電廠燃煤鍋爐煙氣余熱回收的優化利用

張俊濤

摘要：在我國現役火電機組中，排煙熱損失是電站鍋爐各項熱損失中最大的一項，一般為5%，～8%，，占鍋爐總熱損失的80%，或更高。影響排煙熱損失的最主要因素是鍋爐排煙溫度，而目前我國火電機組鍋爐排煙溫度偏高是一個普遍現象，一般維持在110～150，℃.通常情況下，排煙溫度每升高10，℃，排煙熱損失增加0.6%，～1.0%，若以燃用熱值為20，MJ/kg煤的410，t/h高壓鍋爐為例，則每年多消耗近萬噸動力用煤。本文淺析電廠燃煤鍋爐煙氣余熱回收的優化利用。

關鍵詞：低溫省煤器；布置形式；排煙溫度

中圖分類號：TM621.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-9129（2017）12-0077-02

Absrtact： in China， the heat loss of exhaust smoke is the biggest of all kinds of heat loss of power plant boilers， which is usually 5% or more， accounting for 80% or higher of the total heat loss of boilers. The main factor affecting the heat loss of exhaust gas is boiler exhaust gas temperature. At present， it is a common phenomenon that the boiler exhaust gas temperature of thermal power units in China is on the high side， which is generally maintained at 110 ～ 150 ℃. Normally， for every 10 ℃ rise in exhaust gas temperature， the heat loss of exhaust smoke increases 0.6% and 1.0%. If the 410 t / h high-pressure boiler burning 20 MJ / kg coal is used as an example， it will consume nearly 10，000 tons more each year. Power coal This paper analyzes the optimal utilization of waste heat recovery of flue gas from coal-fired boiler in power plant.

Keywords： low temperature economizer； layout form； smoke exhaust temperature

引言

雖然利用傳統的換熱器方法進行余熱回收取得了較大的成果，但是對于排煙溫度較低的低溫余熱回收系統，往往由于傳熱系數不高（一般低于2800W/（M2k），且溫差較小，故需要布置較大的換熱面積，使得換熱效率較低，余熱回收尚不充分。人們進一步研究發現，一些半導體材料具有較好的溫差發電能力，例如23BiTe類材料、PbTe類材料、SiGe合金類等材料。利用這些半導體材料的熱電特性制成的溫差發電裝置可以在溫差存在時直接將熱能轉化為電能，從而在傳統換熱器的基礎上進行優化利用.綜上所述，若能夠充分利用溫差發電技術回收工業低溫余熱，并能產生可觀的電能輸出，那么針對該應用的研究將會有很大價值。此外，由于我國能源十分緊缺，能源利用率相對較低，節能降耗也是進行可持續發展的必由之路。

1 煙氣余熱利用提效節能系統改造方案

采用煙氣余熱利用節能提效系統，是在除塵器入口處加裝煙氣余熱利用裝置，以降低除塵器入口煙溫，提高除塵器比集塵面積，降低煙塵比電阻，減少除塵器入口煙氣量，提高除塵器效率，達到提高除塵器效率與節能的目的。該系統由“煙氣余熱利用裝置+電除塵器組成。其中，煙氣余熱利用提效節能裝置安裝在空預器之后，并復合在電除塵器的入口端.

2 余熱回收系統分析

2.1余熱回收系統的技術分析

本文中，余熱回收的優化利用了溫差發電技術，該技術基于1821年德國人塞貝克所發現的塞貝克效應而產生。他發現在兩種不同導電材料結點（PN節）處有不同的溫度會產生一個溫差電動勢。該電動勢的大小與導電材料冷熱端溫度之間有如下關系：

（1）

式中： 為兩種半導體材料的相對塞貝克系數；Th和Tc分別為高溫端和低溫端溫度，℃。由于單獨的PN節只能產生很小的電動勢，一般需要將許多這樣的PN節通過串聯的方式組合起來構成一個溫差發電片.溫差發電片向外輸出的最大功率與其冷熱端溫差滿足二次關系，即

（2）

式中：r為溫差發電片的內阻.溫差發電片的最大電能轉換效率與它的高溫端與低溫端溫度有關：

（3）

式中Z為溫差發電片的優值系數。為了獲得溫差發電片的性能參數，可利用圖1中的實驗臺進行測試。通過合適地調整實驗臺的運行狀況，分析溫差發電片在電廠運行工況范圍內的工作性能。該實驗臺主要由以下幾部分組成：煙道主體、加熱爐、發電組塊、測量裝置、風扇、冷卻水箱、循環水泵及循環管路。實驗中，選用蜂窩煤為燃料，煙道模型主體由鋁制成，四周以串聯方式各布置4片40mmX40mm規格的溫差發電片，并且在煙道每面的溫差發電片的熱端和冷端分別安裝一個熱電偶，共計8個。進行數據處理時，溫差發電片冷熱端溫度以熱電偶的平均值為準。實驗裝置采用循環水冷卻的方式控制溫差發電片冷端的溫度維持在20，℃左右。同時，在煙道底部設計一個冷空氣入口，在該入口處加裝可調節功率的風扇用于控制煙氣溫度從而調節溫差發電片熱端溫度。待系統維持穩定后，記錄當前工況下溫差發電片的開路電壓和短路電流的實驗數據，并利用式（2）計算當前工況條件下的最大輸出功率。該實驗測量了煙氣溫度從100，℃變化到160，℃條件下的工況。根據實驗結果，利用最小二乘法進行回歸，從而得到數據所滿足的函數關系，結果示于圖2。利用該回歸結果可得到冷熱面溫差介于70，℃至140，℃之間任意位置時的溫差電動勢和最大發電功率，為后續余熱回收的優化分析提供基礎。

2.2余熱回收系統的應用分析

在了解溫差發電片的性能參數的基礎上，本節考慮將溫差發電技術應用于電廠煙氣余熱回收利用.通過了解研究對象電廠系統的運行參數，簡化研究問題，建立計算模型，計算將溫差發電技術應用于其中可以回收到的電能、冷卻水流量、布片面積和單位發電成本，對溫差發電系統回收煙氣余熱進行優化分析，為發電系統參數選擇提供參考，并為發電系統的大型化提供依據。本文將從煙氣經管道、溫差發電片到冷卻水的傳熱過程簡化為一維穩態多層平壁傳熱問題.

在計算過程中做如下假設：①回收煙氣余熱時溫差發電片總能保持對應溫差下的最大發電功率；②煙氣管道傳出的熱量都流經布在其上的溫差發電片，忽略系統對外界的散熱損失；③不考慮換熱器的換熱能力是否可使足夠多的熱量流過溫差發電系統；④在計算收益時，僅考慮溫差發電片的成本和冷卻水的循環泵功，其他成本暫不考慮。根據能量守恒，可得

（4）

式中：Qh為煙氣側放熱功率，kW；P為溫差發電系統的發電功率，kW；Qc為流入冷卻水中的熱功率，kW.它們的計算式為

式中：M為給煤速率t/h； 根據式（3）進行計算，其中的 為對數平均溫差； 分別為煙氣進出口處溫度下所對應的焓值，kJ/kg，通過對電廠所選用的煤進行煤質分析后計算得出。冷卻水的流量可根據Qc和水的比熱容計算：

（7）

式中：Cw為水的定壓比熱容，kJ/（kg·℃）； 和 分別為冷卻水出口和入口溫度，℃，其中 為定值；w為冷卻水流量，kg/s。水泵所需的功率可由式（8）計算。

（8）

式中：g為重力加速度，m/s2；H為水泵揚程，m； 為水泵效率，%.另一方面，溫差發電系統的發電功率還可以根據式（9）計算為

（9）

式中：Pcal為每片溫差發電片的發電功率，W；根據實驗回歸結果計算，可得所需要的溫差發電片的數量D。于是，可得所需溫差發電片的面積為

3 注意事項

3.1汽機凝結水系統取水位置的選擇

考慮到管壁溫度對受熱面結露腐蝕的影響，要保證進水側管壁溫度高于70℃。同時運行過程中注意調整低低溫省煤器進水調節閥及旁路調節閥，保證入口水溫。作為改造機組，要考慮機組正常運行的情況下各級低壓加熱器的進出口水溫，如果溫度較機組熱平衡圖偏差較大，考慮更換低壓加熱器，否則長期采用高品質凝結水參與調整，不能夠保證機組經濟運行。

3.2機組真空度的影響

由于加入低低溫省煤器后，#1低加進水流量減少到原進水量的三分之一，進汽量保持不變（排擠部分的抽汽），#1低加疏水溫度相應提高，#2低加進水溫度升高后，疏水溫度也相應升高，由于低加采用疏水逐級滯留，與軸加疏水并入排汽裝置內部，對機組真空會造成部分影響，在已知的低低溫省煤器改造項目，水冷機組改造完成后汽輪機組背壓升高均在0.08kPa以內。

4 結語

在節能減排日趨嚴峻的形勢下，各火力發電廠均在想盡辦法降低能耗、降低排放、許多新興的技術得以實踐，加裝煙氣余熱利用提效節能系統對降低排煙溫度、對煙氣余熱的再利用有著非常大的市場前景，在實際生產中已經得到了大力推廣。

參考文獻

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