汽輪機(jī)壓力匹配器在熱電聯(lián)產(chǎn)中的應(yīng)用

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