低温余热发电技术的特点和发展趋势探讨
张国增
摘 要：低温余热发电技术的应用在我国电厂运行下较为常见，特别是锅炉设备在运行状态下会产生大量的余热，对这些热量进行收集将其转化为电能，能够提高电力新能源利用水平。文章通过对低温余热发电技术特点进行分析，探讨未来技术发展趋势。
关键词：低温余热;余热技术;发电技术;技术发展
DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.27.325
凝汽器、除氧器系统是凝汽式汽轮机组的重要组成部分，凝汽器真空度是汽轮机运行的重要指标，也是反映凝汽器综合性能的一项主要考核指标。凝汽器真空度下降1%，汽轮机组热耗将上升0.6%～1%。因此，保持凝汽器的最有利真空度和良好的运行工况，直接关系到整个汽轮机组的经济性能。
1 低温余热发电技术的特点
现阶段锅炉烟气余热利用系统实际运行中，主要包含两个部分：第一，一般锅炉系统。余热利用系统是按照一般锅炉的具体运行方案实施的，锅炉系统的常规设备是这一系统中的主要设备内容，由此能够看出，锅炉烟气余热利用系统的基础部分在于常规锅炉系统，这部分会直接影响到余热利用的实际效果。第二，余热利用装置及系统。这部分是以常规锅炉系统为基础，安装可以利用余热的系统和装置。锅炉排烟余热深度回收利用系统是现阶段最为常用的系统，在脱硫塔之前和除尘器之后的烟道中安装，可以促进烟气温度得以最大限度降低，整个烟气温度可以达到降低40℃的效果。这类装置设备中主要使用低温省煤器，属于余热回收设备，是电站锅炉或者工业锅炉使用的设备，能有效使用锅炉烟气实现锅炉给水加热的目标，促进锅炉排烟温度得以降低，从而良好地提升锅炉给水温度和锅炉的热效。
2 低温余热发电技术的发展
2.1 热管余热锅炉的应用
热管余热锅炉是一种高效的低品位余热回收装置，其运用在回收烟气余热上，已被众多公司和企业认可。热管余热锅炉是由若干热管元件组成，其按照结构形式，分为整体式热管锅炉和分离式热管锅炉。前者是将热管伸入汽包中，使汽包中的水蒸发沸腾;后者中的热管元件与汽包是分离的，热管外套有套管，介质在套管内被加热蒸发依靠介质密度差自然循环至汽包，无须额外动力。前者多用于汽量较小，蒸汽参数不太高的场合。对于回收焦炉烟气中的热量生产过热蒸汽进行发电，推荐使用分离式热管余热锅炉。热管是20世纪60年代兴起的一项新技术，它利用了工质的相变：热流体经过热管的下部，冷流体经过热管上部，中间由隔板或绝热材料将二者分开。此时，热管内部将开始相变传热过程。加热段的工质吸收汽化潜热被沸腾或蒸发，由液体变为蒸汽。在管内一定压差的作用下，产生的蒸汽流动到冷却段，蒸汽遇到冷的壁面会凝结成液体，同时放出汽化潜热，通过管壁传给外面的冷源。冷凝下来的液体依靠重力来帮助凝液回流到加热段，重新开始蒸发吸热过程，通过管内介质的连续相变，完成热量的连续转移[1]。
2.2 高效节能真空装置的应用
气体在压缩过程中会产生大量的热，这种热量会使罗茨泵，尤其是转子温度升高，导致罗茨泵发热量有限。为使罗茨泵正常工作，必须使转子降温，降温最常用的方法为气冷法，原理如下。图1所示为进气阶段，此时图中阴影部分腔体与进气口接通。运行状态下图中阴影部分与进气口隔离。此时换热器中的气体为冷凝后的气体，温度较低，而其压力与罗茨泵排气端相同，因此冷凝后的气体进入封闭腔使之压力升高，温度降低。
2.3 锅炉烟气余热利用
要充分分析余热资源数量、品位和用户需要，在满足热力学基本原则以及经济有效性的基础上，通过合适的系统最大程度发挥余热的利用率。要尽可能降低热损失。之所以会产生热损失，主要是因为不可逆过程造成的，所以尽量降低不可逆损失是烟气余热利用的基本原则。这就需要降低传热过程的传热温差，防止节流以及摩擦等不可逆损失的出现，同时在数量和质量方面满足用户需要。在确定余热利用方案前一定要进行充分的系统调研，明确系统自身是否存在提升的潜力，在余热回收之后虽然系统热效率有所提升，但是要明确系统是否可以正常运行。同时也要考虑增设了余热利用装置后可否降低污染排放以及经济效益等等[2]。
2.4 运行优化调整
首先，出口水温的控制。低温省煤器投入后，手动调节低加至低省入口调门开度，使烟气余热换热器进水（混水）温度保持在87℃左右。其次，出口烟气温度的控制。当烟气出口温度低于（高于）100℃时，手动调节增压泵频率，减小（增加）转速，从而减小（增加）烟气余热换热器进水流量，使排烟温度保持在100℃左右。另外，再循环门的控制。监视烟气余热换热器进水温度，当进水温度低于（高于）87℃时，减小（增大）混水调门的开度，使冷水的流量减少（增大），使烟气余热换热器进口水温处于87℃。
2.5 丰富锅炉余热利用方式
锅炉烟气余热利用系统在实际运行过程中，方式较为多样：第一，加热凝结水。这是最为常见的余热利用方式，不仅简单易行，还能够在短时间内得到明显的效果，促进锅炉排烟的热损失问题得以有效改善。加热凝结水系统，实现能量转换的目的，也就是促使热能转变为凝结水的热量，为后续利用活动提供支持。第二，预热补充水。除氧器补入系统接收补充水，需要经历一定的时间和管道，如果这个过程中补充水的温度降低到一定程度，将会给除氧器内部温度和压力造成影响，不利于除氧器的正常运行，因此需要确保补充水的温度处在正常状态，可以利用好锅炉烟气余热，实现补充水加热的目标。第三，预热燃料。直接放散问题普遍存在于锅炉运行中，做好燃料预热工作，将能够有效减少能量损耗。这其中利用锅炉烟气余热效果显著，促进理论燃烧温度的提升，可以从一般热风炉烟道废气、高炉炉顶荒煤气进入到管式换热器之中，促使热气能够和净高炉煤气之间达到换热的效果，进而提升整体风温[3]。
2.6 螺杆膨胀动力机
螺杆膨胀机是容积式动力机，由一对螺杆转子、轴承、冷却水套、机械密封、缸体等组成。因其螺杆齿面耐磨损以及液体颗粒冲击，并且齿面间留有间隙，所以过热蒸汽、饱和蒸汽、汽液两相或热液均可成为其工作介质。螺杆膨胀机依靠介质在动力机内降压降温膨胀（或闪蒸）做功，最后排出气体。最后排出的气体可用于集中供暖或者廠内澡堂、食堂等生活用水，以实现能源的梯级利用。若用于集中供暖，回水经处理后可进入热管余热锅炉循环利用。
3 结语
综上所述，低温余热技术在我国新能源开发利用方面有着较高的脚趾，锅炉烟气余热利用系统实际运行过程中，主要采用加热凝结水、预热补充水以及预热燃料这些方式进行，能够有效利用好烟气余热，降低能源消耗量。为更好发挥这一系统的优势和作用，还需要积极开展全面充分的改进和优化工作，在满足电厂电力生产需求的基础上，实现余热的高效利用。
参考文献
[1]葛长虎.火力发电厂烟气余热利用技术研究[J].中国科技纵横，2019（3）：162-163.
