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煙氣余熱換熱器的熱力學(xué)和經(jīng)濟(jì)性分析
增設(shè)煙氣余熱換熱器可以使煙氣進(jìn)入脫硫塔的溫度有效的得到降低，對煙氣的余熱進(jìn)行回收利用，以下是小編搜集整理的一篇探究煙氣余熱換熱器熱力學(xué)的論文范文，歡迎閱讀參考。
摘要：本文結(jié)合了大唐太原第二熱電廠火力發(fā)電#10、#11機(jī)組增設(shè)煙氣余熱換熱器(低壓省煤器)工程改造方案，提出在引風(fēng)機(jī)出口煙道位置安裝余熱換熱器(低壓省煤器)，將煙氣溫度降低到102℃，將回收的熱量輸送到凝結(jié)水回?zé)嵯到y(tǒng)中(冬季的工況不同，加熱熱網(wǎng)供水)，使用熱力學(xué)進(jìn)行分析，可以使發(fā)電標(biāo)煤耗降低，使每臺(tái)機(jī)組的脫硫吸收塔噴淋降溫用水減少。
關(guān)鍵詞：煙氣余熱 換熱器 電站鍋爐 熱力學(xué) 經(jīng)濟(jì)性
在傳統(tǒng)的鍋爐設(shè)計(jì)中，要對煤炭的價(jià)格、鋼材的價(jià)格、煙氣的低溫腐蝕進(jìn)行綜合的考慮，通常將大型電站的燃煤鍋爐空氣預(yù)熱器排煙溫度設(shè)置在120℃～130℃左右，對硫分和水分較多的燃料要將排煙的溫度設(shè)定到更高的數(shù)值。這樣的設(shè)計(jì)在不強(qiáng)制煙氣脫硫和煤炭價(jià)格較低的情況是可以使用的。
火電廠煙氣脫硫工藝中最常用的是以濕式石灰石――石膏煙氣脫硫技術(shù)，煙氣進(jìn)入到脫硫塔中的溫度(最佳反應(yīng)溫度)大約在80℃左右，鍋爐空氣預(yù)熱器出口的煙氣一般經(jīng)過GGH或者是噴淋減溫后進(jìn)入到脫硫塔中�；剞D(zhuǎn)式GGH方式因?yàn)橛新煹默F(xiàn)象，對脫硫的效率等會(huì)造成影響，所以使用的較少，噴水減溫方式雖然簡單可行，但是需要消耗大量的水資源。本文結(jié)合了大唐太原第二熱電廠火力發(fā)電#10、#11機(jī)組增設(shè)煙氣余熱換熱器(低壓省煤器)工程改造方案為例，脫硫塔不使用GGH技術(shù)，對煙氣進(jìn)脫硫塔之前和部分凝結(jié)水換熱進(jìn)行探討，目的降低脫硫煙氣的溫度，利用余熱將機(jī)組效率的可行性和經(jīng)濟(jì)型進(jìn)行提高。
1 工程概況
大唐太原第二熱電廠#10、#11號(hào)鍋爐為東方鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的亞臨界、中間一次再熱、全懸吊、自然循環(huán)、平衡通風(fēng)、燃煤汽包爐。鍋爐型號(hào)為DG1065/17.4-Ⅱ12。廠址區(qū)域地震動(dòng)峰值加速度0.2g(對應(yīng)震烈度為8度)，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.35s。地下水位埋深一般2.6-2.8m，根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，場地內(nèi)地下水對鋼筋混凝土基礎(chǔ)無任何腐蝕性。
2 #10、#11機(jī)組增設(shè)煙氣余熱換熱器(低壓省煤器)設(shè)計(jì)條件
鍋爐原煙氣的流經(jīng)順序?yàn)殄仩t→鍋爐尾部煙道→靜電除塵器→余熱換熱器→脫硫吸收塔→煙囪，煙氣被冷卻后放出的熱量用來加熱熱網(wǎng)水或汽機(jī)凝結(jié)水。
煙氣余熱換熱器的水來自除鹽水或熱網(wǎng)水，在冬季進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，煙氣余熱換熱器接入熱網(wǎng)水系統(tǒng)，來自熱網(wǎng)回水母管的水(溫度約為60℃左右)進(jìn)入煙氣余熱換熱器，通過煙氣余熱換熱器換熱元件與煙氣進(jìn)行換熱，被煙氣加熱后(水溫110℃左右)送回至熱網(wǎng)回水母管，并入熱網(wǎng)系統(tǒng)。在夏季進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，煙氣余熱換熱器切換至依靠除鹽水自循環(huán)運(yùn)行，并通過板式換熱器加熱來自7號(hào)低加入口處的凝結(jié)水，被加熱后的凝結(jié)水溫度達(dá)到7號(hào)低加出口水溫，回至凝結(jié)水主系統(tǒng)，主凝結(jié)水回路與煙氣余熱換熱器回路成并聯(lián)布置。汽機(jī)凝結(jié)水進(jìn)、出水選用參數(shù)選擇按照《某熱電廠300MW機(jī)組熱力性能數(shù)據(jù)》進(jìn)行選取。冬季采暖期取水點(diǎn)可切換至熱網(wǎng)系統(tǒng)，以提高熱能利用率。
2.1 煙氣余熱換熱器的換熱形式為煙氣―水換熱器，每臺(tái)機(jī)組設(shè)1套煙氣余熱換熱系統(tǒng)，本工程共2臺(tái)機(jī)組，共設(shè)2套余熱換熱系統(tǒng)。
2.2 換熱管的平均壁溫小于煙氣的酸露點(diǎn)溫度的區(qū)域均視為存在低溫腐蝕區(qū)域。為避免低溫腐蝕區(qū)域的換熱現(xiàn)象，除在管道材料上采取應(yīng)有措施外，還要求從改善傳熱工質(zhì)的工作狀態(tài)，并從腐蝕源頭上解決防腐蝕設(shè)計(jì)。
2.3 本工程煙氣余熱換熱器的安裝位置為靜電除塵器之后煙道內(nèi)，按室外布置考慮，預(yù)留安裝位置為原脫硫增壓風(fēng)機(jī)后水平煙道。
3 #10、#11機(jī)組增設(shè)煙氣余熱換熱器(低壓省煤器)運(yùn)行要求
負(fù)荷變化范圍，鍋爐40%BMCR工況至100%BMCR工況，在此工況范圍內(nèi)煙氣余熱換熱器出口煙溫和水溫均應(yīng)保持在要求的范圍內(nèi)，與設(shè)計(jì)溫度的差異小于±5℃。自煙氣余熱換熱器投入商業(yè)運(yùn)行，煙氣余熱換熱器系統(tǒng)的利用率高于脫硫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的95%。煙氣側(cè)會(huì)出現(xiàn)H2SO4懸浮顆粒的殘余液滴。
目前運(yùn)行狀況：
�、倌壳皩�(shí)際燃用煤質(zhì)狀況：
干燥無灰基揮發(fā)份35±5%(絕對值)。
收到基全水分10±4%(絕對值)。
收到基灰份35±5%(絕對值)。
收到基低位發(fā)熱量17Mj±10%(相對值)。
②目前排煙溫度狀況：140～160℃(電除塵后)。
要求改造后余熱換熱器出口煙氣溫度降至102℃。
通過換熱器的煙氣量按1100000Nm3/h設(shè)計(jì);最氣量按1200000Nm3/h校核。
4 換熱器的熱平衡計(jì)算和凝結(jié)水系統(tǒng)的設(shè)置
根據(jù)#10、#11機(jī)組的THA工況進(jìn)行計(jì)算，煙氣換熱器將電除塵器的出煙口溫度降至102℃進(jìn)入到脫硫塔中。
由軸封加熱器出口分流部分凝結(jié)水到換熱器，凝結(jié)水的溫度在換熱器內(nèi)進(jìn)行加熱后回到6號(hào)低壓加熱器和7號(hào)低壓加熱器出口的凝結(jié)水匯合。使用熱平衡計(jì)算方法確定換熱器的凝結(jié)水流量。凝結(jié)水在換熱器中吸收的熱量在7號(hào)、8號(hào)低壓加熱器中吸收的熱量進(jìn)行抵消，7級(jí)、8級(jí)抽汽量則降低，降低的抽汽量增加了低壓缸做功，使熱量的利用效率得到了提高。
安裝煙氣換熱器后的熱平衡如下圖所示：
從安裝換熱器前后的對比圖中可以看出低壓缸各級(jí)的抽汽流量會(huì)發(fā)生變化，但是溫度和壓強(qiáng)卻沒有得到改變，凝結(jié)水的溫度也沒有發(fā)生改變。首先按照余熱換熱器煙氣側(cè)的放熱量對換熱器的水側(cè)流量進(jìn)行計(jì)算，然后按照熱量平衡計(jì)算出各低壓抽汽的流量。7級(jí)、8級(jí)抽汽所降低的部分在低壓缸中做功。進(jìn)行換熱器安裝后，煙氣的阻力會(huì)得到增加，使引風(fēng)機(jī)的能耗也得到上升，低壓缸排氣增加將使凝汽器循環(huán)水的能耗得到上升。
5 節(jié)約標(biāo)煤量的計(jì)算
根據(jù)熱量計(jì)算公式，將水從t1℃加熱到t2℃，需要的熱量為： Q=1000cm(t2—t1)
如標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒含熱量按29306kj/kg計(jì)算，則提供Q熱量所需的標(biāo)準(zhǔn)煤量：
A=Q/29306/1000
其中：Q：熱量，單位：j;c：水的比熱容4200，單位：j/kg/℃;m：水的質(zhì)量，單位：t;t1：水的初溫，單位：℃;t2：水的末溫，單位：℃;A：折合成標(biāo)準(zhǔn)煤量，單位：t。
當(dāng)水量m單位為t/h時(shí)，即水流量時(shí)，則相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)煤量A的單位亦為t/h，A乘以某一時(shí)間段就是該時(shí)間段內(nèi)的節(jié)煤量。
6 運(yùn)行效果
6.1 #10爐低省系統(tǒng)運(yùn)行效果
#10爐煙氣余熱換熱器12月2日投運(yùn)#10爐熱網(wǎng)水后，運(yùn)行很平穩(wěn)。根據(jù)#10爐的運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)口煙溫大約在120℃-132℃之間，當(dāng)進(jìn)口煙溫達(dá)到最高132℃左右時(shí)，加熱熱網(wǎng)水水量達(dá)到198t/h左右，熱網(wǎng)水的來水水溫由50℃左右升為103℃-106℃。根據(jù)記錄的#10爐煙氣余熱換熱器的運(yùn)行參數(shù)，從12月2日投運(yùn)至12月22日共計(jì)20天，在這段時(shí)間內(nèi)加熱的熱網(wǎng)水水量所吸收的熱量相當(dāng)于完全燃燒531t標(biāo)準(zhǔn)煤(7000大卡熱值，即29306千焦)所放出的熱量。
6.2 #11爐低省系統(tǒng)運(yùn)行效果
#11爐于8月16日正式上水運(yùn)行，截止到2012年11月26日進(jìn)入轉(zhuǎn)投熱網(wǎng)水程序后，運(yùn)行穩(wěn)，換熱效果良好。根據(jù)#11爐的運(yùn)行參數(shù)，當(dāng)進(jìn)口煙溫達(dá)到140℃左右時(shí)，加熱凝結(jié)水水量達(dá)到390t/h左右，凝結(jié)水回水水溫在95℃-97℃之間。
本次節(jié)能改造在電除塵后部、脫硫吸收塔前煙道中加裝煙氣余熱換熱器，利用煙氣余熱冬季加熱熱網(wǎng)水，夏季加熱汽機(jī)凝結(jié)水，以提高機(jī)組綜合效率，同時(shí)將排煙溫度降低到102℃±5℃。
增設(shè)煙氣余熱換熱器可以使煙氣進(jìn)入脫硫塔的溫度有效的得到降低，對煙氣的余熱進(jìn)行回收利用，不僅可以提高鍋爐的工作效率，還可以為企業(yè)節(jié)約燃料成本，同時(shí)可以減少脫硫吸收塔的噴淋水量，值得在鍋爐機(jī)組改造中應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
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