基于電站鍋爐排煙余熱的機(jī)爐煙氣回?zé)嵫h(huán)理論與應(yīng)用研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源、環(huán)境之間的矛盾日益突出，火電機(jī)組的節(jié)能減排成為一個(gè)備受關(guān)注的問(wèn)題。大容量的超(超)臨界機(jī)組的普及應(yīng)用，為提高熱系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性提供了一種有效的手段，同時(shí)，有效的利用機(jī)組余熱也是機(jī)組節(jié)能的重要技術(shù)措施，其中鍋爐排煙余熱數(shù)量巨大，具備資源化利用的條件，但并未被充分利用。鍋爐排煙余熱屬于低溫余熱，可做為回?zé)釤崃恳胝羝責(zé)嵯到y(tǒng)，用于加熱汽輪機(jī)凝結(jié)水，或通過(guò)加熱空氣預(yù)熱器進(jìn)口冷空氣以引入鍋爐，但這兩種鍋爐排煙余熱利用方式產(chǎn)生的

2、經(jīng)濟(jì)性，由于機(jī)組冷源損失的變化和計(jì)算方法的差異性，導(dǎo)致對(duì)其評(píng)價(jià)一直存在爭(zhēng)議。在這種背景下，急需把電站鍋爐排煙余熱回收利用中重要的節(jié)能理論問(wèn)題搞清楚，以找到鍋爐排煙余熱利用經(jīng)濟(jì)性的合理評(píng)價(jià)方法和利用的最佳途徑，提高排煙余熱的能量轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)一步降低發(fā)電能耗。
　　 本文在機(jī)組原有蒸汽回?zé)嵫h(huán)的基礎(chǔ)上，通過(guò)引入煙氣回?zé)嵫h(huán)的概念，根據(jù)煙氣余熱的輸入部位，建立了機(jī)側(cè)煙氣回?zé)嵫h(huán)、爐側(cè)煙氣回?zé)嵫h(huán)和機(jī)爐聯(lián)合煙氣回?zé)嵫h(huán)的新概念。運(yùn)用熵平

3、衡原理及方法，建立了各種煙氣回?zé)嵫h(huán)的做功能力的熱經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)模型，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)熱力特性試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，系統(tǒng)地研究了鍋爐煙氣余熱在機(jī)組內(nèi)部利用過(guò)程中能量傳遞、轉(zhuǎn)換的特性與機(jī)理，分析了鍋爐煙氣回?zé)崂玫臒峤?jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)機(jī)制，建立了機(jī)組中各熱效率的有效的分析方法，澄清了學(xué)術(shù)界與工程界關(guān)于排煙余熱機(jī)組內(nèi)部回?zé)崂迷u(píng)價(jià)的疑問(wèn)。
　　 本文首先總結(jié)了電站鍋爐排煙余熱利用的各種途徑，指出各種利用方法中存在的問(wèn)題與局限性，確定以排煙熱量在機(jī)組內(nèi)部回?zé)崂?/p>

4、的方式做為余熱利用的基本方式，討論了現(xiàn)有的各種排煙余熱利用節(jié)能分析理論與方法，深入分析了各種方法的優(yōu)勢(shì)及其存在的問(wèn)題，根據(jù)電站鍋爐排煙余熱利用的特點(diǎn)，確立以熵產(chǎn)分析法與等效熱降法做為本文理論分析與計(jì)算的研究方法，以利用兩種方法理論的特色與優(yōu)勢(shì)，深入研究鍋爐排煙余熱利用的熱經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。
　　 在機(jī)組原有蒸汽回?zé)嵫h(huán)的基礎(chǔ)上，將回收的煙氣余熱做為回?zé)釤崃坑糜谡羝責(zé)崤c空氣回?zé)嶂?，提出了機(jī)側(cè)煙氣回?zé)嵫h(huán)和爐側(cè)煙氣回?zé)嵫h(huán)的概念。應(yīng)用等

5、效熱降法對(duì)機(jī)側(cè)煙氣回?zé)嵫h(huán)進(jìn)行了局部定量分析，提出了抽汽熱量實(shí)際做功效率與等效焓降當(dāng)量增量的概念，并對(duì)原熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算模型進(jìn)行了整合，使其更易于理解與應(yīng)用。依據(jù)三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器系統(tǒng)模型，對(duì)爐側(cè)煙氣回?zé)嵫h(huán)進(jìn)行了傳熱分析，通過(guò)引入煙氣回?zé)崮芰哭D(zhuǎn)換數(shù)的概念，確定了爐側(cè)煙氣回?zé)嵫h(huán)的實(shí)際利用煙氣熱量，為準(zhǔn)確分析其熱經(jīng)濟(jì)性創(chuàng)造了前提條件。
　　 運(yùn)用熵平衡的原理，建立了外部熱量輸入溫差傳熱系統(tǒng)的熵產(chǎn)模型，為煙氣回?zé)嵫h(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性分析提

6、供了一種簡(jiǎn)化可行的分析方法，據(jù)此對(duì)煙氣熱量利用各環(huán)節(jié)進(jìn)行了熵產(chǎn)分析，建立了兩種煙氣回?zé)嵫h(huán)的做功能力模型。依據(jù)局部定量分析熱力參數(shù)規(guī)定原則，應(yīng)用于某300MW機(jī)組，并對(duì)煙氣余熱利用各環(huán)節(jié)的做功能力損失進(jìn)行了分析，表明機(jī)側(cè)煙氣回?zé)嵫h(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性受到電站鍋爐原始排煙溫度的限制，爐側(cè)煙氣回?zé)嵫h(huán)通過(guò)降低空氣預(yù)熱器冷端的較大熵產(chǎn)，克服了鍋爐排煙溫度對(duì)其熱經(jīng)濟(jì)性的制約，但實(shí)際利用煙氣熱量的減少導(dǎo)致其熱經(jīng)濟(jì)性低于機(jī)側(cè)煙氣回?zé)嵫h(huán)。計(jì)算分析還表明等效

7、熱降法與熵產(chǎn)分析法計(jì)算結(jié)果具有一致性，但熵產(chǎn)分析法能揭示煙氣余熱利用中產(chǎn)生的不可逆損失在熱力系統(tǒng)中的分布特征，更容易查找影響系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性的主要因素，可以為減小不可逆損失、系統(tǒng)優(yōu)化指明方向。
　　 運(yùn)用機(jī)側(cè)煙氣回?zé)嵫h(huán)熱經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)模型，對(duì)分離式熱管換熱器與低壓省煤器進(jìn)行了熱經(jīng)濟(jì)性分析比較，表明低壓省煤器更具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)；根據(jù)爐側(cè)煙氣回?zé)嵫h(huán)的時(shí)段性特點(diǎn)，采用兩種煙氣回?zé)嵫h(huán)在不同運(yùn)行時(shí)段內(nèi)單獨(dú)運(yùn)行的方式，對(duì)煙氣回?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了初步

8、優(yōu)化。
　　 針對(duì)安裝于300MW機(jī)組中的機(jī)側(cè)煙氣回?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了系統(tǒng)投用與切除的熱耗率對(duì)比試驗(yàn)。通過(guò)建立凝汽器變工況傳熱模型，在試驗(yàn)值對(duì)排汽壓力的回歸修正中消除了機(jī)側(cè)煙氣回?zé)嵫h(huán)使汽輪機(jī)排汽量增加的影響，并將投用狀態(tài)的試驗(yàn)結(jié)果修正至計(jì)算基準(zhǔn)狀態(tài)，結(jié)果表明試驗(yàn)修正值與模型計(jì)算值相比偏差為1.83％，驗(yàn)證了以熵平衡原理為基礎(chǔ)的研究方法的正確性及熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算模型的準(zhǔn)確性。
　　 結(jié)合當(dāng)前抗腐蝕的低溫?zé)煔鈸Q熱元件應(yīng)用研

9、究取得顯著進(jìn)展的背景，在電站鍋爐低溫排煙余熱深度利用中，從降低空氣預(yù)熱器冷端熵產(chǎn)與提高煙氣利用能級(jí)的角度，將兩種基本煙氣回?zé)嵫h(huán)有機(jī)結(jié)合，提出了機(jī)爐聯(lián)合煙氣回?zé)嵫h(huán)(URC)的概念，并拓展為URC并聯(lián)系統(tǒng)與URC串聯(lián)系統(tǒng)。建立了機(jī)爐聯(lián)合煙氣回?zé)嵫h(huán)的傳熱模型，通過(guò)引入回?zé)崮芰哭D(zhuǎn)換數(shù)的概念，分析了機(jī)側(cè)與爐側(cè)兩種煙氣回?zé)岱绞降穆?lián)合機(jī)制，并建立了機(jī)爐聯(lián)合煙氣回?zé)嵫h(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)模型。針對(duì)應(yīng)用于某超臨界600MW機(jī)組的計(jì)算結(jié)果，分析了煙氣余熱

10、利用能級(jí)提升的機(jī)理，表明機(jī)爐聯(lián)合煙氣回?zé)嵫h(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性高于機(jī)側(cè)煙氣回?zé)嵫h(huán)，空氣預(yù)熱器單元熵產(chǎn)減少、熱量做功能力增加是優(yōu)化系統(tǒng)煙氣利用能級(jí)提升的根本原因。
　　 為進(jìn)一步明確排煙回?zé)崂脤?duì)機(jī)組的各種熱效率的影響，在傳統(tǒng)熱效率的基礎(chǔ)上，應(yīng)用局部定量分析的思想，將排煙余熱利用過(guò)程進(jìn)行獨(dú)立考核，提出了排煙回?zé)崂玫母鳟?dāng)量熱效率的概念，并根據(jù)效率的熱力學(xué)原始意義，定義了廣義熱效率，對(duì)各種煙氣回?zé)嵫h(huán)進(jìn)行了廣義熱效率分析，表明其可使復(fù)雜余

11、熱利用的分析更加簡(jiǎn)捷方便，為復(fù)雜的煙氣余熱利用方式的熱效率分析提供了一種簡(jiǎn)捷有效的新思路與新方法。
　　 從實(shí)際運(yùn)行的角度，對(duì)機(jī)爐聯(lián)合煙氣回?zé)嵫h(huán)的各影響因素展開(kāi)分析。依據(jù)磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)溫的調(diào)節(jié)原理，分析得到保證鍋爐燃燒穩(wěn)定性的條件。分析了URC并聯(lián)系統(tǒng)在額定工況運(yùn)行調(diào)節(jié)下與變工況運(yùn)行時(shí)的熱經(jīng)濟(jì)性變化規(guī)律，表明旁路煙氣份額的調(diào)節(jié)可滿(mǎn)足系統(tǒng)季節(jié)性調(diào)節(jié)的需求，為URC并聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)提供了理論依據(jù)。進(jìn)行了各煙氣回?zé)嵫h(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性對(duì)鍋