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文檔簡(jiǎn)介
1、低壓蒸汽是生產(chǎn)電力的優(yōu)良資源趙經(jīng)濂中國(guó)五環(huán)化學(xué)工程公司內(nèi)容提要 在追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)最大化的同時(shí),世界面臨并必須解決的共同關(guān)鍵問題是“節(jié)能”和“環(huán)?!保鼈?cè)谖覈?guó)尤為突出。而“節(jié)能”并非一定指高品位能源,也并非一定要運(yùn)用“高科技”手段,本文試圖透過一些計(jì)算和分析,希望其結(jié)果可以引起有關(guān)部門及人員的關(guān)注和重視。關(guān) 鍵 詞 節(jié)能 低壓蒸汽 蒸汽輪機(jī)各種工業(yè)的生產(chǎn)工藝,尤其是大型鋼鐵企業(yè)和石油化工企業(yè),往往會(huì)伴生可有效利用的能源,如低壓蒸汽、高溫?zé)崴取5鼈兂32皇潜皇韬?,就是被歸類為廢熱而被排放。工藝過程產(chǎn)生的大量低壓(LP)蒸汽,采用傳統(tǒng)且歷史悠久的凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組,恰恰是從中獲取電功率的最理
2、想設(shè)備,它們既是最為簡(jiǎn)單可靠,其投資又較低。今天,對(duì)于一個(gè)工業(yè)企業(yè)而言,電力被認(rèn)為是最有價(jià)值的能源形式。即使汽輪機(jī)入口蒸汽壓力低到接近大氣壓,仍然可以實(shí)現(xiàn)能源的大量節(jié)約,特別是這些低壓蒸汽本來要被放空,或在未作出任何有用功就被冷凝的情況下。如果壓力大于大氣壓的低壓蒸汽,流量至少有50,000 kg/hr,則應(yīng)優(yōu)先考慮將其回注入現(xiàn)有的蒸汽輪機(jī)來回收能量。當(dāng)然,新安裝一臺(tái)適用極低壓力的特殊設(shè)計(jì)蒸汽輪機(jī)來回收能量,一般也是適宜的。低壓蒸汽特性對(duì)低壓蒸汽熱力學(xué)性質(zhì)的深入研究,一定會(huì)受益匪淺。通常認(rèn)為,蒸汽輪機(jī)進(jìn)、出口之間的壓降是最重要的考慮因素,壓降越大,則產(chǎn)功能力也越大。在某種程度上說這是真理,然而
3、對(duì)于蒸汽輪機(jī)用戶而言,單個(gè)最重要的影響因素不是壓降,而是有效能,它直接與壓降比率有關(guān)。有效能取決于進(jìn)口蒸汽的壓力和溫度,以及乏氣的壓力。有效能的理論值,是由效率為100的蒸汽輪機(jī),在進(jìn)出口壓差下在焓熵圖上查得。由于有效能的值是由若干變量確定,不同的進(jìn)口蒸汽壓力、溫度和乏氣壓力的組合,可能具有相同的有效能。下面舉例說明:下列參數(shù)的蒸汽有效能均為638.5 kJ/:進(jìn)口蒸汽64 bar(a)/365 ,乏氣壓力2.5bar(a);進(jìn)口蒸汽30 bar(a)/ 315 ,乏氣壓力1 bar(a);進(jìn)口為7bar(a)的干飽和蒸汽,乏氣壓力0.1 bar(a)。通常,由低壓蒸汽源獲得1,0002,00
4、0 kW的作功功率不難。例如:10,000 /hr.干飽和蒸汽,進(jìn)口壓力2 bar(a),乏汽壓力0.15 bar(a),其理論作功功率為1,100 kW。類似地,20,000 /hr.干飽和蒸汽,進(jìn)口壓力1.3 bar(a),乏汽壓力0.15 bar(a),其理論作功功率為1,830 kW。作為額外的收益,較低壓力的蒸汽輪機(jī)的性能反而好于較高壓力的蒸汽輪機(jī)。汽輪機(jī)殼體都有壓力限制,必須在該壓力下運(yùn)行才能確保安全。為將入口蒸汽壓力降低到給定的殼體壓力限制值以下,汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽壓力必定會(huì)被降低到第一級(jí)殼體的壓力限值。當(dāng)進(jìn)口蒸汽壓力高于該值,則必須加大汽輪機(jī)第一級(jí)的壓降,降低了汽輪機(jī)整體性能。此外
5、,如低壓蒸汽放空,在造成噪聲污染的同時(shí)還須補(bǔ)充相應(yīng)的給水,以及耗費(fèi)與之相關(guān)的化學(xué)處理費(fèi)用。如果低壓蒸汽被冷凝并返回鍋爐,就完全以避免污染和上述費(fèi)用的損失。仍然采用上述10,000 /hr.和20,000 /hr.的LP蒸汽,并對(duì)它們作出經(jīng)濟(jì)評(píng)估。10,000 /hr.干飽和蒸汽,其理論作功功率為1,100 kW,而實(shí)際作功為715 kW。若年運(yùn)行7,200 hr,電價(jià)按¥0.30 /kW.h計(jì),則年收入為¥1,544,400。20,000 /hr.干飽和蒸汽,其理論作功功率為1,830 kW,而實(shí)際作功僅為1,190 kW。若年運(yùn)行7,200 hr,電價(jià)按¥0.30/kW.h計(jì),則年收入為¥2
6、,570,400。上述兩例,很好地說明了低壓蒸汽,當(dāng)然也包括與此相當(dāng)?shù)牡推肺荒茉刺N(yùn)藏著極大的利用價(jià)值。廢棄低壓蒸汽的回收和發(fā)電,在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的重視和實(shí)際應(yīng)用,取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。線算圖本文提供的線算圖(圖1、2),是評(píng)估低壓蒸汽發(fā)電可行性的有力工具。例:有壓力為1 bar(g)、流量40,000 /hr.的干飽和蒸汽,膨脹到0.15 bar(a);電價(jià)¥0.30/kW.h;要求投資回收期為兩年。首先,由A圖的蒸汽流量橫坐標(biāo)為40,000 /hr.處向上引線,與1 bar(g)壓力斜線相交。從交點(diǎn)引水平線至B圖,與電價(jià)為¥0.30/kW.h的斜線相交。由B圖:縱坐標(biāo)讀得發(fā)電量為2,050
7、kW;橫坐標(biāo)讀得收益為450萬元/年。由交點(diǎn)向下引線至C圖,與2年回收期斜線相交。由交點(diǎn)引水平線至縱坐標(biāo),查得可接受的投資為:900 萬元。線算圖是以LP蒸汽為干飽和蒸汽、凝汽壓力為0.15 bar(a)、能量利用率為65的條件繪制。若實(shí)際蒸汽為過熱蒸汽、或凝汽壓力不同時(shí),可從圖2查得修正系數(shù)。查圖1之前或之后,使用修正系數(shù)的結(jié)果相同。有趣的現(xiàn)象從圖2可以看到一些有趣的現(xiàn)象。修正系數(shù)曲線基本是直線,其斜率變化不大且基本一致;而不同凝汽壓力線間距的增加卻十分明顯,當(dāng)新蒸汽壓力較低時(shí)尤甚。換言之,蒸汽過熱的收益,明顯不如凝汽壓力降低的收益。如1 bar(a)的新蒸汽,凝汽壓力從0.15 bar(a
8、)降低到0.06 bar(a)(凝汽溫度從54 降低到36.2 ,溫降17.8 ),其收益提高41.5%;若再把蒸汽溫度過熱30 ,則其收益提高為45.5,凈增收益不過4%而已。汽輪發(fā)電機(jī)組熱效率提高的技術(shù)進(jìn)步,主要是得益于盡量提高新蒸汽的參數(shù),這對(duì)于大型或超大型機(jī)組無疑是正確的。但對(duì)于許多工業(yè)企業(yè)的動(dòng)力站而言,或許會(huì)得不償失。而且,大多數(shù)工業(yè)企業(yè)熱能動(dòng)力裝置凝汽壓力降低有較大的空間。因此有必要在降低凝汽壓力方面采取措施,或引入新技術(shù)新設(shè)備,尤其要重視新蒸汽壓力較低的機(jī)組。降低凝汽壓力的難度和投資,肯定不會(huì)高于新蒸汽溫度提高的難度和投資。如恰當(dāng)提(下轉(zhuǎn)第14頁(yè))(上接第26頁(yè))升凝汽器管子的材料等級(jí)、適當(dāng)加大凝汽器面積、加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)督和清洗等,采取上述措施的代價(jià)與其收益比較將是微不足道的。此外,也可以考慮在夏季采用濕表面運(yùn)行的空氣凝汽器凝汽方式,以獲得比采用循環(huán)水冷卻凝汽器更低的凝汽壓力。參考文獻(xiàn)1“水蒸汽性質(zhì)、水蒸汽絕熱膨脹焓降計(jì)算”,趙經(jīng)濂,周飄搖。建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2001年第20卷第1期。2Low-pressure steam makes exc
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