电站锅炉冷风加热及烟气余热综合利用系统

祁文杰

摘要：在传统电厂锅炉余热利用系统中，针对低温省煤器进口烟气的温度限制，对锅炉段受热面进行了综合优化。空气预热器分为两部分，两个阶段之间都是低温截煤机。通过改变一次空气预热器出口的空气温度，对低温节流阀的烟温范围进行优化，获得最佳热力工况。最后结合技术经济分析，得到了符合工程实际的综合优化结果。在对烟气余热利用系统进行热力学分析的基础上，将排气技术与蒸汽再生系统相结合进行优化，从而提高烟气余热利用的节能效果。与传统方案不同，低温节煤器只有在空气预热释放后才能配置，因此采用了优化方案。电气设备煤耗由2.18g/kWh·h增加到5.19g/kWh·h，节能优势明显。

关键词：电站锅炉;冷风加热;烟气余热;综合利用系统

目前，我国燃煤电厂锅炉废气温度设计多为120℃或0℃，废气获得的热量可达到电厂所有进口燃料热值的3%。因此，随着能源价格的上涨，节能减排政策要求日益严格，电厂锅炉烟气余热利用的研究和应用得到了广泛关注。在电厂设置低温截煤机是降低废气温度的有效措施之一。利用锅炉末端烟气余热加热再生系统中的凝结水，除去部分废气，再带动汽轮机进一步膨胀。因此，烟气余热的回收利用可以在一定程度上提高机械设备的经济效益。

一些文献系统地研究了火电厂在火电系统中增加低压节能器的节能效果和分析方法。采用国外电厂安装的空气预热器等烟气余热回收技术，弥补了蒸汽加热器造成的热经济性降低的不足。考虑到烟气温度和实际换热效率的局限性，相关文献提出改造后发电设备的经济效益应考虑换热面积投资的经济成本。本文从热力学基本定律和实际约束出发，对传统电厂烟气余热回收系统的热力学特性进行了深入分析。在余热回收过程中，进行了能量匹配分析、锅炉烟气与能量梯级使用方法分析、优化性能分析以及典型的100万千瓦火电厂锅炉余热回收系统组合。本研究为进一步分析和开发电厂锅炉余热回收系统的节能潜力提供了新的思路。

一、传统电厂锅炉余热利用系统的热力学分析

在传统的余热系统中，低温截煤机安装在空气预热器后，其工作温度范围为130～85℃。

在现有余热系统中，低温节煤器可以串联在7号发电机与8号发电机之间，8号发电机与冷凝器之间。但是，其效果却是有限的。传统火力发电厂锅炉的余热利用系统是利用空气预热后的排烟余热对冷凝水进行加热，从而节约部分的回热排风。把节省下来的废气用于汽轮机作业，在煤的燃烧量和主蒸汽流量不变的情况下，可以提高蒸汽的利用率，降低燃气消耗量。现有的文献分析等效焓降法的节能效果。基于热能转换原理，考虑设备质量和热能系统的结构及系数特点，研究热能转化与利用的研究方法。在余热回收过程中，烟气低温截煤机的吸热量相应降低。热回收系统的一个小的变化并不会导致各个阶段的完全改变，而只会影响到一个阶段。任何通过减少从系统中抽取蒸汽而产生的额外能量都会增加涡轮机的功率。

二、空气预热及烟气余热利用的尾部受热面综合优化

（一）优化思路

在传统的引导系统中，由于浓烟温度低，只能用低参数代替再生提取，因此低温节能器的节能效果有限，需要对系统进行优化。即在保证热风温度的前提下，将烟气热交换系统分为两个水平配置。空气经Il级空气预热器加热到一定温度，再由I级空气预热器完成对空气的全部加热。现有的废热利用系统相比，演技和空气系统分类在分配领域高温低温节弹更高水平的，因此可以代替蒸汽提取使用演技热量的最佳使用，废热锅炉系统的节能效果将提高。因此，对二级空气预热器与低温绝热器的热力学系数进行优化，通过得到水热面系数变化规律，从而找到系统热力学系数的最佳范围，最大限度地达到系统的节能效果。

（二）优化方法

在优化过程中，烟雾、空气、冷凝水的热传导既要遵循导热基本规律，又要满足工程实践中的约束条件。在工程实践中，为保证热交换效果，考虑实际热交换面积时，低温截煤器与空气预热器热交换节点的温差不低于10k和15k。在稳定的工作条件下，进、出系统的热力学参数（即吸烟量、出烟温度之和、进、出温度等）保持不变。最佳设计参数为Il型空气预热器的出口空气温度（即I型空气预热器的进口空气温度）。确定之后，I型与Il型空气预热器的热交换也相应确定。一级空气预热器出口演技温度（及低温省煤器进口温度和II级空气预热器出口温度（即延期，延期低温省煤器出口温度决定），还有低温省煤器可以加热系列空气吸入口方面及供应温度，最后根据等效焓衰减理论得到了系统的能量效率。

（三）优化结果

进口烟温、低温节煤系列加热较高档再生热水，节约提取变量较多，出口水加热温度为2℃～5℃，进口低温节煤烟温为130℃，这是传统的余热利用方式。这时低温截煤机只能从7号回热加热器（7号与8号回热加热器串联）中吸进空气，而出水温度只有83.6℃。当温度在217℃以上时，低温节煤机最多可代替2号蓄煤机把蒸汽抽出（在2号蓄煤机与3号蓄煤机串联），出口水温度可达239℃。

三、结语

在热能的转换和利用过程中，既有热能的数量，又有热能的等级。高温高压热源的转换电位大于低温低压热源的转换电位，说明高温高压热源档次较高。能量转换的基本规律出发，利用能量梯级方法分析和能源结构，优化能源利用方式，节约能源。减少能源浪费，提高能源利用效率，才能达到目的。在此基础上，结合“温度匹配、能级匹配”原理，对废气余热回收子系统进行了优化设计。优化方案仍使用原空气预热器，但余热回收子系统的性能与空气预热器并行，节点烷基出口外区域安排高温。该子系统的性能是余热回收，余热温度的回收程度明显提高。因此，随着贮水部位温度的升高，挤压的热天明显增加。但是，由于空气预热器的烟热下降，炉内的空气温度就必须吸收更多的热量而进入炉内。通过深入分析，发现该系统的经济改进与烟气余热回收利用过程中的“能量匹配”有着密切关系。以百万千瓦燃煤电厂能源利用模式为基础的典型优化系统与传统的一体化低温截煤机烟气等热用系统相比，具有明显优势。即以下三点：

（1）基于能量階梯设计优化系统，“利用温度对应的阶梯”，科学利用能量原理，大大提高了系统的热特性;

（2）系统的优化不仅可以使系统节能获得最佳的经济效益，而且还可以将烟气预热系统的优化过程对设备运行的影响降到最低。

（3）增设冷风预热器，采用热管换热器，可满足冬季低温空气采暖需求，降低工程造价。

优化系统中各节点温度系数的优化对于提高机械装置的经济性能具有重要作用，需要进一步研究。

参考文献

[1]中华人民共和国中央人民政府.《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》（R）.201L

[2]中华中华人民共和国工业和信息化部.《工业节能“十二五'规划》[R].2012，

[3]黄新元，孙奉仲，史月涛，电厂热系统增设低压省煤器的节能效果[J].热力发电厂，2007，37〈3）：56一58.

[4]叶勇健，申松林.欧洲高效燃煤电厂的特点及启示[J].电力建设，20H，32（1）：54-58.

[5]赵之军，冯伟忠，张玲，等.电站锅炉排烟余热回收的理论分析与工程实践[J].动力工程，2009.994一997.

[6]林万超.火电厂热系统节能理论[M].西安交通大学出版社，1994

[7]黄新元，王立平.火力发电厂低压省煤器系统最优设计的通用数学模型[J].站系统工程，1999（5）：20-25.

[8]陆万鹏，孙奉仲，史月涛，等.前置式液相介质空气预热器经济性分析及热力系统优化[J].中国电机工程学报，20H（Il）：6-10.

[9]闫水保，马新灵，电站锅炉受热面能级分析〔J].发电设备，2006，20（2）：101一107.