二次再热机组烟气余热利用系统热经济性研究与优化

摘要

为了提高火电机组的热经济性，众多节能减排措施被应用到工程实践中。其中，二次再热、烟气余热利用是其中有效而应用普便的技术。然而，现有研究仅提出了相关烟气余热利用技术方案，并未对这些技术方案的热经济性进行充分的研究。另一方面，对相关技术的方案的优化还没有进行完全。因此，本文将对相关烟气余热利用方案进行全面的热经济性分析和进一步的优化。
　　本文利用Visual Basic编写程序对无优化的参考系统、串联优化系统和并联优化系统的热经济性进行研究，串联优化系统和并联优化系统由相关文献提出。主要内容为计算各系统的煤耗和影响煤耗的相关热经济性参数。本文将系统分成锅炉侧和汽轮机侧，锅炉侧热力计算以空气预热器计算为核心，汽轮机侧热力计算采用等效焓降的方法。一方面，本文研究参考系统、串并联优化系统的变工况特性，变工况包括不同烟气再循环率、变一次风率、变一次风温度、变烟气冷却器功率分配，计算在这些参数发生变的情况下的机组热经济性。另一方面，本文研究了前置式液相介质空气预热器余热利用的效果和对热经济性提高的贡献，并对并联优化系统的汽轮机侧进行了优化，对工程实际应用提供了参考。
　　经过计算烟气再循环率影响，得出了参考系统、串联优化系统和并联优化系统在不同烟气再循环率下的热经济性参数。计算结果表明，串、并联优化系统的采用极大地提高了机组的热经济性，在100％负荷、12％烟气再循环率下，串、并联优化系统的煤耗要低于参考系统14.374g/kWh和17.425g/kWh。随着烟气再循环率的减小和负荷的降低，串、并联优化系统相比参考系统的节煤量在减小。这说明串、并联优化热经济性要优于参考系统。
　　计算其他参数变工况计算，得出随着一次风率的提高，串、并联优化系统的煤耗都在增加，说明机组的热经济性都在降低。在一次风率增加20％的情况下，并联优化系统的煤耗增加最大不超过0.5g/kWh，串联优化系统的煤耗增加最大不超过2g/kWh。这说明串联优化系统的煤耗受一次风率变化影响更大，而并联优化系统的煤耗受一次风率变化影响较小。在一次风温度变化时，随着一次风温度的提高，串、并联优化系统的煤耗在增加，煤耗增加最大不超过1g/kWh。在烟气冷却器功率分配变化时，机组整体煤耗变化不超过0.2g/kWh。说明改变烟气冷却器功率分配，对机组热经济性影响不大。
　　并联优化设计中采用了前置式液相介质冷却器，保证了空预器的安全运行。经计算得，加设前置式液相介质冷却器之后，机组的余热利用功率增大、锅炉效率增加，进而机组热经济性提高。在100％负荷、0％烟气再循环率下，加设该设备比不加设煤耗要低4.18g/kWh。随着烟气再循环率的增加和负荷的提高，节煤量在减少。这说明在低负荷、低烟气再循环率时，加设前置式液相介质空气预热器的热经济性提高更多。
　　最后，对并联优化系统的汽轮机侧进行了优化，主要修改高压级汽水侧取水点和两级低省煤器的功率分配。计算结果说明，取水点越靠近抽汽压力高的加热器、省煤器功率分配给高压级越多，机组热经济越好。最后推荐的优化方法为不换高压级进口或换成3号高加入口，适当增大高压级的功率分配比。
　　本文对现有的串、并联优化系统的热经济性进行了全面研究，同时对并联优化系统进行了优化，具有一定的理论研究和实际应用价值。

目录

声明

摘要

符号说明

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 火力发电厂余热利用意义与现状

1．2．1 提高机组效率的措施

1．2．2 烟气余热利用研究现状

1．2．3 其他提高机组经济性措施研究现状

1．3 本文工作

1．3．1 本研究的主要问题

1．3．2 本文主要工作

2 锅炉、热力系统的结构与优化

2．1 参考系统

2．1．1 锅炉部分

2．1．2 热力系统部分

2．1．3 燃料数据

2．2 优化系统

2．2．1 传统低温省煤器布置

2．2．2 前置式液相介质空气预热器

2．2．3 串联优化系统

2．2．4 并联优化系统

2．3 烟气再循环

3 计算原理与方法

3．1 计算框架

3．1．1 传统与串联系统计算框架

3．1．2 并联系统计算框架

3．2 前置式液相介质空气预热器计算

3．2．1 计算原理

3．2．2 计算规则

3．3 锅炉侧计算

3．3．1 锅炉侧计算原理

3．3．2 锅炉侧计算规则

3．4 汽轮机侧计算

3．4．1 汽轮机侧计算规则

3．4．2 汽轮机侧计算原理

3．5 验证

3．5．1 锅炉侧计算验证

3．5．2 热力系统计算的验证

3．5．3 总热耗计算验证

4 烟气再循环率影响研究

4．1 计算原理

4．2 相同负荷下不同烟气再循环率

4．2．1 空预器侧参数

4．2．2 锅炉侧参数

4．2．3 系统参数

4．3 相同烟气再循环率下不同负荷

4．3．1 空预器侧参数

4．3．2 锅炉侧参数

4．3．3 系统参数

4．4 本章小节

5 其他参数变化结果与分析

5．1 变一次风率

5．1．1 空预器侧参数

5．1．2 锅炉侧参数

5．1．3 系统参数

5．2 变一次风温度

5．2．1 空预器侧参数

5．2．2 锅炉侧参数

5．2．3 系统参数

5．3 变烟气冷却器功率分配

5．4 本章小节

6 前置式液相介质空预器的作用

6．1 计算原理

6．2 结果分析

6．2．1 锅炉侧参数

6．2．2 系统参数

6．3 本章小节

7 汽轮机侧优化

7．1 计算原理

7．2 结果分析

7．2．1 同取水点

7．2．2 同负荷

7．3 本章小节

8 结论与展望

8．1 本文结论

8．2 本文创新点

8．3 不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的主要成果