电站锅炉低温烟气余热深度利用的热力学分析徐钢

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1、屮国工程热物理学会学术会议论文T程热力学与能源利用编号:IIIII8电站锅炉低温烟气余热深度利用的热力学分析徐钢，田瑶，杨勇平*,袁星华北电力人学能源动力与机械工稈学院，电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，华北电力人学,北京，102206Tel:(010)80798472Email:xg2008@ncepu.edu.cn:yyp@ncepu.edu.cn摘要：电站锅炉低温烟气余热深度利用具冇巨大的节能潜力。木文对其进行•了深入的热力学分析。系统介绍了节能潜力分析的“等效焙降法''与“汽水系统热平衡法"，两者在热力学本质上是一致的，但前者更适合给定工况的分析计算，简单方便；后者虽较繁琐，但适

2、用范围更广。结合某1000MW案例电厂，本文深入分析了系统集成的限制因素并分析计算了不同集成方式的节能效果，结杲表明尽量加热7#低加节能更显著。本文进一步分析了换热面积、低温腐蚀对余热利用的影响和余热利用对脱硫系统节水的贡献。关键词：电站节能；低温余热利用；热力学分析；等效焙降法0、引言中国的燃煤电厂提供了全国80%以上的电能，同时，也消耗全国近60%的燃煤和20%的工业水、排放出的SO2>NOx和CO2分别约占全国总量的45%、50%和48%⑴。电站锅炉是燃煤电厂能量传递与转化系统中最基本的设备，电站锅炉节能会直接影响燃煤电厂的整体性能、进而会对全国的节能减排战略产生重要影响，因而意义重大。

3、冃前电站锅炉排烟温度普遍在120-140°C,锅炉效率90-94%121,供电效率35-43.6%,供电煤耗350-282g/kWho按照国家质量技术监督局发布的《烟气余热资源量讣算方法与利用导则》计算，低温烟气余热资源量达0.7亿吨标煤。在各种热损失屮，排烟热损失占锅炉热损失的一半以上，如果能有效降低电站锅炉的排烟温度至60-80°C,锅炉效率将提高2-4个百分点，供电煤耗将下降2・5g/kWh,年节约标煤约1000-2000万吨，年可减排CO?约2700-5500万吨。近年来，锅炉余热利用受到广泛重视，但相比较而言，目前锅炉的中高温余热利用技术已逐渐趋于成熟，但低温烟气余热利用仍处于研究与

4、试验阶段。国内如西安交通大学⑶、山东大学⑷、济南达能动力技术有限责任公司⑸等单位开展了利用锅炉低温烟气余热的低压省煤器的研发。2009年，上海外高桥电厂⑹创造了供电煤耗世界最低记录，其屮所采用的“广义回热系统"，即是采用电站锅炉余热深度利用措施、通过在脱硫塔前加装烟气冷却器，使机组供电煤耗下降2.71g/kWho黄新元⑺等结合某200MW机组余热利用的节能效果分析对等效焙降法进行了简单介绍，但并没有考虑应用该法对余热利用分析时受到的冋热系统限制，并且单纯应用该法计算在热力参数偏离给定工况较大时本文由国家重点基础研究发展计划项目(973计划)(2011CB710706,2009CB219801)

5、资助误差较大。总体而言，目前对电站锅炉低温烟气余热利用研究多侧重工程研究和较简单的理论计算，而全面分析余热深度利用在各工况下的热力学计算方法、深入分析回热系统对系统集成的限制条件、低温余热深度利用受到的限制及其对脱硫系统影响的热力学理论研究较少。本文以电站锅炉烟气余热深度利用方案中最直接、易行的加热汽水系统中凝结水的方案为研究对象，系统介绍了“等效焰降法”和“汽水系统热平衡法”两种计算电站锅炉烟气余热深度利用节能效果的方法，讨论了回热系统对余热利用的限制条件，并对某典型1OOOMW案例机组的多种集成方式进行了烟气余热利用节能效果计算，进一步分析了保证传热效杲情况下所需换热血积和低温腐蚀对烟气余

6、热深度利用的限制，及余热利用对脱硫系统的影响。1、余热深度利用节能效果的热力学分析方法电站锅炉低温烟气余热用来加热汽水系统屮凝结水，可替代部分汽轮机抽汽，增加机组出功。其节能效果可通过“等效焰降法”和“汽水系统热平衡法''进行分析计算，虽然两者在热力学本质层面而言是--致的。但等效焙降法先选定标准工况，运用该标准工况下热力参数计算出偏离标准工况时机组经济性受到的影响，当偏离程度较大时，误差较大罔；汽水系统热平衡法则是对整个热力系统在工况变化时整体、全面的计算，比等效焰降法应用范围更广，但计算过程较为繁琐。两种方法的对比分析，有利于在选定工况节能效果计算中互为验证。1.1等效焰降法计算余热利用节

7、能效果等效焙降法根据已定的蒸汽参数和冋热系统参数，以机组新蒸汽流量、燃料供应量为定值，热力系统的微小变化不会引起各级抽汽全部变化，只对某几级产生影响，系统所有少抽蒸汽所增加的发电功率，都会使汽轮机效率提高冏。电站锅炉余热利用放热量即为锅炉烟气换热前后焙值变化，根据锅炉煤种数据和热力学相关知识即可得到烟气量及烟气组成成分进而计算得出烟气焙值的变化得到烟气放热量，从而得到加热凝结水的热量U叫(1)式中