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文檔簡介
1、汽輪機(jī)壓力匹配器在熱電聯(lián)產(chǎn)中的應(yīng)用王汝武(沈陽飛鴻達(dá)節(jié)能技術(shù)開發(fā)中心)內(nèi)容摘要 汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)和使用過程中都可能碰到供汽、抽汽、背壓汽壓力與用途不匹配的情況,造成能源損失浪費(fèi)。汽輪機(jī)壓力匹配器就是針對這種情況專門設(shè)計(jì)的專利設(shè)備。其應(yīng)用方式分為進(jìn)汽壓力匹配、抽汽壓力匹配和背壓汽壓力匹配三種。其原理是利用高壓蒸汽通過噴咀超音速噴射,引射低壓蒸汽,使其升壓至要求壓力。該設(shè)備應(yīng)用在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中經(jīng)濟(jì)效益顯著,投資回收期15個(gè)月。改革開放以來,我國的熱電事業(yè)有了飛躍的發(fā)展?,F(xiàn)在城市熱電廠比比皆是,絕大部分大中城市都有熱電廠,基至一個(gè)城市有幾座熱電廠。熱電廠在節(jié)約能源、改善環(huán)境方面做出了很大貢獻(xiàn),但隨著改革
2、的不斷深入,市場經(jīng)濟(jì)取代計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的情況下,很多熱電廠經(jīng)營困難。出現(xiàn)困難的原因有外部的,也有內(nèi)部的。外部原因是市場變化,原用汽企業(yè)用汽量減小,熱負(fù)荷下降,使熱電廠開工率不足。內(nèi)部原因是機(jī)制不利,技術(shù)水平低,不能滿足市場變化的需要。今后熱電事業(yè)發(fā)展的方向是努力提高技術(shù)水平,改進(jìn)裝備,提高運(yùn)行效率,以適應(yīng)市場的需要。汽輪機(jī)壓力匹配器就是為了提高熱電廠運(yùn)行效率而研制的節(jié)能設(shè)備(專利號96238580.8),經(jīng)過幾年的研制和推廣,現(xiàn)已完全成熟,在多家熱電廠投運(yùn),運(yùn)行安全可靠,經(jīng)濟(jì)效益顯著。下面就汽輪機(jī)壓力匹配器和抽汽機(jī)、背壓機(jī)、后置機(jī)聯(lián)合運(yùn)行的方式和系統(tǒng)作一簡單介紹:一. 壓力匹配器和抽汽式汽輪機(jī)的聯(lián)合
3、運(yùn)行某化工廠有一臺C335/5抽汽式汽輪機(jī),原生產(chǎn)用汽20t/h、0.5MPa,后上了一套新裝置,用汽壓力需0.8MPa,用汽量10t/h,原生產(chǎn)用汽減少10t/h。1.0MPa的生產(chǎn)用汽汽輪機(jī)抽汽不能滿足,只好用鍋爐新汽減溫減壓。后來選用汽輪機(jī)壓力匹配器代替減溫減壓器,壓力匹配器的引射系數(shù)為0.6,可引射0.5MPa的汽輪機(jī)抽汽3.75t/h,可多發(fā)電326kwh(汽耗按11.5kg/kw.h),年運(yùn)行6000小時(shí),每年增加熱化發(fā)電量195.6萬度,每度電利潤按0.2元計(jì)算,每年增加經(jīng)濟(jì)收入39.1萬元。而設(shè)備及安裝費(fèi)用為12萬元,投資回收期為12/390.3年。壓力匹配器和抽汽機(jī)聯(lián)合運(yùn)行的
4、系統(tǒng)圖如圖1:有關(guān)該系統(tǒng)的運(yùn)行特性及調(diào)節(jié)方式下面結(jié)合其他系統(tǒng)一并進(jìn)行說明。二. 壓力匹配器和背壓機(jī)聯(lián)合運(yùn)行某石化公司腈綸廠,生產(chǎn)需要1.6MPa、220的蒸汽16t/h。該廠自備電站背壓機(jī)排汽壓力1.0MPa、300,壓力滿足不了生產(chǎn)用汽的要求,用3.5MPa、435的新汽減壓減溫供給,后改用壓力匹配器供汽。壓力匹配器和背壓式汽輪機(jī)聯(lián)合運(yùn)行的系統(tǒng)圖如圖2: 該系統(tǒng)和上面的系統(tǒng)的區(qū)別是增加了一套減溫裝置。由壓力匹配器輸出的蒸汽溫度比汽輪機(jī)排汽溫度高,對使用飽和蒸汽用汽設(shè)備,需要裝設(shè)減溫裝置。在該系統(tǒng)參數(shù)下壓力匹配器的引射系數(shù)為0.4,在輸出汽量16t/h時(shí),可引射背壓汽4.6t/h,可增加熱化發(fā)
5、電量317kwh(汽耗發(fā)14.5kg/kwh計(jì)),年運(yùn)行6000小時(shí),增加發(fā)電量190萬度,每度電利潤按0.2元計(jì)算,年創(chuàng)利潤38萬元。設(shè)備及安裝費(fèi)用15萬元。投資回收期為15/380.4年。三. 壓力匹配器和后置機(jī)的聯(lián)合運(yùn)行某熱電廠在背壓機(jī)后安裝后置機(jī),背壓機(jī)的排汽0.6MPa、300,后置機(jī)額定進(jìn)汽壓力1.3MPa、300、16t/h。背壓機(jī)排汽直接進(jìn)入后置機(jī),進(jìn)汽量僅56t/h,發(fā)電量300400kwh。后加裝汽輪機(jī)壓力匹配器,用3.5MPa、435蒸汽引射0.6MPa、300的背壓機(jī)排汽至1.0MPa,使后置機(jī)進(jìn)汽量達(dá)到13t/h,發(fā)電量達(dá)到1300kw。進(jìn)入后置機(jī)的蒸汽由3.5MPa
6、、435蒸汽4.5 t/h經(jīng)噴水0.5t/h加上背壓機(jī)排汽8t/h,共13t/h。背壓機(jī)排汽增加2t/h,增加熱化發(fā)電量200kwh(汽耗按10kg/kwh),凝汽發(fā)電量增加900kw。熱化發(fā)電量利潤以0.2元/kwh計(jì)算,凝汽發(fā)電量按0.1元/kwh計(jì)算,每年運(yùn)行6000小時(shí),年利潤78萬元,設(shè)備及安裝費(fèi)用總投資20萬元。投資回收期20/780.26年3個(gè)月。壓力匹配器和后置機(jī)聯(lián)合運(yùn)行的系統(tǒng)圖如圖3:該系統(tǒng)把減溫器放在壓力匹配器之前是為了降低進(jìn)入壓力匹配器的溫度,改善壓力匹配的工作條件。減溫器放在壓力匹配器前或后,要根據(jù)吸入蒸汽是否需要降溫而定。需要降溫,則把減溫器放在壓力匹配器后,否則放在
7、壓力匹配器前。 四. 壓力匹配器的特性及適應(yīng)范圍壓力匹配器的熱力學(xué)過程表示在焓熵圖上如圖4所示: 圖中PP表示驅(qū)動(dòng)蒸汽壓力,PC表示輸出蒸汽壓力,PH表示吸入蒸汽壓力。A點(diǎn)表示驅(qū)動(dòng)蒸汽(高壓蒸汽)的狀態(tài)點(diǎn),B點(diǎn)表示噴嘴出口理想狀態(tài)點(diǎn),C點(diǎn)表示噴嘴的實(shí)際狀態(tài)點(diǎn),D點(diǎn)表示吸入蒸汽的狀態(tài)點(diǎn)。在運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)蒸汽通過噴嘴從A點(diǎn)膨脹到C點(diǎn),吸入蒸汽從D點(diǎn)膨脹到H點(diǎn)。兩股汽流通混合室混合升壓到E點(diǎn),然后通過擴(kuò)壓段,升壓到PC,出口狀態(tài)點(diǎn)為K。從焓熵圖上可以看出,吸入蒸汽的升壓是以驅(qū)動(dòng)蒸汽的降壓為動(dòng)力的。因此兩種蒸汽的混合過程要滿足動(dòng)量方程。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)分析,兩種蒸汽的混合比是hP/h2的函數(shù),hP為驅(qū)動(dòng)蒸汽從
8、A點(diǎn)等熵膨脹到B點(diǎn)的理想焓降。h2為吸入蒸汽從D點(diǎn)等熵壓縮到E點(diǎn)的理想焓升。引射系數(shù)(兩種蒸汽的混合比)u吸入蒸汽量GH/驅(qū)動(dòng)蒸汽量GP u=f (hP/h2)理論和實(shí)踐都證實(shí),當(dāng)hP/h21.5時(shí),u0隨著hP/h2的增大,u有一最大值umax。當(dāng)hP/h2達(dá)到某一數(shù)值時(shí),混合管出口處達(dá)到音速,出口壓力PC再降低(即h2減小),通過混合管的流量也不增加。將壓力匹配器的熱效率定義為:uh2/(hPh2) 將式代入式,并將式求極值,令dn/d (hP/h2 )=0,可求出hP/h2的最佳值。經(jīng)大量分析計(jì)算,得出hP/h226時(shí),匹配器的可用能效率較高。因此選用壓力匹配器應(yīng)在此范圍內(nèi)。根據(jù)壓力匹配
9、器的特性,可將其特性曲線表示如圖5: 隨著出口流量的增加,出口壓力下降。運(yùn)行時(shí),匹配器的出口壓力是由管道阻力決定的。在設(shè)計(jì)工況下,流量為G1,出口壓力為PD,這時(shí)匹配器的特性線A和管道阻力曲線相交于1點(diǎn)。假若流量從G1減少到G2,噴射喉部面積不變。流量的減小是通過增加管道阻力或降低噴嘴前壓力來實(shí)現(xiàn)的(關(guān)小閥門),在管道阻力增加時(shí),管道阻力曲線和特性線A交于2點(diǎn),這時(shí)匹配器出口壓力比設(shè)計(jì)壓力高P,P就是關(guān)小閥門的阻力損失。噴嘴前蒸汽壓力的下降也是通過閥門節(jié)流來實(shí)現(xiàn)的。關(guān)小匹配器的出口閥門減小流量時(shí),通過噴嘴的驅(qū)動(dòng)蒸汽流量不變,減小的流量都是吸入蒸汽的流量,因此這種方式效率低。通過降低噴嘴前蒸汽壓
10、力減少流量,通過噴嘴的驅(qū)動(dòng)蒸汽流量減少,吸入蒸汽的流量也減少,但比減小出口閥門的方式其減少吸入蒸汽流量的程度要小。理想的調(diào)節(jié)方式是噴嘴的面積隨著輸出流量的減小而減少,驅(qū)動(dòng)蒸汽流量隨之減少,這樣就減少了關(guān)小閥門產(chǎn)生的壓力損失。通常減小噴嘴面積是利用針型閥,針型閥的型線按一定規(guī)律設(shè)計(jì),保證調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。在出口壓力要求穩(wěn)定的系統(tǒng),應(yīng)配有自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng),在輸出管道上裝有壓力傳感器,將壓力訊號傳給PID調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器控制電動(dòng)執(zhí)行器,帶動(dòng)針型線上下移動(dòng),增大或關(guān)小噴嘴面積。裝有針型閥的量調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以保證流量從10100%變化范圍內(nèi)出口壓力穩(wěn)定。從上述可以看出,汽輪機(jī)壓力匹配器在熱電聯(lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)中應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益顯著,配有自動(dòng)調(diào)節(jié)針型閥的壓力匹配器可以在蒸汽流量大幅度變化時(shí),保持出口壓力穩(wěn)定,滿足了生產(chǎn)和生活供熱系統(tǒng)的要求。參考文獻(xiàn)1.索科洛夫,噴射器,科學(xué)出版社,1977年,p17-71。作者簡介王汝武 高級工程師,1963年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)動(dòng)力機(jī)械系,1966年西安交通大學(xué)研究生畢業(yè)。先后任沈陽汽輪機(jī)廠總工、遼寧省節(jié)能中心總工、沈陽飛鴻達(dá)節(jié)能技術(shù)開發(fā)中心總經(jīng)理、中國電機(jī)工程學(xué)會熱電
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