燃煤發電節能系統

吳昊 肖滟琳 周宇 彭澤海

摘要：隨著科技的發展，能源的逐步枯竭；對于能源利用的要求不斷提高。本文就燃煤發電廠中余能的利用提出相關的方案，通過將振動電能回收裝置，余熱發電裝置的融入發電廠系統。對發電廠汽輪機噪聲，煙氣冷卻液中余熱充分利用。并且通過微電網將其并入到同一網絡，方便對其整合充分利用。

關鍵詞：振動電能回收裝置；余熱發電裝置

引言

自中國經濟快速發展，火力發電逐步壯大，成為電能供應的主要生產源，自國家統計局數據顯示，火力發電占全國發電量的比重為 73.93%。如今，在燃煤發電場中汽輪機振動勢能，散熱系統中的余熱，與煙氣中的余熱的利用都成為了可能。

一，電磁式振動發電系統

1，汽輪發電機噪音形成與防護

汽輪機高速運轉時，內部零件振動引發氣體振動都是汽輪機噪聲來源。并且其結構復雜，機械緊密度高單獨對某個部件進行降噪處理極為困難。因此常見降噪處理為后期補救降噪，是設置隔聲罩將汽輪機進行單獨圍護。在對噪聲源的隔離過程中勢必會造成隔聲罩的振動，通過隔聲罩的振動帶動振動電能回收裝置實現能量回收并且消除隔聲罩的振動。

2，振動電能回收裝置比較

1）電磁式振動發電系統

電磁式振動發電系統的工作原理為電磁學中的法拉第電磁感應定律，通過閉合導體的磁通量變化時，閉合回路中產生的感應電動式。在微振動發電裝置中通常使用永磁體為磁場發生源，通過永磁體的振動與線圈產生相對位移。電磁發電裝置的輸出電壓較低，但電流相對較大；電磁發電裝置的輸出功率受其結構尺寸的影響，不適合微小的空間；容易受到外部磁場的干擾；并且電磁式振動發電系統往往需要較大的振動幅度，適合在頻率較低的狀態下工作。

2）壓電式振動發電裝置

壓電式振動發電是通過利用某些介電質在受到某一方向上外力作用發生形變時，內部產生一定的電勢，在他兩極上產生相反電荷，當作用力反向時，材料上的電勢也會發生正負互換，當其形變恢復后，電勢將會消失。電壓式振動能量收集裝置通常為懸臂梁結構，通過懸臂梁結構可以有效放大振幅。電壓式振動發電裝置能量轉換效率更高；對于環境要求低，體積微小；能量密度高。但存在電容性，存在非線性效應。

3）電磁式與電壓式復合振動發電裝置

復合振動發電裝置是通過對電磁式振動發電系統與壓電式振動發電裝置在機械結構上進行整合，使其擁有更好的振動發電性能。其內部結構更加復雜，制作精度更高。但其在微振動發電性能上更強。因此，在微振動發電領域得到廣泛的應用。

4）電能回收系統的設計

為了充分利用噪聲說產生的聲波能，可以通過在采取較為輕薄的硬質隔音層與底部連接復合振動發電裝置來實現。噪聲聲波在密閉的隔音層內產生的連續高頻的聲壓波動，帶動硬質隔音層振動，同時也引發復合振動發電裝置運轉。可以通過設置多層次該裝置來實現噪聲的高效利用。最后通過多個復合振動發電裝置串聯和并聯提高電壓。

二，燃煤火力發電廠余熱的利用

燃煤火力發電廠余熱主要集中在燃燒后的廢氣以及發動機冷卻液中，目前余熱發電裝置通常為溫差發電裝置與有機朗肯循環裝置，下文將針對這兩類裝置特性以及使用范圍加以闡述。

1，溫差發電裝置

溫差發電裝置的理論基礎為塞貝克效應和帕爾帕效應，由于包括電子在內的物質具有由高濃度向低濃度的擴散的特性。并且，根據研究表明，其擴散的速率與接觸面的溫度成正比。因此，對于具有不同自由電子密度兩端相互接觸的半導或金屬導體，只需維持不同金屬導體之間的溫度差，就能保持電子的擴散運動，從而在導體兩端形成穩定的電壓差。隨著材料科學的發展，如今利用半導體材料制作溫差發電裝置，已經具有明顯的優越性能。由于半導體溫差發電裝置具有可塑性，因此更加適用于散熱器。全國燃煤發電廠中，在水資源較為充裕的南方大多利用水冷技術。經過研究發現，燃煤發電廠冷卻水具有流量大，總體熱能高，溫差較低等特點。因此，利用半導體溫差發電將能夠較為合理的利用，冷卻水中存在的熱能。

2，有機朗肯循環裝置

有機朗肯循環循環（Organic Rankine Cycle，簡稱 ORC）是以具有較低沸點有機物為工質的朗肯循環，主要由余熱鍋爐或換熱器、透平、冷凝器和工質泵四大部套組成，有機工質在換熱器中從余熱流中吸收熱量，生成具一定壓力和溫度的蒸汽，蒸汽進入透平機械膨脹做功，從而帶動發電機或拖動其它動力機械。從透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷卻水放熱，凝結成液態，最后借助工質泵重新回到換熱器，如此不斷地循環下去。有機朗肯循環使用的發電機組不斷地發展，發電效率也得到顯著提升。在工質冷卻環境溫度低，廢熱溫度較高的條件下可實現有機朗肯系統的高效運轉。但有機朗肯系統體積較大，并且需要對有機工質密閉處理。燃煤電廠中，煙氣中的廢熱是主要的能量丟失點，通常燃燒后的廢氣溫度超過120攝氏度。具有高能量密度，且方便傳輸處理。因此，有機朗肯循環循環對于燃煤電廠煙氣廢熱的利用更加有效。

三，微電網系統

噪聲波動不穩定，環境溫度的隨機性，造成各個系統之間不連續，轉化出的電能不在同一量級，并且在物理上具有一定的距離。對于此系統可以參考孤島微電網系統。對不穩定電能采取濾波穩壓，DC-DC轉換，逆變處理后通過微電網將清潔能源為低功耗的設備提供電能。

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（作者單位：西華大學 電氣與電子信息學院）