余热回收发电系统英文文献翻译终极版.doc

英文文献翻译：余热回收发电系统的热力学第二定律分析摘要：本文基于热力学第二定律对各种不同的运行条件下余热回收利用于发电系统进行了科学研究对不同的运行条件下，余锅炉的温度、输出功、第二定律下的效率以及熵增进行了模拟分析结果中考虑了具有不同排烟成分和排烟温度的烟气比热对于节点温差对余热锅炉性能、熵增率和第二定律效率的影响也进行了研究随着节点温差的增大，余热锅炉和动力回收装置的热力学第二定律的效率有所下降发电系统的第一第二定律效率随着排烟成分和氧气含量的不同而不同将排烟近似为空气处理，从第一和第二定律的观点来看，空气的标准分析会导致发电系统性能估计过高或者过低采用实际的气体组成成分和比热可以准确的预测第二定律下的性能本文的结果为基于热力学第一第二定律下，气体成分、比热和节点温差对余热锅炉的性能影响提供了更多的信息关键词：余热锅炉；余热回收利用；第二定律效率；节点温差；气体成分；性能1. 简介近年来，随着能源价格的上涨和全球的能源告急，发展先进的能源系统以提高效率和降低排放成为一个迫切的需要能源在一个国家的发展和繁荣过程中扮演着十分重要的角色这些年，余热回收利用，可更新的能源，热电联产和联合循环发电系统得到了人们越来越多的注意。

一些工业过程回收余热来发电或者通过余热锅炉来利用余热具有很大的可行性同时，余热锅炉也应用于电站燃气轮机和蒸汽轮机装置来回收燃气轮机排气的余热来产生蒸汽从经济的角度来说，余热锅炉的性能在这些先进的能源系统的运行中是十分重要的，因为蒸汽发生装置的每一个附加的部件都代表着额外的发电量或者实际可以应用的余热有已出版的文献资料基于热力学第一定律对节点温差对余热回收用于发电或者热电联产系统的影响做了分析热力学第一定律的分析没有解释系统中能量的不可逆和能量品质降低的原因第二定律的分析通过分析能量的品质为测量和优化一个热力系统性能提供了有效的手段相比传统的能量分析方法，热力学第二定律分析热力系统的方法在工业和学术领域已被广泛接受，它已发展成为一套测量评估系统性能的标准第一定律分析揭示了能量是如何被有效地转化的，而火用分析却体现了能量的质量不像能量，火用受一些不可逆（熵增）的因素影响，例如摩擦，热损失或者化学上的不可逆由于这个原因，热力学第二定律分析方法提供了一个真实的评估余热锅炉和余热发电系统性能的手段Valdes等人考虑了能源成本和年资金流转后，提出了一个在联合循环装置中用于选择设计余热锅炉系统的热经济模型。

Ong’iro等人做了一个商业的联合循环装置中余热锅炉的数值模拟，说明了在满负荷和部分负荷运行条件下设计和操作的限制，而Valdes和Rapun用影响系数来优化余热锅炉的设计Karthikeyan 等人研究了补燃对热电联产装置中余热锅炉性能的影响Cenusa 等人基于余热锅炉性能和换热面积成本对余热锅炉进行了分析Nag和De对余热锅炉产生饱和蒸汽做了热力学第二定律分析，而Reddy 等人则对余热锅炉产生的过热蒸汽做了热力学第二定律的分析Karthikeyan 等人做了一些关于热电联产系统中余热回收利用的蒸汽发生和输出量的初步工作已出版的文献资料中，关于余热锅炉和废热回收发电系统中，废气成分以及不同成分和进口温度的废气比热，节点温差和其他运行参数对熵增率和第二定律的效率的影响的研究不是很多本文通过热力学第二定律研究了不同的运行条件如废气成分，比热，节点温差和废气进口温度下余热锅炉和废热回收发电系统的性能研究结果将提供不同运行条件的原始信息并对余热锅炉和废热回收发电系统的设计起到积极的指导意义术语符号Cp 比热(kJ/kg.K) η 第一定律效率· 能量转化率(kW) ηt 透平等熵效率h 比焓(kJ/kg) ηp 泵等熵效率h1 热量损失参数 第二定律效率HRSG 余热锅炉 · 质量流率(kg/s) 下标M 摩尔质量(kg/mol) econ 省煤器Ns 熵增量 evap 蒸发器P 压力(bar) f 流体PP 节点温差(K) g 燃气 热量转化率(kW) o 环境R 气体常数(kJ/kmol.K) p 泵 熵增率(kW/kg.K) s 蒸汽s 比熵(kJ/kg.K) sat 饱和T 温度(K) super 过热器· 输出功率(MW) system 余热发电系统x 蒸汽或水质量 t 透平y 燃气质量分数 w 水符号ΔP/P 压力损失(%)· 火用转化率(MW) 2. 问题的明确表述本文研究的余热锅炉系统包括了省煤器，蒸发器和过热器。

余热锅炉中产生的蒸汽进入蒸汽轮机膨胀做功用于发电图1表示了余热回收发电系统及其相关细节图2表示了余热锅炉中废气和水蒸汽的温度曲线高温废气以Tg1的温度进入过热器，依次流过蒸发器和省煤器，温度降为Tg4，然后排入大气给水以Tw1的温度进入省煤器，被加热到Tw2再进入蒸发器水在蒸发器中(饱和温度Ts)蒸发形成饱和蒸汽后进入过热器，在过热器中由Ts1被加热到过热状态Ts2，然后过热蒸汽进入蒸汽透平在分析系统之前，做如下假设：● 系统处于稳定状态● 蒸汽侧无压力损失● 烟气侧的压力下降不影响温度● 忽略接近点温差图1 余热回收发电系统示意图图2 单压余热锅炉温度曲线2.1.热力学分析通过图2的温度曲线和节点温差，进入余热锅炉省煤器的烟气温度可写成下式： (1)其中，Tsat是给定压力下的饱和温度，PP是节点温差余热锅炉中的蒸汽发生率取决于过热器和蒸发器的控制量，通过能量平衡关系，可写成： （2）其中 是废气质量流率，Cp是废气比热，h1是余热锅炉的热损失百分率(2-3%)，hs2和hw2分别是过热器出口的蒸汽焓值和蒸发器进口的水焓值。

离开过热器的燃气温度取决于过热器的控制体和能量平衡为了求解Tg2，假设，Tg2的比热确定后，再用(3)式重新计算Tg2重新计算的Tg2用于后续的分析和计算过程中 (3)省煤器出口处的燃气温度Tg4同Tg2的决定方式相似：省煤器的控制体和能量平衡 (4)2.2. 理想气体混合物的热力学特性 将排气看作是空气作为一种情况，看成是实际的气体组成成分作为另外一种情况空气的比热通过标准的热力学图表计算获得实际排气的比热取决于Moran和Shapiro的关系： （5）T的单位是K，方程适用于300-1000 K其中R是普适气体常数，M是气体摩尔质量，α，γ，δ和ε是各种不同理想气体的气体常数混合气体的比热由每一种气体组成成分的比热和他们的质量分数来表述的： （6）理想混合气体熵的变化量表示为： （7）2.3. 输出功发电系统的输出功为： （8）第一定律效率余热发电系统的第一定律效率定义为输出功与进入系统的余热之比。

这个参数提供了一个能量如何有效地转化为净输出功的度量余热发电系统的第一定律效率表述为： (9)2.4. 余热锅炉的熵增量熵增量是一个无量纲参数用来描述整个系统的熵增率，被定义为： （10）其中是余热锅炉系统中废气的平均比热余热锅炉中，废气和汽水的熵增率为： （11a） （11b）其中，废气和汽水的熵是在同样的状态下测定因为外部热损失也包含在模型中，所以由于向环境散失热量引起的熵增也就考虑在内了余热锅炉中由于热损失引起的熵增率表述为： （12）余热锅炉的熵增量表述为： （13）2.5. 热力学第二定律效率热力学第一定律效率是能量在废气和汽水之间转化量的表征，而热力学第二定律效率则表述了能量如何有效的转化或能量转化的质量。

热力学第二定律分析方法使得比较一个系统中许多不同的相互作用成为了可能，确定了主要的火用损失的来源余热锅炉余热锅炉中转化到汽水的热量可以写成： （14） 废气和汽水的火用的改变量为： （15） （16）以温度Tb为温度界限，热转化过程中火用的改变定义为： （17）余热锅炉中由热损失引起的火用的减少为： （18）余热锅炉的第二定律效率是通过废气（冷却）的火用变化量比上汽水（加热）的火用变化量来计算的： （19）余热发电系统以环境作为参考，进入余热锅炉的排气火用定义为： （20）其中，是环境或周围温度，s(T)是比熵。

余热发电系统的第二定律效率定义为输出功与废气火用的比率： 。