初探玻璃窑余热发电系统的仿真建模

【摘要】本文主要研究玻璃窑余热发电系统是通过玻璃窑在生产过程中所排出的烟气余热作为热源产生电能，再将电能应用于玻璃窑生产，这种循环利用的方式。同时也研究了玻璃窑具体的工作特点以及烟气余热具有哪些特性，通过玻璃窑余热发电系统的主要设备进行仿真建模。

【关键词】玻璃窑；余热发电；建模

1、玻璃窑余热发电系统介绍

近几年出现的余热发电技术是一种特殊的发电方式，它利用热力设备回收工业生产过程中排放出的废气余热热能，并通过汽轮发电机将其转换成可以使用的电能。玻璃窑余热发电系统从本质上来说和传统的火力发电系统基本相同。它们都是通过热能转化为电能但是它们不同之处就是产生的热源，以往我们传统的火力发电系统所应用的热源来自于煤炭燃烧而产生的热能，而玻璃窑余热发电系统所应用的热源来自于玻璃窑自身在生产过程中所排出来的废弃余热，这种发电系统不仅能够循环利用而且也能减少环境的污染。玻璃窑余热发电产生的原理为利用余热锅炉来回收玻璃窑内生产过程中所排出的烟气余热，将锅炉内给水进行加热，经过加热产生大量蒸汽，蒸汽通过管道送入汽轮机，蒸汽带动汽轮机做功，热能转换成机械能，机械能带动电机产生电能，从而形成电能。这个工作的顺序就是热能转化成机械能再转换成电能。蒸汽在汽轮机中做功后排出，进入凝汽器中进行降温冷凝，使用给水泵将冷却后的形成的冷凝水和补给水泵回锅炉中，形成一个完整的热力循环过程。

2、水和水蒸汽性质计算模型

水和水蒸气是常规的工业工质，在很久一段时间内，工业动力系统中广泛的应用这种工质。温度、比容、内能、压力、嫡、焓这六种标识物质状态的参数在工程热力学中常常会遇到。在电厂热力循环过程中，水作为发电工质，需要经过状态转换来完成热能到电能的转换，水要完成定压加热、等嫡膨胀、定压放热、定温压缩四个转换，在转换的过程中水的状态参数在不断的发生改变。IAPWS-IF97公式是计算水和水蒸汽在热力循环过程中状态参数的国际通用公式，即通过输入水和水蒸气参数，就能快速计算出水和水蒸气的状态值，电厂的仿真系统需要使用大量计算其状态值来模拟热力设备，因此在仿真建模的过程中为了方便主程序的调用，需要开发出专用的动态链接库[1]。

3、烟气烩值计算模型

玻璃窑内的烟气余热热能的多少取决于烟气中的焓值以及烟气流量的多少。烟气焓值可以通过烟气温度、烟气组份、漏风系数这三个参数计算出来，烟气焓值的使用次数比较多，是下一步进行烟气侧放热计算的基础，烟气的主要有CO2、SO2、CO、N2、O2、H2O等气体组成。

烟气焓值的计算与各气体组份的比热和含量有关。其基本的计算模型如下：

根据上面已经建立的烟气焓值的基本计算模型，按照要求可以推出以下两种算法：

1）通过已知漏风系数、烟气组份和温度这三个参数计算烟气焓值。

2）通过已知漏风系数、烟气组份和烟气焓值这三个参数来计算烟气温度。

4、烟气放热模型

玻璃窑余热锅炉的入口烟气通常在400～550℃之间，烟气温度比较高，这是因为烟气来自于玻璃窑生产过程中排出的烟气余热，这些烟气与过热蒸汽的出口温度相比，其温差一般小于60℃。由于其温度低、温差小，比对流传热系数小到1/6。所以，建立烟气模型时可以认为烟气对金属管壁的放热是对流传热，可以忽略传热过程中其他因素的影响，其换热系数符合对流传热关系，即

7、汽轮机建模

汽轮机是一种大型的可以高速转动的精密设备，汽轮机起到将热能转化成机械能的作用。由于余热电站的规模较小，所以发电规模比较小，基本上所配的汽轮机都是单杠的，采用滑压启动的方式。本文主要研究汽轮机本体的热力特性。管道将过热蒸汽从过热器输送到汽轮机，汽机出口的动态特性决定了过热蒸汽的出口压力和流量的关系[3]，其关系表达式所示：

结束语

本文以玻璃窑余热发电系统作为研究对象，对其进行仿真建模。为以后优化发电系统提供了理论依据，为以后研究如何充分地吸收、利用烟气余热，如何保证玻璃窑余热发电的稳定和可靠打下了基础。

参考文献

[1]郁国强，单锋.余热发电系统改造[J].中国水泥，2010（2）

[2]于荣生等.火电厂锅炉汽水系统的模块化建模与仿真.华北电力技术，22—26

[3]刘成雄，张景胜.玻璃熔窑余热发电技术开发和设计应用[J].玻璃，2010

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