基于電站鍋爐排煙余熱的機爐煙氣回熱循環(huán)理論與應用研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟發(fā)展與能源、環(huán)境之間的矛盾日益突出，火電機組的節(jié)能減排成為一個備受關注的問題。大容量的超(超)臨界機組的普及應用，為提高熱系統(tǒng)經(jīng)濟性提供了一種有效的手段，同時，有效的利用機組余熱也是機組節(jié)能的重要技術措施，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，可做為回熱熱量引入蒸汽回熱系統(tǒng)，用于加熱汽輪機凝結水，或通過加熱空氣預熱器進口冷空氣以引入鍋爐，但這兩種鍋爐排煙余熱利用方式產生的

2、經(jīng)濟性，由于機組冷源損失的變化和計算方法的差異性，導致對其評價一直存在爭議。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)能理論問題搞清楚，以找到鍋爐排煙余熱利用經(jīng)濟性的合理評價方法和利用的最佳途徑，提高排煙余熱的能量轉換效率，進一步降低發(fā)電能耗。
　　 本文在機組原有蒸汽回熱循環(huán)的基礎上，通過引入煙氣回熱循環(huán)的概念，根據(jù)煙氣余熱的輸入部位，建立了機側煙氣回熱循環(huán)、爐側煙氣回熱循環(huán)和機爐聯(lián)合煙氣回熱循環(huán)的新概念。運用熵平

3、衡原理及方法，建立了各種煙氣回熱循環(huán)的做功能力的熱經(jīng)濟性評價模型，通過現(xiàn)場熱力特性試驗進行驗證，系統(tǒng)地研究了鍋爐煙氣余熱在機組內部利用過程中能量傳遞、轉換的特性與機理，分析了鍋爐煙氣回熱利用的熱經(jīng)濟性評價機制，建立了機組中各熱效率的有效的分析方法，澄清了學術界與工程界關于排煙余熱機組內部回熱利用評價的疑問。
　　 本文首先總結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題與局限性，確定以排煙熱量在機組內部回熱利用

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)勢及其存在的問題，根據(jù)電站鍋爐排煙余熱利用的特點，確立以熵產分析法與等效熱降法做為本文理論分析與計算的研究方法，以利用兩種方法理論的特色與優(yōu)勢，深入研究鍋爐排煙余熱利用的熱經(jīng)濟性問題。
　　 在機組原有蒸汽回熱循環(huán)的基礎上，將回收的煙氣余熱做為回熱熱量用于蒸汽回熱與空氣回熱中，提出了機側煙氣回熱循環(huán)和爐側煙氣回熱循環(huán)的概念。應用等

5、效熱降法對機側煙氣回熱循環(huán)進行了局部定量分析，提出了抽汽熱量實際做功效率與等效焓降當量增量的概念，并對原熱經(jīng)濟性計算模型進行了整合，使其更易于理解與應用。依據(jù)三分倉回轉空氣預熱器系統(tǒng)模型，對爐側煙氣回熱循環(huán)進行了傳熱分析，通過引入煙氣回熱能量轉換數(shù)的概念，確定了爐側煙氣回熱循環(huán)的實際利用煙氣熱量，為準確分析其熱經(jīng)濟性創(chuàng)造了前提條件。
　　 運用熵平衡的原理，建立了外部熱量輸入溫差傳熱系統(tǒng)的熵產模型，為煙氣回熱循環(huán)的熱經(jīng)濟性分析提

6、供了一種簡化可行的分析方法，據(jù)此對煙氣熱量利用各環(huán)節(jié)進行了熵產分析，建立了兩種煙氣回熱循環(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，應用于某300MW機組，并對煙氣余熱利用各環(huán)節(jié)的做功能力損失進行了分析，表明機側煙氣回熱循環(huán)的熱經(jīng)濟性受到電站鍋爐原始排煙溫度的限制，爐側煙氣回熱循環(huán)通過降低空氣預熱器冷端的較大熵產，克服了鍋爐排煙溫度對其熱經(jīng)濟性的制約，但實際利用煙氣熱量的減少導致其熱經(jīng)濟性低于機側煙氣回熱循環(huán)。計算分析還表明等效

7、熱降法與熵產分析法計算結果具有一致性，但熵產分析法能揭示煙氣余熱利用中產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。
　　 運用機側煙氣回熱循環(huán)熱經(jīng)濟性評價模型，對分離式熱管換熱器與低壓省煤器進行了熱經(jīng)濟性分析比較，表明低壓省煤器更具有節(jié)能優(yōu)勢；根據(jù)爐側煙氣回熱循環(huán)的時段性特點，采用兩種煙氣回熱循環(huán)在不同運行時段內單獨運行的方式，對煙氣回熱循環(huán)系統(tǒng)進行了初步

8、優(yōu)化。
　　 針對安裝于300MW機組中的機側煙氣回熱循環(huán)系統(tǒng)，現(xiàn)場進行了系統(tǒng)投用與切除的熱耗率對比試驗。通過建立凝汽器變工況傳熱模型，在試驗值對排汽壓力的回歸修正中消除了機側煙氣回熱循環(huán)使汽輪機排汽量增加的影響，并將投用狀態(tài)的試驗結果修正至計算基準狀態(tài)，結果表明試驗修正值與模型計算值相比偏差為1.83％，驗證了以熵平衡原理為基礎的研究方法的正確性及熱經(jīng)濟性計算模型的準確性。
　　 結合當前抗腐蝕的低溫煙氣換熱元件應用研

9、究取得顯著進展的背景，在電站鍋爐低溫排煙余熱深度利用中，從降低空氣預熱器冷端熵產與提高煙氣利用能級的角度，將兩種基本煙氣回熱循環(huán)有機結合，提出了機爐聯(lián)合煙氣回熱循環(huán)(URC)的概念，并拓展為URC并聯(lián)系統(tǒng)與URC串聯(lián)系統(tǒng)。建立了機爐聯(lián)合煙氣回熱循環(huán)的傳熱模型，通過引入回熱能量轉換數(shù)的概念，分析了機側與爐側兩種煙氣回熱方式的聯(lián)合機制，并建立了機爐聯(lián)合煙氣回熱循環(huán)的熱經(jīng)濟性評價模型。針對應用于某超臨界600MW機組的計算結果，分析了煙氣余熱

10、利用能級提升的機理，表明機爐聯(lián)合煙氣回熱循環(huán)的熱經(jīng)濟性高于機側煙氣回熱循環(huán)，空氣預熱器單元熵產減少、熱量做功能力增加是優(yōu)化系統(tǒng)煙氣利用能級提升的根本原因。
　　 為進一步明確排煙回熱利用對機組的各種熱效率的影響，在傳統(tǒng)熱效率的基礎上，應用局部定量分析的思想，將排煙余熱利用過程進行獨立考核，提出了排煙回熱利用的各當量熱效率的概念，并根據(jù)效率的熱力學原始意義，定義了廣義熱效率，對各種煙氣回熱循環(huán)進行了廣義熱效率分析，表明其可使復雜余

11、熱利用的分析更加簡捷方便，為復雜的煙氣余熱利用方式的熱效率分析提供了一種簡捷有效的新思路與新方法。
　　 從實際運行的角度，對機爐聯(lián)合煙氣回熱循環(huán)的各影響因素展開分析。依據(jù)磨煤機進口風溫的調節(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)在額定工況運行調節(jié)下與變工況運行時的熱經(jīng)濟性變化規(guī)律，表明旁路煙氣份額的調節(jié)可滿足系統(tǒng)季節(jié)性調節(jié)的需求，為URC并聯(lián)系統(tǒng)的運行調節(jié)提供了理論依據(jù)。進行了各煙氣回熱循環(huán)的熱經(jīng)濟性對鍋