纯低温余热发电系统中余热锅炉的热力学分析

纯低温余热发电系统中余热锅炉的热力学分析

发表时间：2017-11-27T12:09:29.300Z 来源：《电力设备》2017年第19期作者：宋适

[导读] 摘要：该文针对低参数的汽轮机组蒸汽做功发电原理，在分析余热锅炉基本热工参数特点的基础上，对影响纯低温余热发电系统性能的基本参数进行了分析和选取优化。

（天津陈塘热电有限公司天津 300000）

摘要：该文针对低参数的汽轮机组蒸汽做功发电原理，在分析余热锅炉基本热工参数特点的基础上，对影响纯低温余热发电系统性能的基本参数进行了分析和选取优化。

关键词：纯低温余热发电；进口烟气温度；蒸汽压力；节点温差

1前言

在我国工业中，大量的中低温余热资源未经利用被直接舍弃，导致能源浪费问题特别严重。伴随着纯低温余热发电技术日趋完善，众多高耗能企业为了充分利用中低温余热资源，纷纷普及运用纯低温余热发电系统。

影响纯低温余热发电系统（简称发电系统）性能的参数有很多，在进行发电系统分析设计时，需根据不同实际情况选取合适的基本参数，保证发电系统性能达到最优。

2影响发电系统性能的基本参数

余热锅炉、汽轮机组、发电机，是发电系统的主要组成部分。影响发电系统性能的基本参数，主要为余热锅炉的基本热工参数，现对余热锅炉的基本热工参数分析如下。

2.1进口烟气温度

对于纯低温余热发电系统，余热锅炉进口烟气温度直接决定了汽轮机组主蒸汽温度的高低。当余热锅炉进口烟气温度确定后，汽轮机组主蒸汽温度通常比余热锅炉进口烟气温度低25～40℃比较合适。在保证余热锅炉其它基本热工参数不变的情况下，余热锅炉进口烟气温度与余热锅炉热效率成正比关系；即余热锅炉进口烟气温度越高，汽轮机组主蒸汽温度也越高，汽轮机组朗肯循环热效率和发电系统发电功率也越高。但是考虑到传热温差的存在，基于余热锅炉受热面原料的经济性，汽轮机组主蒸汽温度也不应太高，否则将会增加余热锅炉受热面积，导致余热锅炉的成本增加、降低发电系统的经济性。

2.2蒸汽压力

余热锅炉蒸汽压力是影响余热锅炉热效率的重要参数，其与余热锅炉热效率成反比关系。当余热锅炉的进口烟气温度、给水温度保持不变时，若降低蒸汽压力，余热锅炉热效率会提高；但是，这又与汽轮机组热力系统工质循环效率相矛盾，从汽轮机组热力系统而言，若其它条件保持不变，余热锅炉蒸汽压力降低时，汽轮机组热力系统工质循环效率在一定范围内将会随之降低，从而降低了发电系统的发电功率。因此，为了保证余热锅炉热效率和发电系统发电功率，应该有一个最佳的蒸汽压力。

2.3节点温差

余热锅炉节点温差是影响余热锅炉成本和发电系统经济性的重要参数。当节点温差减小时，不仅余热锅炉单位热回收成本会增加，而且余热锅炉的总投资成本也会增大，从而降低了发电系统的经济性。因此，从节约投资的角度考虑，为了减少投资成本，节点温差的选取值应略偏大。但是，节点温差选值太大，又会使余热锅炉热效率降低。通常在进行余热锅炉设计时，为了提高余热锅炉热效率，节点温差选值不能太大。因此，在进行余热锅炉设计时，节点温差必须有一个选值范围，通常在8～20℃。

2.4接近点温差

余热锅炉接近点温差是影响余热锅炉成本的次要参数。在进行余热锅炉设计时，若增大余热锅炉接近点温差，将会增加余热锅炉的总换热面积，这样势必会增加余热锅炉的成本，导致投资成本增加，从而降低了发电系统的经济性。然而，如果接近点温差选值太小，当余热锅炉在低负荷工况运行的情形下，或者余热锅炉在启动期间时，余热锅炉的省煤器段受热管内很可能发生汽化现象，从而影响发电系统的运行稳定性。因此，在进行余热锅炉设计时，接近点温差的选取，一般要对投资成本和实际运行情况进行综合考虑。接近点温差要有一个基本选值范围，通常在5～20℃。

2.5给水温度

余热锅炉给水温度是影响余热锅炉热效率的次要参数。降低余热锅炉给水温度，会提高余热锅炉热效率。给水温度的选取，与多方面因素相关。首先，应根据余热锅炉的除氧方式，选取合适的给水温度。当进行中低温余热资源的利用时，除氧方式一般用真空除氧，此时给水温度（即除氧水温）一般在30～60℃；其次，应根据中低温余热资源的性质以及低温腐蚀的影响，选取合适的给水温度。为了避免低温腐蚀对余热锅炉尾部受热面的影响，给水温度不应太低，否则会降低发电系统的经济性。在保证烟气中水蒸气不发生冷凝的条件下，给水温度应高于水露点温度，正常范围一般为30～60℃，具体根据中低温余热资源性质而定；若在低温腐蚀很严重的情形下，给水温度还应该高于酸露点温度。

3进口烟气温度、蒸汽压力、节点温差的影响分析

3.1进口烟气温度对出口烟气温度、热效率以及蒸发量的影响

图1表示进口烟气温度对出口烟气温度、热效率以及蒸发量的影响。由图1可见，进口烟气温度提高时，出口烟气温度会降低，而热效率和蒸发量会随之增高。余热锅炉蒸发量增加，发电系统发电功率会升高。根据图1中拟合曲线的斜率，可反映某参数对某指标的影响程度。因此，由图1中各条拟合曲线的斜率可看出，出口烟气温度的曲线斜率最小，这说明了进口烟气温度对出口烟气温度的影响程度均小于对热效率和蒸发量的影响程度。由图1还可看出，由于出口烟气温度曲线近似直线，当Tmid确定时，提高进口烟气温度，势必会降低出口烟气温度，然而此时由于进口烟气温度提高和出口烟气温度下降的双重作用，将会导致热效率和蒸发量出现更加剧烈的变化。余热锅炉蒸发量增加，发电系统发电功率会升高。

3.2蒸汽压力对出口烟气温度、热效率以及蒸发量的影响

图2表示蒸汽压力对出口烟气温度、热效率以及蒸发量的影响。由图2可见，当蒸汽压力增大时，出口烟气温度将会升高；但是热效率和蒸发量的变化趋势正好相反，即蒸汽压力增大时，热效率和蒸发量反而降低。导致这种现象的主要原因在于：当蒸汽压力增大时，若节点温差不变，则Tmid升高，从而导致出口烟气温度升高，热效率和蒸发量降低。余热锅炉蒸发量减少，发电系统发电功率会降低。