许澎
中石化南京工程公司，江苏 南京 211100
摘要：本文主要分析蒸汽过热炉的优化设计，在此基础上的，对火用效率蒸汽参数的影响进行了阐述，最后，通过过热蒸汽在低温下饱和蒸气后发电的战略探讨，希望能给参与低温余热回收利用研究的人提供一些参考。
关键字：低压饱和蒸汽；余热发电；饱和蒸汽发电；蒸汽过热炉
前言
在余热和循环利用过程中，一些企业对生产过程有一定的限制，仅通过废热锅炉等设备会导致产生低压饱和蒸汽，该蒸汽易受多种因素的影响，无法被避免，需要被被有效地利用。低温余热发电技术是低温余热利用的重要发展趋势。本文主要研究和讨论如何有效地提高机组效率。
1蒸汽过热炉的优化设计及分析
天然气是蒸汽过热器的燃料，在燃烧过程中燃料浪费主要是因为在化学转化为物理的过程中所造成的损失，还包括烟气的损失以及散热损失和传热损失。结合烟气的燃烧温度和环境温度，燃烧过程燃料受燃料温度的影响，热损失随着燃烧温度升高而降低。
通过计算分析，燃烧温度每提高50℃，燃烧产生的火用效率提高0.67%，理论燃烧温度下燃烧火用损失仅为21%。当燃烧温度降低到1000℃时，燃烧火用损失高达33.5%，所以燃烧温度越高越有利。传热损失主要受冷热流体传热和平均温度的影响。在蒸汽过热炉的设计过程中，如果传热量基本不变，传热损失的影响因素是冷热流体的平均温度，即传热损失系数的影响。传热损失系数Z随平均蒸汽温度的降低而增大。进高温过热器蒸汽温度每增加20℃，平均热损失系数Z增加0.615×10-4；低温过热器蒸汽温度每增加20℃，平均热损失系数增加1.552×10-4。因此，低温过热器内蒸汽的平均温差对传热损失系数影响很大。然而，传热损失也受到传热的影响，由于辐射冷却室内烟气温度较高，蒸汽吸收的热量最多。过热器的热量分布来看，辐射冷却室的吸热能力占总热量的63.17%，是高温过热器的3.36倍。但高温过热器的吸收能力与中温过热器的吸收能力相差不大。当环境温度相同，蒸汽传热温差相同时，辐射冷却室的热损失是高温过热器的3.1倍，是低温过热器的1.3倍，低温过热器传热损失是高温传热器的2.4倍。由以上分析可知，传热损失主要发生在辐射冷却室和低温过热器中。辐射冷却室的大量热损失主要是由大量的热吸收引起的，占过热器总传热量的60%以上。因此，在蒸汽过热炉优化设计中，应适当降低辐射冷却室的吸热量。主要方法是在冷却室入口设置保温层，既能保护入口金属管壁不过热，又能降低辐射冷却室的吸热。在低温过热器中，主要的方法是降低传热烟气的损失系数。主要方法是减小传热温差，提高入口蒸汽温度。但是，进口温度的升高会影响过热器的效率，因此，应结合实际情况考虑这种方法。蒸汽过热器的热损失主要是由于锅炉表面温度高于环境温度，其热量主要通过对流和辐射传递到周围环境中。随着排气温度的升高，排气损失增大。当废气温度高于300℃时，废气损失占30%以上，当废气温度220℃时，废气损失约占14%。排气温度每增加10℃，排气损失将增加2%。因此，在蒸汽过热器设计中，如果不考虑凝汽器的增加，低温过热器的入口蒸汽温度不能过高。随着进气温度的升高，排气损失将急剧增加。
2在预热器下游装设换热器的方式
该方式是在锅炉预热器后直接加装换热器，利用低温给水或冷空气回收烟气中的热量，降低排烟温度。
由于此处烟气温度已经较低，为了保持一定的换热温差，被加热的工质通常为除氧器前的低温给水、冷风或其它工业用水等。有些电厂利用该系统将排烟温度降低到100℃以下，直接进入到脱硫塔。
3主蒸汽参数对火用效率的影响
蒸汽过热器的火用效率随主蒸汽温度的升高而提高（其它参数不变）。当主蒸汽温度升高10℃时，蒸汽过热炉的火用效率提高约0.2%。这是因为主蒸汽温度的升高将增加从烟气传到蒸汽的热量，从而降低所排烟气温度，减少烟气低温热损失，从而提高蒸汽过热器的火用效率。
蒸汽压力对火用效率的影响：火用效率随主蒸汽压力的增大而增大。当蒸汽压力每增加0.5MPa时，火用效率提高约1%，在发电厂和火电厂追求发电效率的过程中，提高主蒸汽压力经常是一种重要手段。对于利用余热发电的企业来说，这种手段并没有太大作用。但是在另一方面可以提高蒸汽压力对汽轮机有保护作用，对于汽轮机来说在选择主蒸汽参数时应选择较高的参数。
4效益分析
4.1经济效益分析
改造后，主附加设备是蒸汽过热器，蒸汽涡轮发电机组和一些辅助设备。据初步投资分析，蒸汽过热投资200万元，水轮发电机组及其辅助设备投资300万元，经过总投资改造为7.5亿元。改造后的过热蒸汽参数压力为3.5MPa，温度为450℃，流量为25t/h。按年运行7000小时计算，年累计发电量为2.15×107kW·h。按照0.6元（千瓦·h）的电价，经济效益12.9亿元，天然气价格为2.8元/Nm3，生产和运营成本为9.8万元。也就是说，蒸汽过热炉发电的纯利润为310万元，可以在2.5年内收回成本。
4.2社会和环境效益分析
在项目实施之前产生的低压蒸汽只能用于服务蒸汽和外部供应。外部供应严格是季节性的。仅在三个月内就可以有效利用蒸汽，而在剩下的季节只能自愿排空。据初步统计，该企业每年轻汽亏损超过350万元。发电改造后，企业仅需外部用电量的15-20％，每年可节省标准煤1620吨，二氧化碳和二氧化硫排放分别约4040t和35.6t。
结束语
从上方可以看出，蒸汽过热炉是有效地利用过热后的低压饱和蒸汽发电的重要途径。它可以有效地改善发电参数，从而有效地回收低温余热，提高设备的使用效率，具有重要的意义。
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