淺析電廠燃煤鍋爐煙氣余熱回收的優(yōu)化利用

印大偉

（大慶石化公司熱電廠，黑龍江 大慶 163000）

煙氣排放造成的熱量損失是所有熱量損失中最大的，通常為6%～9%，占鍋爐熱損失總數(shù)的80%或以上。再度影響煙氣排放熱損失的最重要因素是煙氣燃燒溫度。發(fā)電機(jī)鍋爐的排煙溫度目前從120℃升至160℃。通常，燃燒溫度每上升1℃就增加0.05%；煙氣排放造成的熱量損失增加 0～0.2%；如果燃燒溫度為18mJ/kg煤，鍋爐每年多消耗約10000t煤炭。總之，如果能夠充分利用煙氣熱能生產(chǎn)技術(shù)，在煙氣的低溫下回收殘余熱量，并產(chǎn)生大量的能量輸出，對(duì)該應(yīng)用的研究將是非常有用的。此外，考慮到我國(guó)能源短缺和能源使用率低，減少能源消耗是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

1 溫差發(fā)電技術(shù)在低品位余熱回收中的應(yīng)用

發(fā)達(dá)國(guó)家家，如歐洲和美國(guó)、日本和其他國(guó)家率先進(jìn)行了關(guān)于使用溫度計(jì)發(fā)電技術(shù)的前瞻性研究，這些研究已經(jīng)產(chǎn)生了預(yù)處理結(jié)果。發(fā)達(dá)國(guó)導(dǎo)言日本科學(xué)家開(kāi)發(fā)了利用熱源發(fā)電系統(tǒng)煙氣熱量，同時(shí)，由于固體廢物焚燒是低質(zhì)量的熱源，傳統(tǒng)的發(fā)電方式不適合不是可變溫度發(fā)電技術(shù)是通過(guò)固體廢物焚燒產(chǎn)生熱能的合理手段。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)低質(zhì)量熱電發(fā)電技術(shù)在煙氣回收中的應(yīng)用研究一直非常成功。

國(guó)家對(duì)溫差發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的研究逐漸擴(kuò)展到諸如汽車排氣回收等應(yīng)用，在氣候變化背景下研究熱差發(fā)電技術(shù)大規(guī)模用于工業(yè)殘余熱回收，主要涉及發(fā)電機(jī)性能測(cè)試和熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)。李志鋒研究了將這種技術(shù)應(yīng)用于殘余熱回收的可行性。在我們的行業(yè)里，通過(guò)測(cè)試熱敏設(shè)備，張鐵成討論了根據(jù)我國(guó)發(fā)電廠的實(shí)際運(yùn)行情況，在我國(guó)發(fā)電廠鍋爐中回收殘余熱的不同區(qū)域，鍋爐后部空氣預(yù)熱器后區(qū)域的技術(shù)可提高發(fā)電廠的效率約0.5%。李啟晨設(shè)計(jì)了一種溫差發(fā)生器，將熱電片材的測(cè)試結(jié)果與我國(guó)徐州一家發(fā)電廠的實(shí)際操作結(jié)合起來(lái)，并對(duì)利用該技術(shù)回收熱量進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析?；裟犴f爾通過(guò)測(cè)試不同溫度電池發(fā)生器的輸出特性來(lái)分析熱電發(fā)生器的熱電轉(zhuǎn)換效率變量，鑒于我們對(duì)溫差發(fā)電技術(shù)的研究進(jìn)展緩慢，這些技術(shù)的應(yīng)用正處于初期階段，仍然存在許多需要進(jìn)一步研究的空白。如何根據(jù)我國(guó)熱電廠的實(shí)際情況合理選擇熱電系統(tǒng)的運(yùn)行條件，以便優(yōu)化其生產(chǎn)，減少浪費(fèi)。

本文對(duì)溫度不同功率一代技術(shù)在我國(guó)大型發(fā)電廠氣體殘余回收中的應(yīng)用進(jìn)行了定量分析。為該技術(shù)在煤鍋爐中的應(yīng)用提供一個(gè)參考基礎(chǔ)，還計(jì)算了殘余熱量回收系統(tǒng)的能量生產(chǎn)功率，將燃煤鍋爐的運(yùn)行參數(shù)和煤炭質(zhì)量分析結(jié)合起來(lái)，將冷卻水流量和發(fā)電單位成本與利用剩余熱量?jī)?yōu)化熱發(fā)電分析相結(jié)合鍋爐結(jié)果表明，如果煙氣排放溫度合理降低，每年可回收約140萬(wàn)℃的電力，大幅度提高效率。

2 余熱回收系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

煤炭質(zhì)量分析和鍋爐組操作數(shù)據(jù)是根據(jù)溫度差分計(jì)算的，發(fā)電系統(tǒng)水泵的80%效率計(jì)算，在將熱電生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用于回收后煙囪中的殘余熱后，可以計(jì)算出一系列結(jié)果。在不同溫度下發(fā)電系統(tǒng)在不同燃燒氣體輸出溫度和冷卻水輸出溫度下的功率、帶面積、冷卻水流量。溫差發(fā)電系統(tǒng)的凈發(fā)電量和單位成本，系統(tǒng)表面單位發(fā)電量和系統(tǒng)熱電轉(zhuǎn)換的平均效率。

圖1 余熱回收系統(tǒng)發(fā)電量

如圖1所示，通過(guò)利用溫差發(fā)電系統(tǒng)將燃燒氣體的熱量轉(zhuǎn)化為電能當(dāng)排氣輸出溫度固定，可變溫度發(fā)電系統(tǒng)的能量減少溫度升高冷卻，冷卻是由于高溫冷卻水輸出溫度降低了發(fā)熱系統(tǒng)中的平均溫差，隨著燃燒氣體出口溫度的下降，溫差發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量有所增加，從而降低熱電發(fā)電系統(tǒng)的熱電轉(zhuǎn)換效率。

圖2顯示了一種不同的熱發(fā)電系統(tǒng)的織物表面變化曲線。預(yù)熱電發(fā)電板視圖第一個(gè)原因是需要通過(guò)熱電發(fā)電系統(tǒng)將更多的熱能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電系統(tǒng)的熱電轉(zhuǎn)換效率降低。熱電能必須由織物帶表面的增加來(lái)補(bǔ)償。操作降低燃燒氣體的輸出溫度或增加冷卻水的輸出溫度會(huì)增加燃燒氣體的表面溫度。

圖2 余熱回收系統(tǒng)布片面積

對(duì)圖1和圖2的分析表明，過(guò)熱再循環(huán)冷卻水出口不僅會(huì)增加成本，而且還會(huì)減少發(fā)電量，因此，更合理的冷卻水輸出溫度可使利潤(rùn)最大化。如圖3所示，當(dāng)冷卻水的輸出溫度較低時(shí)，循環(huán)的冷卻水流對(duì)輸出溫度更敏感。也就是說(shuō)，當(dāng)冷卻水的輸出溫度變化時(shí)，它變化很大。因此，應(yīng)避免冷卻水的輸出溫度。必須選擇循環(huán)泵的功率消耗，以便在循環(huán)水流量低的狀態(tài)下運(yùn)行，即充分地提高循環(huán)水的輸出溫度。

圖3 余熱回收系統(tǒng)冷卻水流量

可以從圖表上看出，由于在冷卻水輸出溫度低于冷卻水輸出溫度時(shí)需要更大的循環(huán)泵功率，因此，與工地狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的一部分凈工作為負(fù)值。圖4顯示了熱電系統(tǒng)不同運(yùn)行條件下的凈發(fā)電量。

圖4 余熱回收系統(tǒng)凈發(fā)電量

由于考慮到系統(tǒng)成本，最大凈收益不同于最低單位發(fā)電成本。圖5顯示按條件發(fā)電的單位成本。同樣每個(gè)曲線都有一個(gè)最大的運(yùn)行值，相當(dāng)于最低單位發(fā)電成本。

圖5 余熱回收系統(tǒng)單位發(fā)電成本

3 結(jié)語(yǔ)

本文探討了電廠的運(yùn)行參數(shù)和煤炭質(zhì)量分析，對(duì)發(fā)電系統(tǒng)成本進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，此外，在殘余熱回收過(guò)程中，加熱的再循環(huán)冷卻水可以繼續(xù)使用，利用從發(fā)電廠的煤鍋爐中回收殘余熱具有很大的實(shí)際意義。