電廠鍋爐煙氣余熱利用系統的熱力學研究

郭宇

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

關鍵詞 電廠鍋爐;煙氣余熱;熱力學

引言

天津某發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，安裝煙氣換熱器FGCM。

1電廠鍋爐煙氣余熱的理論基礎

（1）減少熱損失。電廠鍋爐的熱損失是指：由于熱量轉化造成的能源形態不可逆轉問題。煙氣余熱是用來緩解熱損失的有效途徑。根據實際需求施行電廠鍋爐的運轉，提供保質保量的供能，盡可能地減少不可逆轉化的能源損失，保障電廠鍋運行的質量要求。導致熱量轉化的原因有：是鍋爐有效的熱輸出狀態下產生的熱量損失;排煙熱損失，是熱量損失占比最大的，占據高達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，實現能源的循環利用，提高電廠鍋的經濟效益。

（2）應用總能系統。總能系統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換。綜合考慮熱力、經濟、環保因素，提高電廠鍋設備的能源利用率，實現能源的循環利用，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”生態問題。煙氣余熱的開發利用，采取科學的預測進行能源回收，選擇具有凈化功能、處理廢氣的設備，來提高資源循環利用的效能。

2煙氣余熱利用系統的熱力學研究

（1）煙氣余熱應用熱力學分析法。第一，熱平衡法。熱平衡法是熱力系統中常見的分析方法，對熱力系統中各個子系統列出能量平衡式，在利用方程式求解，應用串聯計算方法。熱平衡法的理論原理：在汽水系統基礎研究中，將汽水引入系統熱平衡，轉化熱平衡內部結構，重新計算汽水系統的各熱平衡指數，逐步推演出煙氣余熱利用的應用結果。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，計算方式采取的次序是由高到低。熱平衡法的理論基礎是熱力學的第一定律，其內容簡單通透，計算結果具有準確性、科學性。利用熱平衡法，分析煙氣余熱工作原理，分析發現：煙氣余熱的科學利用，有利于實現能源循環利用，應繼續研發相關技術，提高能源的利用率[1]。

第二，等效熱能轉換法。等效熱能轉換法是根據熱力學原理，實現熱能轉換的過程。等效熱能轉換法基于電廠鍋爐設備、熱力結構、各參數等因素，研究熱能轉換的工作效率與熱量利用率。依據已經確定的蒸汽、回熱等參數;將燃料的燃燒率、機組蒸汽的流動量作為固定參數;熱力系統的微小調整，統計各級抽汽產生的影響;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換值，存在動態變化的特點;而動態的熱能轉換值是電廠鍋爐余熱利用的總熱量值;依據電廠鍋爐燃料總數與燃燒率，結合熱力學原理知識，計算煙氣的組成成分，總結煙氣的排放數值;煙氣釋放的熱量，是獲取加熱后凝結水釋放的熱量。利用熱能轉換法，分析電廠鍋爐煙氣余熱的工作原理，分析發現：電廠鍋爐煙氣余熱，實現能源循環利用，降低電廠鍋爐的成本投入，減少廢氣排放的空氣污染，有利于保護生態環境[2]。

第三，矩陣法。矩陣法是綜合計算機處理技術，實現熱力系統分析的方式。由于回熱加熱器的熱平衡方程式采取的是線性代數方程，具體表現為：將抽氣量轉換為自變量。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值，推算熱力系統的其他經濟性指標。矩陣法的熱平衡法分析主要體現在回熱系統的非調節抽氣量的數值分析上，由于模型中不建設鍋爐、汽輪機、再熱器等元素，缺少熱力系統參數，不存在經濟指標相互間的數學關系。因此，矩陣法的分析效能受限于回熱系統。

第四，循環函數法。將回熱加熱器系統劃分成若干個小型加熱模塊，將計算鍋爐進水系數問題轉換為計算各小型加熱模塊的進水系統問題，將問題分解轉化的分析方式。將熱力系統分為主循環與次循環兩個領域，二者對性能指標影響成疊加關系。當熱力系統的局部發生微小變化時，對于主循環系統影響不大;通過計算變化的循環指標數值，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值準確性。

（2）其他分析法。第一，凝結水-煙氣換熱器（FGCB）。FGCB系統分為A、B兩部分設置，系統的凝結水，采集的是B005低壓加熱器進口的凝結水，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工況下的凝結水流速為每小時121.9噸。FGCB系統利用變頻泵，來調節凝結水流速，從而實現出口水溫與B005出口凝結水溫保持一致的工藝效果。

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

3結束語

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

參考文獻

[1] 黃振軍.火力發電廠鍋爐運行優化分析[J].計算機產品與流通，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.