染問題嚴重，已經影響了人類的生存和發展，實現能源、環境和經濟的可持續發展是目前亟需解決的問題，清潔可再生能源的開發和余熱資源的回收利用是各國研究的重點?；鹆Πl電是我國電力能源的重要生產方式，其在電能生產的同時存在大量熱量的損失，本文設計了一套針對火力發電廠的余熱回收系統，對電廠節能減排工作有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】火力發電 余熱回收 熱效率

1 概述

隨著我國經濟的迅速發展，社會對能源的需求迅速增加。煤炭石油等化工燃料的快速消耗的同時，也造成了環境了嚴重污染。近年來，為了能源的節約和環境的保護，人們對能源的利用給予了更大的關注。大力發展清潔可再生能源、加強現有能源的利用率以及對系統余熱進行回收再利用等節能減排技術成為社會關注的熱點。

2 火電廠余熱回收系統的設計與研究

2.1 煙氣余熱回收系統的研究

鍋爐的熱損失中排煙熱損失占據首位，隨著節能減排問題受重視程度越來越高。本文根據所掌握的煤質資料，鍋爐空預器出口煙氣溫度設計煤種為128℃，校核煤種為131℃。采用安裝低溫省煤器的方式對排煙余熱進行回收，從而對機組的經濟性進行提高，達到能源節約的目的。在設置低溫省煤器過程中應對煤質情況、布置問題等進行充分考慮。結合低溫省煤器的應用經驗，本文對以下兩種方案進行了研究。

2.1.1 方案1

低溫省煤器安裝兩級：第一級低溫省煤器在預熱器出口和除塵器入口之間布置，第二級低溫省煤器在引風機出口和脫硫吸收塔入口之間設置。由于第一段低溫省煤器所處位置的含塵量較高，因此，堵塞和磨損情況會比較嚴重，對第一級低溫省煤器出口煙溫進行嚴格控制，確保煙氣溫度在露點溫度以上大約10度，從而滿足由于漏風等原因導致除塵入口到引風機一段的低溫腐蝕。第一段低溫省煤器將煙氣溫度適當降低，煙氣體積也會減小，一方面除塵器的除塵面積降低了，材料損耗減少，另一方面風機的軸功率降低，降低了耗電量。

2.1.2 方案2

兩級低溫省煤器，一級位置的空預器進風溫度通過水媒介的加熱而升高，二級空預器出口排煙通過凝結水冷卻。

第一級低溫省煤器在空預器出口和除塵器入口之間設置，第二級在兩臺引風機出口匯合后脫硫塔入口之前設置。第二級低溫省煤器主要將空預器入口的二次風用鄙視循環水加熱，而制粉系統對出口風溫要求不高，低溫省煤器和預熱器的換熱基本定值。在煤質含水量不高，預熱器保持一定的換熱面積時，加熱鍋爐空預器進風會使預熱器的換熱量減少，造成預熱器的排煙升溫。為實現能量的合理利用，并使煙氣體積流量和引風機功率降低，可以采用加設高溫段低溫省煤器的方式，第一級高溫省煤器將凝結水加熱，升高排煙溫度，進行高溫段凝結水升溫，使高品質抽汽得到節約。兩級低溫省煤器的使用，實現了余熱的分級利用，使余熱的使用效率提高。

2.1.3 兩種方案的經濟性分析

本文以THA工況為基礎，在沒有加裝低溫省煤器時，汽機熱耗7566kJ/kWh。參考等效焓降法，加如低溫省煤器后的熱耗改善情況可以用如下公式計算。

H*=3600/（ηdd） （1）

Hj=（hj-hn）-∑（γi/hi）Hi （2）

η=Hj/hj （3）

qd=Gd（h'd-hd）/G0 （4）

△H=qdηj （5）

△q=△H*q/（H*+△H） （6）

上式中，H*和Hj為汽機的等效焓降和第j級抽汽的等效焓降，單位為kJ/kg；ηd為發電效率，單位為kg/kWh，d為發電機組的汽耗率，單位為%；hj和hn分別為第j級抽汽焓值和排氣焓值，單位為kJ/kg；γi為疏水帶出熱量，單位為kJ/kg；qd為每千克汽機進汽低溫省煤器帶入熱量，單位為kJ/kg；Gd為汽機的進汽流量，單位為kg/s，hd和hd分別為低溫省煤器進口和出口焓值，單位為kJ/kg；△H為等效焓降增量，單位為kJ/kg；q為汽機熱耗，單位為kJ/kWh；△q為熱耗降低值，單位為kJ/kWh。

計算得出，采用方案1后，加熱器出口的凝結水溫度從46.9℃提升為80攝氏度，機組熱耗改善了68 kJ/kWh。采用方案2后，鍋爐效率提升了0.72%，節煤2.09g/kWh。

2.2 循環水余熱利用系統研究

2.2.1 吸收式熱泵供熱系統設計

將廠區采暖和熱泵機組結合，在汽輪機和冷卻塔循環水之間的管道上設置吸收式熱泵，循環水降溫之后，在進入冷卻塔到機組的循環水管道，吸收式熱泵提取循環水的余熱，加熱網循環水回水，將一次網回水溫度升高，采暖加熱站利用汽水換熱器在將溫度提升到供熱要求。工廠的采暖系統和電廠冬季可靠運行相關，也是改善工廠工作人員生活條件的中還要保障，是重要的生活設施，為確保供熱系統的安全性和可靠性，可以在原有供熱系統上增設旁路系統，從而對吸收式熱泵的熱能進行充分利用。當吸收式熱泵機組出口水溫達到供暖要求時，可以直接使用熱泵出水供暖，當熱泵系統故障時，則可以使用原有供熱系統維持供暖。

2.2.2 吸收式熱泵節能減排及投資收益分析

采用吸收式熱泵系統，在每個供熱周期內，循環水余熱回收利用51840GJ，采用年平均標準煤耗（38.4 t/GJ）進行這算，則折合每年節省1350t標準煤。每個供熱周期內，熱泵共消耗電能3.6萬度，折算時按照1000MW機組每年供電平均煤耗為286 g/kWh，則每年折合呈標準煤的消耗為10.3t。則吸收式熱能方案每年綜合節能為1339.71t標準煤。采用吸收式熱泵系統，在獲得節能效果的同時，還可以取得較好的環境效果。根據設計煤質估算，系統應用后每年可減少3700噸二氧化碳的排放。估算系統的年運行收益為24.3萬元。

3 結論

本文通過對火電廠發電機組的特點，針對汽熱循環系統設計了煙氣余熱回收系統和循環水熱泵回收系統，并對各自的經濟性進行了分析。煙氣余熱回收效果和經濟效益較為明顯，而吸收式熱泵系統的投資回報較低，煙氣余熱回收系統更為適合廣泛推廣。

參考文獻

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