低溫余熱發(fā)電技術(shù)的特點和發(fā)展趨勢探討

張國增

摘 要：低溫余熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用在我國電廠運行下較為常見，特別是鍋爐設(shè)備在運行狀態(tài)下會產(chǎn)生大量的余熱，對這些熱量進行收集將其轉(zhuǎn)化為電能，能夠提高電力新能源利用水平。文章通過對低溫余熱發(fā)電技術(shù)特點進行分析，探討未來技術(shù)發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：低溫余熱;余熱技術(shù);發(fā)電技術(shù);技術(shù)發(fā)展

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.27.325

凝汽器、除氧器系統(tǒng)是凝汽式汽輪機組的重要組成部分，凝汽器真空度是汽輪機運行的重要指標(biāo)，也是反映凝汽器綜合性能的一項主要考核指標(biāo)。凝汽器真空度下降1%，汽輪機組熱耗將上升0.6%～1%。因此，保持凝汽器的最有利真空度和良好的運行工況，直接關(guān)系到整個汽輪機組的經(jīng)濟性能。

1 低溫余熱發(fā)電技術(shù)的特點

現(xiàn)階段鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)實際運行中，主要包含兩個部分：第一，一般鍋爐系統(tǒng)。余熱利用系統(tǒng)是按照一般鍋爐的具體運行方案實施的，鍋爐系統(tǒng)的常規(guī)設(shè)備是這一系統(tǒng)中的主要設(shè)備內(nèi)容，由此能夠看出，鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分在于常規(guī)鍋爐系統(tǒng)，這部分會直接影響到余熱利用的實際效果。第二，余熱利用裝置及系統(tǒng)。這部分是以常規(guī)鍋爐系統(tǒng)為基礎(chǔ)，安裝可以利用余熱的系統(tǒng)和裝置。鍋爐排煙余熱深度回收利用系統(tǒng)是現(xiàn)階段最為常用的系統(tǒng)，在脫硫塔之前和除塵器之后的煙道中安裝，可以促進煙氣溫度得以最大限度降低，整個煙氣溫度可以達到降低40℃的效果。這類裝置設(shè)備中主要使用低溫省煤器，屬于余熱回收設(shè)備，是電站鍋爐或者工業(yè)鍋爐使用的設(shè)備，能有效使用鍋爐煙氣實現(xiàn)鍋爐給水加熱的目標(biāo)，促進鍋爐排煙溫度得以降低，從而良好地提升鍋爐給水溫度和鍋爐的熱效。

2 低溫余熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展

2.1 熱管余熱鍋爐的應(yīng)用

熱管余熱鍋爐是一種高效的低品位余熱回收裝置，其運用在回收煙氣余熱上，已被眾多公司和企業(yè)認可。熱管余熱鍋爐是由若干熱管元件組成，其按照結(jié)構(gòu)形式，分為整體式熱管鍋爐和分離式熱管鍋爐。前者是將熱管伸入汽包中，使汽包中的水蒸發(fā)沸騰;后者中的熱管元件與汽包是分離的，熱管外套有套管，介質(zhì)在套管內(nèi)被加熱蒸發(fā)依靠介質(zhì)密度差自然循環(huán)至汽包，無須額外動力。前者多用于汽量較小，蒸汽參數(shù)不太高的場合。對于回收焦?fàn)t煙氣中的熱量生產(chǎn)過熱蒸汽進行發(fā)電，推薦使用分離式熱管余熱鍋爐。熱管是20世紀(jì)60年代興起的一項新技術(shù)，它利用了工質(zhì)的相變：熱流體經(jīng)過熱管的下部，冷流體經(jīng)過熱管上部，中間由隔板或絕熱材料將二者分開。此時，熱管內(nèi)部將開始相變傳熱過程。加熱段的工質(zhì)吸收汽化潛熱被沸騰或蒸發(fā)，由液體變?yōu)檎羝?。在管?nèi)一定壓差的作用下，產(chǎn)生的蒸汽流動到冷卻段，蒸汽遇到冷的壁面會凝結(jié)成液體，同時放出汽化潛熱，通過管壁傳給外面的冷源。冷凝下來的液體依靠重力來幫助凝液回流到加熱段，重新開始蒸發(fā)吸熱過程，通過管內(nèi)介質(zhì)的連續(xù)相變，完成熱量的連續(xù)轉(zhuǎn)移[1]。

2.2 高效節(jié)能真空裝置的應(yīng)用

氣體在壓縮過程中會產(chǎn)生大量的熱，這種熱量會使羅茨泵，尤其是轉(zhuǎn)子溫度升高，導(dǎo)致羅茨泵發(fā)熱量有限。為使羅茨泵正常工作，必須使轉(zhuǎn)子降溫，降溫最常用的方法為氣冷法，原理如下。圖1所示為進氣階段，此時圖中陰影部分腔體與進氣口接通。運行狀態(tài)下圖中陰影部分與進氣口隔離。此時換熱器中的氣體為冷凝后的氣體，溫度較低，而其壓力與羅茨泵排氣端相同，因此冷凝后的氣體進入封閉腔使之壓力升高，溫度降低。

2.3 鍋爐煙氣余熱利用

要充分分析余熱資源數(shù)量、品位和用戶需要，在滿足熱力學(xué)基本原則以及經(jīng)濟有效性的基礎(chǔ)上，通過合適的系統(tǒng)最大程度發(fā)揮余熱的利用率。要盡可能降低熱損失。之所以會產(chǎn)生熱損失，主要是因為不可逆過程造成的，所以盡量降低不可逆損失是煙氣余熱利用的基本原則。這就需要降低傳熱過程的傳熱溫差，防止節(jié)流以及摩擦等不可逆損失的出現(xiàn)，同時在數(shù)量和質(zhì)量方面滿足用戶需要。在確定余熱利用方案前一定要進行充分的系統(tǒng)調(diào)研，明確系統(tǒng)自身是否存在提升的潛力，在余熱回收之后雖然系統(tǒng)熱效率有所提升，但是要明確系統(tǒng)是否可以正常運行。同時也要考慮增設(shè)了余熱利用裝置后可否降低污染排放以及經(jīng)濟效益等等[2]。

2.4 運行優(yōu)化調(diào)整

首先，出口水溫的控制。低溫省煤器投入后，手動調(diào)節(jié)低加至低省入口調(diào)門開度，使煙氣余熱換熱器進水（混水）溫度保持在87℃左右。其次，出口煙氣溫度的控制。當(dāng)煙氣出口溫度低于（高于）100℃時，手動調(diào)節(jié)增壓泵頻率，減?。ㄔ黾樱┺D(zhuǎn)速，從而減?。ㄔ黾樱煔庥酂釗Q熱器進水流量，使排煙溫度保持在100℃左右。另外，再循環(huán)門的控制。監(jiān)視煙氣余熱換熱器進水溫度，當(dāng)進水溫度低于（高于）87℃時，減?。ㄔ龃螅┗焖{(diào)門的開度，使冷水的流量減少（增大），使煙氣余熱換熱器進口水溫處于87℃。

2.5 豐富鍋爐余熱利用方式

鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)在實際運行過程中，方式較為多樣：第一，加熱凝結(jié)水。這是最為常見的余熱利用方式，不僅簡單易行，還能夠在短時間內(nèi)得到明顯的效果，促進鍋爐排煙的熱損失問題得以有效改善。加熱凝結(jié)水系統(tǒng)，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的目的，也就是促使熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槟Y(jié)水的熱量，為后續(xù)利用活動提供支持。第二，預(yù)熱補充水。除氧器補入系統(tǒng)接收補充水，需要經(jīng)歷一定的時間和管道，如果這個過程中補充水的溫度降低到一定程度，將會給除氧器內(nèi)部溫度和壓力造成影響，不利于除氧器的正常運行，因此需要確保補充水的溫度處在正常狀態(tài)，可以利用好鍋爐煙氣余熱，實現(xiàn)補充水加熱的目標(biāo)。第三，預(yù)熱燃料。直接放散問題普遍存在于鍋爐運行中，做好燃料預(yù)熱工作，將能夠有效減少能量損耗。這其中利用鍋爐煙氣余熱效果顯著，促進理論燃燒溫度的提升，可以從一般熱風(fēng)爐煙道廢氣、高爐爐頂荒煤氣進入到管式換熱器之中，促使熱氣能夠和凈高爐煤氣之間達到換熱的效果，進而提升整體風(fēng)溫[3]。

2.6 螺桿膨脹動力機

螺桿膨脹機是容積式動力機，由一對螺桿轉(zhuǎn)子、軸承、冷卻水套、機械密封、缸體等組成。因其螺桿齒面耐磨損以及液體顆粒沖擊，并且齒面間留有間隙，所以過熱蒸汽、飽和蒸汽、汽液兩相或熱液均可成為其工作介質(zhì)。螺桿膨脹機依靠介質(zhì)在動力機內(nèi)降壓降溫膨脹（或閃蒸）做功，最后排出氣體。最后排出的氣體可用于集中供暖或者廠內(nèi)澡堂、食堂等生活用水，以實現(xiàn)能源的梯級利用。若用于集中供暖，回水經(jīng)處理后可進入熱管余熱鍋爐循環(huán)利用。

3 結(jié)語

綜上所述，低溫余熱技術(shù)在我國新能源開發(fā)利用方面有著較高的腳趾，鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)實際運行過程中，主要采用加熱凝結(jié)水、預(yù)熱補充水以及預(yù)熱燃料這些方式進行，能夠有效利用好煙氣余熱，降低能源消耗量。為更好發(fā)揮這一系統(tǒng)的優(yōu)勢和作用，還需要積極開展全面充分的改進和優(yōu)化工作，在滿足電廠電力生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)余熱的高效利用。

參考文獻

[1]葛長虎.火力發(fā)電廠煙氣余熱利用技術(shù)研究[J].中國科技縱橫，2019（3）：162-163.