電站鍋爐冷風加熱及煙氣余熱綜合利用系統

祁文杰

摘要：在傳統電廠鍋爐余熱利用系統中，針對低溫省煤器進口煙氣的溫度限制，對鍋爐段受熱面進行了綜合優化。空氣預熱器分為兩部分，兩個階段之間都是低溫截煤機。通過改變一次空氣預熱器出口的空氣溫度，對低溫節流閥的煙溫范圍進行優化，獲得最佳熱力工況。最后結合技術經濟分析，得到了符合工程實際的綜合優化結果。在對煙氣余熱利用系統進行熱力學分析的基礎上，將排氣技術與蒸汽再生系統相結合進行優化，從而提高煙氣余熱利用的節能效果。與傳統方案不同，低溫節煤器只有在空氣預熱釋放后才能配置，因此采用了優化方案。電氣設備煤耗由2.18g/kWh·h增加到5.19g/kWh·h，節能優勢明顯。

關鍵詞：電站鍋爐;冷風加熱;煙氣余熱;綜合利用系統

目前，我國燃煤電廠鍋爐廢氣溫度設計多為120℃或0℃，廢氣獲得的熱量可達到電廠所有進口燃料熱值的3%。因此，隨著能源價格的上漲，節能減排政策要求日益嚴格，電廠鍋爐煙氣余熱利用的研究和應用得到了廣泛關注。在電廠設置低溫截煤機是降低廢氣溫度的有效措施之一。利用鍋爐末端煙氣余熱加熱再生系統中的凝結水，除去部分廢氣，再帶動汽輪機進一步膨脹。因此，煙氣余熱的回收利用可以在一定程度上提高機械設備的經濟效益。

一些文獻系統地研究了火電廠在火電系統中增加低壓節能器的節能效果和分析方法。采用國外電廠安裝的空氣預熱器等煙氣余熱回收技術，彌補了蒸汽加熱器造成的熱經濟性降低的不足。考慮到煙氣溫度和實際換熱效率的局限性，相關文獻提出改造后發電設備的經濟效益應考慮換熱面積投資的經濟成本。本文從熱力學基本定律和實際約束出發，對傳統電廠煙氣余熱回收系統的熱力學特性進行了深入分析。在余熱回收過程中，進行了能量匹配分析、鍋爐煙氣與能量梯級使用方法分析、優化性能分析以及典型的100萬千瓦火電廠鍋爐余熱回收系統組合。本研究為進一步分析和開發電廠鍋爐余熱回收系統的節能潛力提供了新的思路。

一、傳統電廠鍋爐余熱利用系統的熱力學分析

在傳統的余熱系統中，低溫截煤機安裝在空氣預熱器后，其工作溫度范圍為130～85℃。

在現有余熱系統中，低溫節煤器可以串聯在7號發電機與8號發電機之間，8號發電機與冷凝器之間。但是，其效果卻是有限的。傳統火力發電廠鍋爐的余熱利用系統是利用空氣預熱后的排煙余熱對冷凝水進行加熱，從而節約部分的回熱排風。把節省下來的廢氣用于汽輪機作業，在煤的燃燒量和主蒸汽流量不變的情況下，可以提高蒸汽的利用率，降低燃氣消耗量。現有的文獻分析等效焓降法的節能效果?；跓崮苻D換原理，考慮設備質量和熱能系統的結構及系數特點，研究熱能轉化與利用的研究方法。在余熱回收過程中，煙氣低溫截煤機的吸熱量相應降低。熱回收系統的一個小的變化并不會導致各個階段的完全改變，而只會影響到一個階段。任何通過減少從系統中抽取蒸汽而產生的額外能量都會增加渦輪機的功率。

二、空氣預熱及煙氣余熱利用的尾部受熱面綜合優化

（一）優化思路

在傳統的引導系統中，由于濃煙溫度低，只能用低參數代替再生提取，因此低溫節能器的節能效果有限，需要對系統進行優化。即在保證熱風溫度的前提下，將煙氣熱交換系統分為兩個水平配置。空氣經Il級空氣預熱器加熱到一定溫度，再由I級空氣預熱器完成對空氣的全部加熱?，F有的廢熱利用系統相比，演技和空氣系統分類在分配領域高溫低溫節彈更高水平的，因此可以代替蒸汽提取使用演技熱量的最佳使用，廢熱鍋爐系統的節能效果將提高。因此，對二級空氣預熱器與低溫絕熱器的熱力學系數進行優化，通過得到水熱面系數變化規律，從而找到系統熱力學系數的最佳范圍，最大限度地達到系統的節能效果。

（二）優化方法

在優化過程中，煙霧、空氣、冷凝水的熱傳導既要遵循導熱基本規律，又要滿足工程實踐中的約束條件。在工程實踐中，為保證熱交換效果，考慮實際熱交換面積時，低溫截煤器與空氣預熱器熱交換節點的溫差不低于10k和15k。在穩定的工作條件下，進、出系統的熱力學參數（即吸煙量、出煙溫度之和、進、出溫度等）保持不變。最佳設計參數為Il型空氣預熱器的出口空氣溫度（即I型空氣預熱器的進口空氣溫度）。確定之后，I型與Il型空氣預熱器的熱交換也相應確定。一級空氣預熱器出口演技溫度（及低溫省煤器進口溫度和II級空氣預熱器出口溫度（即延期，延期低溫省煤器出口溫度決定），還有低溫省煤器可以加熱系列空氣吸入口方面及供應溫度，最后根據等效焓衰減理論得到了系統的能量效率。

（三）優化結果

進口煙溫、低溫節煤系列加熱較高檔再生熱水，節約提取變量較多，出口水加熱溫度為2℃～5℃，進口低溫節煤煙溫為130℃，這是傳統的余熱利用方式。這時低溫截煤機只能從7號回熱加熱器（7號與8號回熱加熱器串聯）中吸進空氣，而出水溫度只有83.6℃。當溫度在217℃以上時，低溫節煤機最多可代替2號蓄煤機把蒸汽抽出（在2號蓄煤機與3號蓄煤機串聯），出口水溫度可達239℃。

三、結語

在熱能的轉換和利用過程中，既有熱能的數量，又有熱能的等級。高溫高壓熱源的轉換電位大于低溫低壓熱源的轉換電位，說明高溫高壓熱源檔次較高。能量轉換的基本規律出發，利用能量梯級方法分析和能源結構，優化能源利用方式，節約能源。減少能源浪費，提高能源利用效率，才能達到目的。在此基礎上，結合“溫度匹配、能級匹配”原理，對廢氣余熱回收子系統進行了優化設計。優化方案仍使用原空氣預熱器，但余熱回收子系統的性能與空氣預熱器并行，節點烷基出口外區域安排高溫。該子系統的性能是余熱回收，余熱溫度的回收程度明顯提高。因此，隨著貯水部位溫度的升高，擠壓的熱天明顯增加。但是，由于空氣預熱器的煙熱下降，爐內的空氣溫度就必須吸收更多的熱量而進入爐內。通過深入分析，發現該系統的經濟改進與煙氣余熱回收利用過程中的“能量匹配”有著密切關系。以百萬千瓦燃煤電廠能源利用模式為基礎的典型優化系統與傳統的一體化低溫截煤機煙氣等熱用系統相比，具有明顯優勢。即以下三點：

（1）基于能量階梯設計優化系統，“利用溫度對應的階梯”，科學利用能量原理，大大提高了系統的熱特性;

（2）系統的優化不僅可以使系統節能獲得最佳的經濟效益，而且還可以將煙氣預熱系統的優化過程對設備運行的影響降到最低。

（3）增設冷風預熱器，采用熱管換熱器，可滿足冬季低溫空氣采暖需求，降低工程造價。

優化系統中各節點溫度系數的優化對于提高機械裝置的經濟性能具有重要作用，需要進一步研究。

參考文獻

[1]中華人民共和國中央人民政府.《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》（R）.201L

[2]中華中華人民共和國工業和信息化部.《工業節能“十二五'規劃》[R].2012，

[3]黃新元，孫奉仲，史月濤，電廠熱系統增設低壓省煤器的節能效果[J].熱力發電廠，2007，37〈3）：56一58.

[4]葉勇健，申松林.歐洲高效燃煤電廠的特點及啟示[J].電力建設，20H，32（1）：54-58.

[5]趙之軍，馮偉忠，張玲，等.電站鍋爐排煙余熱回收的理論分析與工程實踐[J].動力工程，2009.994一997.

[6]林萬超.火電廠熱系統節能理論[M].西安交通大學出版社，1994

[7]黃新元，王立平.火力發電廠低壓省煤器系統最優設計的通用數學模型[J].站系統工程，1999（5）：20-25.

[8]陸萬鵬，孫奉仲，史月濤，等.前置式液相介質空氣預熱器經濟性分析及熱力系統優化[J].中國電機工程學報，20H（Il）：6-10.

[9]閆水保，馬新靈，電站鍋爐受熱面能級分析〔J].發電設備，2006，20（2）：101一107.