布雷顿循环

图10.4布雷顿循环的温度与熵。(在图中，面积代表能量。)

熵

图10.4布雷顿循环的温度与熵。(在图中，面积代表能量。)

运营成本可能相当昂贵。就设备本身和安装成本而言，主要设备，锅炉，蒸汽轮机以及最终的巨大冷凝器都非常昂贵。由于人力和化学品的原因，运营成本也很高，因为每生产一个能源单位都需要大量的人员和额外的材料。布雷顿循环热电联产系统，具有相同的功率容量的等效兰金，可能有较低的资本和维护成本。锅炉和蒸汽轮机将按订单建造，而燃气轮机通常是成套设备，尽管有合理的标准化，但最终的安排和安装很可能是针对每个地点的具体情况。

关于热和动力需求之间的灵活性，根据每个行业的设计和运行条件，无论是纯兰金循环还是纯布雷顿循环，在所有可能的情况下，都不可能以最大效率满足其能源要求。要考虑的一种选择是使用联合循环，利用布雷顿循环燃气轮机的高温排气热，将其送入热回收蒸汽发生器，以产生蒸汽用于锅炉郎肯循环(图10.5和10.6)。这种联合循环可以实现比单独循环更高的效率，允许在使用的燃料类型和热电比上有更大的灵活性。

图10.5联合循环原理图。

与购买电力和运行现场锅炉提供热量相比，热电联产可以被认为是最大的能源效率任何行业都有机会。通常情况下，热电联产的工厂比单独的热电供应少需要25%的一次能源。这种减少的燃料消耗是热电联产的主要经济和环境效益，因为工厂的能源需求可以更有效地实现，排放更少。使用残留产品的可能性和废料作为能源，可提高成本效益，同时减少废物处置或处理的需要。

热电联产当然不是一个低成本的节能选择，特别是考虑到资本成本，但它可以非常具有成本效益，特别是在基层项目或系统更换的情况下。由于热电联产的资本和运营成本、设计和运营复杂性，准确的规划是必要的。根据这种方法，任何对电力和热能有重大需求的中型到大型行业都应该考虑和研究热电联产。

小型电厂不能被排除在这一考虑之外，其他基于奥托和迪塞尔等内燃机的循环应该被考虑在内，特别是当电力需求远远高于热量需求时。这些循环在这里没有讨论，因为它们提供的功率输出有限，但一般概念适用于兰金循环和布雷顿循环。

联合循环

图10.6联合循环温度与熵。(在图中，面积代表能量。)

熵

图10.6联合循环温度与熵。(在图中，面积代表能量。)

10.3.2.1锅炉

一般的设备称为锅炉是由一个专门的辐射和/或对流管热交换器连接到一个鼓，积累水和蒸汽。蒸汽和水之间的分离发生在这个鼓内部，它有附件来提供从蒸汽中去除湿度。热源被放置在管式热交换器的内部，对于大多数设计来说，它是一个熔炉，在那里燃烧的热量被转移到水，直到它变成加热的水或蒸汽。

配置可能会根据能源、蒸汽压力和负荷、燃料可用性、水质、排放限制、可靠性等而有所不同。关于水的通道，它可以是一个燃烧的管式锅炉，水在鼓里，热源浸入其中，在管道内通过。在水管锅炉上，热源被包裹在水管中，以便将释放的热量直接输送到水中，从而获得最大效率。或者，能源可以是来自另一个过程的废热，如来自燃气轮机或过程加热器的烟道气，配置回收锅炉。

由于机械原因，燃烧管锅炉对最大允许压力和负荷有限制，一般用于蒸汽需求相对较小和蒸汽压力较低至中等的情况。出于经济原因，大多数燃烧管锅炉是“包装”型设备，以标准尺寸供应，并随时准备安装和连接。水管锅炉几乎没有负荷或压力限制，在蒸汽需求和压力要求较高时选用。通常，这些锅炉有一些基本的设计标准化，但容量、最大操作压力和水处理需求最终决定每个应用程序的最终项目定制。

通常，在一般的锅炉中，热源是一个熔炉，燃料在这里燃烧，空气由强制、诱导或平衡通风系统提供。类似于前一章提到的过程燃烧加热器，同样的能源效率警告适用。在这些注意事项中强调:

•通过保持适当的空气燃料比来减少烟道气损失，旨在尽量减少过量空气，但提供足够的空气以避免未燃烧的燃料。

确保平衡通风系统的密封性，避免空气渗透或泄漏。泄漏意味着热量直接损失到大气中，而渗透可能导致烟道气氧含量的误读，危及空气-燃料比的调整。

•通过维护和改善锅炉保温，减少对流和辐射损失。

•在省煤器和空气预热器中，通过吹灰和燃烧控制防止传热表面污垢，提高热回收。

在水方面，高效锅炉设计和运行的最佳实践主要与水处理质量有关。确保水质符合锅炉规范，减少水垢在水边，保持传热效率，并有助于保持表面排污在可接受的范围内。通过换热器和闪蒸回收表面排放的热量是一个很好的选择。闪光蒸汽将在本章后面解释。

只是重申前一章强调的问题，监测和跟踪质量与能量平衡围绕锅炉是基本的，不仅要识别损失。因为这些是单独的主要能量转换器工业锅炉效率测试能告诉我们很多关于整个综合体的能源效率的信息。锅炉中的任何低效率都会传递给现场的所有其他能源消费者，而工艺设备无法弥补这些损失。

继续阅读:辅助系统

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