烟气余热发电的探究及系统设计

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1、烟气余热发电的探究及系统设计摘要：热能是人类最早使用的能量形式，通过燃烧燃料将化学能转化为烟气的热能在当今社会依然非常普遍。本文以提高烟气热能的品位和利用效率为出发点，对于现在的烟气余热利用的设备进行了理论上的改进。在传统的蒸汽轮机之后，我们新增加了温差发电模块和重力势能冋收模块，这样的设计使得余热回收的效率比传统的蒸汽轮机提高了13%左右。此外，这样的设计具有广泛的适用性，可以根据不同的环境温度改变热交换的介质。在文章最后，我们通过分布论证的方法验证了该方案的可行性,成本回收期大概为5年。关键字：烟气余热发电烟气品位热能

2、利用率温差发电重力势能发电可行性分析引言能源的供给和消费是关系着国民经济和社会发展的重大问题。我国是一个处在经济社会快速发展口人口众多的发展中国家。2012年我国国内生产总值为51.9万亿元，比上年同期增长7.8%,居世界第二位[1]。同年能源生产总量36.5亿t标准煤，能源消耗总量36•亿t标准煤，同比增长3.9%,其中煤炭消费量增长2.5%,原油消费量增长6%,天然气消费量增长10.2%,电力消费增长5.5%。全国万元国内生产总值能耗下降3.6%o[2]我国已经成为世界上煤炭、钢铁、铁矿石、氧化铝、铜、水泥消耗最大的国

3、家，是世界上能源消耗的第二大国。在我国经济飞速发展的同时，无疑消耗了人量的能源，这样的发展不论是对于自然环境还是对于国家自身，都是不可持续的。为了实现我国国民经济又好又快发展，实施可持续发展战略，我们必须全面开展节能降耗工作，进一步降低全国万元国内生产总值能耗。高温烟气作为一种含热量很高的资源，应该的到合理的重视并加以利用。1・烟气余热发电的意义能源、原材料、水、土地等自然资源是人类赖以生存和发展的基础，是经济社会可持续发展的重要物质保证。而随着人类社会的进步、经济的发展，资源消耗速度越来越快，消耗量也越来越大。以地球有限

4、的资源支撑着人类社会的无限发展，将使地球资源供应越來越不堪负重，供求矛盾也越來越大。余热发电技术的研究、开发、推广、应用为其他行业开展资源节约及资源综合利用工作提供了成功的典范。为了推进我国节能、资源综合利用工作的开展，《政府工作报告》中能源资源节约和合理利用提出了明确的要求：“注重能源资源节约和合理利用。缓解我国能源资源和社会发展的矛盾，必需立足国内，显著提高能源资源利用效率开展资源节约及综合利用已是当前摆在世人面前涉及人类生存和发展的重大课题，我国余热发电的目的和意义也就在于：1、节约能源、保护环境；2、发展循环经济；

5、3、降低企业生产成本，进而提高企业的市场竞争力；4、降低高能耗企业的生产成本，提高企业的经济效益。2•烟气余热系统设计的冃的[3]2.1提升烟气的品位烟气本身是有品位的，温度不同，品位不同。能量转换必需遵循能量守恒定律，热能的转换也不例外。但是，对涉及热能的转换过程，仅仅从能量在数量上的守恒关系分析，往往会掩盖热能在质量上的差异。因为不同温度水平的热能，即使在数量上相等，其利用价值也并不相同。因此，为了有效地利用热能，正确合理的开发节能技术，找出能量损失的关键所在，需要从量和质两方面进行全面的分析。本文以提高烟气余热利用的

6、品位为目的，改变了将余热进行供暖的想法，使余热最人化的转换为品位最高的电能。2.2合理提升烟气热能的利用效率在热平衡中，用“热效率”的概念來衡量被有效利用的能量与消耗的能量在数量上的比值。但是这个概念没有顾及能量在质量上的差别，往往不能反映装置的完善程度。要衡量热能转换过程的好坏和热能利用装置的完善性，我们不能单纯的提升热能利用率，而且在质量上也耍相互匹配。例如：利用燃料燃烧产生的热值直接对室内供暖时，实际上是一种很不合理的用能方法。本文对烟气余热进行了梯级利用，分为三级进行发电，不仅提高了烟气余热的综合利用效率，也解决了

7、传统方法屮烟气余热利用不合理的问题。2.3充分利用传热介质的潜热和显热物质升高温度必须吸收热量，降低温度会放出热量。这种物质在同一种形态下由于温度升高或降低而吸收或放出的热量称为显热。将物质在相转变（如溶解、汽化）时所吸收（或放出）的热量称为潜热。我们在系统的设计中，由于涉及到了热交换，所以这里必然存在传热介质，那么，传热介质（水）的潜热和显热的利用无疑成为了提高余热利用效率的关键。3.余热发电系统的设计基于上述的原理以及我们要实现的目标，我们设计了如图3.1所示的余热利用结构。3.1模型的发电流程烟气中的余热会经过第1部

8、分，之后加热其中的水将其变成水蒸汽。当水蒸气经过第2部分时，会带动蒸汽轮机发电，从第2部分出来的水蒸气将在第3部分被冷凝为液态水，放出大量的热。此时安装于第三部分的温差发垫片会进行二次发电。同时，冷凝的水会进入第4部分进行储存。当储存的水达到一定的体积后，阀门打开，位于第五部分的水轮机发电，发电后的水将