電站排汽潛熱與排煙余熱聯合發電系統和優化運行方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及多種低溫余熱協同熱發電技術領域，是一種電站排汽潛熱與排煙余熱 聯合發電系統和優化運行方法。
【背景技術】
[0002] 鍋爐排煙余熱和蒸汽動力循環排汽潛熱是燃煤電站主要的熱量損失，致使大型火 電站的發電效率一般在40%左右，正是大約60%的熱量損失釋放到環境中（冷卻水和大氣 中），使得燃煤機組的發電效率難W大幅度提高。
[0003] 電站鍋爐為我國工業部口第一大能耗設備，為了防止鍋爐尾部受熱面酸腐蝕，保 障鍋爐連續安全運行，鍋爐設計排煙溫度遠高于硫酸蒸汽的露點腐蝕溫度，大型燃煤鍋爐 排煙溫度在110°c~180°C之間，其熱量相當于煤炭發熱量的8%~12%，排煙余熱資源約 占工業余熱資源量的20%，余熱資源浪費極為嚴重。蒸汽動力循環排汽潛熱溫度低、但是熱 量大，其排熱量約為燃料熱值的50 %W上，為提高能源利用率，在北方寒冷地區汽輪機排汽 冷凝熱熱累供暖技術得到快速應用，但是在無需供暖的南方地區排汽潛熱仍未有合適的利 用途徑。
【發明內容】
[0004] 本發明的構思基礎是，針對現有汽輪機排汽潛熱量大、溫度低，煙氣余熱量少，溫 度稍高的特性，W及排汽潛熱和煙氣排煙余熱利用存在的不足，1)本發明提出W低沸點物 質為工質，如氨、二氧化碳和有機工質等綠色工質，燃煤電站排汽潛熱作工質蒸發器的熱 源，排煙余熱作工質一級過熱器的熱源，燃氣作工質二級過熱器的熱源的排汽潛熱與排煙 余熱聯合發電系統，通過排汽潛熱、燃煤鍋爐排煙余熱和燃氣串接禪合來為低溫工質氣動 馬達提供流量更大、溫度更高的過熱蒸氣，顯著增加低溫工質朗肯循環作功能力和循環熱 效率；2)本發明提出電站排汽潛熱與排煙余熱聯合發電系統的優化運行方法，伴隨環境氣 溫的變化，通過優化調整汽輪機排汽壓力和溫度，調節汽輪機和氣動馬達發電功率，W汽輪 機和氣動馬達發電功率之和最大化為目標，優化分析不同環境氣溫下機組運行特性；3)本 發明在環境低溫時段，采用排煙余熱一級過熱，利用環境低溫資源降低氣動馬達排蒸氣參 數，增加氣動馬達機組洽降，實現滿負荷發電，在環境高溫時段，采用排煙余熱一級過熱，燃 氣二級過熱，在環境氣溫導致氣動馬達排氣參數提供的工況下，通過燃氣二級過熱提高氣 動馬達進氣參數，增加氣動馬達機組洽降，維持氣動馬達機組滿負荷發電。
[0005] 本發明的目的是，提供一種排汽潛熱與排煙余熱聯合發電系統和優化運行方法， 可聯合利用機組汽輪機排汽潛熱、排煙余熱和環境低溫資源實現連續、穩定、高效發電，在 環境高溫時段通過燃氣過熱工質實現氣動馬達滿負荷穩定運行，環境低溫時段可W充分利 用天然冷源的節能、環保發電系統，依據環境氣溫變化，優化汽輪機排汽壓力使汽輪機組與 氣動馬達機組總輸出功率最大化的優化運行方法。
[0006] 實現本發明目的所采用的技術方案是；一種電站排汽潛熱與排煙余熱聯合發電系 統，其特征在于：它包括冷凝/蒸發器3低溫側氣態工質輸出端經第一截止閥20與煙氣過 熱器8低溫側輸入端相連通，煙氣過熱器8低溫側輸出端通過第二截止閥23與燃氣鍋爐11 的燃氣過熱器13低溫側輸入端相連通，燃氣過熱器13低溫側輸出端與氣動馬達14輸入端 相連通，氣動馬達14輸出端與發電機15輸入端連接，氣動馬達排氣口21與空冷散熱器16 輸入端連通，空冷散熱器16輸出端與儲液箱18輸入端連通，儲液箱18輸出端通過工質升 壓累19與冷凝/蒸發器3低溫側液態工質輸入端連通；冷凝/蒸發器3高溫側水蒸氣入口 與汽輪機排汽口24相連通，冷凝/蒸發器3熱水井出口端與蒸汽動力循環的凝結水累4入 口相連通；鍋爐5排煙輸出端經過空氣預熱器6和靜電除塵器7與煙氣過熱器8高溫側輸 入端連通，煙氣過熱器8高溫側輸出端經脫硫系統9與煙畫10輸入端連通。
[0007] 所述煙氣過熱器巧）的輸出端通過S通換向閥（21)分別與氣動馬達（14)輸入端 和燃氣過熱器（13)低溫側輸入端連通。
[000引一種電站排汽潛熱與排煙余熱聯合發電系統的優化運行方法，其特征在于：依據 環境氣溫的變化，自動調整汽輪機排汽壓力，整個機組輸出功率最大，整個調整過程機理由 下述方程組定量描述：
[0009] 機組功率變化：
[0010] AW^=AWt+AWe (1)
[0011] 汽輪機功率增量：
[001引AWt=化n0-hn) -qm,e.nt.nm.He似 [001 引hn=f(tn)做 [0014] 氣動馬達功率增量；
[00 巧]AWe=Ole-hJ飛，細?net.Hem.Heg(4)
[0016] te=tam+tsup妨
[0017] he=f(te，Pam)做
[001引h，=f(t，） （7)空冷散熱器傳熱模型：
[0021] 空冷散熱器換熱系數：
[002引 Re=vNF?de/Va (10)
[0023] Nu = 0. 215Re化44 (11)
[0024] Ka= Nu? Aa/de(12)
[0025]冷凝/蒸發器模型：
[002引其中，Sp空冷散熱器迎風面積，Fa空冷散熱器總換熱面積，Fd冷凝/蒸發器換熱面 積，屯空冷散熱器翅片管束的當量直徑，nt汽輪機低壓缸效率，nm汽輪機機械效率，n。汽 輪發電機效率，rUt氣動馬達相對內效率，n動馬達機械效率，n動馬達發電機效率，hd。 冷凝/蒸發器管外蒸汽凝結放熱系數，hdi冷凝/蒸發器管內氨沸騰換熱系數，5d冷凝/蒸 發器管壁厚，Ad冷凝/蒸發器管壁導熱系數，為系統設計參數，Q。排汽熱負荷，h。。汽輪機排 汽壓力調整前汽輪機排汽洽，q。，。汽輪機排汽流量，qm，am工質流量，vNF迎面風速，P空氣密 度，Cp空氣定壓比熱，A。空氣在定性溫度下的導熱系數，V。空氣在定性溫度下的粘度系數， 在運行中為已知量，AWtp汽輪機與氣動馬達機組總發電功率增量，AWt汽輪機組發電功率 增量，AW。氣動馬達機組發電功率增量，h。汽輪機排汽洽，t。汽輪機排汽飽和溫度，對應排 汽壓力P。，h。氣動馬達入口工質洽，h，氣動馬達出口工質洽，t。氣動馬達入口工質溫度，t" 冷凝/蒸發器內工質氣化溫度，PJ令凝/蒸發器內工質氣化壓力，t,up工質過熱溫度，t，空 冷散熱器內工質冷凝溫度，NTU傳熱單元數，tg冷卻空氣氣溫，K。空冷散熱器傳熱系數，Re 空冷散熱器對流傳熱雷洛數，Nu空冷散熱器對流傳熱努塞爾數，Kd冷凝/蒸發器總換熱系 數；聯立式（10)、式（11)、式（12)，確定K。，再聯立式巧）、式巧），確定t，，由工質飽和參數 表確定h，，再由式（13)，式（14)確定某t。工況下的t"，再查工質飽和參數表確定P"，再聯 立式巧），式化），確定h。，由式（4)確定AW。，由t。查水蒸氣飽和參數表確定h。，結合給定 h。。由式似確定AW。進而由式（1)確定AWtp。
[0029] 本發明的電站排汽潛熱與排煙余熱聯合發電系統優點體現在；一是本發明采用低 沸點的物質作為朗肯循環工質，如氨、二氧化碳、有機工質等綠色工質，既可在較低溫度熱 源下氣化，又可避免在環境低溫條件下結凍；二是本發明W溫度低、熱量大的汽輪機排汽潛 熱為工質氣化熱源，溫度較高、熱量小的鍋爐排煙余熱為工質一級過熱熱源，溫度更高的燃 氣鍋爐煙氣為工質二級過熱熱源，環境低溫冷能（即環境天然低溫資源）作為工質的冷凝 資源，既可為氣動馬達發電機組提供穩定的能源，又可提高氣動馬達機組初參數、降低終參 數，聯合利用汽輪機排汽潛熱、鍋爐排煙余熱作為熱源、環境低溫資源作為冷源實現穩定、 高效發電；=是系統在高溫時段，工質通過鍋爐排煙一次過熱后，再經過燃氣鍋爐煙氣二次 過熱后進入氣動馬達作功，提高氣動馬達機組入口工質參數，在高溫時段馬達機組排氣參 數提高的工況下仍可維持機組滿負荷運行；低溫時段則工質經過鍋爐排煙一次過熱后直接 送入氣動馬達作功，既節省了運行成本又簡化了系統操作；四是該系統串接與蒸汽動力循 環，隨著環境氣溫的變化，依據電站排汽潛熱與排煙余熱聯合發電系統優化運行方法，調節 汽輪機排汽壓力，可維持汽輪發電機組和氣動馬達發電機組總輸出功率最大化；五是本發 明系統結構簡單、合理，造價低廉，無特殊要求設備，可實施性好，更重要的是提高了機組能 源利用率，降低了機組的供電熱耗，節能、環保效果顯著。
【附圖說明】
[0030] 圖1為實施例1的電站排汽潛熱與排煙余熱聯合發電系統結構示意圖；
[0031] 圖2為實施例2的電站排汽潛熱與排