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燃煤烟气余热回收用于集中供热的系统分析

刘哲毅  
【摘要】:随着我国经济的高速发展,节能减排已成为发展中面临的重点问题。目前我国供热的主要能源依然是煤炭,数量庞大的燃煤锅炉房和热电厂却很少回收烟气余热,造成了严重的环境污染和能源浪费。该问题虽然引起了关注但是目前的解决方法并不完善,亟需更加高效、先进和可靠的余热回收利用技术。采用余热回收塔与吸收式热泵相结合的烟气余热回收系统能使排烟温度得到显著降低,同时有效回收烟气中水蒸气汽化潜热和冷凝水,充分利用燃煤烟气的余热用于供暖,从而显著提高系统效率和经济性。首先,本文建立了余热回收塔内烟气-水逆流式热质交换数学模型,并对该模型进行了求解和验证。同时推导出烟气与水的热交换效率表达式,充分考虑影响烟气和水换热效率的各主要因素。结果表明,所建立的数学模型具有较高的准确性,液气比、喷淋液滴粒径、余热回收塔尺寸是影响烟气-水直接接触热交换效率的主要因素,而烟气流速对其影响较小。其次,通过理论计算获得燃煤烟气中的各组分含量、烟气量、烟气物性参数、烟气余热回收量等,在此基础上开发了热电厂余热回收计算软件(Flue Gas Heat Recovery)FGHR1.0,并采用实际工程相关设计和运行数据对该软件进行了验证。结果表明,烟气的水露点温度主要受烟气中水蒸气分压力影响,助燃空气温度的变化较湿度的变化对烟气露点温度的影响更大。通过对比验证,开发的FGHR 1.0软件具有很高可靠性。在此基础上,本文对基于直接接触式换热和吸收式热泵技术的烟气余热梯级回收利用系统建立相应的数学模型,探究影响系统初投资的主要参数,并分析了热网回水温度对系统能效的影响及排烟温度对系统供热能力的影响。结果表明,适当降低板式换热器的冷端温差Δt_c可降低该系统的初投资,降低一次网回水温度可提高系统的能效,适当降低排烟温度可提升系统回收余热能力。最后,以吉林市某热电厂为研究对象,利用本文的理论研究成果对实际工程进行设计计算,并就新系统的经济性、节能性和环保性进行可行性分析,从而验证本套系统的应用价值。结果表明,吉林市某热电厂新建烟气余热回收系统后,动态投资回收期为5.3年,同时具有较好的节能性、经济性和环保性。因此,本文的研究证实了基于余热回收塔与吸收式热泵相结合的烟气余热回收用于供热系统节能潜力巨大,回收期较短,具有较好的经济性和环保性,具有很高的推广应用价值。


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