褐煤干燥乏气回收系统的节能给水特性研究

苗国耀 戚琳

（中国新时代国际工程公司陕西西安710018）

褐煤干燥乏气回收系统的节能给水特性研究

苗国耀 戚琳

（中国新时代国际工程公司陕西西安710018）

褐煤干燥技术是提高褐煤发电效率的主要手段之一，回收干燥乏气中的热量能够进一步提高褐煤综合能量利用效率。本文建立了某600MW机组发电系统、干燥乏气回收系统计算模型，计算结果表明，额定工况下通过回收干燥乏气热能加热回热系统凝结水，可以使系统煤耗率降低1.86g/kW·h。

褐煤；干燥乏气；热能回收；Aspen Plus

褐煤是高水分、高挥发分、低热值的低变质煤种[1]。褐煤具有质次价低特点，将褐煤用于发电，可有效降低火电企业成本。但是，燃褐煤发电机组投资较大，同时效率低、污染物排放量大。褐煤干燥技术是采用热力方法降低褐煤中的水分含量以提高褐煤热值。在燃褐煤电站中，对入炉煤进行预干燥是提高褐煤利用效率的有效手段[2]。干燥热源可以采用锅炉烟气、汽轮机抽汽等[3]。褐煤干燥过程消耗的能量主要用于水分的气化（水分气化的潜热吸热量），褐煤干燥过程产生大量的干燥乏气，乏气中所含水分达到20%～90%，设法回收干燥乏气中的汽化潜热，有望进一步提高褐煤综合能量利用效率。为此，本文基于Aspen plus建立了褐煤烟气预干燥发电系统仿真模型，定量研究乏气回收对系统节能节水效益的影响规律。

1 褐煤干燥乏气回收系统

褐煤烟气预干燥发电系统，是在常规燃褐煤发电机组基础上增加了烟气干燥机，如图1所示。该系统利用炉烟对褐煤进行预干燥，提高褐煤热值，同时降低锅炉排烟温度，从而大幅度提高褐煤发电效率。在乏气回收系统中，通过加入乏气加热器，用乏气热量加热汽轮机凝结水，干燥乏气和凝结水在间壁式换热器中进行对流换热，乏气冷却并且所含水蒸气部分凝结，从而回收部分乏气热能。

图1 褐煤烟气预干燥发电系统原理图

2 系统计算模型

本文采用Aspen Plus流程模拟软件，建立烟气预干燥锅炉系统模型，该模型由干燥系统、锅炉本体构成，利用RSTOIC、FLASH2等模块组成褐煤干燥热力计算模块，预干燥煤进入由RYIELD、RGIBBS、SSPLIT等模块构成的燃烧计算模块，此模块按照指定空气过量系数、燃料的燃烧热（干燥基发热量），计算出燃烧产物以及燃烧产物的温度，然后按照烟气、给水流动采用HEATER模块建立各主要换热面模型。对于间壁式乏气回收换热器，乏气在释放热量的过程中依次经过显热放热和以潜热放热为主的两个换热阶段，因此，该换热过程存在节点温差，且以对流方式进行的显热换热（干烟气），和以凝结方式为主的潜热换热两个阶段（饱和烟气）构成。

显热段换热系数取45w/（m2·K），潜热为主的换热段换热关联式采用下式：

式中：Wv,b为乏气中水蒸气的含量，Re取6000，Pr取0.696。

3 系统节能节水特性研究

3.1 实例机组与基准工况

本文实例机组为600MW燃褐煤超超临界发电机组，锅炉计算基准工况为THA工况，燃用煤种为伊敏褐煤，伊敏煤质如表1所示。系统主要参数为：进入乏气回收系统的干燥乏气温度tf为105℃，凝结水温度tw为31.5℃。在褐煤烟气预干燥发电系统中，部分炉烟用于褐煤预干燥，使进入空预器烟气量下降；同时，烟气中水分含量下降，酸露点降低。因此，褐煤烟气预干燥发电系统锅炉排烟温度下降至103℃。

表1 伊敏褐煤煤质参数

3.2 系统节能给水特性计算

采用以上仿真模型，计算得到THA工况下，系统热力参数如表2所示。

表2 THA工况下系统热力参数对比

计算结果显示，利用间壁式换热模型，乏气水回收率为26.43%。本文所进行的乏气热能回收经济性计算，需要对汽轮机回热系统与乏气热能回收器进行耦合分析，汽轮机回热系统主要用于加热凝结水，本系统中乏气中的热量可将凝结水从45.8℃加热至64.7℃，相当于外部纯热量进入系统，排挤了汽轮机第一级抽气和部分第二级抽气，使新蒸气等效热降增加，提高了机组循环效率，计算结果显示，系统循环效率提高0.65%，节约标准煤量1.86g/kW·h。

4 结语

本文针对褐煤干燥乏气热能回收的问题，以某600MW机组为例，采用Aspen Plus模拟软件建立了该系统的流程计算模型，对乏气热能与水回收对系统热经济性的影响进行计算。定量计算表明：在THA基准工况下，通过乏气热能回收用于加热凝结水，机组循环效率提高0.65%，节约标准煤量1.86g/kW·h，凝结水回收率为26.43%。

[1]车德福,庄正宁,李军,等.锅炉[Z].2008.

[2]严俊杰,刘明,种道彤,等.预干燥燃褐煤发电系统理论研究[J].西安交通大学学报,2011,45(5):1-5.

[3]Mujumdar A S.Handbook of industrial drying[M].CRC Press,2014.

苗国耀(1981—)，男，陕西西安人，本科学历，工程师，主要从事发电厂及城市热力的设计及研究工作。

戚琳(1983—)，女，陕西西安人，本科毕业，工程师，主要从事新能源综合利用及城市热力的设计及研究工作。