褐煤干燥乏氣回收系統(tǒng)的節(jié)能給水特性研究

苗國耀 戚琳

（中國新時代國際工程公司陜西西安710018）

褐煤干燥乏氣回收系統(tǒng)的節(jié)能給水特性研究

苗國耀 戚琳

（中國新時代國際工程公司陜西西安710018）

褐煤干燥技術(shù)是提高褐煤發(fā)電效率的主要手段之一，回收干燥乏氣中的熱量能夠進一步提高褐煤綜合能量利用效率。本文建立了某600MW機組發(fā)電系統(tǒng)、干燥乏氣回收系統(tǒng)計算模型，計算結(jié)果表明，額定工況下通過回收干燥乏氣熱能加熱回熱系統(tǒng)凝結(jié)水，可以使系統(tǒng)煤耗率降低1.86g/kW·h。

褐煤；干燥乏氣；熱能回收；Aspen Plus

褐煤是高水分、高揮發(fā)分、低熱值的低變質(zhì)煤種[1]。褐煤具有質(zhì)次價低特點，將褐煤用于發(fā)電，可有效降低火電企業(yè)成本。但是，燃褐煤發(fā)電機組投資較大，同時效率低、污染物排放量大。褐煤干燥技術(shù)是采用熱力方法降低褐煤中的水分含量以提高褐煤熱值。在燃褐煤電站中，對入爐煤進行預(yù)干燥是提高褐煤利用效率的有效手段[2]。干燥熱源可以采用鍋爐煙氣、汽輪機抽汽等[3]。褐煤干燥過程消耗的能量主要用于水分的氣化（水分氣化的潛熱吸熱量），褐煤干燥過程產(chǎn)生大量的干燥乏氣，乏氣中所含水分達到20%～90%，設(shè)法回收干燥乏氣中的汽化潛熱，有望進一步提高褐煤綜合能量利用效率。為此，本文基于Aspen plus建立了褐煤煙氣預(yù)干燥發(fā)電系統(tǒng)仿真模型，定量研究乏氣回收對系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水效益的影響規(guī)律。

1 褐煤干燥乏氣回收系統(tǒng)

褐煤煙氣預(yù)干燥發(fā)電系統(tǒng)，是在常規(guī)燃褐煤發(fā)電機組基礎(chǔ)上增加了煙氣干燥機，如圖1所示。該系統(tǒng)利用爐煙對褐煤進行預(yù)干燥，提高褐煤熱值，同時降低鍋爐排煙溫度，從而大幅度提高褐煤發(fā)電效率。在乏氣回收系統(tǒng)中，通過加入乏氣加熱器，用乏氣熱量加熱汽輪機凝結(jié)水，干燥乏氣和凝結(jié)水在間壁式換熱器中進行對流換熱，乏氣冷卻并且所含水蒸氣部分凝結(jié)，從而回收部分乏氣熱能。

圖1 褐煤煙氣預(yù)干燥發(fā)電系統(tǒng)原理圖

2 系統(tǒng)計算模型

本文采用Aspen Plus流程模擬軟件，建立煙氣預(yù)干燥鍋爐系統(tǒng)模型，該模型由干燥系統(tǒng)、鍋爐本體構(gòu)成，利用RSTOIC、FLASH2等模塊組成褐煤干燥熱力計算模塊，預(yù)干燥煤進入由RYIELD、RGIBBS、SSPLIT等模塊構(gòu)成的燃燒計算模塊，此模塊按照指定空氣過量系數(shù)、燃料的燃燒熱（干燥基發(fā)熱量），計算出燃燒產(chǎn)物以及燃燒產(chǎn)物的溫度，然后按照煙氣、給水流動采用HEATER模塊建立各主要換熱面模型。對于間壁式乏氣回收換熱器，乏氣在釋放熱量的過程中依次經(jīng)過顯熱放熱和以潛熱放熱為主的兩個換熱階段，因此，該換熱過程存在節(jié)點溫差，且以對流方式進行的顯熱換熱（干煙氣），和以凝結(jié)方式為主的潛熱換熱兩個階段（飽和煙氣）構(gòu)成。

顯熱段換熱系數(shù)取45w/（m2·K），潛熱為主的換熱段換熱關(guān)聯(lián)式采用下式：

式中：Wv,b為乏氣中水蒸氣的含量，Re取6000，Pr取0.696。

3 系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水特性研究

3.1 實例機組與基準工況

本文實例機組為600MW燃褐煤超超臨界發(fā)電機組，鍋爐計算基準工況為THA工況，燃用煤種為伊敏褐煤，伊敏煤質(zhì)如表1所示。系統(tǒng)主要參數(shù)為：進入乏氣回收系統(tǒng)的干燥乏氣溫度tf為105℃，凝結(jié)水溫度tw為31.5℃。在褐煤煙氣預(yù)干燥發(fā)電系統(tǒng)中，部分爐煙用于褐煤預(yù)干燥，使進入空預(yù)器煙氣量下降；同時，煙氣中水分含量下降，酸露點降低。因此，褐煤煙氣預(yù)干燥發(fā)電系統(tǒng)鍋爐排煙溫度下降至103℃。

表1 伊敏褐煤煤質(zhì)參數(shù)

3.2 系統(tǒng)節(jié)能給水特性計算

采用以上仿真模型，計算得到THA工況下，系統(tǒng)熱力參數(shù)如表2所示。

表2 THA工況下系統(tǒng)熱力參數(shù)對比

計算結(jié)果顯示，利用間壁式換熱模型，乏氣水回收率為26.43%。本文所進行的乏氣熱能回收經(jīng)濟性計算，需要對汽輪機回熱系統(tǒng)與乏氣熱能回收器進行耦合分析，汽輪機回熱系統(tǒng)主要用于加熱凝結(jié)水，本系統(tǒng)中乏氣中的熱量可將凝結(jié)水從45.8℃加熱至64.7℃，相當于外部純熱量進入系統(tǒng)，排擠了汽輪機第一級抽氣和部分第二級抽氣，使新蒸氣等效熱降增加，提高了機組循環(huán)效率，計算結(jié)果顯示，系統(tǒng)循環(huán)效率提高0.65%，節(jié)約標準煤量1.86g/kW·h。

4 結(jié)語

本文針對褐煤干燥乏氣熱能回收的問題，以某600MW機組為例，采用Aspen Plus模擬軟件建立了該系統(tǒng)的流程計算模型，對乏氣熱能與水回收對系統(tǒng)熱經(jīng)濟性的影響進行計算。定量計算表明：在THA基準工況下，通過乏氣熱能回收用于加熱凝結(jié)水，機組循環(huán)效率提高0.65%，節(jié)約標準煤量1.86g/kW·h，凝結(jié)水回收率為26.43%。

[1]車德福,莊正寧,李軍,等.鍋爐[Z].2008.

[2]嚴俊杰,劉明,種道彤,等.預(yù)干燥燃褐煤發(fā)電系統(tǒng)理論研究[J].西安交通大學學報,2011,45(5):1-5.

[3]Mujumdar A S.Handbook of industrial drying[M].CRC Press,2014.

苗國耀(1981—)，男，陜西西安人，本科學歷，工程師，主要從事發(fā)電廠及城市熱力的設(shè)計及研究工作。

戚琳(1983—)，女，陜西西安人，本科畢業(yè)，工程師，主要從事新能源綜合利用及城市熱力的設(shè)計及研究工作。