优化锅炉余热回收热能的计算方式

优化锅炉余热回收热能的计算方式

作者：孙乐意

来源：《科学与财富》2015年第36期

摘要：中国的燃煤电厂为全国提供了绝大多数电能，同时也消耗了大量的煤炭和水资源，并排出大量烟气，而锅炉的排烟热损失占锅炉总热损失的70%-80%。为了减轻尾部受热面的低温腐蚀问题，燃煤电厂的排烟温度普遍比设计温度高20-30°C，这又造成了燃煤电厂煤耗量的增加。计算显示，锅炉的排烟温度每上升15-20°C，锅炉效率就会下降1%，供电标准煤耗上升3-4g/kW*h，每年多浪费标煤3000多万吨。因此，降低电厂锅炉的排烟温度可以有效降低煤耗，对于节能减排和提高电厂的经济性具有重大意义。然而要想到达这一理想状态，还需研究出优化锅炉余热回收热能的计算方式。

关键词：锅炉余热计算方式

余热锅炉是指那些利用工业过程中的余热以产生蒸汽的锅炉，借以提高热能的总利用率，降低燃料消耗指标，降低电耗，以获取经济效益。在一个典型的燃煤燃气电厂或者化工厂中，存在很多高温热源。可以通过蒸汽或其他如氟利昂、轻质烃之类的工作流体，回收过程中产生的或剩余的能量。对锅炉和冷凝器采用较大的换热面积，可以增加系统的动力输出。但是，在功率回收和换热器的投资成本之间存在一个折中平衡。

一、锅炉烟气余热利用的研究背景和意义

我国是一个以火力发电为主要电力来源的国家，截至2012年底，我国的电力总装机容量达到了 11.45亿千瓦，其中火力发电装机容量占到71.55%，火力发电量占到了全国发电总量的78.57%，如图1-1所示。我国的火力发电以燃煤为主，煤电装机容量7.58亿千瓦，占火力发电装机总容量的92.55%。我国的燃煤电厂为全国提供了将近80%的电能，但也消耗了全国将近60%的燃煤和20%的工业水，排放出约占全国总量45%的SO2、50%的NOx、和48%的

CO2。

电站锅炉是燃煤电厂能量转化系统中最基本也是最重要的设备之一，电站锅炉是否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。目前我国的电站锅炉排烟温度普遍高达120-140℃，锅炉效率90-94%，供电效率35-43.6%，供电标准煤耗350-282g/kW·h。在锅炉的各种热—损失中，排烟热损失占锅炉总热损失如一半以上，按照国家质量技术监督局发布的《烟气余热资源量计算方法与利用导则》计算，我国的低温烟气余热资源量达0.7亿吨标煤。.如果能回收电站锅炉烟气余热，使锅炉的排烟温度降至60-80℃，锅炉效率将会提高2-4个百分点，供电标准煤耗下降2-5g/kW·h，年节约标煤约1000-2000万吨；同时电厂排放的热量减少，可以大大降低环境热污染，减轻热岛效应；而由

于节能减少了煤炭消耗量，烟气中的SOx和NOx等有害气体以及CO2的排放量也会大大降低。总之，锅炉烟气余热利用具有节能、节水、减少CO2及其它有害气体排放等综合作用，具有巨大的经济和社会效益，对我国的节能减排战略而言具有重大意义。

二、余热系统最优化条件的建立

燃煤电厂的主要任务是实现能量转换，即通过燃烧将燃料中的化学能转化为热能，热能被水吸收转化为蒸汽的热能，然后通过汽轮机转化为机械能，最后由发电机转化为电能，燃煤电厂的主要设备包括锅炉、汽轮机和发电机等系统。中国燃煤电厂的排烟温度普遍高于设计值，因此有必要采取措施回收烟气中的余热资源。常用的方式是在锅炉的尾部烟道布置低温省煤器，利用烟气余热加热凝结水，从而达到降低排烟温度、节能降耗的目的。回收锅炉侧的烟气余热利用于汽机侧回热系统的方式具有较好的可操作性和较高的经济性。

三、集成低温省煤器的常规烟气余热利用系统

低温省煤器布置在锅炉尾部烟道中，结构与常用的省煤器类似，其中的介质是从汽轮机回热系统的低级别回热加热器中引出的低温凝结水，水侧温度较低，因此被称为低温省煤器。运行时一般从某级回热加热器引出部分或全部凝结水，送入低温省煤器中，凝结水在低温省煤器中吸收尾部烟气的余热，使排烟温度降低，凝结水自身温度被提高后返回相应的较高级别的回热加热器入口处，重新进入回热系统。因此低温省煤器代替了部分汽轮机抽汽的作用，可以排挤这部分汽轮机抽汽继续在汽轮机中膨胀做功，增加汽轮机的总功量，在入炉燃料量不变的情况下，增加机组总出功，提高电厂经济性。

四、锅炉烟气余热利用系统水侧优化

在烟气余热利用系统凝结水侧，低温省煤器与回热系统的联结方式以及排挤抽汽的级别不同都会对余热利用的效果以及运行的可靠性造成影响。就低温省煤器联入热力系统的实质而言，联结方式只有低温省煤器串联入回热系统和低温省煤器并联入回热系统两种方式；若考虑到换热温差、节能效果等方面而选择排挤不同级别的抽汽，低温省煤器联入热力系统的具体联结方式可分为串联、单级并联、跨级并联以及串并联混合等方式。联结方式不同，节能效果可能具有很大差异，因此根据实际工况以及系统参数选择合理的集成方式尤为重要。

1.烟气余热量计算

在对锅炉受热面进行热力计算时，需要计算空气和烟气的洽值。

要进行锅炉受热面的传热计算，必须知道如何计算空气和烟气的洽值。此处空气和烟气的洽的含义是：在定压条件下，将1kg燃料燃烧所需的空气量或所产生的烟气量从0℃加热到θ℃时所需的热量。

实际空气的焓的计算式为：

2.热力学节能效果分析

在本论文的研究工作中，利用等效恰降法进行烟气余热利用系统的热力学节能计算。根据等效焓降理论，对于各级抽汽，其等效焓降Hj可归纳为下列通式：

五、结论

本文通过余热量的计算、热力学节能效果分析、余热系统最优化条件的建立以及对锅炉水侧系统的分析有效的利用回收热能。

从热力学分析来看，低温省煤器回收的热量在满足限制条件的情况下排挤更高能级的抽汽能获得更好的节能效果。但同时，烟气余热回收系统与汽水系统的集成要受到回热系统中凝结水温度和流量等条件的约束。

从热力学分析角度，低温省煤器串联方案的节能效果等同于与相应回热加热器并联的方案；而跨级并联方案的节能效果介于与前后两级回热加热器单独并联的两个并联方案的节能效果之间。

从流体力学分析角度，并联方式不会增加新的压头损失，而串联方式需要增加辅助泵提供额外压头。并联方案更适用于在电厂原有热力系统的基础上进行余热利用改造。

参考文献

[1]赵斌. 烧结余热能高效发电研究[D].华北电力大学，2012.

[2]陆万鹏. 基于电站锅炉排烟余热的机炉烟气回热循环理论与应用研究[D].山东大学，2012.