高背壓熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組余熱綜合利用分析

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1、高背壓熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組余熱綜合利用分析摘要在高背壓熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的基礎(chǔ)上，結(jié)合鍋爐煙氣與汽輪機(jī)乏汽的余熱利用，提出了一種高背壓熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組余熱綜合利用系統(tǒng)。揭示了其余熱梯級(jí)利用機(jī)理，進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全供熱期和最大供熱能力的綜合分析。計(jì)算結(jié)果表明：在整個(gè)供熱期期間，新型系統(tǒng)平均乏汽利用率提高4.89%，平均發(fā)電煤耗率對(duì)應(yīng)減少1.94g/kWh，總發(fā)電功率提高0.21億kWh；在最大供熱能力下，新型系統(tǒng)乏汽利用率達(dá)到80.33%，平均發(fā)電煤耗率降低10.22g/kWh，展現(xiàn)出巨大的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞高背壓熱電聯(lián)產(chǎn)；余熱利用；全供熱期；最大供

2、熱能力；熱經(jīng)濟(jì)性0前言熱電聯(lián)產(chǎn)是一種綜合考慮資源、環(huán)境與環(huán)境的系統(tǒng)，其作為清潔高效利用能源、實(shí)現(xiàn)能量梯級(jí)利用的典型方式，是煤炭等化石能源實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑[1,2]。熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在生產(chǎn)電能的同時(shí)，可利用較低品位的熱能實(shí)現(xiàn)集中供熱，從而有效地減少了冷源損失，其中高背壓熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組一次能源利用效率理論上最高可達(dá)80%以上?！笆濉逼陂g，我國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)發(fā)展迅猛，針對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行及設(shè)計(jì)優(yōu)化思路取得實(shí)質(zhì)性突破，其中較為典型如汽輪機(jī)雙轉(zhuǎn)子互換高背壓供熱技術(shù)、高背壓空冷汽輪機(jī)低位能供熱技術(shù)、大溫差吸收式熱泵供熱技術(shù)等都取得重大進(jìn)展，取

3、得了較為理想的應(yīng)用成果[3-6]。截止2015年底，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組裝機(jī)達(dá)到近3.0億kW，占到火電總裝機(jī)容量約30%，因此，進(jìn)一步挖掘熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組節(jié)能潛力對(duì)我國(guó)能源行業(yè)發(fā)展具有重大意義。為了發(fā)揮熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的節(jié)能減排優(yōu)勢(shì)，目前有眾多的學(xué)者致力于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的設(shè)計(jì)及運(yùn)行優(yōu)化，目前研究主要包括：付林等提出的大溫差吸收式熱泵供熱，利用熱泵回收凝汽器熱量，降低一次網(wǎng)回水溫度[7,8]；趙英淳等提出的一種適用于中低溫?zé)嵩蠢玫臒犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)，采用氨水混合物作為循環(huán)工質(zhì)，利用氣相變溫度滑移特性，提高余熱利用率[9]。HenrikLund等提出的

4、第四代集中供熱系統(tǒng)，通過太陽(yáng)能、風(fēng)能以及低品味供熱的集成，實(shí)現(xiàn)新一代的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)[10]；在機(jī)組的運(yùn)行優(yōu)化方面，筆者提出的基于單耗理論對(duì)循環(huán)水直供熱電聯(lián)產(chǎn)模式進(jìn)行建模分析[11,12]。蔣潤(rùn)花等建立的燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化模型，分析其多模型最佳冷點(diǎn)比等[13]?；痦?xiàng)目：本文由國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2014BAA06B01）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(2016XS38)資助然而，現(xiàn)有文獻(xiàn)中，針對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中鍋爐煙氣余熱利用，雖有所涉及，如王朝鳳等學(xué)者提出的利用鍋爐排煙加熱熱網(wǎng)水的研究[14]，著眼點(diǎn)在于降低鍋爐排煙溫度，卻

5、沒能深入考慮鍋爐與供熱之間存在的能源匹配優(yōu)化問題。根據(jù)本課題組相關(guān)學(xué)者的研究表明，在傳統(tǒng)燃煤機(jī)組中，針對(duì)鍋爐尾部煙道的受熱面優(yōu)化布置調(diào)整可以帶來(lái)顯著的節(jié)能效益[15]。有鑒于此，本文提出了一種高背壓熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組煙氣與乏汽余熱綜合利用系統(tǒng)，在本文提出的系統(tǒng)中，高背壓汽輪機(jī)的排汽和燃煤鍋爐的煙氣綜合優(yōu)化，可以在保持機(jī)組供熱和鍋爐運(yùn)行條件不變的情況下，顯著提高機(jī)組的供熱能力，提高機(jī)組出功。本文研究的主要目標(biāo)在于：（1）提出新型的高背壓熱電聯(lián)供熱系統(tǒng)，揭示高背壓鍋爐煙氣余熱梯級(jí)利用的機(jī)理；（2）結(jié)合某地區(qū)供熱期供熱需求分析新型供熱系統(tǒng)在

6、整個(gè)供熱期的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)；（3）進(jìn)一步分析最大供熱能力下新型供熱系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。1新型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的提出1.1傳統(tǒng)高背壓熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組目前高背壓機(jī)組常采用“一抽一背”的方式運(yùn)行，即一臺(tái)機(jī)組以高背壓形式運(yùn)行，另一臺(tái)機(jī)組以抽凝形式運(yùn)行，共同完成機(jī)組熱電聯(lián)產(chǎn)的任務(wù)，如圖1所示為典型“一抽一背”熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組系統(tǒng)流程圖。熱網(wǎng)回水首先經(jīng)由高背壓機(jī)組供熱凝汽器加熱后被輸送到尖峰熱網(wǎng)加熱器進(jìn)一步加熱到所需供熱溫度。熱網(wǎng)加熱器所需熱源抽汽一般由抽汽機(jī)組中壓缸與低壓缸連桿處提供，疏水進(jìn)入到除氧器或凝汽器。圖1典型“一抽一背”熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組系統(tǒng)流程圖圖2回水

7、溫度對(duì)乏汽余熱利用比的影響余熱最佳利用工況是高背壓機(jī)組的乏汽完全用于加熱熱網(wǎng)水，然而，考慮到供熱區(qū)域多樣的環(huán)境和熱電供需因素，乏汽余熱并不總是能完全利用，會(huì)有一部分需要上冷卻塔進(jìn)行調(diào)節(jié)。假設(shè)一次熱網(wǎng)供回水溫差恒為40℃，熱網(wǎng)回水可由供熱凝汽器加熱到70℃。圖2給出了當(dāng)供水溫度變化時(shí)，乏汽余熱利用占總供熱量的比重變化示意圖。從圖中可以看出，隨著回水溫度的提高，乏汽供熱比重逐漸降低，相應(yīng)的乏汽利用率也在降低，因此，對(duì)大多數(shù)的供熱工況來(lái)講，冷源損失依然存在，尤其是回水溫度較高的情況。在抽氣供熱機(jī)組供熱能力一定的情況下，這限制了機(jī)組整體

8、的供熱及發(fā)電能力，對(duì)機(jī)組整體的經(jīng)濟(jì)性有不利的影響。1.2高背壓熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組余熱利用系統(tǒng)的提出值得注意的是，考慮到煙氣的低溫腐蝕，燃煤鍋爐空預(yù)器后煙溫一般都在120℃或更高，即使采用先進(jìn)的余熱深度利用技術(shù)使煙溫降到了90℃，該部分煙氣溫度相對(duì)于送風(fēng)機(jī)后空氣溫度（約