胡赟星

上海東潤換熱設備股份有限公司，上海，201518

0 引言

燃煤機組發(fā)電時會排放大量的廢熱，會消耗大量的余熱資源以及水資源，因此對燃煤機組進行節(jié)能減排意義重大。通過MVR技術構建的煙氣余熱和水回收系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的低溫省煤器，可以將煙氣溫度降低到露點溫度以下，降低機組的熱損失，因此為探究MVR煙氣余熱和水回收系統(tǒng)的性能，提高其應用程度，本文對基于蒸汽壓縮機的燃煤機組煙氣余熱與水回收量進行計算。

1 煙氣余熱和水回收系統(tǒng)原理

MVR系統(tǒng)可通過真空閃蒸裝置、蒸汽壓縮機以及冷凝器可將脫硫塔使脫硫漿液發(fā)生閃蒸作用降低其溫度，降溫后的漿液重新噴入脫硫塔后可吸收煙氣余熱，進行循環(huán)使用。并通過蒸汽壓縮機將蒸汽提質(zhì)，通過冷凝器換熱回用于機組中，蒸汽經(jīng)冷凝形成冷凝水，可回用于脫硫補水，將燃煤機組的煙氣余熱和水回收使用[1]。其系統(tǒng)構成如圖1所示。

圖1 煙氣余熱和水回收系統(tǒng)構成圖

2 煙氣余熱及水回收量計算

2.1 煙氣余熱及水回收量原理

如圖2所示，在傳統(tǒng)的燃煤機組中，經(jīng)低溫省煤器處理后的煙氣狀態(tài)如點1，煙氣進入脫硫塔發(fā)生絕熱降溫增濕過程后煙氣狀態(tài)如點3后經(jīng)排氣筒排放。在增加MVR技術后，煙氣會從點2的狀態(tài)繼續(xù)降溫，當達到煙汽水蒸氣露點溫度時，達到點3最終狀態(tài)，此過程水蒸氣由氣轉(zhuǎn)液，產(chǎn)生凝結(jié)水、減少了脫硫水，即水回收量為凝結(jié)水與脫硫水的和。過程中溫度和濕度降低，回收的余熱即煙氣顯熱和汽化潛熱[2]。

圖2 煙氣溫濕圖

2.2 煙氣余熱及水回收量計算

選取某發(fā)電廠300MW亞臨界燃煤凝汽式機組為例，計算煙氣余熱回收量和水回收質(zhì)量流量，該燃煤機組利用MVR技術進行煙氣余熱和水回收。設定計算時工況為額定工況，燃煤各組分數(shù)據(jù)如下表1所示，濕式脫硫塔入口的煙氣溫度為100℃，出口的煙氣溫度為50℃?？諝忸A熱器出口的過量空氣系數(shù)為1.3，燃煤量為250t/h。

表1 機組煤質(zhì)參數(shù)表

2.2.1 煙氣量及煙氣物性參數(shù)計算

理論空氣量可按照煤元素分析或者發(fā)熱量進行計算，基于煤元素分析的理論空氣量計算如下。以標況下1kg煤燃燒為基準，燃燒所需理論空氣量為：

式中：Va0為燃燒所需理論空氣量單位Nm3/kg。

基于煤低位發(fā)熱量計算的燃燒所需理論空氣量為：

式中：Qnet.ar為煤的收到基低位發(fā)熱量，單位kJ/kg；a、b、c為經(jīng)驗系數(shù)，根據(jù)煤種的不同確定取值。

為保證燃料的充分燃燒，鍋爐實際運行過程中通入空氣量要大于理論空氣量，則實際空氣量計算公式如下：

式中：α為過量空氣系數(shù)，根據(jù)資料可知，本項目過量空氣系數(shù)取1.3。

煤燃燒時會生成CO2、SO2、H2O、N2，則煙氣量計算時需要計算各組分的生成量，則理論煙氣量計算公式如下：

式中：Vb0為生成的理論煙氣量，單位Nm3/kg；V0i為各組分理論煙氣量，單位Nm3/kg。

而各組分的生成量計算公式如下：

實際煙氣量計算為濕煙氣量計算，需要考慮實際水蒸氣容積、過量氧氣體積，實際煙氣量計算公式如下：

煙氣的摩爾質(zhì)量計算公式如下：

式中：Mi為各組分摩爾質(zhì)量，φi為各組分體積分數(shù)。

又因其煙氣的物質(zhì)的量常數(shù)不可知，則計算煙氣的質(zhì)量需要計算各組分質(zhì)量，煙氣中各組分的質(zhì)量計算公式如下：

式中：mi為和組分質(zhì)量，i為各組分，即CO2、SO2、N2；

則煙氣質(zhì)量的計算公式如下：

煙氣質(zhì)量流量的計算公式如下：

式中：qm為煙氣質(zhì)量流量，t為工作時間。

煙氣密度的計算公式如下：

煙氣比熱容的計算公式如下[3]：

式中Ci為各組分的比熱容，單位kJ/kg·℃；ωi為各組分的質(zhì)量分數(shù)。c為煙氣比熱容，單位kJ/（kg·K）；

各組分與溫度的關系如下：

干煙氣的煙氣量計算公式如下：

式中：Vc為干煙氣的煙氣量。

各組分的體積分數(shù)計算如下：

式中：φi為各組分體積分數(shù)，i為各組分，即CO2、SO2、N2、O2；

干煙氣的摩爾質(zhì)量計算如下：

則煙氣中水與干煙氣摩爾質(zhì)量比的計算如下：

根據(jù)工程熱力學計算公式，濕煙氣的煙氣濕度計算公式如下：

式中：RH為煙氣濕度，單位kg/kg；x為水與干煙氣摩爾質(zhì)量比；φ為相對濕度，取值參考；ps為水蒸氣飽和壓力，p為標準標準大氣壓。

利用安托尼方程[4]計算水蒸氣飽和壓力與溫度的關系，當10℃≤T≤168℃，計算公式如下：

則煙氣濕度與煙氣溫度的關系計算公式如下：

式中：T為煙氣溫度，單位℃。

根據(jù)煙氣濕度，可按照下式計算煙氣中水蒸氣露點溫度：

式中：tDP為水蒸氣露點溫度；dg為含濕量即RH，RH單位為kg/kg，dg單位為g/kg，A、B、C為常數(shù)，根據(jù)dg的取值范圍決定。

2.2.2 水回收質(zhì)量流量計算、余熱回收量計算

在使用MVR技術進行水回收時，其回收水為增濕時吸收的脫硫處理水和煙氣凝結(jié)水，則水回收質(zhì)量流量計算公式如下[5]：

式中：H2、H3分別為點2、點3的煙氣濕度，即MVR技術系統(tǒng)煙氣入口、出口的煙氣濕度。

余熱回收量的計算公式如下：

式中：Q回為余熱回收量、Q顯為煙氣顯熱、Q潛為汽化潛熱。

煙氣顯熱的計算公式如下：

式中：γ為常數(shù)，即水的汽化潛熱1718kJ/kg。

汽化潛熱的計算公式如下：

式中：T2、T3為點2、點3的煙氣溫度，單位為℃。

根據(jù)上述計算公式計算，求得煙氣露點溫度tDP為47.8℃、水與干煙氣摩爾質(zhì)量比x為0.59，將數(shù)據(jù)帶入，計算水回收質(zhì)量流量、余熱回收量與煙氣溫度的關系如圖3所示。

圖3 水回收質(zhì)量流量、余熱回收量與煙氣溫度的關系圖

3 結(jié)語

本文通過計算煙氣量以及煙氣的物性參數(shù)，并結(jié)合某電廠300MW亞臨界燃煤凝汽式機組相關運行參數(shù)，對MVR系統(tǒng)的余熱回收量及水回收量進行計算，探究其與溫度之間的關系。經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)每小時可回收82t水、66MW熱量。