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火电厂余热回收系统的研究与设计

2017-05-10郭大江

电子技术与软件工程 2017年8期
关键词:热效率火力发电

郭大江

摘 要

目前世界范围内,能源供应愈发紧张,环境污染问题严重,已经影响了人类的生存和发展,实现能源、环境和经济的可持续发展是目前亟需解决的问题,清洁可再生能源的开发和余热资源的回收利用是各国研究的重点。火力发电是我国电力能源的重要生产方式,其在电能生产的同时存在大量热量的损失,本文设计了一套针对火力发电厂的余热回收系统,对电厂节能减排工作有一定的借鉴意义。

【关键词】火力发电 余热回收 热效率

1 概述

随着我国经济的迅速发展,社会对能源的需求迅速增加。煤炭石油等化工燃料的快速消耗的同时,也造成了环境了严重污染。近年来,为了能源的节约和环境的保护,人们对能源的利用给予了更大的关注。大力发展清洁可再生能源、加强现有能源的利用率以及对系统余热进行回收再利用等节能减排技术成为社会关注的热点。

2 火电厂余热回收系统的设计与研究

2.1 烟气余热回收系统的研究

锅炉的热损失中排烟热损失占据首位,随着节能减排问题受重视程度越来越高。本文根据所掌握的煤质资料,锅炉空预器出口烟气温度设计煤种为128℃,校核煤种为131℃。采用安装低温省煤器的方式对排烟余热进行回收,从而对机组的经济性进行提高,达到能源节约的目的。在设置低温省煤器过程中应对煤质情况、布置问题等进行充分考虑。结合低温省煤器的应用经验,本文对以下两种方案进行了研究。

2.1.1 方案1

低温省煤器安装两级:第一级低温省煤器在预热器出口和除尘器入口之间布置,第二级低温省煤器在引风机出口和脱硫吸收塔入口之间设置。由于第一段低温省煤器所处位置的含尘量较高,因此,堵塞和磨损情况会比较严重,对第一级低温省煤器出口烟温进行严格控制,确保烟气温度在露点温度以上大约10度,从而满足由于漏风等原因导致除尘入口到引风机一段的低温腐蚀。第一段低温省煤器将烟气温度适当降低,烟气体积也会减小,一方面除尘器的除尘面积降低了,材料损耗减少,另一方面风机的轴功率降低,降低了耗电量。

2.1.2 方案2

两级低温省煤器,一级位置的空预器进风温度通过水媒介的加热而升高,二级空预器出口排烟通过凝结水冷却。

第一级低温省煤器在空预器出口和除尘器入口之间设置,第二级在两台引风机出口汇合后脱硫塔入口之前设置。第二级低温省煤器主要将空预器入口的二次风用鄙视循环水加热,而制粉系统对出口风温要求不高,低温省煤器和预热器的换热基本定值。在煤质含水量不高,预热器保持一定的换热面积时,加热锅炉空预器进风会使预热器的换热量减少,造成预热器的排烟升温。为实现能量的合理利用,并使烟气体积流量和引风机功率降低,可以采用加设高温段低温省煤器的方式,第一级高温省煤器将凝结水加热,升高排烟温度,进行高温段凝结水升温,使高品质抽汽得到节约。两级低温省煤器的使用,实现了余热的分级利用,使余热的使用效率提高。

2.1.3 两种方案的经济性分析

本文以THA工况为基础,在没有加装低温省煤器时,汽机热耗7566kJ/kWh。参考等效焓降法,加如低温省煤器后的热耗改善情况可以用如下公式计算。

H*=3600/(ηdd) (1)

Hj=(hj-hn)-∑(γi/hi)Hi (2)

η=Hj/hj (3)

qd=Gd(h'd-hd)/G0 (4)

△H=qdηj (5)

△q=△H*q/(H*+△H) (6)

上式中,H*和Hj为汽机的等效焓降和第j级抽汽的等效焓降,单位为kJ/kg;ηd为发电效率,单位为kg/kWh,d为发电机组的汽耗率,单位为%;hj和hn分别为第j级抽汽焓值和排气焓值,单位为kJ/kg;γi为疏水带出热量,单位为kJ/kg;qd为每千克汽机进汽低温省煤器带入热量,单位为kJ/kg;Gd为汽机的进汽流量,单位为kg/s,hd和hd分别为低温省煤器進口和出口焓值,单位为kJ/kg;△H为等效焓降增量,单位为kJ/kg;q为汽机热耗,单位为kJ/kWh;△q为热耗降低值,单位为kJ/kWh。

计算得出,采用方案1后,加热器出口的凝结水温度从46.9℃提升为80摄氏度,机组热耗改善了68 kJ/kWh。采用方案2后,锅炉效率提升了0.72%,节煤2.09g/kWh。

2.2 循环水余热利用系统研究

2.2.1 吸收式热泵供热系统设计

将厂区采暖和热泵机组结合,在汽轮机和冷却塔循环水之间的管道上设置吸收式热泵,循环水降温之后,在进入冷却塔到机组的循环水管道,吸收式热泵提取循环水的余热,加热网循环水回水,将一次网回水温度升高,采暖加热站利用汽水换热器在将温度提升到供热要求。工厂的采暖系统和电厂冬季可靠运行相关,也是改善工厂工作人员生活条件的中还要保障,是重要的生活设施,为确保供热系统的安全性和可靠性,可以在原有供热系统上增设旁路系统,从而对吸收式热泵的热能进行充分利用。当吸收式热泵机组出口水温达到供暖要求时,可以直接使用热泵出水供暖,当热泵系统故障时,则可以使用原有供热系统维持供暖。

2.2.2 吸收式热泵节能减排及投资收益分析

采用吸收式热泵系统,在每个供热周期内,循环水余热回收利用51840GJ,采用年平均标准煤耗(38.4 t/GJ)进行这算,则折合每年节省1350t标准煤。每个供热周期内,热泵共消耗电能3.6万度,折算时按照1000MW机组每年供电平均煤耗为286 g/kWh,则每年折合呈标准煤的消耗为10.3t。则吸收式热能方案每年综合节能为1339.71t标准煤。采用吸收式热泵系统,在获得节能效果的同时,还可以取得较好的环境效果。根据设计煤质估算,系统应用后每年可减少3700吨二氧化碳的排放。估算系统的年运行收益为24.3万元。

3 结论

本文通过对火电厂发电机组的特点,针对汽热循环系统设计了烟气余热回收系统和循环水热泵回收系统,并对各自的经济性进行了分析。烟气余热回收效果和经济效益较为明显,而吸收式热泵系统的投资回报较低,烟气余热回收系统更为适合广泛推广。

参考文献

[1]花秀峰,李晓明.火力发电厂烟气余热利用的分析与应用[J].节能,2011,146:89-91.

[2]刘鹤忠,连正权.低温省煤器在火力发电厂中的运用探讨[J].电力勘测设计,2010(04):32-38.

[3]吴星,付林,胡鹏.电厂循环水供热技术的研究与应用[J].区域供热,2008(04):4-7.

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