煙氣余熱利用系統(tǒng)分析

1、摘要摘要燃煤電站鍋爐煙氣的回收利用是應(yīng)對(duì)燃煤機(jī)組全面實(shí)施超低排放和節(jié)能改造的要求的有效措施。本文詳細(xì)闡述了熱力學(xué)系統(tǒng)熱力學(xué)分析的主要方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)，介紹了低溫省煤器的三種主要的聯(lián)結(jié)方式，并對(duì)某1000MW汽輪機(jī)組進(jìn)行節(jié)能改造分析，設(shè)計(jì)了4種方案，進(jìn)行熱力學(xué)分析，結(jié)果表明：煙氣溫降越大，機(jī)組增加出功越多，節(jié)約供電煤耗越多；在相同溫降下，方案4的機(jī)組增加出功和節(jié)約供電煤耗比其它三種方案要多，方案2的節(jié)能效果較差；煙氣綜合利用的效果不僅與鍋爐側(cè)煙氣的溫降有關(guān)，而且還與低溫省煤器回路的布置形式有關(guān)；低溫省煤器所替代的加熱器等級(jí)越高，所獲得的節(jié)能效果越明顯。關(guān)鍵詞：低溫省煤器；煙氣余熱利用；熱力學(xué)

2、節(jié)能分析IABSTRACTAbstractThe recovery and utilization of flue gas in coal-fired power station is an effective measure to meet the requirements of fully carrying out ultra-low emission and energy saving reform of coal-fired units. This paper elaborates the main methods and advantages and disadvantages of

3、 thermodynamic analysis of thermodynamic system. At the same time, the three main connection methods of low temperature economizer are introduced, and the energy saving transformation of a 1000MW steam turbine is analyzed. Four kinds of schemes are designed and analyzed thermodynamically. The result

4、s show that the temperature of the flue gas is higher The more energy saving effect of scheme 2 is worse than that of the other three schemes. The effect of comprehensive utilization of flue gas is not only the same as that of boiler Side of the flue gas temperature drop, but also with the low tempe

5、rature economizer circuit layout of the form; low temperature economizer replaced by the higher the level of the heater, the more obvious the energy saving effect.Keywords: low temperature economizer; flue gas waste heat utilization; energy analysis of thermodynamicsI目錄目錄摘要IAbstractI目錄I第1章 緒論11.1 引言

6、11.2 電站鍋爐煙氣余熱利用的研究現(xiàn)狀11.3 高爐煤氣鍋爐煙氣余熱利用的研究現(xiàn)狀41.4 研究?jī)?nèi)容及意義5第2章 鍋爐煙氣余熱利用的理論基礎(chǔ)72.1 熱平衡法72.2 等效焓降法82.3 特殊函數(shù)法102.4 循環(huán)函數(shù)法102.5 矩陣法102.6 煙氣余熱利用節(jié)能潛力分析112.7 本章小結(jié)14第3章 低溫省煤器聯(lián)結(jié)方式的選擇與優(yōu)化153.1 引言153.2 串聯(lián)聯(lián)結(jié)方式163.2 并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式163.3 跨級(jí)并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式163.4 煙氣余熱利用系統(tǒng)部分問(wèn)題的處理173.4.1 排煙溫度對(duì)煙囪排煙能力的影響173.4.2 尾部煙道設(shè)備結(jié)構(gòu)布置173.4.3 煙道阻力對(duì)引風(fēng)機(jī)的影響183.

7、4.4 排煙溫度對(duì)煙囪排煙能力的影響18第4章 煙氣余熱利用系統(tǒng)實(shí)例分析194.1 煙氣綜合利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析194.2 熱力學(xué)節(jié)能分析224.3 綜合煤耗分析244.4 本章小結(jié)26第5章 結(jié)論與展望27參考文獻(xiàn)29致 謝32II中北大學(xué)2017屆本科畢業(yè)論文第1章 緒論1.1 引言能源是人類文明發(fā)展的基石，直接影響著人類的生存狀況。2016年7月，作為世界領(lǐng)先的石油和天然氣企業(yè)BP公司，發(fā)布了第65版BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒，報(bào)告顯示2015年全球一次能源消費(fèi)為131.473億噸（油當(dāng)量），相比2014年增長(zhǎng)1 %左右，石油繼續(xù)作為全球最大的消費(fèi)能源，占總消費(fèi)量的33 %；煤炭作為僅次于石油的

8、第二大消費(fèi)能源，占總消費(fèi)量的29 %1。改革開放以來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速提升，帶動(dòng)了對(duì)能源需求的迅猛增長(zhǎng)，能源事業(yè)的發(fā)展也取得質(zhì)的飛躍。1目前，中國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的能源生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，2015年中國(guó)能源消費(fèi)量占全球能源消費(fèi)量的23 %，占全球凈增長(zhǎng)的34 %，連續(xù)十五年保持全球最大能源增量市場(chǎng)的地位2。值得注意的是，2015年度全球一次能源消費(fèi)僅增長(zhǎng)了1.0 %，遠(yuǎn)低于近十年的平均值3。我國(guó)2015年一次能源消費(fèi)相比2014年增長(zhǎng)了0.9 %，但遠(yuǎn)低于“十二五”期間年均增長(zhǎng)3.6 %的水平，其中煤炭消費(fèi)總量出現(xiàn)了近十年來(lái)首次負(fù)增長(zhǎng)3。這一現(xiàn)象是在日益嚴(yán)峻的能源和環(huán)境的雙重壓力下出現(xiàn)的必然結(jié)果。因

9、此，節(jié)能減排是我國(guó)面臨的主要問(wèn)題。在能源利用的過(guò)程中，作為一次能源的燃料會(huì)發(fā)生一系列的反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱能，然而這部分熱能不可能完全被利用，因此經(jīng)過(guò)能量轉(zhuǎn)換后剩余的熱能成為余熱資源。余熱資源屬于二次能源，其來(lái)源豐富，廣泛存在于電站鍋爐和工業(yè)設(shè)備中，如：電力行業(yè)的燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t和汽輪機(jī)等；冶金行業(yè)的高爐、轉(zhuǎn)爐和平爐等。余熱資源按溫度劃分可以分為三種：高溫余熱，余熱溫度大于600；中溫余熱，余熱溫度介于230到600；低溫余熱，余熱溫度低于230。在鍋爐的熱損失中，煙氣熱損失所占的比重最大，因此煙氣余熱也是余熱資源的重要組成。深入研究鍋爐煙氣余熱利用，充分回收利用煙氣中的余熱資源，不僅具有巨大的

10、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，更有助于提高能源的高效利用，這對(duì)我國(guó)制定的節(jié)能減排戰(zhàn)略具有重要意義。1.2 電站鍋爐煙氣余熱利用的研究現(xiàn)狀通常情況下，電站鍋爐的設(shè)計(jì)排煙溫度一般在120到140之間，因此電站鍋爐煙氣余熱屬于低溫余熱?；鹆Πl(fā)電行業(yè)消耗大量的能源，成為我國(guó)實(shí)施節(jié)能減排的重點(diǎn)領(lǐng)域，因此電站余熱利用的研究相對(duì)較多，也較為成熟。根據(jù)煙氣余熱是否進(jìn)入電站熱力系統(tǒng)可以將其分為熱力系統(tǒng)外部利用和熱力系統(tǒng)內(nèi)部利用兩種。值得注意的是，熱力系統(tǒng)外部利用不會(huì)對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的全廠效率產(chǎn)生影響，而熱力系統(tǒng)內(nèi)部利用則提高了全廠效率，但無(wú)論熱力系統(tǒng)外部利用還是熱力系統(tǒng)內(nèi)部，均提高了能源的總利用率。（1）余熱發(fā)電采用有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)

11、電系統(tǒng)(見圖1-1)利用煙氣余熱發(fā)電。電站鍋爐煙氣余熱屬于低溫余熱，因此利用其進(jìn)行發(fā)電具有一定的限制條件。若要滿足換熱條件，必須要求換熱器具有較大的換熱面積和體積，這勢(shì)必造成余熱發(fā)電系統(tǒng)的成本投入較大，工程造價(jià)較高。此外，由于排煙溫度較低，對(duì)工質(zhì)也具有一定的要求，需要采用換熱性好、來(lái)源豐富、對(duì)金屬腐蝕性小、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、沸點(diǎn)低的工質(zhì)4。因此，目前對(duì)于余熱發(fā)電的研究重點(diǎn)在于選擇有效的有機(jī)朗肯循環(huán)工質(zhì)并對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，減少能量損失，獲得最佳的循環(huán)效率5-9。圖1-1 有機(jī)朗肯循環(huán)（2）區(qū)域供暖與制冷通常電廠的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中用于供熱和制冷的來(lái)源通常是采用汽輪機(jī)的低壓抽汽，然而該方法由于抽取了一部分

12、低壓蒸汽，造成機(jī)組的效率降低，使發(fā)電量下降。采用合適的方法可以使煙氣余熱完全替代低壓抽汽來(lái)供熱或制冷，減少低壓蒸汽的抽汽量，提高機(jī)組的效率。冬季可以通過(guò)熱交換器使煙氣余熱產(chǎn)生熱水供暖或生活使用；夏季可以采用吸收式制冷的方式將煙氣余熱驅(qū)動(dòng)制冷空調(diào)運(yùn)行10。雖然采用煙氣余熱供熱或制冷的方式可以充分利用煙氣余熱，顯著提高能源綜合利用率，但是該系統(tǒng)初始投資巨大，運(yùn)行成本和維護(hù)成本均較高；并且由于區(qū)域冷熱使用量波動(dòng)較大，負(fù)荷的配比和穩(wěn)定性很難保證。此外，由于熱網(wǎng)水溫度較低，換熱器的低溫腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，因此其發(fā)展具有一定的局限性。11-12（3）預(yù)熱入爐冷空氣通過(guò)采用前置式空預(yù)器可以利用煙氣余熱加熱入爐冷空

13、氣，減少或取消從低壓抽汽來(lái)預(yù)熱冷空氣，節(jié)省的低壓抽汽可以繼續(xù)繼續(xù)做功，增大了機(jī)組的凈出功。增加前置式空預(yù)器可以看作是增大了換熱面積，可有效降低鍋爐排煙溫度，增大原空預(yù)器入口風(fēng)溫。不僅有利于改善低溫腐蝕，保護(hù)原空預(yù)器安全，還可以增大入爐熱風(fēng)溫度，提高鍋爐的效率13。（4）干燥原煤我國(guó)電站所用的煤種復(fù)雜多變，部分采用褐煤作為主要燃料的電廠，由于褐煤中含水量較高，因此導(dǎo)致進(jìn)入鍋爐原煤倉(cāng)準(zhǔn)備進(jìn)行煤粉制備的原煤水份過(guò)高，會(huì)造成磨煤機(jī)出力增大，并且增大了著火難度，著火溫度增加，煙氣容積增大，排煙損失加劇。國(guó)內(nèi)目前有電廠采用煙氣余熱對(duì)原煤進(jìn)行干燥，可以顯著降低制粉系統(tǒng)功耗，并且可使300MW燃用褐煤的機(jī)組燃

14、煤量降低34%，風(fēng)機(jī)電耗降低29.9%，鍋爐效率提高約1.16%14。（5）海水淡化海水淡化是指將海水中的鹽和水進(jìn)行分離，目前常用的海水淡化方法主要有：蒸餾法，膜法以及化學(xué)法。其中蒸餾法是目前研究最多，也相對(duì)成熟的方法。根據(jù)水的蒸發(fā)所發(fā)生的位置可以將蒸餾法分為多級(jí)閃蒸和低溫多效蒸發(fā)兩種15。多級(jí)閃蒸海水淡化技術(shù)要求海水加熱至110以上，因此耗能較大，不利于節(jié)能減排的進(jìn)行，因此前景并不明朗。低溫多效蒸發(fā)技術(shù)對(duì)溫度的要求較低，在70即可進(jìn)行，可以很好地利用余熱進(jìn)行海水淡化處理?？拷＿叺碾姀S可以將煙氣余熱用于海水的低溫多效蒸發(fā)，得到品質(zhì)較高的蒸餾水，經(jīng)過(guò)處理后的蒸餾水可以用作鍋爐補(bǔ)充水，實(shí)現(xiàn)了水電

15、聯(lián)產(chǎn)，不僅很好地利用了煙氣余熱資源，還生產(chǎn)出了質(zhì)量可靠的淡水資源，使能源實(shí)現(xiàn)了綜合利用。16（6）加熱凝結(jié)水采用煙氣余熱代替低壓加熱器對(duì)汽輪機(jī)的凝結(jié)水進(jìn)行加熱，可以減少汽輪機(jī)抽汽，增加機(jī)組的凈出功，一般通過(guò)在尾部加裝低壓省煤器來(lái)實(shí)現(xiàn)。上海外高橋電廠的三期1000MW超超臨界機(jī)組上采用的“排煙熱能回收系統(tǒng)”將排煙冷卻至85，供電煤耗為282g/kWh，相比之前降低了2.71g/kWh，該記錄成為世界上供電煤耗最低的記錄17。1.3 高爐煤氣鍋爐煙氣余熱利用的研究現(xiàn)狀鋼鐵行業(yè)作為高耗能行業(yè)一般設(shè)有自備電廠，鋼鐵行業(yè)能源消耗約占全國(guó)能源消耗的11%以上，其能源利用率也很大程度上影響著社會(huì)的發(fā)展，因此

16、在鋼鐵行業(yè)進(jìn)行節(jié)能減排工作也至關(guān)重要。高爐煉鐵過(guò)程中，將鐵礦從爐頂加入高爐中，在高溫下鐵礦石發(fā)生還原反應(yīng)，并伴有CO生成，這部分含有CO的氣體稱為高爐煤氣18。高爐煤氣產(chǎn)量大，但熱值較低僅為3200kJ/m3到3800kJ/m3，不易著火，氣源受高爐爐料和冶煉情況的影響較大，因此在利用過(guò)程中具有一定的困難，回收利用率較低。但如果將其直接排放，不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染也會(huì)造成資源的浪費(fèi)。隨著余熱利用技術(shù)的不斷進(jìn)步，鋼鐵行業(yè)的余熱資源回收率近年來(lái)顯著提高，但是我國(guó)由于起步較晚余熱回收率僅為30%左右，而世界上先進(jìn)的鋼鐵工業(yè)技術(shù)其余熱回收率可達(dá)50%以上。目前高爐煤氣的利用中很大一部分是采用高爐煤氣鍋爐

17、進(jìn)行發(fā)電或生產(chǎn)蒸汽，不僅可以有效避免高爐煤氣對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染，還可以節(jié)約能源，提高能源利用率。由于高爐煤氣中可燃成分為CO，并伴有大量的N2和CO2，導(dǎo)致鍋爐排煙流量大，相同負(fù)荷的情況下，是普通燃煤鍋爐煙氣流量的1.5倍以上，因此是豐富的余熱資源19。與電站鍋爐煙氣余熱利用方法類似，高爐煤氣的余熱利用也有多種：（1）預(yù)熱高爐煤氣由于高爐煤氣來(lái)源分散，且波動(dòng)性較大，因此可以采用熱風(fēng)爐煙道廢氣預(yù)熱技術(shù)和高爐荒煤氣余熱預(yù)熱技術(shù)，利用煙氣余熱對(duì)高爐煤氣進(jìn)行預(yù)熱，有助于節(jié)能降耗20。其原理是將煙道廢氣引入管式換熱器中與高爐煤氣進(jìn)行換熱，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)溫升高。（2）預(yù)熱入爐空氣通過(guò)煙氣余熱對(duì)入爐空氣進(jìn)行加熱，可

18、以增加空氣帶入的顯熱，增大擴(kuò)散速度，不僅有助于提高火焰溫度，還能減小過(guò)量空氣系數(shù)，降低排煙熱損失。目前常采用的方法是“雙預(yù)熱”，即利用燃燒高爐煤氣的鍋爐所產(chǎn)生的煙氣余熱來(lái)預(yù)熱入爐的高爐煤氣和助燃空氣，不僅可以有效利用煙氣余熱，提高能源的有效利用率，還能防止污染，有助于節(jié)能減排。21-22 （3）加熱凝結(jié)水由于高爐煤氣熱值較低，因此燃燒高爐煤氣的鍋爐與燃煤鍋爐具有一定差異，每燃燒1m3高爐煤氣約需要0.8m3，數(shù)據(jù)顯示，排煙每降低1，可以使入爐的空氣升溫323。因此，通過(guò)增加空預(yù)器受熱面來(lái)降低煙氣溫度，利用煙氣余熱的方法受到鍋爐結(jié)構(gòu)、運(yùn)行工況等多方面的限制。而通過(guò)加裝低溫省煤器可以對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行加

19、熱，不僅可以減少甚至避免從汽輪機(jī)抽汽而造成的機(jī)組總出功減少的現(xiàn)象，提高系統(tǒng)總效率，還可以顯著降低排煙溫度，使煙氣余熱充分發(fā)揮作用24。1.4 研究?jī)?nèi)容及意義目前國(guó)內(nèi)外中高溫余熱利用技術(shù)已逐漸趨于成熟并且大規(guī)模應(yīng)用，但是對(duì)于低溫?zé)煔庥酂岬睦蒙行柽M(jìn)行充分的研究。由于火力發(fā)電是能源消耗的大戶，因此相比其他高耗能產(chǎn)業(yè)，火力發(fā)電的低溫?zé)煔庥酂崂眉夹g(shù)相比其他行業(yè)較為領(lǐng)先。而作為占據(jù)我國(guó)工業(yè)總耗能15%的鋼鐵行業(yè)，其余熱利用的潛力不容忽視，因此有必要借鑒發(fā)電行業(yè)低溫?zé)煔庥酂崂玫姆绞?，發(fā)展適用于高爐煤氣鍋爐煙氣余熱利用的方法。目前煙氣余熱利用最常用的方法是預(yù)熱入爐空氣和加裝低溫省煤器預(yù)熱凝結(jié)水，因此本文

20、主要針對(duì)加裝低溫省煤器的煙氣余熱利用系統(tǒng)展開研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：1、總結(jié)目前各行業(yè)煙氣余熱利用的主要方式，分析發(fā)展高爐煤氣鍋爐煙氣余熱利用的必要性；2、總結(jié)目前熱力系統(tǒng)節(jié)能理論常用的方法，并對(duì)煙氣余熱利用節(jié)能潛力進(jìn)行分析。3、采用常規(guī)熱平衡法和等效焓降法，對(duì)低溫省煤器聯(lián)結(jié)方式進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算，分析不同聯(lián)結(jié)方式下的優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，提出鍋爐余熱利用的最優(yōu)方案。33第2章 鍋爐煙氣余熱利用的理論基礎(chǔ)工業(yè)領(lǐng)域熱能的轉(zhuǎn)化過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及到多種設(shè)備間的能量傳遞。因此需要熱力學(xué)計(jì)算，對(duì)能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程中熱力系統(tǒng)各部分參數(shù)進(jìn)行確定。目前對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行熱力學(xué)分析的方法有多種，主要包括：

21、熱平衡法、等效焓降法、特征函數(shù)法、循環(huán)函數(shù)法以及矩陣法25。本章主要對(duì)目前常用的熱力學(xué)分析方法進(jìn)行介紹，并對(duì)煙氣余熱利用的潛力進(jìn)行分析。2.1 熱平衡法熱平衡法是最基本的熱力學(xué)系統(tǒng)分析方法，該方法主要依據(jù)熱力學(xué)第一定律，分別將系統(tǒng)中的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行分析，列出能量平衡方程式，即對(duì)n個(gè)加熱器列出對(duì)應(yīng)的n個(gè)熱平衡式和1個(gè)功率方程，將各平衡方程式進(jìn)行聯(lián)立求解26。在煙氣余熱利用系統(tǒng)中，熱平衡法將煙氣余熱利用系統(tǒng)對(duì)原有的汽水系統(tǒng)所產(chǎn)生的改變引入熱平衡計(jì)算中，通過(guò)分析計(jì)算可以得到煙氣余熱利用系統(tǒng)的節(jié)能效果27。該方法基于熱力學(xué)第一定律，不用事先對(duì)工況進(jìn)行選定，具有較為廣泛的適用范圍，計(jì)算結(jié)果較為可靠。但是

22、該方法的計(jì)算過(guò)程較為繁瑣，工作量較大，系統(tǒng)的任何變化都需要對(duì)整個(gè)汽水系統(tǒng)進(jìn)行重新分析計(jì)算，因此通常情況下熱平衡法多用于對(duì)其他算法進(jìn)行驗(yàn)證。在采用熱平衡法計(jì)算時(shí)，為便于方程組求解，一般從抽汽壓力最高的加熱器開始逐級(jí)計(jì)算，直到抽汽壓力最低的加熱器。具體計(jì)算步驟如下：（1）對(duì)系統(tǒng)的汽水參數(shù)進(jìn)行搜集整理，根據(jù)熱力學(xué)第一定律建立熱平衡方程式；（2）計(jì)算各級(jí)抽汽量、凝氣系數(shù)、新汽耗量以及汽輪機(jī)功率；（3）采用物質(zhì)平衡或者功率方程對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，判斷計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；（4）計(jì)算系統(tǒng)各點(diǎn)汽水流量和各項(xiàng)熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。采用煙氣余熱系統(tǒng)加熱凝結(jié)水的流量：(2-1)式中：Dd加熱凝結(jié)水流量(kg/h)；hout低溫

23、省煤器出口凝結(jié)水焓值(凝結(jié)水流入回?zé)嵯到y(tǒng)管路接點(diǎn)處?kù)手?，非定?(kJ/kg)；hin低溫省煤器進(jìn)口凝結(jié)水焓值(凝結(jié)水流入余熱利用系統(tǒng)處?kù)手?，非定?(kJ/kg)；汽輪機(jī)側(cè)回?zé)峒訜崞髂Y(jié)水流量：(2-2)式中：Ddj新系統(tǒng)回?zé)峒訜崞髂Y(jié)水流量(kg/h)；Dc原系統(tǒng)回?zé)峒訜崞髂Y(jié)水流量(kJ/kg)；將式（2-1）和式（2-2）帶入原汽水系統(tǒng)的熱力學(xué)平衡方程式中進(jìn)行計(jì)算，即可求得加裝煙氣余熱利用系統(tǒng)后機(jī)組的功率。通過(guò)燃煤量計(jì)算得到煤耗的變化：(2-3)式中：B燃用標(biāo)煤量(t/h)；Pe0原系統(tǒng)發(fā)電功率(MW)；Pe1新系統(tǒng)發(fā)電功率(MW)；2.2 等效焓降法等效焓降法是基于熱力學(xué)的熱功轉(zhuǎn)換原

24、理，根據(jù)設(shè)定的蒸汽參數(shù)和回?zé)嵯到y(tǒng)參數(shù)，將機(jī)組燃料供應(yīng)量和新蒸汽流量設(shè)定為定值。并且假設(shè)整個(gè)熱力系統(tǒng)中較小的變化不會(huì)影響所有的各級(jí)抽汽變化，只會(huì)對(duì)某幾個(gè)級(jí)的抽汽產(chǎn)生局部的影響，系統(tǒng)由于利用了煙氣余熱加熱凝結(jié)水，因此抽汽量減少，增加了發(fā)電機(jī)功率和汽輪機(jī)效率28。由于加裝了低溫省煤器，煙氣在流經(jīng)低溫省煤器時(shí)發(fā)生換熱，鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)所吸收的熱量即煙氣前后焓值的變化量。結(jié)合入爐燃料數(shù)據(jù)以及熱力學(xué)相關(guān)知識(shí)可以分析計(jì)算得到排煙量和煙氣組成，進(jìn)而得到凝結(jié)水吸收的煙氣熱量29：(2-4)式中：Ddj凝結(jié)水吸收的熱量 (kJ/h)；換熱器換熱效率；Iy煙氣焓降(kJ/kg)；煙氣余熱利用系統(tǒng)加熱凝結(jié)水量：(

25、2-5)式中：Dd加熱凝結(jié)水流量(kg/h)；hout低溫省煤器出口凝結(jié)水焓值 (kJ/kg)；hin低溫省煤器進(jìn)口凝結(jié)水焓值 (kJ/kg)；凝結(jié)水吸收利用的熱量Qd（即回收利用的余熱）可以減少部分抽汽，這部分抽汽得以繼續(xù)在汽輪機(jī)中做功，因此機(jī)組的等效焓降量為：(2-6)式中：D0機(jī)組新蒸汽流量(kg/h)；pj余熱利用系統(tǒng)的平均抽氣效率，取決于余熱所排擠的抽汽能級(jí)；機(jī)組1kg新蒸汽全部做功量與新蒸汽等效焓降相同：(2-7)式中：H新蒸汽等效焓降(kJ/kg)；jd汽輪機(jī)機(jī)電效率；d機(jī)組汽耗率(kg/(kWh)；機(jī)組每1kg新蒸汽對(duì)應(yīng)的凝結(jié)水量為：(2-8)式中：D新蒸汽流量(kg/h)；由

26、于減少抽汽所增加的做功量與等效焓降的增量相同，也等于各級(jí)替代的抽汽量之和：(2-9)式中：i汽機(jī)側(cè)第i級(jí)回?zé)峒訜崞鞒槠?；i汽機(jī)側(cè)對(duì)應(yīng)第i級(jí)回?zé)峒訜崞髂Y(jié)水焓升(kJ/kg)；機(jī)組效率相對(duì)提高值：(2-10)式中：i汽機(jī)側(cè)第i級(jí)回?zé)峒訜崞鞒槠?；i汽機(jī)側(cè)對(duì)應(yīng)第i級(jí)回?zé)峒訜崞髂Y(jié)水焓升(kJ/kg)；機(jī)組熱耗率降低值：(2-11)式中：q機(jī)組熱耗率(kJ/kWh)；標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低值：(2-10)式中：b鍋爐效率；gd管道效率；q1標(biāo)準(zhǔn)煤的低位發(fā)熱量(kJ/kg)2.3 特殊函數(shù)法特殊函數(shù)法是基于“工質(zhì)實(shí)際做功能力原理”理論發(fā)展起來(lái)的熱力系統(tǒng)分析理論，該方法由熱力學(xué)基本定律的應(yīng)用為基點(diǎn)，體現(xiàn)了熱

27、力學(xué)基本定律在電站熱力系統(tǒng)應(yīng)用中的形式及普遍性。熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)普遍具有較高的復(fù)雜性,而特殊函數(shù)法可以通過(guò)對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行分析，借助數(shù)學(xué)工具推導(dǎo)出熱力系統(tǒng)節(jié)能分析方法，便于對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算。2.4 循環(huán)函數(shù)法循環(huán)函數(shù)法將整個(gè)回?zé)峒訜崞飨到y(tǒng)人為地分為多個(gè)加熱單元，因此通過(guò)計(jì)算各加熱單元的進(jìn)水系數(shù)就可以得到鍋爐進(jìn)水系數(shù)?？梢詫崃ο到y(tǒng)看作由主循環(huán)系統(tǒng)和輔助循環(huán)系統(tǒng)兩部分組成，兩者均會(huì)對(duì)性能指標(biāo)產(chǎn)生影響，且各自的影響相互疊加。熱力系統(tǒng)局部所發(fā)生的變化可以認(rèn)為是在主循環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入了一個(gè)輔助循環(huán)，只要對(duì)輔助循環(huán)進(jìn)行計(jì)算，即可得出性能指標(biāo)所發(fā)生的變化，方便了對(duì)整個(gè)熱力系統(tǒng)的計(jì)算。2.5 矩陣法隨著

28、計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，采用計(jì)算機(jī)來(lái)解決工程應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題，相比人力計(jì)算有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，回?zé)峒訜崞鞯臒崞胶夥匠淌绞且猿槠繛樽宰兞康木€性代數(shù)方程，因此可以采用矩陣方程來(lái)對(duì)方程組進(jìn)行表示，并通過(guò)矩陣的運(yùn)算計(jì)算得到抽汽量，最后得出熱力系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。矩陣法可以較好地適用于通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，可以便捷地對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)的抽汽量進(jìn)行計(jì)算，但是計(jì)算模型并未涉及到鍋爐、汽機(jī)等其他設(shè)備，也并未在熱力系統(tǒng)參數(shù)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)之間建立完善的數(shù)學(xué)關(guān)系，因此矩陣法中關(guān)于主循環(huán)與輔助循環(huán)的疊加性僅限于回?zé)嵯到y(tǒng)。2.6 煙氣余熱利用節(jié)能潛力分析當(dāng)未加入余熱回收利用系統(tǒng)時(shí)，第i級(jí)回?zé)峒訜崞鞯臒崞胶夥?/p>

29、程式可以表示為：(2-11)當(dāng)加裝余熱回收利用系統(tǒng)時(shí)，第i級(jí)回?zé)峒訜崞鞯臒崞胶夥匠淌絼t表示為：(2-12)式中：Qd吸收的煙氣余熱量，kJ/h；h回?zé)峒訜崞餍?；m質(zhì)量流量，kg/h；h蒸汽的焓值，kJ/kg；凝結(jié)水的焓值，kJ/kg；疏水的焓值，kJ/kg；煙氣用于加熱凝結(jié)水的熱量Qd可以根據(jù)煙氣經(jīng)過(guò)換熱面前后所產(chǎn)生的焓降求得：(2-13)式中：煙氣進(jìn)口焓值，kJ/kg；煙氣出口焓值，kJ/kg；my煙氣流量，kg/h；假設(shè)加裝煙氣余熱利用系統(tǒng)前后熱力系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定工況，那么可以計(jì)算得到加入煙氣余熱利用系統(tǒng)后，第i級(jí)節(jié)省的抽汽量mi為：(2-14)這部分節(jié)省的抽汽量可以繼續(xù)在汽輪機(jī)中做功，

30、則可以求出汽輪機(jī)做功的增量Pi為：(2-15)式中：?jiǎn)挝粸閗W；為抽取點(diǎn)蒸汽焓kJ/kg；為汽輪機(jī)排汽的蒸汽焓，kJ/kg; 為機(jī)組的機(jī)械效率；為發(fā)電效率；通過(guò)熱平衡法逐級(jí)對(duì)其他各級(jí)的回?zé)峒訜崞鬟M(jìn)行計(jì)算，可以得到總的汽輪機(jī)做功總增量，進(jìn)而得到加裝煙氣余熱利用系統(tǒng)后機(jī)組新的絕對(duì)發(fā)電效率：(2-16)新的標(biāo)準(zhǔn)煤耗率則通過(guò)下式計(jì)算得到：(2-17)式中：?jiǎn)挝粸間/(kWh)；為原發(fā)電功率，MW；為原機(jī)組熱耗量，kJ/h; 為廠用電率；為管道效率；為鍋爐效率。值得注意的是，利用鍋爐的排煙余熱加熱凝結(jié)水，是屬于“有約束”的熱力系統(tǒng)，需要滿足以下條件：（1）鍋爐排煙溫度相對(duì)穩(wěn)定，因此低溫省煤器的入口煙氣溫

31、度通?？梢钥醋鞫ㄖ?，而由于受到材料的限制，需要綜合考慮低溫省煤器出口煙溫，避免出現(xiàn)低溫腐蝕的現(xiàn)象；（2）由于該系統(tǒng)中主要是利用煙氣余熱加熱凝結(jié)水，因此要保證煙氣的最低溫度高于低溫省煤器的凝結(jié)水入口溫度，此外還要保證煙氣的最高溫度高于低溫省煤器凝結(jié)水出口溫度；（3）當(dāng)?shù)蜏厥∶浩鞑⒙?lián)聯(lián)結(jié)時(shí)，必須要保證余熱利用系統(tǒng)加熱凝結(jié)水的流量小于汽水系統(tǒng)凝結(jié)水的總流量。綜合以上條件，可以列出限制條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：(2-18)式中：為排煙溫度，；為原煙氣排煙溫度，；為余熱回收換熱器凝結(jié)水入口溫度，; 為余熱回收換熱器凝結(jié)水出口溫度，。根據(jù)等效焓降理論可知，等效焓降是指1kg抽氣從某級(jí)抽汽扣返回汽輪機(jī)的真實(shí)做功

32、能力，反映出了汽輪機(jī)各抽汽口蒸汽所含的能量。對(duì)于非再熱機(jī)組，等效焓降為：(2-19)式中：hj第j級(jí)低壓加熱器抽汽的抽汽焓；hc汽輪機(jī)的排汽焓；qr1kg抽汽在r級(jí)加熱器中的放熱量；Ar取疏水r或者凝結(jié)水焓差r，視加熱器型式而定，如果j為匯集式加熱器，則Ar均以r代之。如果j為疏水放流式加熱器，則從j以下直到(包括)匯集式加熱器用r代替Ar，而在匯集加熱器以下，無(wú)論是匯集式加熱器或者疏水放流式加熱器，則一律以r代替Ar。對(duì)于再熱機(jī)組，再熱冷段到新蒸汽之間的任何排擠抽汽都會(huì)流經(jīng)再熱器進(jìn)行吸熱，因此其等效焓降為：(2-20)式中：hrh再熱器進(jìn)出口蒸汽的焓差。通過(guò)得到的等效焓降，可以求得該級(jí)的抽汽

33、效率：(2-21)理想情況下，鍋爐新蒸汽等效焓降計(jì)算公式為：(2-22)(2-23)實(shí)際運(yùn)行工況下，新蒸汽的等效焓降需要考慮軸封滲漏、加熱器散熱、抽氣器汽耗以及泵耗等多種因素引起的損耗，因此實(shí)際情況下新蒸汽等效焓降計(jì)算公式為：(2-24)煙氣余熱熱量替代抽汽來(lái)加熱凝結(jié)水，第j級(jí)的等效焓降量則為：(2-25)其中，j為汽機(jī)側(cè)第j級(jí)回?zé)峒訜崞鞯某槠?。熱力循環(huán)效率為：(2-26)式中，Qc為冷源熱損失，可以用來(lái)表征新蒸汽熱功轉(zhuǎn)變程度。2.7 本章小結(jié)本章主要對(duì)目前常用的熱力學(xué)分析方法進(jìn)行介紹，主要包括：熱平衡法、等效焓降法、特征函數(shù)法、循環(huán)函數(shù)法以及矩陣法25，并對(duì)煙氣余熱利用的潛力進(jìn)行分析可以

34、用來(lái)表征新蒸汽熱功轉(zhuǎn)變程度，得出以下結(jié)論：(1) 熱平衡法基于熱力學(xué)第一定律，具有較為廣泛的適用范圍，計(jì)算結(jié)果較為可靠。但是該方法的計(jì)算過(guò)程較為繁瑣，工作量較大，系統(tǒng)的任何變化都需要對(duì)整個(gè)汽水系統(tǒng)進(jìn)行重新分析計(jì)算，因此通常情況下熱平衡法多用于對(duì)其他算法進(jìn)行驗(yàn)證。(2) 等效焓降法是基于熱力學(xué)的熱功轉(zhuǎn)換原理，假設(shè)整個(gè)熱力系統(tǒng)中較小的變化不會(huì)影響所有的各級(jí)抽汽變化，只會(huì)對(duì)某幾個(gè)級(jí)的抽汽產(chǎn)生局部的影響，系統(tǒng)由于利用了煙氣余熱加熱凝結(jié)水，因此抽汽量減少，增加了發(fā)電機(jī)功率和汽輪機(jī)效率28。(3) 特殊函數(shù)法由熱力學(xué)基本定律的應(yīng)用為基點(diǎn)，體現(xiàn)了熱力學(xué)基本定律在電站熱力系統(tǒng)應(yīng)用中的形式及普遍性； 循環(huán)函數(shù)法

35、將整個(gè)回?zé)峒訜崞飨到y(tǒng)人為地分為多個(gè)加熱單元，因此通過(guò)計(jì)算各加熱單元的進(jìn)水系數(shù)就可以得到鍋爐進(jìn)水系數(shù)；矩陣法可以較好地適用于通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，可以便捷地對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)的抽汽量進(jìn)行計(jì)算，但關(guān)于主循環(huán)與輔助循環(huán)的疊加性僅限于回?zé)嵯到y(tǒng)。第3章 低溫省煤器聯(lián)結(jié)方式的選擇與優(yōu)化3.1 引言我國(guó)很早就開始了對(duì)煙氣余熱進(jìn)行利用的研究工作，并取得了較為顯著的進(jìn)展。通常在鍋爐尾部加裝低溫省煤器系統(tǒng)來(lái)加熱凝結(jié)水，凝結(jié)水進(jìn)入低溫省煤器中，外部被鍋爐煙氣沖刷，在凝結(jié)水加熱升溫的同時(shí)，鍋爐排煙溫度也降低，凝結(jié)水經(jīng)過(guò)加熱后返回抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)中繼續(xù)參與后續(xù)的機(jī)組運(yùn)行。對(duì)于利用煙氣余熱加熱汽輪機(jī)凝結(jié)水的系統(tǒng)，由于煙氣

36、余熱利用主要作用在汽輪機(jī)部位，因此也稱為機(jī)側(cè)煙氣回?zé)嵫h(huán)（turbine side regenerative cycle, TRC），整個(gè)熱力系統(tǒng)如圖3-1所示。由于低溫省煤器的存在可以減少回?zé)岢槠@部分排擠的蒸汽可以反應(yīng)到汽輪機(jī)中繼續(xù)做功。當(dāng)燃料消耗量一定時(shí)，發(fā)電功率會(huì)增大；而當(dāng)發(fā)電功率不變時(shí)，燃料消耗量會(huì)降低。因此加裝低溫省煤器加熱凝結(jié)水提高了機(jī)組總效率和能源的綜合利用率。30-33圖3-1 機(jī)側(cè)煙氣回?zé)嵫h(huán)的熱力系統(tǒng)低溫省煤器系統(tǒng)在熱力系統(tǒng)中的布置方式會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能效果和運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性。從本質(zhì)性出發(fā)，將余熱系統(tǒng)集成到低壓加熱器部分的方式主要有串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式?？紤]到運(yùn)行成

37、本、回收利用效果、節(jié)能效率等多方面因素，低溫省煤器可以分為串聯(lián)、單級(jí)并聯(lián)、跨級(jí)并聯(lián)以及串并聯(lián)混合方式。理論上低溫省煤器可以與回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)中任何一級(jí)相聯(lián)結(jié)，但由于受兩個(gè)條件的限制：煙氣側(cè)與水側(cè)必須存在一定的對(duì)數(shù)換熱溫差；出口的凝結(jié)水溫度要小于進(jìn)口的煙氣溫度。因此，低溫省煤器一般與較低級(jí)別的回?zé)峒訜崞飨嗦?lián)結(jié)。本章主要針對(duì)低溫省煤器的聯(lián)結(jié)方式進(jìn)行分析，對(duì)比研究低溫省煤器不同的聯(lián)結(jié)方式對(duì)整個(gè)熱力系統(tǒng)的影響。3.2 串聯(lián)聯(lián)結(jié)方式串聯(lián)聯(lián)結(jié)方式如圖3-2所示，第i級(jí)低壓加熱器出口的凝結(jié)水全部進(jìn)入低溫省煤器中，在低溫省煤器中經(jīng)過(guò)煙氣余熱加熱后，再流入高一級(jí)的(i-1)級(jí)低壓加熱器入口。在串聯(lián)聯(lián)結(jié)中，低溫省煤器

38、在第i級(jí)和第(i-1)級(jí)之間對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行加熱，換熱部分位于空預(yù)器之前。圖3-2 串聯(lián)聯(lián)結(jié)方式3.2 并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式如圖3-3所示，其特點(diǎn)在于在第i級(jí)低壓加熱器處并聯(lián)上低溫省煤器，原本應(yīng)完全進(jìn)入第i級(jí)低壓加熱器的凝結(jié)水有一部分被分流進(jìn)入低溫省煤器進(jìn)行加熱。并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式的優(yōu)勢(shì)在于增加的低溫省煤器旁路是獨(dú)立于整個(gè)汽水循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)回路的影響小，且不用增加凝結(jié)水泵，雖然傳熱效果要比串聯(lián)聯(lián)結(jié)方式略差，但便于在原有回路的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改造。圖3-3 并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式3.3 跨級(jí)并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式跨級(jí)并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式如圖3-4所示，其特點(diǎn)在于低溫省煤器旁路與不止一級(jí)低壓加熱器并聯(lián)。因此，跨級(jí)并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式具有并

39、聯(lián)聯(lián)結(jié)方式的特點(diǎn)，但由于跨級(jí)較多，需克服流動(dòng)阻力。傳熱效果需要根據(jù)具體設(shè)計(jì)方案以及相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)計(jì)算確定，并不一定比串聯(lián)聯(lián)結(jié)方式的傳熱效果差。圖3-4 跨級(jí)并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式3.4 煙氣余熱利用系統(tǒng)部分問(wèn)題的處理3.4.1 排煙溫度對(duì)煙囪排煙能力的影響采用高煙囪排放,利用大氣擴(kuò)散稀釋能力,降低地面污染濃度的目的。假如將煙囪造得比較高,就可將燃燒產(chǎn)生的廢氣排放到地球大氣圈對(duì)流層較高處,那些廢氣就會(huì)被帯到其它的地方,來(lái)減少對(duì)當(dāng)?shù)氐膹U氣污染。煙囪里面的高溫氣體的密度比周圍環(huán)境中的空氣的密度要小,產(chǎn)生壓力差形成抽力,在大氣壓力作用下使高溫度氣體一直上升到煙囪的頂部冒出來(lái)。此壓力差即為煙囪的高度乘上四周的空氣

40、和煙囪里面高溫度氣體的密度差。因此, 煙囪越高形成的壓力差越大,所產(chǎn)生的抽力相對(duì)也就越大,送樣才可很快地將爐內(nèi)燃燒后產(chǎn)生的煙氣排出來(lái),使越來(lái)越多的新鮮空氣更快地進(jìn)入爐子里面。在考慮降低排煙溫度來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)的同時(shí)需要綜合考慮各個(gè)方面的因素。煙氣的抬升主要取決于煙氣的動(dòng)量通量與浮力通量。在氣象條件和近地層下墊面相同的條件下,假設(shè)風(fēng)速和煙氣流速不變,根據(jù)Holland公式，通過(guò)估算,當(dāng)煙氣出口溫度降低50,煙氣的抬升高度降低約為3.3m,因此案例中排煙溫度的變化對(duì)煙國(guó)高度及排煙能力的影響可忽略不計(jì)。3.4.2 尾部煙道設(shè)備結(jié)構(gòu)布置煙氣余熱利用裝置垂直布置在分離式熱管煤氣加熱器出口的煙道上,并采用螺旋翅

41、片管將外部煙氣熱量傳遞給凝結(jié)水。在相同換熱量情況下,螺旋翅片管能有效減小換熱器的尺寸和管排數(shù)量。經(jīng)估算,三種方案中煙氣換熱面積約為360-720m2,參考市場(chǎng)改造工程及翅片管數(shù)據(jù),煙氣余熱巧用裝置沿?zé)煔饬飨蜷L(zhǎng)為4m,截面尺寸為5m×6m,足達(dá)到換熱效果且不影響在煙道內(nèi)的加裝布置。3.4.3 煙道阻力對(duì)引風(fēng)機(jī)的影響在煙道尾部加裝低壓省煤器會(huì)増加煙道阻力,需要在加裝前核算引風(fēng)機(jī)出力裕量,為保證最大允許的阻力增加值在引風(fēng)機(jī)裕量之內(nèi)。方案一經(jīng)計(jì)算余熱回收前煙氣側(cè)阻力最大為284.39Pa,改造后阻力増加至650.45Pa,煙道増加的阻力在引風(fēng)機(jī)出力裕度么內(nèi),完全可以滿足鍋爐的正常運(yùn)行,不需要

42、額外添置風(fēng)機(jī)。3.4.4 排煙溫度對(duì)煙囪排煙能力的影響鍋爐的動(dòng)力燃料為高爐煤氣,含硫量較少,尾部煙氣中S化濃度低,幾乎不存在尾部煙道材料的低溫腐蝕,可忽略因腐蝕所帶來(lái)的安全運(yùn)行問(wèn)題,也延長(zhǎng)了余熱利用系統(tǒng)的使巧壽命。同時(shí),由于含塵量達(dá)到lOmg/m3,考慮到受熱面的磨損和積灰結(jié)垢問(wèn)題,將安裝在垂直煙道低溫省煤器管排設(shè)計(jì)成為膜式管排,與煙塵顆粒的沉降方向相反,煙氣流動(dòng)趨于層流,減少管排之間的煙氣擾動(dòng),最大程度地減輕磨損。第4章 煙氣余熱利用系統(tǒng)實(shí)例分析4.1 煙氣綜合利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析本章針對(duì)某典型1000MW機(jī)組作為案例分析，對(duì)比研究低溫省煤器不同的聯(lián)結(jié)方式對(duì)整個(gè)熱力系統(tǒng)的影響。機(jī)組配用SG-3

43、093/27.46-M533型超超臨界壓力直流鍋爐，BMCR工況下燃用如表3-1所示的設(shè)計(jì)煤種時(shí)，鍋爐實(shí)際入爐煤量為409.9t/h，鍋爐熱效率94.08% (以低位發(fā)熱量計(jì))，排煙溫度129。表3-1 設(shè)計(jì)煤種參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目代號(hào)單位設(shè)計(jì)煤種1收到基水分Mar%9.902收到基碳Car%57.503收到基氫Har%3.114收到基氮Nar%0.995收到基氧Oar%2.786收到基硫St，ar%2.00機(jī)組配備的汽輪機(jī)為N1000-26.25/600/600型超超臨界壓力中間再熱凝汽式汽輪機(jī),在VWO運(yùn)行工況下,機(jī)組的相關(guān)參數(shù)如表3-2所示，在去除給水泵耗功后，該機(jī)組的最大功率為1093.241

44、MW，總熱耗率為7411kJ/kg。該機(jī)組的熱力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖見圖3-5。如圖所示，6#、7#和8#加熱器從低壓缸抽汽來(lái)加熱主凝結(jié)水，如果能夠?qū)⑦@部分加熱凝結(jié)水的熱量由低溫省煤器來(lái)提供，則無(wú)疑會(huì)提高整個(gè)主蒸汽循環(huán)的出力，使得汽輪機(jī)的做功相對(duì)增加。本章所進(jìn)行的熱力計(jì)算采用的相關(guān)參數(shù)如表3-3所示。表3-2 機(jī)組相關(guān)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目代號(hào)單位設(shè)計(jì)煤種1初始?jí)毫0MPa26.252初始溫度t06003再熱冷段壓力PrhcMPa6.2924再熱冷段溫度trhc376.15再熱熱段壓力PrhhMPa5.6546再熱熱段溫度trhh6007再熱器吸熱量kJ/kg552.38排汽壓力PcMPa0.005759機(jī)械效率

45、m/0.99510發(fā)電機(jī)效率g/0.99圖3-5 汽輪機(jī)主循環(huán)系統(tǒng)示意圖表3-3 熱力計(jì)算相關(guān)參數(shù)序號(hào)012345678chi3462.13187.93109.33420.53213.93033.92848.22624.12791.62321.7hwi1323.81213.5979.9801.6666.0528.9361.4264.3148.3hdi1247.8996.8857.0552.3327.1表3-3 熱力計(jì)算相關(guān)參數(shù)(續(xù)表)序號(hào)012345678cqi2138.31940.12112.52563.52567.92481.62486.82252.02343.32173.4i251.01

46、39.8191.0190.9223.8i110.3233.6178.3135.6137.1167.597.1116.0如果在低壓加熱器處加裝低溫省煤器，能夠減少?gòu)钠啓C(jī)中的抽汽，增加機(jī)組的做功能力。根據(jù)前文中提到的關(guān)于低溫省煤器的幾種布置方式，本文設(shè)計(jì)了幾種低溫省煤器的布置方案，見圖3-6圖3-9。圖3-6 與7#并聯(lián)圖3-7 與8#并聯(lián)圖3-8 與7#、8#跨級(jí)并聯(lián)圖3-9 在6#、7#之間串聯(lián) 圖3-6為所設(shè)計(jì)的方案1，低溫省煤器與第7級(jí)加熱器并聯(lián)，從前一級(jí)流出的凝結(jié)水部分被分流到低溫省煤器中，這一部分的吸熱量由低溫?zé)煔馓峁至鞯降蜏厥∶浩髦械哪Y(jié)水吸收完熱量后在第7級(jí)加熱器出口處與主凝

47、結(jié)水匯合。圖3-7為所設(shè)計(jì)的方案2，低溫省煤器與第8級(jí)加熱器并聯(lián)。圖3-8為所設(shè)計(jì)的方案3，低溫省煤器與第7、8級(jí)加熱器跨級(jí)并聯(lián)。圖3-8為所設(shè)計(jì)的方案4，低溫省煤器串聯(lián)在第6、7級(jí)加熱器之間，主凝結(jié)水完全進(jìn)入低溫省煤器吸熱后在返回汽輪機(jī)蒸汽循環(huán)系統(tǒng)。4.2 熱力學(xué)節(jié)能分析對(duì)于一個(gè)具體的加熱器，如圖3-10所示，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得：(4-1)在不采用低溫省煤器回路進(jìn)行加熱時(shí)，則有：(4-2)式中：m加熱凝結(jié)水的質(zhì)量流量，下標(biāo)w表示冷凝水，kg/h；h表示焓值(in和out為加熱器的進(jìn)出口)，kJ/kg；Q吸收的煙氣余熱熱量，kJ/kg；w凝結(jié)水；d排水；e抽取的蒸汽；式(4-1)和(4-2

48、)中有單引號(hào)上標(biāo)的表示存在利用低溫省煤器的情況，無(wú)上標(biāo)表示是單純的汽輪機(jī)汽水循環(huán)系統(tǒng)，沒有加裝低溫省煤器回路。圖3-10 回?zé)峒訜崞髻|(zhì)量與能量守恒示意圖在穩(wěn)態(tài)工況下，根據(jù)質(zhì)量守恒定理，由式(4-2)可以得出如圖3-11所示的抽汽量m隨排煙溫度變化趨勢(shì)圖。抽出的蒸汽所提供的熱量由低溫省煤器提供，則對(duì)應(yīng)的在汽輪機(jī)中所增加的做功應(yīng)與抽汽量m相符，即最大增加的做功P為：(4-3)式中，ri為汽輪機(jī)所抽蒸汽的低壓缸內(nèi)效率。圖3-11 m隨排煙溫度變化示意圖根據(jù)機(jī)組參數(shù)，電站的凈出功為942.4MW；凈效率為43.07%；輸入燃料量為2321.7MW，則供電煤耗為：(4-4)式中：Pnet電站凈出功，MW

49、； Etotal輸入燃料量，MW；由于加裝低溫省煤器而增加的汽輪機(jī)的做功為P，則有：(4-5)由于加裝低溫省煤器而節(jié)省的供電煤耗為：(4-6)運(yùn)用熱力學(xué)第一定律和質(zhì)量守恒定律對(duì)某加熱器進(jìn)行的熱力學(xué)分析，可以得出各方案下凈出功增加量P與節(jié)約的供電煤耗I隨排煙溫度變化的關(guān)系曲線如圖3-12和圖3-13所示。從圖中可以看出，煙氣溫降越大，機(jī)組增加出功越多，節(jié)約供電煤耗越多。在相同溫降下，方案4的機(jī)組增加出功和節(jié)約供電煤耗比其它三種方案要多，方案2的節(jié)能效果較差，原因在于方案4是對(duì)等級(jí)較高的6#和7#加熱器進(jìn)行替代，有效減少了對(duì)品質(zhì)較高的蒸汽進(jìn)行的抽汽，因此節(jié)能效果比較明顯。同樣的，方案1的節(jié)能效果要

50、好于方案2，方案3的節(jié)能效果介于方案1和2之間。圖3-12 機(jī)組增加出功隨排煙溫度變化曲線圖3-13 煤耗率降低值隨排煙溫度變化曲線因此，煙氣綜合利用的效果不僅與鍋爐側(cè)煙氣的溫降有關(guān)，而且還與低溫省煤器回路的布置形式有關(guān)。從以上的分析可以看出，低溫省煤器所替代的加熱器等級(jí)越高，所獲得的節(jié)能效果越明顯。4.3 綜合煤耗分析低溫省煤器的安裝雖然會(huì)因?yàn)樘娲艘徊糠值蛪焊壮槠黾悠啓C(jī)的出力，但不可避免的會(huì)引起阻力的增加34-36，因此，需要對(duì)由于阻力增加而引起的風(fēng)機(jī)功耗的增加與汽輪機(jī)出力增加之間的關(guān)系。圖3-14為風(fēng)機(jī)功耗引起煤耗率增加值隨煙氣溫度增加曲線圖。從圖中可以看出，隨著煙氣溫降增加，4種

51、方案的煤耗率增加值逐漸增大，其中方案4變化幅度明顯，其它三種方案基本呈現(xiàn)象增加。因此，采用方案4時(shí)需要考慮合理的煙氣溫降。圖3-14 風(fēng)機(jī)功耗增加帶來(lái)的煤耗率變化曲線因此，將低溫省煤器替代部分低壓抽汽所增加的汽輪機(jī)出力增加與由此引起的風(fēng)機(jī)電耗增加綜合起來(lái)分析，得到如圖3-15所示的實(shí)際降低煤耗率隨煙氣溫度變化曲線。從圖中可以看出，加上風(fēng)機(jī)電耗增加所引起的煤耗率的增加后，方案4所帶來(lái)的節(jié)能效果仍然好于其它三種方案，但隨著煙氣降低溫度幅度變大，實(shí)際降低標(biāo)煤率越來(lái)越趨于平緩，即煙氣溫度的進(jìn)一步下降對(duì)降低標(biāo)煤率影響不大，此時(shí)，因考慮其它措施來(lái)進(jìn)一步節(jié)能減排。圖3-15 實(shí)際降低煤耗率4.4 本章小結(jié)本

52、章重點(diǎn)對(duì)某1000MW的汽輪機(jī)組加裝低溫省煤器回路的節(jié)能改造進(jìn)行4種方案設(shè)計(jì)，并用熱力學(xué)節(jié)能分析這4種方案，得出以下結(jié)論：(1) 煙氣溫降越大，機(jī)組增加出功越多，節(jié)約供電煤耗越多。在相同溫降下，方案4的機(jī)組增加出功和節(jié)約供電煤耗比其它三種方案要多，方案2的節(jié)能效果較差，原因在于方案4是對(duì)等級(jí)較高的6#和7#加熱器進(jìn)行替代，有效減少了對(duì)品質(zhì)較高的蒸汽進(jìn)行的抽汽，因此節(jié)能效果比較明顯。同樣的，方案1的節(jié)能效果要好于方案2，方案3的節(jié)能效果介于方案1和2之間。(2) 煙氣綜合利用的效果不僅與鍋爐側(cè)煙氣的溫降有關(guān)，而且還與低溫省煤器回路的布置形式有關(guān)；低溫省煤器所替代的加熱器等級(jí)越高，所獲得的節(jié)能效果

53、越明顯。(3) 考慮加裝低溫省煤器引起的風(fēng)機(jī)電耗的增加，隨著煙氣溫降增加，4種方案的煤耗率增加值逐漸增大，其中方案4變化幅度明顯，其它三種方案基本呈現(xiàn)象增加。因此，采用方案4時(shí)需要考慮合理的煙氣溫降。(4) 加上風(fēng)機(jī)電耗增加所引起的煤耗率的增加后，方案4所帶來(lái)的節(jié)能效果仍然好于其它三種方案，但隨著煙氣降低溫度幅度變大，實(shí)際降低標(biāo)煤率越來(lái)越趨于平緩，即煙氣溫度的進(jìn)一步下降對(duì)降低標(biāo)煤率影響不大，此時(shí)，因考慮其它措施來(lái)進(jìn)一步節(jié)能減排。第5章 結(jié)論與展望本文圍繞燃煤電站鍋爐煙氣的綜合利用，詳細(xì)闡述了熱力學(xué)系統(tǒng)的熱力學(xué)分析方法，主要包括：熱平衡法、等效焓降法、特征函數(shù)法、循環(huán)函數(shù)法以及矩陣法25。由于低

54、溫省煤器的存在可以減少回?zé)岢槠?，這部分排擠的蒸汽可以反應(yīng)到汽輪機(jī)中繼續(xù)做功。當(dāng)燃料消耗量一定時(shí)，發(fā)電功率會(huì)增大；而當(dāng)發(fā)電功率不變時(shí)，燃料消耗量會(huì)降低。因此加裝低溫省煤器加熱凝結(jié)水提高了機(jī)組總效率和能源的綜合利用率30。本文詳細(xì)介紹了低溫省煤器的三種主要的聯(lián)結(jié)方式，并綜合分析了這三種主要聯(lián)接方式的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)某1000MW汽輪機(jī)組進(jìn)行節(jié)能改造分析，設(shè)計(jì)了4種方案，進(jìn)行熱力學(xué)數(shù)學(xué)建模，從理論上分析了4種方案進(jìn)行節(jié)能改造的潛力，并定性的分析了這4種方案具體的優(yōu)缺點(diǎn)。綜上所述，全文的研究分析結(jié)果總結(jié)如下：1. 熱平衡法基于熱力學(xué)第一定律，具有較為廣泛的適用范圍，計(jì)算結(jié)果較為可靠。

55、但是該方法的計(jì)算過(guò)程較為繁瑣，工作量較大，系統(tǒng)的任何變化都需要對(duì)整個(gè)汽水系統(tǒng)進(jìn)行重新分析計(jì)算，因此通常情況下熱平衡法多用于對(duì)其他算法進(jìn)行驗(yàn)證。2. 等效焓降法是基于熱力學(xué)的熱功轉(zhuǎn)換原理，假設(shè)整個(gè)熱力系統(tǒng)中較小的變化不會(huì)影響所有的各級(jí)抽汽變化，只會(huì)對(duì)某幾個(gè)級(jí)的抽汽產(chǎn)生局部的影響，系統(tǒng)由于利用了煙氣余熱加熱凝結(jié)水，因此抽汽量減少，增加了發(fā)電機(jī)功率和汽輪機(jī)效率28。3. 特殊函數(shù)法由熱力學(xué)基本定律的應(yīng)用為基點(diǎn)，體現(xiàn)了熱力學(xué)基本定律在電站熱力系統(tǒng)應(yīng)用中的形式及普遍性； 循環(huán)函數(shù)法將整個(gè)回?zé)峒訜崞飨到y(tǒng)人為地分為多個(gè)加熱單元，因此通過(guò)計(jì)算各加熱單元的進(jìn)水系數(shù)就可以得到鍋爐進(jìn)水系數(shù)；矩陣法可以較好地適用于通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，可以便捷地對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)的抽汽量進(jìn)行計(jì)算，但關(guān)于主循環(huán)與輔助循環(huán)的疊加性僅限于回?zé)嵯到y(tǒng)。4. 煙氣溫降越大，機(jī)組增加出功越多，節(jié)約供電煤耗越多。在相同溫降下，方案4的機(jī)組增加出功和節(jié)約供電煤耗比其它三種方案要多，方案2的節(jié)能效果較差，原因在于方案4是對(duì)