低溫余熱發電技術的特點和發展趨勢探討

張國增

摘 要：低溫余熱發電技術的應用在我國電廠運行下較為常見，特別是鍋爐設備在運行狀態下會產生大量的余熱，對這些熱量進行收集將其轉化為電能，能夠提高電力新能源利用水平。文章通過對低溫余熱發電技術特點進行分析，探討未來技術發展趨勢。

關鍵詞：低溫余熱;余熱技術;發電技術;技術發展

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.27.325

凝汽器、除氧器系統是凝汽式汽輪機組的重要組成部分，凝汽器真空度是汽輪機運行的重要指標，也是反映凝汽器綜合性能的一項主要考核指標。凝汽器真空度下降1%，汽輪機組熱耗將上升0.6%～1%。因此，保持凝汽器的最有利真空度和良好的運行工況，直接關系到整個汽輪機組的經濟性能。

1 低溫余熱發電技術的特點

現階段鍋爐煙氣余熱利用系統實際運行中，主要包含兩個部分：第一，一般鍋爐系統。余熱利用系統是按照一般鍋爐的具體運行方案實施的，鍋爐系統的常規設備是這一系統中的主要設備內容，由此能夠看出，鍋爐煙氣余熱利用系統的基礎部分在于常規鍋爐系統，這部分會直接影響到余熱利用的實際效果。第二，余熱利用裝置及系統。這部分是以常規鍋爐系統為基礎，安裝可以利用余熱的系統和裝置。鍋爐排煙余熱深度回收利用系統是現階段最為常用的系統，在脫硫塔之前和除塵器之后的煙道中安裝，可以促進煙氣溫度得以最大限度降低，整個煙氣溫度可以達到降低40℃的效果。這類裝置設備中主要使用低溫省煤器，屬于余熱回收設備，是電站鍋爐或者工業鍋爐使用的設備，能有效使用鍋爐煙氣實現鍋爐給水加熱的目標，促進鍋爐排煙溫度得以降低，從而良好地提升鍋爐給水溫度和鍋爐的熱效。

2 低溫余熱發電技術的發展

2.1 熱管余熱鍋爐的應用

熱管余熱鍋爐是一種高效的低品位余熱回收裝置，其運用在回收煙氣余熱上，已被眾多公司和企業認可。熱管余熱鍋爐是由若干熱管元件組成，其按照結構形式，分為整體式熱管鍋爐和分離式熱管鍋爐。前者是將熱管伸入汽包中，使汽包中的水蒸發沸騰;后者中的熱管元件與汽包是分離的，熱管外套有套管，介質在套管內被加熱蒸發依靠介質密度差自然循環至汽包，無須額外動力。前者多用于汽量較小，蒸汽參數不太高的場合。對于回收焦爐煙氣中的熱量生產過熱蒸汽進行發電，推薦使用分離式熱管余熱鍋爐。熱管是20世紀60年代興起的一項新技術，它利用了工質的相變：熱流體經過熱管的下部，冷流體經過熱管上部，中間由隔板或絕熱材料將二者分開。此時，熱管內部將開始相變傳熱過程。加熱段的工質吸收汽化潛熱被沸騰或蒸發，由液體變為蒸汽。在管內一定壓差的作用下，產生的蒸汽流動到冷卻段，蒸汽遇到冷的壁面會凝結成液體，同時放出汽化潛熱，通過管壁傳給外面的冷源。冷凝下來的液體依靠重力來幫助凝液回流到加熱段，重新開始蒸發吸熱過程，通過管內介質的連續相變，完成熱量的連續轉移[1]。

2.2 高效節能真空裝置的應用

氣體在壓縮過程中會產生大量的熱，這種熱量會使羅茨泵，尤其是轉子溫度升高，導致羅茨泵發熱量有限。為使羅茨泵正常工作，必須使轉子降溫，降溫最常用的方法為氣冷法，原理如下。圖1所示為進氣階段，此時圖中陰影部分腔體與進氣口接通。運行狀態下圖中陰影部分與進氣口隔離。此時換熱器中的氣體為冷凝后的氣體，溫度較低，而其壓力與羅茨泵排氣端相同，因此冷凝后的氣體進入封閉腔使之壓力升高，溫度降低。

2.3 鍋爐煙氣余熱利用

要充分分析余熱資源數量、品位和用戶需要，在滿足熱力學基本原則以及經濟有效性的基礎上，通過合適的系統最大程度發揮余熱的利用率。要盡可能降低熱損失。之所以會產生熱損失，主要是因為不可逆過程造成的，所以盡量降低不可逆損失是煙氣余熱利用的基本原則。這就需要降低傳熱過程的傳熱溫差，防止節流以及摩擦等不可逆損失的出現，同時在數量和質量方面滿足用戶需要。在確定余熱利用方案前一定要進行充分的系統調研，明確系統自身是否存在提升的潛力，在余熱回收之后雖然系統熱效率有所提升，但是要明確系統是否可以正常運行。同時也要考慮增設了余熱利用裝置后可否降低污染排放以及經濟效益等等[2]。

2.4 運行優化調整

首先，出口水溫的控制。低溫省煤器投入后，手動調節低加至低省入口調門開度，使煙氣余熱換熱器進水（混水）溫度保持在87℃左右。其次，出口煙氣溫度的控制。當煙氣出口溫度低于（高于）100℃時，手動調節增壓泵頻率，減小（增加）轉速，從而減小（增加）煙氣余熱換熱器進水流量，使排煙溫度保持在100℃左右。另外，再循環門的控制。監視煙氣余熱換熱器進水溫度，當進水溫度低于（高于）87℃時，減小（增大）混水調門的開度，使冷水的流量減少（增大），使煙氣余熱換熱器進口水溫處于87℃。

2.5 豐富鍋爐余熱利用方式

鍋爐煙氣余熱利用系統在實際運行過程中，方式較為多樣：第一，加熱凝結水。這是最為常見的余熱利用方式，不僅簡單易行，還能夠在短時間內得到明顯的效果，促進鍋爐排煙的熱損失問題得以有效改善。加熱凝結水系統，實現能量轉換的目的，也就是促使熱能轉變為凝結水的熱量，為后續利用活動提供支持。第二，預熱補充水。除氧器補入系統接收補充水，需要經歷一定的時間和管道，如果這個過程中補充水的溫度降低到一定程度，將會給除氧器內部溫度和壓力造成影響，不利于除氧器的正常運行，因此需要確保補充水的溫度處在正常狀態，可以利用好鍋爐煙氣余熱，實現補充水加熱的目標。第三，預熱燃料。直接放散問題普遍存在于鍋爐運行中，做好燃料預熱工作，將能夠有效減少能量損耗。這其中利用鍋爐煙氣余熱效果顯著，促進理論燃燒溫度的提升，可以從一般熱風爐煙道廢氣、高爐爐頂荒煤氣進入到管式換熱器之中，促使熱氣能夠和凈高爐煤氣之間達到換熱的效果，進而提升整體風溫[3]。

2.6 螺桿膨脹動力機

螺桿膨脹機是容積式動力機，由一對螺桿轉子、軸承、冷卻水套、機械密封、缸體等組成。因其螺桿齒面耐磨損以及液體顆粒沖擊，并且齒面間留有間隙，所以過熱蒸汽、飽和蒸汽、汽液兩相或熱液均可成為其工作介質。螺桿膨脹機依靠介質在動力機內降壓降溫膨脹（或閃蒸）做功，最后排出氣體。最后排出的氣體可用于集中供暖或者廠內澡堂、食堂等生活用水，以實現能源的梯級利用。若用于集中供暖，回水經處理后可進入熱管余熱鍋爐循環利用。

3 結語

綜上所述，低溫余熱技術在我國新能源開發利用方面有著較高的腳趾，鍋爐煙氣余熱利用系統實際運行過程中，主要采用加熱凝結水、預熱補充水以及預熱燃料這些方式進行，能夠有效利用好煙氣余熱，降低能源消耗量。為更好發揮這一系統的優勢和作用，還需要積極開展全面充分的改進和優化工作，在滿足電廠電力生產需求的基礎上，實現余熱的高效利用。

參考文獻

[1]葛長虎.火力發電廠煙氣余熱利用技術研究[J].中國科技縱橫，2019（3）：162-163.