水泥廠協(xié)同燃煤電廠的余熱回收新設(shè)計(jì)
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在工業(yè)過(guò)程中，大部分輸入能量作為廢熱損失，進(jìn)行廢熱回收具有重要意義。水泥生產(chǎn)是能源密集型工業(yè)過(guò)程之一，回轉(zhuǎn)水泥窯產(chǎn)生的廢氣整體熱損失占總能量輸入的30%以上。近年來(lái)，針對(duì)水泥廠的余熱回收開發(fā)、評(píng)估和優(yōu)化已經(jīng)提出了幾種解決方案。然而，很少有研究提出將水泥廠的余熱回收系統(tǒng)（WHRS）與其他高效熱力系統(tǒng)（尤其是燃煤電廠）相結(jié)合探究其益處。
華北電力大學(xué)Gang Xu教授團(tuán)隊(duì)將干法水泥廠的WHRS與超臨界燃煤電廠相結(jié)合，開發(fā)出一種與燃煤電廠高度集成的新型WHRS，將水泥廠的廢熱用于燃煤電廠蒸汽循環(huán)，顯著提高了發(fā)電效率和凈熱效率。
該設(shè)計(jì)回收水泥廠旋風(fēng)預(yù)熱器廢氣和熟料冷卻器排放空氣中的熱能，用于部分加熱燃煤電廠的給水，可以節(jié)省一些用于給水加熱的抽汽，該部分抽汽可以繼續(xù)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電（被視為WHRS的功率輸出）。因此，從水泥窯尾氣中捕獲的熱能被送入燃煤電廠的蒸汽循環(huán)，獲得了更多的凈功率，具有更高的余熱利用效率。此外，集成后不需要傳統(tǒng)水泥廠的WHRS組件，從而降低了WHRS的資本和運(yùn)營(yíng)成本。另外，一旦水泥窯的負(fù)荷變低，WHRS產(chǎn)生的凈功率減少，而燃煤電廠效率可以繼續(xù)保持相對(duì)較高。即使在水泥廠停產(chǎn)的情況下，燃煤電廠也可以無(wú)需WHRS繼續(xù)工作。研究人員基于5000噸/天的水泥廠和350 MW燃煤電廠進(jìn)行了能源分析、?分析和經(jīng)濟(jì)分析，比較了新型WHRS與傳統(tǒng)WHRS的性能。結(jié)果表明，新型WHRS的發(fā)電效率和凈熱效率分別提高了18.11%和8.11%，燃煤電廠汽輪機(jī)的功輸出增加了16.31 MW，總發(fā)電量增加了7.15 MW。當(dāng)假設(shè)燃煤電廠的總?損失為常數(shù)時(shí)，新型WHRS的總?損失減少了6.75 MW。因此，凈總?輸出（電）增加了6.75 MW，新型WHRS的發(fā)電?效率和系統(tǒng)?效率分別顯著提高了38.91%和28.90%。當(dāng)采用一體化設(shè)計(jì)時(shí)，新型WHRS的總資金成本減少813.1萬(wàn)美元，年收入增加411.8萬(wàn)美元。新型WHRS的動(dòng)態(tài)投資回收期減少了2.03年，凈現(xiàn)值增加了 4171.5萬(wàn)美元。結(jié)果表明，從熱力學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度來(lái)看，這種新穎的設(shè)計(jì)都是有利的。
該項(xiàng)研究創(chuàng)新地將水泥廠的WHRS與燃煤電廠高度集成，探討了性能提升的根本原因，并評(píng)估了技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，為增強(qiáng)燃煤發(fā)電和水泥廠的能量協(xié)同利用提供了新的解決方案和理論及技術(shù)指導(dǎo)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《Energy》。
文獻(xiàn)來(lái)源：Heng Chen, Yihan Wang, Liuming An, et al. Performance evaluation ofa novel design for the waste heat recovery of a cement plant incorporating acoal-fired power plant. Energy, 2022,DOI: 10.1016/j.energy.2022.123420.
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