烟气余热驱动的吸收式热泵对生物质直燃发电系统的影响研究

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生物质发电是消纳生物质的主要途径之一。近年来,生物质发电的供能模式已逐步由纯发电转变为热电联产。在生物质热电联产系统中,排烟热损失是生物质锅炉的最大热损失,回收利用排烟余热是提高能源利用率的重要手段。热电厂已广泛利用低压蒸汽驱动的吸收式热泵来扩大供热能力,直接利用烟气余热驱动吸收式热泵辅助供暖的实例较少,且利用的通常为200℃以上的中高温烟气。对于仍具有很大余热回收潜力的低温烟气,现有的技术难以实现高效回收利用。本文提出一种烟气余热驱动的吸收式热泵系统,该系统可梯级回收145℃以下低温烟气余热,制备70℃供暖热水。利用Aspen Plus软件模拟了生物质直燃锅炉和烟气余热驱动的吸收式热泵系统,并基于模拟数据进行了?分析,研究了加入烟气余热驱动的吸收式热泵辅助供暖对生物质直燃热电联产系统性能的影响,分析了烟气余热驱动的吸收式热泵系统的节能环保效益及其经济性,并基于冬季供暖和夏季制冷需求提出了可更加全面深入地回收烟气余热的优化方案。主要研究内容和结论如下:(1)对于生物质直燃锅炉,其?效率为41.69%,?损失主要是由燃烧过程和传热过程的不可逆性导致的。对于烟气余热驱动的吸收式热泵系统,其?效率为32.56%,排烟?损失在系统各项?损失中占比最大,该系统最终排放的烟气仍有进一步回收利用的潜力。吸收式热泵制热系数达1.775,吸收式热泵中?损失最大的部件是吸收器,其次为发生器。(2)相比于传统的未回收排烟余热的生物质直燃热电联产系统,加入烟气余热驱动的吸收式热泵系统辅助供暖后,生物质直燃热电联产系统的节能率、综合能源利用率和烟气余热回收利用率分别提升了4.76%、6.66%和10.99%,每个采暖季供热量可折合标煤2075.80 t,相应地可减排CO2、SO2、NOX、粉尘和灰渣分别为5438.58 t、17.64 t、15.36 t、31.14 t和539.71 t,烟气余热驱动的吸收式热泵系统的动态投资回收期是5.93年。烟气余热驱动的吸收式热泵系统辅助供暖具有可观的节能环保效益和经济性,加入该系统后,生物质直燃热电联产系统的各项性能指标有显著提升。(3)烟气余热驱动的吸收式热泵系统的优化方案考虑了冬季供暖和夏季制冷两种工况。优化后的烟气余热深度回收系统在冬季增加了低温供暖,系统?效率相较于优化前提升了16.83%。加入优化后的系统,生物质直燃热电联产系统的节能率、综合能源利用率和烟气余热回收利用率分别提升了8.64%、12.73%和21.01%,每个采暖季的供热量可折合标煤3969.61 t,相应地可减排CO2、SO2、NOX、粉尘和灰渣分别为10400.39 t、33.74 t、29.38 t、59.54 t和1032.10 t。夏季制冷工况下,烟气余热驱动的吸收式热泵制冷循环的制冷系数为0.767,可作为区域供冷的冷源。优化后的烟气余热回收系统可在冬季更高效地回收排烟余热,满足更多用户的不同用热需求,更显著地提升生物质直燃热电联产系统的各项性能指标。在夏季转换为供冷模式不仅提高了热泵的全年利用率,还缓解了夏季用电紧张形势。
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