低壓蒸汽發(fā)電

1、低壓蒸汽是生產(chǎn)電力的優(yōu)良資源趙經(jīng)濂中國五環(huán)化學(xué)工程公司內(nèi)容提要 在追求經(jīng)濟發(fā)展目標(biāo)最大化的同時，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鼈冊谖覈葹橥怀?。而“節(jié)能”并非一定指高品位能源，也并非一定要運用“高科技”手段，本文試圖透過一些計算和分析，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)，往往會伴生可有效利用的能源，如低壓蒸汽、高溫?zé)崴?。但它們常常不是被疏忽，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，它們既是最為簡單可靠，其投資又較低。今天，對于一個工業(yè)企業(yè)而言，電力被認(rèn)為是最有價值的能源形式。即使汽輪機入口蒸汽壓力低到接近大氣壓，仍然可以實現(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)有的蒸汽輪機來回收能量。當(dāng)然，新安裝一臺適用極低壓力的特殊設(shè)計蒸汽輪機來回收能量，一般也是適宜的。低壓蒸汽特性對低壓蒸汽熱力學(xué)性質(zhì)的深入研究，一定會受益匪淺。通常認(rèn)為，蒸汽輪機進、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、對于蒸汽輪機用戶而言，單個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，在進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/：進口蒸汽64 bar(a)/365 ，乏氣壓力2.5bar(a)；進口蒸汽30 bar(a)/ 315 ，乏氣壓力1 bar(a)；進口為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的性能反而好于較高壓力的蒸汽輪機。汽輪機殼體都有壓力限制，必須在該壓力下運行才能確保安全。為將入口蒸汽壓力降低到給定的殼體壓力限制值以下，汽輪機進口蒸汽壓力必定會被降低到第一級殼體的壓力限值。當(dāng)進口蒸汽壓力高于該值，則必須加大汽輪機第一級的壓降，降低了汽輪機整體性能。此外

5、，如低壓蒸汽放空，在造成噪聲污染的同時還須補充相應(yīng)的給水，以及耗費與之相關(guān)的化學(xué)處理費用。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用的損失。仍然采用上述10,000 /hr.和20,000 /hr.的LP蒸汽，并對它們作出經(jīng)濟評估。10,000 /hr.干飽和蒸汽，其理論作功功率為1,100 kW，而實際作功為715 kW。若年運行7,200 hr，電價按￥0.30 /kW.h計，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，而實際作功僅為1,190 kW。若年運行7,200 hr，電價按￥0.30/kW.h計，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藏著極大的利用價值。廢棄低壓蒸汽的回收和發(fā)電，在國內(nèi)外得到廣泛的重視和實際應(yīng)用，取得了巨大的經(jīng)濟效益。線算圖本文提供的線算圖(圖1、2)，是評估低壓蒸汽發(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￥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。從交點引水平線至B圖，與電價為￥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。由交點向下引線至C圖，與2年回收期斜線相交。由交點引水平線至縱坐標(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。若實際蒸汽為過熱蒸汽、或凝汽壓力不同時，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)電機組熱效率提高的技術(shù)進步，主要是得益于盡量提高新蒸汽的參數(shù)，這對于大型或超大型機組無疑是正確的。但對于許多工業(yè)企業(yè)的動力站而言，或許會得不償失。而且，大多數(shù)工業(yè)企業(yè)熱能動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組。降低凝汽壓力的難度和投資，肯定不會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）（上接第26頁）升凝汽器管子的材料等級、適當(dāng)加大凝汽器面積、加強運行監(jiān)督和清洗等，采取上述措施的代價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1“水蒸汽性質(zhì)、水蒸汽絕熱膨脹焓降計算”，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