废热火力发电厂

废热火力发电厂循环冷却水携带的废热是地位能源 ，其直接利用范围和利用率非常低，将热泵技术应用于火力发电厂循环冷却水废热 回收中 , 能够有效提高低 品位能源的 品味 , 扩大能源应用 范围 , 提高能源 的利用率 。 现阶段，热泵技术在火力发电厂废热回收中的应用越来越广泛，科研人员也不 断在实践中根据低 品位能源的形 式和特征开发出更多类型、更能满足废热回收需求的热泵，比如工业余热 泵 、 地源热 泵 、 太阳 能热泵 、 城市污水源热泵、 空气源热 泵等。不 同的低位热源其特点也 不尽相 同 , 这就在一 定程度上 限制 了各种热 泵技术的应用 , 也 使得热泵技术存在着一定的缺陷，比如地源热泵的取水问题、回灌问题，且易对地温带来影响，太阳能热 泵的非持续供热层，城市污水源热 泵在污水处理和 设备防腐方面存在着一 系列问题，空气源热泵的蒸发器冬季易结霜 等。 将火力发电厂循环冷却水作为热泵的低位热源是可行的。但是由于受到较低的出水温度、技术和经济等 因素的限制，热泵的应用范 围较小，火力发电厂废热回收利用效率较低。 因此，可结合火力发电厂的生 产特点，按照上文思路和方案，利用热泵技术达到循环冷却水废热回收再利用的目的。

热泵是一种有效的低位热能 回收利用装 层，将热泵技术应用于废热火力发电厂的废热回收中，不仅能够有效降低煤炭能源消耗，还能够提高煤炭能源的利用率，为火力发电厂社会效益、经济效益以及环境效益的实现打下了坚实基础。废热火力发电厂的广泛建设，此举可以提高煤炭资源利用率, 减少煤炭资源消耗, 具有显著的环境效益和社会效益。

热泵回收--热泵是一种能够将热源从低温环境中转移到高温环境中的装置，能够提升能量。在火力发电厂废热回收中，热泵的工作原理是通过消耗一定的电能或高温蒸汽，将循环冷却水 中所携带的低 品位热 能 吸收 , 并将高位能和 低位热 能这两部分能量通过 热泵输送到高温环境中去。对于热 泵工作性能的评价，可将热 泵机组 的供热 系数作为评价依据。当前，应用于火力发电厂废热回收中的热泵一般为电动压缩式热泵，其供热系数在之间，由此可 以看出来 , 当热泵消耗一定的高位能的时候 , 中位能的产 生可达数倍。所以，热泵是一种非常有效的废热回收装置，其应用于循环冷却水的回收利用 中对火力发电厂来说具有重要意义。

火力发 电厂中，汽轮发电机组的常规循环冷却水废热回收系统主要是由循环水泵、凝汽器、冷却塔和积水池等组成的。热泵回收系统则由电动压缩机、两组换热器和节流阀组成，在这个系统中，一组换热器可作为蒸发器进行 吸热，另一组换热器相 当于冷凝器 , 通过此系统将循环水直接引到具有吸热功能的换热器中，并在此换热器中得到冷却层，冷却后，循环水进入积水池或凝汽器循环水的进水管，凝结水从凝结水泵中流出来后，经过热 泵冷凝器加热后流回电厂锅炉房。

将燃烧未利用的的热量用于发电，将大大提高燃烧能源利用，废热火力发电厂拥有广泛的前景。2100433B

1、传统废热锅炉结构

传统废热锅炉总体结构见图1， 汽包与废热锅炉本体之间通过4根上升管及2根下降管联结， 利用汽水密度差及汽包的高位实现自然循环， 使系统安全运行。图1中捕集器设置在废热锅炉本体出口管箱内， 冷却后的过程气流经捕集器使液态收集后经冷却后排出并收集。由于传统废热锅炉结构原因， 必须在反应器前后布置两套废热锅炉才能实现充分回收。

2、新型废热锅炉结构

新型废热锅炉结构上最突出的创新点是减少了低温过程气冷却器II (低温废热锅炉)。根据废热锅炉设计工艺参数， 取消了低温废热锅炉后， 必须在高温废热锅炉本体或汽包中增设能使过程气再次冷却的换热器， 以便使经反应器反应后的含过程气冷却并产生蒸汽和回收资源。通常废热锅炉主要由废热锅炉本体、汽包及上升管和下降管组成。废热锅炉本体其实质是一台蒸发换热设备， 热源为高温过程气， 被加热介质为接近饱和的锅炉水; 汽包应具有足够的蒸汽容积和水容积， 主要作用是使本体中换热管在热负荷作用下能持续得到适当的水量， 并由汽包的高位系统及汽水密度差获得一定的循环动力， 以满足水循环可靠性的各项要求; 汽包内部设置汽水分离装置， 使汽水混合物在汽包内充分分离， 得到含水及杂质少的蒸汽;锅炉给水在进入废热锅炉本体前在汽包内加热到饱和， 提高了循环动力; 饱和的锅炉水经下降管流入废热锅炉本体进行加热蒸发， 本体中的汽水混合物经上升管流入汽包， 如此循环达到废热锅炉系统的安全运行; 根据汽包的独特作用， 一般汽包内不能设置蒸发换热管， 以免影响水循环和废热锅炉本体的安全可靠性。

对废热锅炉设计参数作了多种方案进行比较，并通过传热计算、流阻计算及水循环计算， 提出了两种一体化设计方案。即在汽包筒体下半部储水部分直接增设一组蒸发器的方案以及在废热锅炉本体中直接增设一组蒸发器的方案。经传热计算、流阻计算及设备强度计算， 在废热锅炉本体中直接增设一组蒸发器存在两大缺陷， 一方面造成设备结构极为复杂; 另一方面废锅本体管板由于两组蒸发器介质温差的不同而引起的管板上下两部分的温差应力较大， 管板的设计困难， 甚至很难确保废锅运行过程中的安全可靠性。而在汽包筒体下半部储水部分增设一组蒸发器， 虽然有别于传统汽包的设计， 但根据设计参数进行详细计算， 其结果完全可行， 并能确保系统水循环正常工作。最终设计的新型废热锅炉系统总体结构见图2。

排放中低温废热的工艺过程, 在生产实际中是大量存在的, 诸如建材、冶金、化工等行业。

以一条水泥熟料生产线为例, 介绍中低温废热发电的思路与方法：

在较先进的水泥生产工艺中, 水泥熟料的锻烧过程, 采用窑尾预分解和回转窑烧成工艺在此过程中生料吸收煤粉燃烧释放的热量而被锻烧成水泥熟料二然后进入窑头蓖冷机经空气急冷后进人下一道工序。上述生产工艺过程将产生两部分废热第一部分是窑尾分解炉排出的烟气, 在工艺上一般被用作原料的烘干热源, 但流经四级旋风分离器后, 其温度仍保持在约400℃ 左右, 远远高于原料烘于对热源的温度要求工艺要求（一般不低于160℃ 即可）。这一温差之间的热量可被视为废热。

第二部分废热是窑头流经蓖冷机作为熟料冷却介质的空气所携带的热量, 其温度近400℃ 这部分热空气在生产工艺上已不再利用, 通常经除尘后排放到大气中, 由此完全成为废热。

废热锅炉根据应用场合分为电站废热锅炉和化工废热锅炉。

1、电站废热锅炉

电站废热锅炉是IGCC电站系统气化岛中的关键设备，与化工用废热锅炉有很大不同。采用废热锅炉对IGCC煤气化后的合成气显热进行有回收能够提高IGCC电站机组的发电效率。合成气显热的利用分为高温段、中温段、低温段三部分，分别由辐射式废热锅炉、对流式废热锅炉、回热加热器利用。因此，电站废锅可分为辐射式和对流式，其中对流式废锅又分火管式和水管式，火管式已经不再使用。另外，将辐射废锅和对流废锅结合为一个整体进行设计，称为辐射对流一体废锅，这可以大大降低投资成本，但国内技术尚不成熟。

当今世界IGCC电站技术是前景最广的发电技术，IGCC商业化的关键是气化岛技术，而废热锅炉正是其关键设备。因此，电站废热锅炉技术的是解决IGCC商业化应用瓶颈的最关键技术之一。

2、化工废热锅炉

利用生产过程中的高温物流作为热源来生产蒸汽的换热器，它既是工艺流程中高温物流的冷却器，又是利用余热提供蒸汽的动力装置。如在乙烯装置中，将从管式炉出来的裂解气(温度高达800～900℃)直接送入急冷废热锅炉，在0.1s内温度降到350～600℃，这样既可以防止因过度裂解而降低乙烯收率，又可生产10MPa以上的高压蒸汽，对提高整个工厂的热效率和经济效益起着重要作用。在硝酸、酸、合成氨及石油炼制工业等许多生产过程中都普遍使用废热锅炉，使生产过程所需的动力和热能得以全部或部分自给。

根据结构形式，废热锅炉可分为管壳式和烟道式以及双套管式废热锅炉。

管壳式废热锅炉的结构与管壳式换热器无多大区别，并同样有固定管板式、浮头式及U型管式等。烟道式废热锅炉的结构与普通锅炉相似，由耐火砖砌成炉膛，炉膛内装设管束，高温气体通过炉膛，将管束内流动的水加热汽化。

根据高温气体通过管内还是管外，废热锅炉分为火管废热锅炉和水管废热锅炉。火管废热锅炉是高温气体在炉管内流动。沸水从汽包经下降管流入锅炉底部，在管壁受热，变为汽水混合物，由上升管返回汽包。火管废热锅炉结构简单，因壳体承受蒸气压力，适用于生产压力不高的蒸汽。水管废热锅炉是沸水流过管内，高温气体流经管外。因锅炉壳体不承受蒸气压力，适用于生产高压蒸汽。

根据沸水的流动形式，水管废热锅炉又可分为：①自然循环式，管内沸水流动的推动力是下降管内的水与上升管内的汽水混合物之间的重度差。为保证一定的循环量，汽包需有足够的安装高度。②强制循环式，在下降管路中安装循环泵，借以提高管内沸水流速，防止气泡停滞恶化传热。因这种锅炉在运转、维修、投资等方面有许多不利因素，仅在特殊场合采用。