热电厂余热回收和氮氧化物处理技术探究.doc

热电厂余热回收和氮氧化物处理技术探究摘要：热电厂在发电的过程中，系统循环水中存在大量的低温热能，直接排放会造成能量浪费；且燃料的燃烧会产生大量的氮氧化物，对环境造成污染。热泵具有将低温热能提升为高温热能的能力，本文提出利用热泵技术对热电厂中的余热进行回收，并进行了可行性分析，然后，对目前两种常用的氮氧化物处理技术进行比较,认为低氮氧化物燃烧技术是最有效的氮氧化物处理方法。关键词：水源热泵 循环水 低温余热 氮氧化物 处理技术Abstract：In the process of Electricity generation with thermal power, a lot of low temperature heat energy contained in the circulating water, and if it is discharged directly, will cause energy waste. In addition to, the burning of fossil fuels will produce large amounts of nitrogen oxides, and causes pollution to the environment. Heat pump can transform low temperature heat energy into high temperature heat energy. So in this paper, after putting forward to recycling waste heat in the thermal power plant with heat pump technology, the feasibility analysis followed. At last, after making a comparison between two kinds of normal technologies in processing the nitrogen oxides, I think low nitrogen oxides combustion technology is the most effective methods.Key words：water-source heat pump; circulating water; low temperature waste heat; nitrogen oxides; processing technology0. 引言火电厂的能源利用率比较低，且化石燃料在燃烧过程中有大量的氮氧化物气体产生。在国家大力推行节能减排能源政策的背景下, 火电厂循环水中丰富的余热资源正在引起人们越来越多的关注，同时，对氮氧化物进行处理，减少对环境的污染势在必行。实现节能减排、发展循环经济是实现可持续发展的必然选择。1. 热泵技术在电厂余热回收中的应用热力发电机组的绝大部分能量损失是由以下两部分构成:一部分是锅炉烟气排放带走的热量,另一部分就是凝汽器循环水带走的热量。然而，现在投产的蒸发量在1 000 t/h以上的锅炉,效率大都在90%以上,所余留的节能空间已经非常小了【1】。但由于凝汽器循环水的温度一般只比环境温度高10左右,往往直接排放,造成能源的浪费。热电厂以循环水作为热源水，通过热泵机组可以对周边地区进行供热，有效提高能源的利用率。1.1循环水热泵技术的原理根据冷源介质的不同分为水源热泵和空气源热泵及地源热泵,按动力形式不同分为蒸气压缩式热泵、吸收式热泵和蒸汽喷射式热泵。压缩式热泵的工作原理如图1所示：图1：压缩式热泵工作原理冬季,低温低压的制冷剂流经蒸发器,从冷源吸热升温蒸发后进入压缩机,被绝热压缩成高温高压蒸汽,然后进入冷凝器向热源放热冷凝后,经膨胀阀绝热节流,成低干度的湿蒸汽,低温低压的制冷剂再流经蒸发器从热源吸热蒸发,开始新的循环【2-3】。夏季，水源热泵的蒸发器与冷凝器功能互换,循环按反方向进行。热电厂汽轮机凝汽循环水的温度和流量都比较稳定,蒸发器不会出现结霜现象，热泵的换热效率比较高。通过热泵机组利用凝汽器循环水中的余热,对热电厂周边区域供暖，可以有效降低电厂向室外空气的热量排放量,减小温室效应，同时避免了直接排放造成的能量损失。1.2循环水热泵技术余热回收的可行性分析根据目前火力发电机组循环水系统的布置方式及水源热泵系统的特点，通常采用称串联耦合式：热泵系统的取热换热器布置在循环水池中,循环水经过冷却塔和换热器的先后冷却构成串联式的冷却方式。具体原理如图2【4】所示：1-凝汽器；2-冷却塔；3-循环水池；4-循环水泵1；5-换热器1； 6-换热器2；7-循环水泵2；8-压缩机；9-膨胀阀；10-换热器3；图2：循环水系统与热泵的串联耦合由循环水泵、凝汽器、冷却塔、循环水池等构成的是汽轮发电机组的常规循环水系统,由压缩机、换热器3、膨胀阀、换热器2等组成了热泵系统。对于图中水源热泵而言,换热器2是实现吸热功能的蒸发器,换热器3相当于冷凝器。热泵系统和循环水系统之间通过换热器1实现能量的交换,经换热器3加热升温后的热水就可以对外供应,可以同时实现对周边用户供暖和热水。一般的水源热泵机组,在供水温度为920条件下, 制热系数COP可达3.64.1【5】。由于凝汽器循环水的温度一般只比环境温度高10左右，所以，冬季只要电厂所在区域室外空气温度的波动比较小,使得循环水温度在热泵的经济运行范围的之内,那么循环水-热泵系统就可以实现冬季供暖和供热水两种需求,并且有较高的能效比。综上所述，循环水-热泵技术在热电厂的余热回收中可以有效利用循环水的低温热能，能够达到显著的节能效果，有着很高的可行性。2. 氮氧化物处理技术目前热电厂的主要燃料是矿物燃料，其在烧的过程产生的氮氧化物主要是NO和NO2，通常这两种氮的氧化物称为NOX，它的排放是导致酸雨、光化学烟雾等一系列严重空气污染问题的主要原因之一。目前氮氧化物处理技术主要有两种方法,一是采用低氮氧化物燃烧技术【6】,降低炉内的氮氧化物生成量；二是选择性催化还原法【7】（SCR），在烟道尾部加装脱硝装置,把烟气中的氮氧化物转变为无害的氮气或有机肥料。2.1低氮氧化物燃烧技术低氮氧化物燃烧技术是指通过燃烧技术来降低NOX的生成量。目前普遍采用空气分段燃烧的技术。在两段燃烧装置中，第一段的烟气温度低、氧气量不足,因此NOX生成量很小；第二段的燃烧使不完全燃烧的产物燃烧完全,这时虽然氧气已经过剩,但是由于燃烧温度比较低，又限制了NO的形成。图3【6】对比了普通燃烧系统和两段燃烧系统氮氧化物的生成量： 1-普通燃烧系统； 2-两级燃烧系统图3：氮氧化物的浓度由图3我们不难发现，在燃烧时，采用两段燃烧可以大大降低烟气中NO浓度，从源头上减少NOX的排放量。2.2选择性催化还原法选择性催化还原法（SCR）通常是将氨作为还原剂注入含NOx的烟道气中的气体热交换器的上游，NOx在催化剂的作用下被还原为对空气无污染的氮气和水。S C R 系统主要由反应器、催化剂、氨贮存罐和氨喷射器等组成，系统结构示意图如图 4【7】所示:图4：SCR结构示意图影响SCR法NOX处理技术效率有三个因素【8】：1） 烟气的温度：SCR 法的适宜温度为300至400，当烟气的温度不在此范围时，处理效率将会大幅度降低；2） 催化剂的活性：催化剂的组成和活性对 SCR 法的处理效率影响很大；3） 硫酸铵的生成：由于烟气中存在三氧化硫，未催化反应的NH3通过反应器后形成硫酸铵，黏附在催化剂和下游设备上，降低去除效率，并且残留在尾气中 NH3也随之增多。由此可见，SCR法作为一般的改进燃烧技术和控制NOx生成的补充技术，有着良好的前景，但是根据上面提到的影响其效率的三个因素，这种方法目前还存在一些问题需要解决，如操作温度范围的扩大，催化剂活性的提高、以及尾气中 NH3的残留对大气造成二次污染等。通过对这两种处理氮氧化物方法的比较，我们发现，选择性催化还原法，虽然是在烟道尾部对烟气进行催化处理，操作起来比较简单，但还是存在很多问题，有待进一步改进，而低氮氧化物燃烧技术采用空气分段燃烧的技术，从烟气的源头上有效减少氮氧化物的排放，可以从根本上解决问题，效果比较好。3. 结论通过以上分析和比较，利用水源热泵回收电厂循环水的热量,可减少循环水低温热能的损失，能较好地实现能源的利用,比较适合作为其周边小区的供暖和供热水系统，有着很好的节能效果，应该进行推广；对于热电厂氮氧化物的处理，推荐采用低氮氧化物燃烧技术，这项技术可以有效减少烟气中NOX的排放量，有着很好的减排效果。参考文献：【1】 连红奎 李 艳等.我国工业余热回收利用技术综述J.节能技术，2011.3（2）.【2】 张 旭.热泵技术M.北京:化学工业出版社,2007.【3】 郁永章.热泵原理与应用M.北京:机械工业出版社, 1989.【4】 季 杰 刘可亮等.以电厂循环水为热源利用热泵区域供热的可行性分析J.暖通空调