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      電站鍋爐冷風加熱及煙氣余熱綜合利用系統(tǒng)

      2021-01-14 08:12:19祁文杰
      科學與生活 2021年15期
      關鍵詞:電站鍋爐

      祁文杰

      摘要:在傳統(tǒng)電廠鍋爐余熱利用系統(tǒng)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(yōu)化??諝忸A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(jié)流閥的煙溫范圍進行優(yōu)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(yōu)化結果。在對煙氣余熱利用系統(tǒng)進行熱力學分析的基礎上,將排氣技術與蒸汽再生系統(tǒng)相結合進行優(yōu)化,從而提高煙氣余熱利用的節(jié)能效果。與傳統(tǒng)方案不同,低溫節(jié)煤器只有在空氣預熱釋放后才能配置,因此采用了優(yōu)化方案。電氣設備煤耗由2.18g/kWh·h增加到5.19g/kWh·h,節(jié)能優(yōu)勢明顯。

      關鍵詞:電站鍋爐;冷風加熱;煙氣余熱;綜合利用系統(tǒng)

      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(jié)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(tǒng)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(tǒng)地研究了火電廠在火電系統(tǒng)中增加低壓節(jié)能器的節(jié)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??紤]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(fā)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(fā),對傳統(tǒng)電廠煙氣余熱回收系統(tǒng)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(yōu)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(tǒng)組合。本研究為進一步分析和開發(fā)電廠鍋爐余熱回收系統(tǒng)的節(jié)能潛力提供了新的思路。

      一、傳統(tǒng)電廠鍋爐余熱利用系統(tǒng)的熱力學分析

      在傳統(tǒng)的余熱系統(tǒng)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(tǒng)中,低溫節(jié)煤器可以串聯在7號發(fā)電機與8號發(fā)電機之間,8號發(fā)電機與冷凝器之間。但是,其效果卻是有限的。傳統(tǒng)火力發(fā)電廠鍋爐的余熱利用系統(tǒng)是利用空氣預熱后的排煙余熱對冷凝水進行加熱,從而節(jié)約部分的回熱排風。把節(jié)省下來的廢氣用于汽輪機作業(yè),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?,F有的文獻分析等效焓降法的節(jié)能效果?;跓崮苻D換原理,考慮設備質量和熱能系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(yōu)化

      (一)優(yōu)化思路

      在傳統(tǒng)的引導系統(tǒng)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(jié)能器的節(jié)能效果有限,需要對系統(tǒng)進行優(yōu)化。即在保證熱風溫度的前提下,將煙氣熱交換系統(tǒng)分為兩個水平配置??諝饨汭l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(tǒng)相比,演技和空氣系統(tǒng)分類在分配領域高溫低溫節(jié)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(tǒng)的節(jié)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(yōu)化,通過得到水熱面系數變化規(guī)律,從而找到系統(tǒng)熱力學系數的最佳范圍,最大限度地達到系統(tǒng)的節(jié)能效果。

      (二)優(yōu)化方法

      在優(yōu)化過程中,煙霧、空氣、冷凝水的熱傳導既要遵循導熱基本規(guī)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(jié)點的溫差不低于10k和15k。在穩(wěn)定的工作條件下,進、出系統(tǒng)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(tǒng)的能量效率。

      (三)優(yōu)化結果

      進口煙溫、低溫節(jié)煤系列加熱較高檔再生熱水,節(jié)約提取變量較多,出口水加熱溫度為2℃~5℃,進口低溫節(jié)煤煙溫為130℃,這是傳統(tǒng)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(jié)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(guī)律出發(fā),利用能量梯級方法分析和能源結構,優(yōu)化能源利用方式,節(jié)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(tǒng)進行了優(yōu)化設計。優(yōu)化方案仍使用原空氣預熱器,但余熱回收子系統(tǒng)的性能與空氣預熱器并行,節(jié)點烷基出口外區(qū)域安排高溫。該子系統(tǒng)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(fā)現該系統(tǒng)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(yōu)化系統(tǒng)與傳統(tǒng)的一體化低溫截煤機煙氣等熱用系統(tǒng)相比,具有明顯優(yōu)勢。即以下三點:

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

      (2)系統(tǒng)的優(yōu)化不僅可以使系統(tǒng)節(jié)能獲得最佳的經濟效益,而且還可以將煙氣預熱系統(tǒng)的優(yōu)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(yōu)化系統(tǒng)中各節(jié)點溫度系數的優(yōu)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

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      [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(tǒng)節(jié)能理論[M].西安交通大學出版社,1994

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