排烟余热利用技术分析.docx

东北电力大学本科毕业论文摘 要锅炉排烟热损失一直都是锅炉热损失中最主要的一项。排烟温度偏高一直是国内各个电站普遍存在的问题,尤其是运行了一段时期的电站,因为运行参数偏离了设计参数,或煤种变等原因,常常造成排烟温度过高。这不仅影响电厂的热经济性,而且为烟气换热器的安全运行也埋下隐患。因此,为了提高电站运行的安全可靠性且做到节能降耗,必须想办法降低排烟温度。余热回收是一项国家鼓励与大力扶持、推广的节能环保项目。“十一五”期间,国家对余热再利用产业实施的专项扶持政策,有力地促进了我国余热回收技术进步和产业发展。“十二五”对余热再利用产业扶持政策力度的加大,其市场前景会更加广阔。中低温烟气一般含有腐蚀性物质、飞灰等杂质,而且烟气温度相对较低,热品质低,直接影响了烟气余热利用方案的实施或正常运行。文中首先介绍了烟气余热利用过程中低温腐蚀、积灰的产生机理以及各自的影响因素,然后提出了防止低温腐蚀及积灰的措施,对于中低温烟气余热利用装置的设计与运行起到参考作用。分别用热平衡法、火用平衡法、能级平衡法对余热利用装置进行热经济经分析及评价,得出余热利用的基本原则,不仅要从量上充分利用余热而且要从质上充分利用余热,要做到按质用能、梯级利用。本文介绍了降低排烟温度和排烟损失的各种途径,并重点介绍了烟气换热器系统在降低排烟温度上的实际应用情况。本文研究了烟气换热器系统的工作原理,分析了影响经济性的各个参数,给出了优化设计模型。并以某电站加装低压省煤器为例,在给定排烟温度的条件下,依据优化设计模型,计算得到了换热器最优受热面布置方式。然后依据局部经济性计算的方法对加装烟气换热器的热力系统进行了分析,为烟气换热器的优化选型提供参考。关键词：排烟; 余热利用; 热力分析; 换热器；优化设计AbstractBoiler exhaust heat boiler heat loss is always the most important one loss. High exhaust gas temperature of each power plant has long been a common problem, especially in a period of running the station, because the operating parameters deviate from the design parameters, or change coal and other reasons, often resulting in the exhaust gas temperature is too high. This not only affects the economy of thermal power plants, but also for the safe operation of the flue gas heat exchanger also lay hidden. Therefore, in order to improve the safety and reliability of plant operation and to achieve energy saving, we must find ways to reduce exhaust gas temperature. Heat recovery is a country to encourage and strongly support the promotion of energy saving projects. During the Eleventh Five-Year, the state of implementation of waste heat recycling industry special support policies, effectively promoted the development of Chinas progress and industrial waste heat recovery technology. Twelve Five for waste heat re-use industrial policy efforts to increase its market prospects will be even brighter. Average low temperature flue gas containing corrosive substances, fly ash and other impurities, and relatively low flue gas temperature, low thermal quality directly affects the implementation of flue gas waste heat utilization scheme or normal operation. This paper introduces the process of low temperature waste heat utilization corrosion, fouling, and the mechanism of their influencing factors, then propose measures to prevent low temperature corrosion and fouling, for the design and operation of low-temperature waste heat utilization device plays reference. Heat balance method were used, exergy balance, level balance method for waste heat utilization device by thermal analysis and economic evaluation of the basic principles of waste heat utilization results not only from the amount of leverage on the full use of waste heat and waste heat from the prime , to be used according to the quality energy cascade utilization.This article describes the various ways to reduce exhaust gas temperature and smoke damage, and highlights the flue gas heat exchanger system reduce exhaust gas temperature on the actual application. This paper studies the principle of flue gas heat exchanger system, and analyzes the economic impact of various parameters, given the optimal design model. And the installation of a low pressure economizer power plant, for example, under the conditions of a given exhaust gas temperature, according to the optimization design model, the calculated optimal heating surface IIof the heat exchanger arrangement. Then according to the calculation method of the local economy for the installation of flue gas heat exchanger system is analyzed to provide a reference for the flue gas heat exchanger optimized selection.Keywords:Gas; waste heat utilization; thermal analysis; exchanger; optimal design东北电力大学本科毕业论文目 录ABSTRACT- 2 -第1章绪论- 1 -1.1研究背景及意义- 1 -1.2 国内外研究现状和发展趋势- 2 -1.2.1余热利用概述- 2 -1.2.2余热回收利用技术现状- 2 -1.2.3国外余热应用现状- 3 -1.2.4国内余热应用现状- 4 -1.3 文献综述- 4 -第2章 - 8 -2.1烟气余热资源分类- 8 -2.2烟气余热资源特性参数测定- 8 -2.2.1烟气温度的测定- 8 -2.2.2烟气压力的测量- 9 -2.2.3烟气粉尘的测定- 9 -2.2.4烟气流速测定及流量计算- 10 -2.3烟气热能的焓值- 10 -2.4本章小结- 12 -第3章 排烟余热利用经济性评价方法及其利用技术- 13 -3.1排烟余热利用的热力学评价方法- 13 -3.1.1能量平衡法- 13 -3.1.2 分析法- 13 -3.1.3能级及能级平衡分析- 15 -3.1.4 余热利用的原则- 15 -3.2 烟气余热利用技术- 16 -3.2.1 烟气余热利用技术的难题及对应措施- 16 -3.2.2工矿企业排烟余热利用- 16 -3.2.2.1利用燃煤电厂排烟余热- 17 -3.2.2.3利用烟气余热进行吸收式制冷- 20 -3.3本章小结- 21 -第4章 工程实例- 23 -4.1工程项目情况介绍- 23 -4.2烟气余热利用换热器的设置- 24 -4.2.1 烟气换热器布置位置的选取- 24 -4.2.2烟气温降的选取- 25 -4.2.3烟气换热器进出口水温的选取- 25 -4.2.3烟气换热器的技术参数(见表 4)- 26 -4.3 增加烟气余热利用后的收益与投资比较- 26 -4.3.1 脱硫收益- 26 -4.3.2 供电收益- 27 -4.3.3 初始投资费用增加- 28 -4.3.4 投资回收年限计算- 28 -4.4 结论- 28 -第5章 总结- 29 -参 考 文 献- 30 -致 谢- 31 -3东北电力大学本科毕业论文第1章绪论随着世界经济的不断增长，世界各国对能源的需求越来越大，同时，化石燃料本身的消耗过快，在制约经济发展的同时，也对环境的变化起了主要的影响，例如温室气体排放过多，环境污染等问题。近些年来，为了节约能源，保护环境，人们开始比以往更关注能源的利用问题。因此，大力发展可再生能源以及对现有的能源进行充分利用，废气废热回收，联合发电等节能减排技术都已经成为世界各国关注的焦点问题。1.1研究背景及意义能源问题是我国经济社会健康发展的基本问题之一,随着我国经济的快速发展,能源的需求量随之急剧增加,能源匮乏问题日渐明显,能源供需之间的矛盾日益突出,供需缺口逐年增加。提高当前化石能源的利用率和开发利用新能源和可再生能源都是解决能源供需矛盾的可行办法。而由于化石能源所占能源结构消费比例仍然居于主导地位,因此提高化石能源利用率也就成为解决能源供需矛盾的关键所在。2007年中国的能源状况与政策白皮书中明确提出中国能源发展战略坚持。节能优先。,重点措施是。加强工业节能,实施节能工程。2004年我国国家发改委颁布的节能中长期发展专项规划中已经将余热余压利用工程作为。十大重点节能工程。之一。按照中国能源统计年鉴2009提供的各行业的能源消费量以及各个工业部门的余热占燃料消耗的比例计算,我国的工业余热资源高达8亿吨标煤,占据我国总能耗约30%。因此,实现余热有效利用对我国工业节能有着重要的意义。低温烟气余热资源主要包括显热和潜热两大部分,燃煤锅炉烟气中水蒸气体积份额大约为8%,携带热量约占30%左右,现有各种锅炉要么没有回收烟气余热,要么则为了避免低温烟气露点腐烛,仅仅回收烟气的显热,这些因素都是锅炉排烟温度偏高的主要原因。开展烟气余热的深度利用研究,从而充分回收烟气的显热和潜热,对于提高我国化石能源的综合利用效率,促进节能具有十分重要的意义。目前,我国的中高温余热利用的技术己逐渐趋于成熟。然而,低温烟气余热深度利用仍然是国际热点前沿研究领域。在系统层面上,受到卡诺循环效率的制约,提高低温余热利用效率的关键在于尽量减小实际的能量利用效率与卡诺循环的差别,减少不可逆损失,但是受到设备投资成本方面的制约。而在过程传递层面上,低温烟气的酸露点腐烛机理与防治措施、能量品位提升及储存理论等一系列的规律与机理都未被揭示。低温烟气余热利用面临着新的、更为复杂的问题,围绕着优化提高低温烟气余热利用效率以及过程优化设计、控制策略、系统集成和运行方式等衍生出了众多的理论和关键的技术问题都需要开展深入系统的基础、应用基础研究。1.2 国内外研究现状和发展趋势1.2.1余热利用概述在工业生产过程中,使用的各钟生产工艺消耗着大量的燃料。然而它们的热效率一般在30%左右,而被当做余热的形式排放的热量却达到40%60%。由于世界各国认识到余热利用的紧迫性,从二十世纪六七十年代,余热回收利用技术发展迅速。目前,我国的余热利用技术虽说取得了长足进步,但是与世界先进水平还有一定的差距。余热资源属于二次能源7,它是一次能源和可燃物料转换过程后的产物,是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后所剩下的热量。常见的余热回收利用方法有:余热锅炉、余热加热空气、热水法、加工物料、烟气一流体换热设备等。由于生产使用的生产设备、生产工艺、原料、生产方法及燃烧条件的不同,从而给余热的回收利用带来了较大的困难。余热热源一般具有如下特点28一131:(1)热负荷不稳定。工艺的生产过程决定了热负荷的不稳定性。一些生产工艺具有周期性,一些余热排放具有周期性变化。一些工艺虽然是连续稳定的工作,但是热源提供的热量也会有波动。(2)烟气中含尘量大。由于烟尘的化学、物理性质恶劣,容易粘结、积灰,从而对余热回收设备产生较为严重的堵塞和磨损。(3)热源具有腐烛性。烟气余热中往往含有SO2等腐蚀性气体,烟尘中含有各种非金属和金属元素,它们都可能对回收设备造成高温或低温腐烛。(4)回收设备安装受场所条件限制。工艺设备的连接要求、排烟温度范围的要求等都会与余热回收设备的安装发生一定的矛盾,需要认真协调与统筹解决。1.2.2余热回收利用技术现状从二十世纪六七十年代以来,世界各国开始注重余热的回收利用,经过几十年的发展,己经取得了长足的进步。目前,较为常见的余热利用系统如下:(1)余热锅炉系统3。该系统是利用工业生产过程中的余热来产生蒸汽(热水)的设备。采用余热锅炉来回收余热的方法,近二十多年来在各个工业部门己得到广泛采用。它既可利用高温烟气余热、化学反应余热、可燃废气余热,也可利用高温产品余热。余热锅炉可生产出高压,中压或低压的蒸汽。产生的蒸汽可以用来发电和供生产、生活用热,有的还可以强化生产。(2)吸收式系统47。溴化锂吸收式热泵可以回收利用企业低温余热热源的热量,将低品位热转变为高品位热,应用于有余热资源或有低温热源的行业。但是,溴化锂对金属材料有腐蚀性,且会出现结晶导致换热性能下降甚至换热器无法正常运行。因此具有一定的局限性,一般适用于石油、制药、酿造和钢铁等行业的余热回收系统中。(3)吸附式系统47。吸附式制冷技术作为一种余热利用的新技术,其研究日益成熟。它可以将低品位的余热作为驱动热源,具有设备结构简单,一次性投资少,运行费用低,使用寿命长,无运动部件的特点,无噪音,无环境污染,特别适用于有大量余热排放的工业过程及有频繁震动的移动机械上。与吸收式制冷系统相比,吸附式制冷系统虽不存在结晶问题,但需要采用风冷、水冷方式进行冷却,受到风能和水能的制约。(4)新型材料47。针对中高能耗的窑炉,回收烟气余热的传统做法是利用耐火材料的显热熔变化来储热,这种储热设备的体积大、储热效果不明显。改用相变储热材料,是研究较为广泛的一种方法,这样的储热设备体积可减少30%50%,还能起到稳定运行的作用。目前正在研究的新型相变材料有潜热型功能热流体、纳米复合相变储能材料、定型相变蓄能材料和无机盐,陶瓷基复合相变蓄能材料等。采用热电材料进行温差发电,也是工业余热的一个应用领域。但如果不采取合理的散热,很难达到理想的蓄能和发电水平。(5)热管技术3。热管是一种由管壳和工质组成的高效导热元件。以相变(蒸发与凝结)换热作为传热的主要方式,具有传热能力大、温度控制能力强、传热效率高等特点。然而热管制作工艺,如芯体材料的制备、工质封装等相当复杂,对安装、维护、工作温度等有特殊要求,这使其应用受到很大限制。1.2.3国外余热应用现状在国外,日、欧洲、美等工业发达国家都十分重视对工业烟气余热的回收利用,把回收设备的研制、生产和推广应用工作放在优先发展的位置,这就是烟气余热技术迅速发展和广泛应用的原因。从上世纪50年代起,日本I4的建材行业就开始利用余热,目前90%以上的建材企业都建立了余热利用系统。欧洲IS各国同样对余热的利用高度重视。国外余热利用项目基本技术理论和技术方案同我国相仿。但能源利用效率要略高于中国的水平。另有资料显示,由于余热利用均为中低温热媒,因此国外有学者考虑利用低沸点的烧类有机物取代水产生蒸汽,然后加以利用。在上世纪90年代后期,美国isi 家公司开发了Kalina系统的工业废热回收发电系统,它是利用氨和水的混合液为工质的汽轮机来发电,声称这是一项最先进而且可靠的新技术。美国SD隧道窖I7由冷却带抽出的热风,部分用于窑前坯体的干燥,由于坯体的进一步干燥,能保证坯体较快地由预热带进入烧成带,从而缩短了烧成周期,节约了能源;另外一部分热风与自然风混合后作S尾冷却介质,该系统可实现自动控制,确保介质温度保持衡定,避免制品过冷风损坏。1.2.4国内余热应用现状在国内,近年来在烟气余热利用方面作了大量的研究与实践,取得了较大成绩。如2008年1月,华晋焦煤I9投资6736万元的瓦斯发电厂一期工程投产运行,该瓦斯发电厂一期选用20台国产700KW燃气发电机组,同时配置4台2.3MW余热锅炉,利用燃气发电机组排放的高温烟气,向沙曲矿居民区和瓦斯抽放站供热,替代正在运行的燃煤锅炉,实现清洁生产和热电联产。2008年,鹤壁煤业集团2G第八煤矿安装1台KNPT04500型针形管余热锅炉,回收烟气余热,供给澡堂淋浴卫生热水。2008年,平煤四矿利用余热供给溴化锂机组制冷21,提供矿井降温冷媒等。国内余热利用技术虽说发展迅速,但是与国际先进余热利用技术相比仍然存在着一定的差距,其主要原因主要在于1 一4:(1)生产工艺产生的余热不能及时地足量地回收,回收效率低。(2)对己经回收的热能不能得到有效的利用。由于温度低,季节性供热不平衡和热源供应不稳定,致使回收的蒸汽、热风或者热水等能量部分放散,能量利用率低。(3)余热回收利用的关键技术研发滞后,主要设备依赖进口,回收的热能貶值或者不稳定,无法满足热用户的要求,致使大量低品位热能浪费。(4)一些产生余热资源的企业规模小,装备落后,产能低,加上余热设备投资较高,影响了企业余热回收利用的积极性。1.3 文献综述大型火力发电机组通常应用提高汽水参数的方法来提高机组效率,比如发展超临界机组以及超超临界机组,但是提高汽水参数的方法也受到材料方面的制约。而另一种火力发电机组节能的有效途径则是深度利用烟气余热。通常的方法是在锅炉尾部烟道安装空气预热器和省煤器来降低排烟温度,从而提高锅炉效率。我国大型电站锅炉目前设计效率约为93%。而在实际运行中,锅炉排烟温度往往高于设计值510C,从而使锅炉效率降低0.30.5%。在实际运行中,主要采用燃烧调整优化和受热面智能吹灰优化技术以降低排烟温度3。在技术上则是主要通过研究空气预热器和省煤器的强化传热技术4,5以及回转式空气预热器的密封改造技术。在系统集成上,山东大学西安交通大学7等单位开展了低压省煤器的研究,在开封电厂、山东十里泉电厂、长春第二热电厂等200MW级以下几组锅炉成功应用,排烟温度普遍降低250oC,但是由于低温腐烛问题使几组安全可靠性降低,从而制约了该项技术的大规模推广。2009年,上海外高桥电厂采用。广义回热系统。8,在脱硫塔前加装烟气冷却器,机组供电煤耗因此下降2.71g/kWh,百万千瓦超临界几组供电煤耗282g/kWh,创造了世界供电煤耗最低记录。但是低温腐蚀依然限制了排烟余热的深度利用。锅炉低温烟气余热回收方式一般有两种:一是增加省煤器和空气预热器的受热面,使用烟气余热加热锅炉循环水和空气;另一种方式是增加低温有机朗肯循环系统,将低温烟气余热转化为高品位的电能或者机械功。如果转化为电能,则可以发展低温烟气余热驱动的分布式能量系统,不受任何终端用户的限制,在我国社会主义新农村发展建设中也有重要意义。如果转化为机械功,则可以直接用于驱动风机或者水粟,从而减少锅炉对于高品位能的消耗。或者采用余热制冷、制热、供冷联供等间接利用的方式。随着能源价格上涨,低温烟气余热热功转换在国外引起高度重视。如欧美国家已建成了许多低温烟气余热有机朗肯循环发电系统热源有燃气轮机烟气、内燃机废气、垃圾焚烧炉烟气和水泥審炉烟气等。除了烟气余热发电以外,低温热源有机朗肯循环发电系统十年来已经在生物质热电联供、地热发电、太阳能热发电、机械设备和工业余热发电方面得到应用。我国的余热发电技术和发达国家存在较大差距,主要应用于水泥等建材领域和地热领域。水泥行业己经建成余热电站186座,主要采用的是水-水蒸气常规系统,难以御用低温烟气(小于30(rc)余热热功转换,传统的汽轮机技术也限制了机组功率向下延伸。地热发电的领域主要采用扩容闪蒸技术,但是由于效率低,建成的地热电站相继关闭12。文献1认为随着我国经济发展与能源、环境之间的矛盾日益突出,火电机组的节能减排成为一个备受关注的问题。大容量的超(超)临界机组的普及应用,为提高热系统经济性提供了一种有效的手段,同时,有效的利用机组余热也是机组节能的重要技术措施,其中锅炉排烟余热数量巨大,具备资源化利用的条件,但并未被充分利用1。文献2和文献3指出火电机组提供了我国 70%以上的社会用电量，为国民经济的快速可持续发展提供了有力保障；但同时，火电机组也消耗了全国约 50%的燃煤和 20%的工业水；排放出的 SO2、NOx和 CO2分别约占全国总量的45%、50%和 48%2。近年来，随着我国超临界、超超临界机组大规模投入运行，供电煤耗下降效果显著，从2006年的366g/(kWh)下降至 2010年的 333g/(kWh)，年均下降约 8.5g/(kWh)，对同期国家 CO2等温室气体减排战略的贡献超过 35%。然而，随着火电机组。上大压小。政策性改造进入尾声，进一步降低火电机组煤耗的难度越来越大。根据国家能源局发布的数据显示，2011 年全社会 6000kW 以上火电机组平均供电煤耗为 330g/ (kWh)，仅比 2010 年下降 3g/(kWh)。因此，如何在当前机组水平普遍较好的情况下进一步提高机组效率水平、降低煤耗，对于电力工业乃至全国的节能减排战略而言意义重大3。文献4认为锅炉的排烟温度过高,造成了火力发电厂的煤的消耗量的增加。研究表明,若排烟热量直接被锅炉利用,排烟温度降低22C，锅炉效率就会提高1%4，降低锅炉的排烟热损失降低，可以大幅度的节约煤耗，节省能源。因此,在电厂锅炉系统节能工作中,有效利用锅炉的排烟余热成为能否大幅节能的关键。文献5-7认为对于废气余热的动力回收,一般是采用余热锅炉产生蒸汽,驱动汽轮机发电,广泛应用于在矿冶烧结、水泥窖等温度较高的烟气余热回收中5-7。文献8认为发展位于或临近发电系统负荷中心的多联产系统,实施分布式能源系统,是实现能源的综合利用及梯级利用的有效途径。电厂多联产系统制冷或采暖的热源一般有两种,一是汽轮机的低压抽汽,二是保持较高的汽轮机背压,利用其冷源损失热量8,对于凝汽机组,这两种热源方式都会造成发电量的下降。用电站锅炉排烟余热替代上两种热源,则不会对发电量产生任何影响。文献9认为将低品位的废气或余热用于低温多效蒸发技术既利用了发电厂的排烟余热资源,又可提供质量可靠的淡水,是一个能源综合利用的好方法。目前,低温多效蒸发海水淡化技术己成为未来第二代水电联产海水淡化厂的主流技术。各种锅炉排烟余热回热利用技术,尤其低压省煤器技术的广泛应用,有效提高了全厂效率,使得锅炉过高的排烟温度恢复正常。林万超7利用等效洽降理论对低压省煤器系统的热经济性进行了深入的分析,对不同形式的低压省煤器系统给出了相应的计算公式,并总结了不同的连接方式的优缺点,提出了梯度开发、多级利用的概念,是我国最早研究低压省煤器系统的学者之一。黄新元12等对于电站系统低压省煤器的优化设计及优化运行进行了深入的研究,按照多变量优化设计途径,以低压省煤器系统节能收益为目标函数,经过变量及约束函数分析,建立了火电厂机组回收锅炉尾部余热的低压省煤器系统优化设计的通用数学模型,对低压省煤器系统设计中一些较难把握而又具有重要意义的设计参数,诸如排烟温度(即低压省煤器冷端端差)的选取,弓丨、回水点的确定,扩展表面的合适几何尺寸等,进行了优化选择;全面分析低压省煤器系统的变工况特性,导出了热力参数变动及等效洽降变化的计算公式,建立了最佳流量的最优运行数学模型,分析了机组负荷、真空、低压省煤器水量、水温对经济性的影响,为低压省煤器的优化设计与高效、安全运行创造了理论条件,并将其结构系统发展到最优化阶段。闫水保13李清海14等人提出了低压省煤器、蒸汽暖风器与空气预热器联合运行的思想,不仅提高了低压省煤器的热经济性,同时还很好解决了空气预热器低温腐蚀的问题。安恩科15-16等人运用粒子群算法对350MW机组加装低压省煤器的结构参数进行了优化,并研究了低压省煤器在设计工况与变工况运行时对汽轮机相对内效率的影响。丁乐群17等人从经济效益分析的角度,提出了加装低压省煤器的静态及动态经济条件,对电厂是否设计安装低压省煤器具有重要的参考价值。 8东北电力大学本科毕业论文第2章 2.1烟气余热资源分类余热资源又称废热资源2,22,是指某种特定的设备或者系统排出的可以热能形式回收的能量,属于二次能源。它是一次能源与可燃物料转换过程后的产物。根据温度的高低,可以将烟气余热资源分为三类I7:大于650oC的高温余热,温度为230oC650C的中温余热和低于230C的低温余热。2.2烟气余热资源特性参数测定2.2.1烟气温度的测定烟气温度3是衡量烟气特性的重要参数,并且烟气温度还影响烟气的黏度、热量等其它参数。准确的烟气温度测量对其合理利用具有非常重要的意义。烟气温度的测量一般由接触式温度计和福射式温度计两种,它们的应用特点如下表2-1。表2-1温度计分类使用范围及特点接触式温度计膨胀式温度计液体膨胀式温度计适于在直径较小低温烟道中使用固体膨胀式杆式温度计适于在振动较大场合的温度测量,精度不高,量程也不能做的太小双金属温度计热电偶温度计测量范围为100-1300,在使用过程中要根据不同的温度范围选择不同材料的电偶辐射式温度计理论上没有测量上限,仪表滞后而灵敏度高,输出信号大而准确,结构上比接触式温度计复杂且精度也不如接触式温度计在实际的应用中只需根据实际需要选择合适温度计即可。2.2.2烟气压力的测量烟气压力是指烟气在单位面积上垂直作用力。流动的烟气压力是指烟气的滞止压力P,它包括烟气动压力P和烟气静压力Pj,即P=P+Pj。当烟气流动速度低于60m/s时,动压计算式如下:P= (2-1)若烟气在高速(M=W/0.2, 为该介中得声速)流动时,则动压计算式为: P= (2-2)式中:P烟气的总压,pa;Pj烟气的静压力,pa;P烟气动压力,pa;W烟气流速,m/s;k一被测介质绝热指数,蒸汽k=1.3,空气和双原子气体k =1.4,单原子气体为1.67;R介质气体常数;T一被测介质绝对温度,K;P被测介质密度,kg/m3;烟气压力测量仪器一般使用皮托管和压力计。2.2.3烟气粉尘的测定准确的采样是烟气粉尘含量测定成功的关键,因此正确的采样方法是粉尘测定的前提。烟气尘粒采样须采用等速采样(气体进入采样容器的速度与烟道内的烟气速度相等,相对差保持在-5 +10%之间)。在采用等速采样之前要测出各采样点上的烟气流速,然后根据烟道内各点的流速、状态和采样咀的直径等,计算出等速采样情况下烟气的流量。如果流量计前装有干燥器的情况下,其流量计算式:Qr=0.0432(1-xsw) (2-3)当干烟气的组分和干空气近似时,其计算式为:Qr=0.0292(1-xsw) (2-4)式中: Qr等速采样所需的转子流量计读数,L/min;一采样嘴直径,mm;Vs采样点烟气流速,m/s;Pr 流量计前指示压力,mmHg;Tr一流量计前烟气温度,K。烟气粉尘的含量,可以用等速釆样枪测得,然后根据烟尘物理化学特性研究平台测定。2.2.4烟气流速测定及流量计算烟气流速可以根据烟气状态和烟气动压计算得到。则烟气流速的计算式为:Vs=Ks (2-5)式中:Vs烟气流速,m/s;Ks 一皮托管系数;Rs烟气气体常数,mmHg*m3/(kg*K);Ts烟气绝热温度,K;P烟气绝对压力,mmHg。其中:Rs= (2-6)式中:ui烟气中某种气体组分所占的体积百分数;Ri一烟气中某种气体组分的气体常数。当烟气成分近似于千空气时,烟气的气体常数计算式为:Rs= （2-7）式中:;Xsw烟气中所含水分的体积分数,%;R干空气的气体常数,此处取R= 2.153;Rw水蒸汽气体常数,此处取Rw = 3.461。烟气流量等于烟道断面面积与烟道断面的平均流速的乘积,则其计算式为:Qs=VsF3600（0-1） （2-8）式中:Qs烟气的流量,m3/h;F 烟道断面积,m2;标准状态下干烟气流量计算式为:Qsnd= Qs（1- Xsw） (2-9)式中:Qsnd标准状态下干烟气流量,m3/h;po大气压,mmHg;pj一烟气静压,mmHg。2.3烟气热能的焓值通常情况下,利用烟气琀值823的大小来衡量其所携带的热量。在进行锅炉热力计算或者热工实验时,常根据烟气温度得到烟气的焓值或由烟气焓值得到其温度。烟气焓值的计算通常是以1kg固体燃料及液体燃料或标准状况下1m3气体燃料为基础进行计算的,并且以0C作为起点。由于烟气是复杂的混合体,因此,它的焓值包括:理论烟气焓(燃料燃烧时,如果供给的空气量按照化学计量比时,这时产生的烟气为理论烟气量,这种烟气的成份为C02、 S02、N2和H2O)、飞灰焓和过量空气焓,即Iy=+（-1）+Ifh (2-10)式中:理论烟气体积焓,kJ/kg或kJ/m3。当烟气温度为oC,理论烟气体积焓值为: =(VRO2+CRO2+CN2+CH2O) (2-11)CH2O 、CN2、CRO2分别为8C时H2O、 N2、 RO2气体的平均体积定压热容,k/(m3C)由于烟气中的SO2的含量比CO2的含量少得多,因此计算中常取CRO2= CCO2为理论空气焓,其值计算式为: =V0Cktk (2-11)式中:Ck一空气的平均体积定压比热容,kJ/(m3oC);tk一空气的温度,oC。烟气中飞灰焓的计算式为: Ifh=fhCh (2-12)式中:Ch飞灰的平均体积定压比热容,kJ/(m3C);fh 1kg燃料中的飞灰质量,kg/kg。一般情况下,当10001.43的情况下,飞灰的焓才需要计入到烟气焓中,否则略去不计。各种成分平均定压比热容见表2-2。烟气焓中,否则略去不计。各种成分平均定压比热容见表2-2。表2-2空气、烟气和灰的平均定压比热容/oC平均定压热比容kJ/(m3 oC)CCO2CN2CO2CH2OCCOCH2CCH4ChCk01.59981.29461.30591.49431.29921.27661.55000.79551.3183101. 60991.29471.30711.49541.29951.27801.55910.79971.3194201.61991. 29481. 30831. 49651. 29971.27941. 56820. 80391. 3200301.62991. 29491. 30951.49761. 3000 1.28081. 57730. 80811. 3206401.63991.29501.31071.49871.3002 1.28221. 58640.8123 1. 3212501.64991.29511.31191.49981.30051.28361. 59550.81651. 32181001. 70031. 29581.31761. 50521. 3017 1.29081. 64110. 83741. 32431501.74381.29781.32661.51371.30401.29401.70000.85211.3281160 1. 7525 1.29821.32841.51541.30461.29461. 71180.85501.3289170 1. 76121. 29861.33021. 5171 1. 30521.29521. 72360. 85791. 32971801.76991.29901.33201.51881.30581.29581. 73540.86081.33051901. 77861.29941.33381.52051.3066 1.29641. 74720.86371.33132.4本章小结本章主要针对烟气余热资源特性测量进行了研究。研宄内容主要包括烟气余热资源的温度、压力、粉尘量、流速及流量的测定方法及其注意问题,给出了烟气余热资源焓值计算方法,为合理利用烟气余热资源提供了基础条件。 15第3章 排烟余热利用经济性评价方法及其利用技术3.1排烟余热利用的热力学评价方法排烟余热利用,一方面要考虑提高能量的转换效率,以减少热量损失,另一方面还要研究余热利用的原则，随着节能工作的深入,对节能系统进行热力学评价,确定此节能方式是否合理显得尤为重要，仅从热力学第一定律的能量守恒观点来评价能量的利用,已显得越来越不够了,因为,热力学第一定律只注重能量的量的平衡,并没有考虑到能量的质及能级,利用热力学第一定律，热力学第二定律及能级平衡理论对节能系统进行综合评价也成为必然趋势,也更为科学。3.1.1能量平衡法利用热力学第一定律,对余热利用装置或系统考察其输入的能量和输出的能量数量上的平衡关系,其目的是对考察对象的用能完善程度并作出评价,对能量损失程度和原因作出判断,对节能的潜力及影响因素作出估计，这种方法简单实用,是多年来企业普遍采用的方法，在进行热工设备的热平衡测定时,就是要测定,计算各股物流的焓值及热量,并根据热平衡关系校核测定的结果,然后可计算出热量效率以及各项热损失的大小，计算公式如下:正平衡计算公式: （3-1）反平衡计算公式: （3-2）以热力学第一定律为理论基础的热平衡分析法,只是简单地从能量守恒的数量关系上去考察余热资源的回收问题,而不考虑热量的品质及其利用情况,它的热效率指标有时不能全面反映热量利用的合理性。3.1.2 分析法热力学第二定律指出了能量转换的方向性。不同能量的可转换性不同,反映了其可用性的不相等,也就是能量的能级不同，当能量已经无法转换成其他形式的能量时,它就失去了它的利用价值，能量根据可转换性不同,可分为三类:第一类,可以不受限制地、完全转换的能量，例如电能、机械能、动能,称为高级能；从本质上来说,高级能是完全有序运动的能量，它们在数量上与质量是统一的,其能级为1。第二类,具有部分转换能力的能量。例如热能等。它只能一部分转变为第一类有序运动的能量。根据热力学第二定律,热能不可能全部转化为功,它的效率总是小于1。理想上热能转换的最大功即为,这类能属于中级能。能量的数量要比质量大,其能级小于1。第三类,受自然界环境所限,完全没有转换能力的能量。例如处于环境状态下的大气、岩石等具有的热力学能。虽然它们具有相当数量的能量,但在技术上无法使它转变为功。所以,它们是只有数量而无质量的能量,称为低级能,其能级为零。而中低温烟气余热属于第二类,其具有的为热量,其值取决于它的状态参数(温度!压力等),并与环境状态有关。如果从热力学温度T的恒温热源取得的热量Q,当环境温度为T。时,根据卡诺定理,通过可逆热机它能转换为功的最大比例取决于卡诺热机的效率,所以热量为: （2-3） 由式可知,热量等于该热量与卡诺因子的乘积。传递的热量的温度水平愈高,环境温度愈低,则卡诺因子及热量愈大,能级也愈大。热量为热量与热量火无之和。 （2-4）以用能就是用,节能就是节这样一种观点展开的过程热力学分析,称之为分析法。由于它所依据的是热力学第一定律和第二定律分析法不但可以评价用能过程,而且可以揭示出热力系统在热力学完善性上的薄弱环节,从量不守恒（只灭不生）数量关系上去考察用能和节能,由此可以得到另一个评价用能过程优劣的准则-效率ex，根据效率可以获得所供应的能量中的有多少得到了利用,有多少已经损耗。在进行分析时,对正平衡法有: （2-5）对反平衡而言则: （2-6）从以上的公式可以很清楚地看出所供应的能量中有多少已经得到了有效利用,有多少没有得到利用。但是效率不能获得所供应的能量的质量是否符合用户需要的信息,也就是说不能获得所供应的能量中的火无的信息。3.1.3能级及能级平衡分析对于高级能,由于它可以无限地转换,即它的能量全部为,E=Ex,火无An=O。对于低级能,它不可能转换为高级能,能量中全部为火无,E=An,火用Ex=O,由此可见,在能量中所含有的多少反映了该能量的质量的高低。通常将能量中的所占的比例称为“能级”,也叫“有效度”,用表示。即 （2-7）对于高级能, =1。对于低级能, =0。,对于中级能，01。对于恒温热源温度为T的热量Q来说，它具有的能级为 (2-8)由上式可见,恒温热源的热量的能级即为卡诺因子,温度越高,其能级也就越高,但是实际情况不可能达到30。由上所述及分析,我们得出,我们在余热回收利用的过程中,全面的用能和节能观点,应该即要用,也要用火无,即不仅要求所供应的能量中完全得到了利用,而且火无也完全也得到了利用,此时,实质上就是不仅所