餘熱鍋爐節點溫差

餘熱鍋爐節點溫差別名節點溫差，是換熱過程中蒸發器出口煙氣與被加熱的飽和水汽之間的最小溫差。

基本介紹

• 中文名：餘熱鍋爐節點溫差
• 外文名：Node temperature waste heat boiler
• 別名：節點溫差
• 所屬領域：電力術語

節點溫差簡介

節點溫差也叫窄點溫差，當節點溫差減小時，餘熱鍋爐的排氣溫度會下降，煙氣餘熱回收量會增大，蒸汽產量和汽輪機輸出功都隨之增加，即對應著高的餘熱鍋爐熱效率，但平均傳熱溫差也隨之減小，這必將增大餘熱鍋爐的換熱面積。顯然，是不允許等於零的，否則，餘熱鍋爐的換熱面積將為無窮大，這是不現實的。此外，隨著餘熱鍋爐換熱面積的增大，燃氣側的流阻損失也將增大，有可能使燃氣輪機的功率有所減小，導致聯合循環的熱效率有下降的趨勢。

餘熱鍋爐節點溫差及其對聯合循環性能的影響

前言

餘熱鍋爐是聯合循環動力裝置及各種工業餘能利用裝置中的一個常用關鍵設備。由於受熱工質有相變,汽化潛 熱占受熱的一大 部分,所以在餘熱鍋爐流程當中會有節點(Pinch Point)存在,在此兩側工質之間傳熱溫差值最小,成為設計餘熱鍋爐的關鍵因素。為較 清楚 了解 此 一 現 象,探討加大此 溫差 的可 能及其對聯合循環蒸汽側參數的影響,以最一般的理想熱力流程為對象,對此進行一些熱力學方面的討論。

節點存在的可能性

餘熱鍋爐的傳熱流程可示如圖1。圖 中 、 、 和 分別為熱氣和受熱工質的進、出 口 溫度, 為受 熱工質相變溫度, 即 為 節 點溫 差 ; 又 與 各為熱氣與受熱工質的流量,L為受熱工質的汽化潛熱,Q為傳熱量。由於在所研究範圍內氣、液、汽 各相 工 質本 身 的比熱 、 和一般 變 化不 大 且假設沒有分流,故 在 初步 分 析 中圖上 的過 程線 均可近 似視 為直 線,於是 為 論證 在 蒸 發段 有節 點 存 在 相 當 於 要 證 明下列 兩式 成 立:

式子

討論過程

討論過程

綜上 所 述,對於通常 的 ( 尤 其 是 聯 合 循環中產 生 水 蒸汽 的 ) 餘熱 鍋 爐,一般 是 存 在 有 節點的。但是 當熱側 工 質 溫降太 大 或 太 小,受 熱工 質 選 用 參 數 使得 汽化 潛 熱相 對很 小,蒸 汽過熱 度 很 大或 餘熱鍋 爐 只 完成蒸 發任 務 時,則未必會存在節點。

餘熱鍋爐給定設計參數對節點溫差的影響

在有 節點的 情 況下,如何能夠在保證整個裝置的經濟性不怎下降的前提下加大此一最小傳熱溫差,就是一個重 要的問題。下面擬分析討論一下設 計參數對節點溫差的影響以及增大此一 溫差 ( 即 相 當於 保 持 此溫 差 而降 低 熱 工 質排氣溫度 孔 ) 的可能性。還是參看圖1,可 知節點最 小傳 熱 溫 差 為:

過程，公式和圖

過程、公式和圖

上述分析根 據 （5）式推定的。它 反映 餘熱 鍋爐 中沒 有分流 和 再 循 環 且 無補 燃加 熱的 情 況。如設 計條件不囿於此限 制,則還可 用 別 的 辦 法來增大 。例如 由 ( 9 ) 式可 見,增大 就成。但 在 其 它 參 數保 持 不 變 下,這 樣即 不能 保 持 熱 平 衡。為 滿足平衡 關 系,可另外再加入熱量(如補燃餘熱鍋爐),或把部分受熱工質提前抽出(如這樣抽出的工質可有用處,如供暖等)。當然,這樣有 時又會使傳熱最小溫差挪到餘熱鍋爐的兩端,也須 注意。

按節點溫差決定聯合循環蒸汽側初參數

根 據上 面 的分 析 與 節 點 溫差 的 限制,看來 還 可以設 想 一 種 初 步選 擇余 熱 鍋 爐型 聯 合循環 蒸汽側初參數 的 辦 法:如 燃 氣側 參數 已 定,其 透 平 排 氣 溫 度 已 知,又 按余 熱 鍋 爐的設 計可 能 與 條件 ( 如考慮 排氣 阻 力、腐 蝕 性、經 濟 性、換熱結構 的 可 能 等 ) 選 定 ,按 廠址 具 體 條件 選定 及蒸汽透平排壓力 然 後選 擇若 乾 個 與 則根 據（10）式與 （5）式可 定 出 ,(相當於蒸汽初壓 )和 與 和 的一 一對 應關 系。最後對一定 的 再 由 、 和 得出蒸汽透平的理想焓降 。而得出 最大的那 個 ( )及其對應的 就 會 是蒸 汽 側大致 應選的初參 數 (除此之外,當然還要考慮一些必要的約束條件如蒸汽排汽濕度的限制、國 家 標 準 要求 等等 )。

圖3

圖3 是一 個算 例。它的定性情況對常用參數是有代 表性 的。圖中每條曲線的左、右 側限制 線 分別反 映

- 不應 小於 及 蒸汽 離開余 熱鍋爐 後 在透平 中 等 嫡 膨 脹終 點乾 度 不應小 於0.8( 實際 乾度還更大 些 ) 這 兩個約束。由 圖可見,在所選參數 及 約 束條 件下,的 可能變化 範圍不大,而且變化 所致的 變化也很 小 ( 定 性上這 是由於 提 高 蒸 汽 初 參數 的好 處 被工 質 可能 受 熱 數 量 的減小所抵銷 了 ),基本上 可不 予考慮。還不如 考 慮 其 它 因 素 的 作 用,例如增 大 透平排 汽 乾 度 以提 高 其 內效 率或 安 全性( 選較 小的 ),或選 用 已 標準 化的蒸 汽 系列 參 數以使 制 造、運 行 簡單 化,或提 高 餘熱 鍋 爐 出 口 處傳熱 溫 差 以 改善該 處 傳熱 ( 選 較大 的 等)。所以看來在按傳熱與經濟等條件選定 後,再 考慮上述 幾 種 約束,即 可 基本定下蒸汽側所能添加 的功率以及初參數 與。亦即是唯 一 的主 要 自 變 選 取參數。換句話說,當聯 合循 環的燃氣 側 參數 及餘熱 鍋 爐 的 節 點 溫差已定 下,蒸 汽側 的初 參數與性能就基本確定了。這 是一個頗 有 意 思 的論 點,值 得 進一 步論證 與 檢 驗。

另 外,建 立象圖2、3 這樣 的曲線 網 圖,在具體方案分析比較時也是有參考價值的。