The thermodynamical analysis for fluo gas- steam regeneration combined cycle
辽宁飞鸿达蒸汽节能设备有限公司 王汝武 邮编110015 信箱 syfhd@163.com
关键词：朗肯循环 回热循环 烟气 抽汽 㶲 省煤器 空气预热器 给水温度
摘要：传统的蒸汽动力循环，锅炉和汽机的回热系统是分别进行的。锅炉排烟加热空气，汽机抽汽加热给水，这产生了很大的不可逆损失。根据传热学的窄点原理，利用烟气和抽汽交叉加热给水和空气，可以提高蒸汽动力循环的经济性。本文对烟气，抽汽联合回热循环中热力学问题进行了分析：如低压抽汽加热空气的最佳温度及烟气加热的最佳连接方式。
1。概述：
蒸汽动力循环经过近百年的发展，现在已达到近乎完善的的程度。从简单的蒸汽动力循环，发展到回热循环，中间再热循环等，使蒸汽动力循环的效率从百分之十几提高到百分之四十多。但是随着能源消费增加和环境污染的加剧，提高能源利用效率，发展低碳经济，促使能源系统科技工作者研发更先进的节能技术。
从能源利用系统上看，目前大型电厂的蒸汽动力循环的某些环节，还有进一步减少损失，提高效率的可能。
作者已在文献8中提出了烟气-蒸汽联合循环的概念，并通过实例的计算，超超临界1000MW机组采用烟气-蒸汽联合回热循环可使发电煤耗下降9.8g/kw.h 。本文通过热力学优化，对联合回热循环，空气预热器的进口最佳温度，最佳给水温度及烟气加热的最佳连接方式进行了分析。
2．烟气—蒸汽联合回热循环:简述
下面是分流烟气加热给水及低压抽汽加热空气的原则性系统图。以低压抽汽为热源，用暖风机将空气从27℃加热到60℃，再通过烟气余热加热到80℃，再进入空气预热器加热到334℃。从空气预热器前分流出28.33%的烟气量加热锅炉给水。加热锅炉给水分两部分进行，烟气和给水采取逆流换热的形式。首先在5#低压引出部分给水从107℃加热到150℃。
在给水泵进口引出部分给水，从150℃加热到308℃。给水升压泵装在加热器出口，以减少加热器水侧压力。由于用烟气加热给水，减少了汽机的回热抽汽量。增加一级高加是有利的。在图中新增高加用1A#表示。烟气-蒸汽联合回热原则性系统图表示在图1。
3.联合循环的热力学分析:
以上所介绍的联合回热循环的参数，是初步选定的。为了取得最佳效果，应对主要参数进行热力学优化。
3-1:空气预热器空气进口温度
空气从大气温度经过低压抽汽和排烟加热进入空气预热器，该段加热属于用低温热源加热空气。加热的温度高，使用的低温热量多，置换的高温热量也多。但高级热量和低温热量的平均温差减少。由于热量置换，单位热量的收益率下降，加热空气的温度低，置换出的高温热量少，但由于高温热量和低温热量温度温差大，单位热量的收益率上升。因此低温热能加热空气的温度有一个最佳值。为简化数学处理，假设加热空气的低温热源为一变温热源，随热量的输出温度下降，而高温烟气也是一变温热源。假设置换的高温烟气温度为T2（对1000MW机组为369℃，T2=273+369=642K），大气空气温度为Ta（取293K），低温热源加热空气的温度T1。
3-4:高温烟气加热给水连接方式的热力学分析
在已改造的机组，分流高温烟气加热给水的方式，用并联的方式，见图3，作为机组改造，受原有条件的限制，采用并联方式是比较合理的。对于新建机组并联方式不一定是最佳的。关于连接方式的优劣，下面进行热力学分析：分流的高温烟气加热锅炉给水可以并联也可以串联。并联和串联的系统图如图2所示。
以某一段高加器为例分析并联和串联的热经济性。在并联和串联的方式中，加热的温差是相同的，烟气和抽汽两者的加热热量比是相同的。假设在并联系统中，抽汽的压力Pp,温度tp,对应饱和温度tps，焓值及饱和焓值分别为ip和ips，凝结水焓值（在疏水冷却器后）ipw
在串联系统中需要确定抽汽压力，分析如下：
抽汽的过热量hpr=ip-ips……………………………………………(3-11)
抽汽的放热量hp= ip-ipw………………………………………… (3-12)
蒸汽冷却器加热量占总加热量比为hpr/hp
蒸汽冷却器加热的温差△tpc=△tp hpr/hp…………………………………(3-13)
△tp为抽汽加热给水温差。
高加中饱和蒸汽加热的温差为△tps=△tp－△tpc…………………….(3-14)
饱和蒸汽加热给水的
温度tps=t1+△tps…………………………………(3-15)
以某一段高加器为例分析并联和串联的热经济性。在并联和串联的方式中，加热的温差是相同的，烟气和抽汽两者的加热热量比是相同的。假设在并联系统中，抽汽的压力Pp,温度tp,对应饱和温度tps，焓值及饱和焓值分别为ip和ips，凝结水焓值（在疏水冷却器后）ipw
在串联系统中需要确定抽汽压力，分析如下：
抽汽的过热量hpr=ip-ips……………………………………………(3-11)
抽汽的放热量hp= ip-ipw………………………………………… (3-12)
蒸汽冷却器加热量占总加热量比为hpr/hp
蒸汽冷却器加热的温差△tpc=△tp hpr/hp…………………………………(3-13)
△tp为抽汽加热给水温差。
高加中饱和蒸汽加热的温差为△tps=△tp－△tpc…………………….(3-14)
饱和蒸汽加热给水的
温度tps=t1+△tps…………………………………(3-15)
t1为给水进入回热器温度。tps加上传热温差即为蒸汽的饱和温度，找出对应的蒸汽压力，即为抽汽压力Pp。
二段高加，抽汽参数从4.83MPa,346.8℃下降为4.0MPa,320℃，焓值从3061KJ/Kg下降为3020KJ/Kg，抽汽量从210.9t/h增加为215t/h.由于降压抽汽多发电：
（3061-3020）×210.9×103/3600=2401.9KW。
由于增加抽汽少发电：（3020-2326.4）×（215-210.9）×103/3600=789.9KW。净增加发电1612KW。
根据同样的计算方法，三段净增加发电841KW。
一段，二段， 三段高加共增加发电：1305+1612+841=3767KW，即1000MW增加0.038%无煤发电。
4.结论
1）烟气-蒸汽联合回热循环系统是将锅炉和汽机作为一个整体来考虑，将抽汽回热加热器，省煤器和空气预热器都看出回热设备通过统一分配加热负荷，来达到蒸汽动力循环热能利用的最大化。
2）烟气-蒸汽联合回热循环的具体措施，是用汽机低压抽汽加热空气，利用高温烟气加热高温给水，以减少换热过程的㶲损失。
3）通过热力学分析，烟气-蒸汽联合回热循环，低温热量置换高温热量存在一个最佳值，也就是空气进入空气预热器的温度存在一个最佳值。
4）锅炉给水温度，由于联合回热循环排挤了部分高加抽汽量，减少蒸汽回热的效益。可以在保障其原有效益的情况下，增加一级高加。因此，锅炉的给水温度提高，更接近空气预热器的空气出口温度。
5）烟气-蒸汽联合回热循环，蒸汽加热和烟气加热给水的连接方式，以串联方式效益最佳。
参考文献
1. 陈大燮 动力循环分析 p67-70 上海科技出版社 1981年
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3 尹金亮 煤粉锅炉排烟温度深度冷却与恒温控制初步可行性研究报告 中电投集团 鲁阳发电有限公司 2010年8月
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7. 阎水保 马新灵 电站锅炉受热面能级分析 发电设备 2006年第二期
8.王汝武 烟气-蒸汽联合回热循环 沈阳工程学院学报（自然科学版） 2012年第二期
作者简介
王汝武，男，1938年生。1963年哈尔滨工业大学动力系汽轮机制造专业毕业，1968年西安交通大学同专业研究生毕业。现任辽宁飞鸿达蒸汽节能设备有限公司董事长。数十年来一直从事热能动力领域技术工作.