燃煤电站作为煤炭和水资源的消耗大户,在实现电能生产目标的同时承担着节能减排的任务。经过湿法脱硫后的饱和湿烟气(约50-55℃)含有数量巨大的水蒸气和潜热,水蒸气和潜热来源于两部分:一部分是由煤中的水分蒸发和氢燃烧生成的水蒸气及其携带的汽化潜热,另一部分是烟气在湿法脱硫塔内从脱硫浆液吸收的水蒸气和由低品位烟气显热转换的潜热。烟气中生成的水蒸气携带的汽化潜热没有被回收利用,导致基于高位发热值的锅炉热效率大大降低,烟气从湿法脱硫塔内的脱硫浆液吸收的水蒸气约占湿法脱硫水耗的80%,成为湿法脱硫技术最大的耗水点,且饱和湿烟气中携带的少量脱硫剂和脱硫石膏等颗粒物会对环境造成不利影响。因此,基于湿法脱硫系统回收饱和湿烟气中的水蒸汽和潜热,并合理利用潜热,对于提高燃煤机组的热效率、降低湿法脱硫系统的水耗、消除“白色烟羽”等具有至关重要的现实意义。本文以燃煤电站湿法脱硫后的饱和湿烟气为研究对象,以回收及合理高效利用烟气中潜热为研究目标,对烟气中潜热回收过程及计入潜热的烟气回热循环系统展开详细的热力学理论分析,提出了以闪蒸闪凝-热泵为技术核心的烟气中潜热回收方法,并研究了烟气中潜热经热泵提质后分别应用于热力系统内部和热力系统外部的热利用途径。绘制了烟气湿温图(d-t图),解释了烟气绝热增湿过程和烟气降温冷凝过程在烟气d-t图上的烟气热力状态变化,明确了烟气中潜热和水蒸汽的组成,计算了烟气中潜热和水的回收潜力。基于以低位发热值和以高位发热值为基准的锅炉效率的不同,分析了计入潜热的烟气回热效益。选取4种典型煤种,详细分析了煤种(主要是原烟气含水率)对绝热饱和温度、露点温度、烟气中潜热回收潜力及计入潜热的烟气回热效益的影响,结果发现:原烟气含水率越高,烟气中潜热的回收潜力越大,且烟气中潜热回收对烟气回热效益的影响越大。高水分褐煤燃烧后的烟气具有最大的潜热和水回收潜力,对于300MW燃煤机组,当烟气温度由绝热饱和温度降低至30℃时,理论潜热回收量达77.09MW,理论冷凝水回收量达115.6t/h,其中,原烟气中潜热和由烟气显热转换的潜热分别为62.65MW和14.44MW。潜热回收后,基于高位发热值的锅炉热效率由83.9%升高至95.2%。相比于脱硫浆液,烟气冷凝水的提取量较小,考虑采用浆液闪蒸的方式制取低温浆液和分离干净冷凝水,为了使低能级潜热得以利用,结合热泵技术提出了以闪蒸闪凝-热泵为核心的烟气中潜热和水回收方法,包括单级闪蒸闪凝-热泵系统和两级闪蒸闪凝-热泵系统。搭建了单级浆液闪蒸闪凝的中试系统,实验研究了浆液闪蒸程度随过热度的变化情况并测试了冷凝水的水质成分,验证了通过浆液闪蒸闪凝制取低温浆液和回收干净冷凝水的可行性,为烟气中潜热回收提供了新方法。为了尽可能提高闪凝-热泵的整体热力性能,对两级闪凝-热泵的热输出侧与外界冷却水侧的连接方式进行研究,以单效吸收式闪凝-热泵为例建立了单级闪凝-热泵系统、两级串联闪凝-热泵系统和两级并联闪凝-热泵系统的热力性能计算模型,编制了热力性能计算程序并进行计算,由结果可得:当通过闪蒸制取35℃的低温浆液时,在相同的外界冷却水温度及相同的驱动热源下,两级串联闪凝-热泵系统的热力性能系数COP最高,可达1.65,其次为两级并联闪凝-热泵系统,最小的为单级闪凝-热泵系统,其COP分别为1.59和1.55。最后分析了两级串联闪蒸闪凝-热泵系统回收的烟气中潜热用于供热系统的经济效益,根据2.4小节中300MW机组的潜热回收量,高水分褐煤的年净收益最高为2065.9万元,低水分无烟煤的年净收益只有571.2万元,但静态投资回收期差别不大,回收期约39个月。除供热方式外,对于烟气中潜热的有效热利用途径,本文分别从热力系统内部和热力系统外部的潜热利用进行研究:基于现有锅炉烟气-空气换热系统仍存在进一步优化空间的考虑,在常规低温省煤器系统和优化低温省煤器系统的基础上,提出了烟气中潜热的热泵提质送风回热系统,实现了低能级潜热和锅炉尾部较高能级烟气余热的置换,较高能级烟气余热加热较高温度凝结水,排挤5#低加抽汽。以某1000MW燃煤机组为例对所提系统进行了详细的能分析、(?)分析和技术经济性分析:分别利用等效(?)降法计算、EBSILON软件模拟的方法进行能分析发现:相比参考机组,烟气中潜热的热泵提质送风回热系统可增加净输出功率11.39 MW,提高机组净效率0.59个百分点,节省标煤耗3.36 g/(kW·h),比优化的低温省煤器系统的机组净效率增加0.16个百分点,进一步降低标煤耗0.98g/(kW·h);利用图像(?)(EUD)分析法进行(?)分析发现:烟气中潜热的热泵提质送风回热系统的锅炉尾部换热(?)损失为25.29 MW,比优化低温省煤器系统的(?)损失低3.03MW,具有更完善的热力性能;利用净现值(NPV)分析法进行技术经济性分析发现:烟气中潜热的热泵提质送风回热系统的机组年节煤净收益为1540.6万元,比优化低温省煤器系统的机组年节煤净收益高419.7万元,在30年生命周期内的NPV为13664万元。结合空气预热器旁路烟道对烟气中潜热的热泵提质送风回热系统进行了系统优化,利用烟气中潜热置换出更高能级的烟气余热,更高能级烟气余热加热给水,排挤1#、2#、3#高加抽汽,其机组净效率较参考机组净效率提高0.89个百分点,标煤耗降低5.24 g/(kW·h),锅炉尾部换热(?)损失为17.9 MW,年节煤净收益为2440.2万元,在30年生命周期内的NPV为22716万元。针对燃低阶煤机组的排烟(?)值大、锅炉热效率低的问题,提出了烟气中潜热的热泵提质送粉回热系统,以低温干燥的方式实现了低能级烟气中潜热和炉膛内高能级燃烧热的置换,高能级燃烧热产生更多蒸汽。建立了烟气中潜热的热泵提质送粉回热系统的热力学模型,并以某600MW燃褐煤机组为例对所提系统进行了详细的能分析、(?)分析和技术经济性分析,结果发现:采用烟气中潜热的热泵提质送粉回热系统后,机组净效率可由参考机组的42.25%提高到43.61%,比采用常规蒸汽干燥系统的机组净效率高0.3个百分点;燃烧干燥后煤粉的锅炉(?)损失由47.1%降至44.4%,回收部分烟气中潜热后,锅炉(?)损失进一步降至44.08%;机组的年供电净收益为2985.4万元,比常规蒸汽旋转式干燥系统的机组净收益高597.2万元,在30年生命周期内的NPV为26441万元。除上述两种烟气中潜热在热力系统内部的热利用方式外,还可通过烟气中潜热的合理利用降低热力系统外部环保系统的能耗。针对常规有机胺碳捕集的高能耗问题,将烟气中潜热的热泵提质与有机胺碳捕集系统进行了集成,提出了一级烟气降温冷凝集成系统和两级烟气降温冷凝集成系统,试图从吸收和再生两个过程协同降低碳捕集能耗。利用Aspen plus软件基于速率模型对常规碳捕集系统和集成系统进行模拟和能耗计算,研究发现一级烟气降温冷凝集成系统和两级烟气降温冷凝集成系统分别降低常规碳捕集能耗17.4%和20.9%。对影响两级烟气降温冷凝集成系统能耗的相关参数进行优化,得到了最佳参数:最佳的第二级烟气温度25℃、第二级烟气入口位置在吸收塔下部(第15-20级),最佳的富液分流比0.4、第二股富液进料位置在第11级,在上述最佳参数下,两级烟气降温冷凝集成系统可最大限度地降低碳捕集能耗22.5%。