蒸汽減溫減壓過程_損失與余壓發(fā)電

1、第25卷第12期煤氣與熱力Vol . 25No . 122005年12月G AS &HE AT Dec . 2005蒸汽減溫減壓過程火用損失與余壓發(fā)電陳海生, 賈明飛(邯鄲鋼鐵集團設(shè)計院, 河北邯鄲056015摘要:計算了一次蒸汽經(jīng)減溫減壓后的火用損失。提出利用背壓式汽輪機進(jìn)行余壓發(fā)電, 使蒸汽按品質(zhì)梯級利用。將一次蒸汽(參數(shù)為36t/h 、3. 43MPa 、435 減溫減壓至工藝設(shè)備需要的二次蒸汽(參數(shù)為1. 25MPa 、260 , 一次蒸汽火用損失率為0. 15。利用二者壓力差進(jìn)行余壓發(fā)電,4每年發(fā)電量為1226. 6210k W h /a。關(guān)鍵詞:火用損失; 減溫減壓; 余壓發(fā)電中圖

2、分類號:T U995文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1000-4416(2005 12-0047-03Steam Exergy L oss and Resi dua l ti on i nProcess of Tem pera ture CHEN Hai (Engineering teel Group, Handan 056015, China Abstract:ri ary m after te mperature and p ressure reducti on is calculated .The residual p on with back p ressure stea m turbine

3、 is p r oposed t o enable utilize stea m according t o its quality gradient . W hen the te mperature and p ressure is reduced fr om p ri m ary stea m (36t/h, 3. 43MPa, 435 t o secondary stea m (1. 25MPa, 260 , the exergy l oss rate of p ri m ary stea m is 0. 15. The residual p ressure power generati

4、 on is perf or med by using their differential p ressure with annual electricity out put of 1226. 6210k W h /a .4Key words:exergy l oss; te mperature and p ressure reducti on; residual p ressure power genera 2ti on某鋼鐵廠煉鐵部1號鍋爐房現(xiàn)有2臺燃用高爐煤氣的中溫中壓鍋爐, 每臺鍋爐產(chǎn)汽(一次蒸汽 量為18t/h, 壓力為3. 43MPa, 溫度為435。原設(shè)計中, 利用一次蒸汽通過

5、凝汽式汽輪機發(fā)電, 帶動送風(fēng)機向高爐送風(fēng)。現(xiàn)計劃用這2臺鍋爐替代焦化廠鍋爐, 向焦化廠輸送蒸汽, 送風(fēng)機改用外網(wǎng)電力驅(qū)動。焦化廠工藝設(shè)備用汽(二次蒸汽 壓力為1. 25MPa, 溫度為260。為達(dá)到焦化廠工藝設(shè)備的用汽參數(shù)要求, 一次蒸汽須經(jīng)減溫減壓后變?yōu)榉瞎に囋O(shè)備要求的二次蒸汽。減溫減壓過程一般由減溫減壓裝置完成, 減溫減壓裝置由減壓系統(tǒng)、減溫系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置及熱力調(diào)節(jié)儀表組成。一次蒸汽通過減壓系統(tǒng)將壓力減至設(shè)定壓力, 減溫水經(jīng)噴嘴噴射入蒸汽管道內(nèi), 使減壓后的一次蒸汽降溫, 變?yōu)槎握羝?。減溫水的壓力為3. 82MPa, 溫度為104。本文對蒸汽在減溫減壓過程中的火用損失進(jìn)行了計算,

6、并探討了余壓發(fā)電在節(jié)能降耗方面的效果。蒸汽在減溫減壓過程中的火用損失1火用表示能量的做功能力, 因此可用來評價能量的品質(zhì)。當(dāng)工質(zhì)的火用減少時, 也就意味著其做功能力下降, 只有充分利用工質(zhì)的火用, 才能保證能量的充1分利用。1. 1減溫水及二次蒸汽流量能量平衡方程第12期煤氣與熱力第25卷忽略減溫減壓過程中熱量損失, 能量平衡方程為:h s, s q m , s, s =h s, p q m , s, p +h w q m , w式中h s, s 二次蒸汽比焓, 2950. 82kJ /kgq m , s, s 二次蒸汽質(zhì)量流量, kg/h h s, p 一次蒸汽比焓, 3301. 49kJ

7、/kg h w 減溫水比焓, 439. 37kJ /kgq m , w 減溫水質(zhì)量流量, kg/h222(1由式(5 計算可得, 減溫減壓前減溫水的比火用e w =45. 94kJ /kg 。減溫水生成二次蒸汽的比火用(6 e s, s =h s, s -h e, s -T e (s s, s -s e, s 式中e s, s 減溫水生成的二次蒸汽的比火用, kJ /kgh e, s 環(huán)境狀態(tài)下蒸汽的比焓, 2537. 20kJ /kg2q m , s, p 一次蒸汽質(zhì)量流量, 36000kg/hs e, s 環(huán)境狀態(tài)下蒸汽的比熵, 8. 665kJ /(kg K 2質(zhì)量平衡方程(2 q m

8、, s, s =q m , s, p +q m , w由式(1 、(2 計算可得, 二次蒸汽質(zhì)量流量q m , s, s =41. 03t/h, 減溫水質(zhì)量流量q m , w =5. 03t/h 。1. 2一次蒸汽火用降將減溫減壓過程的蒸汽流動簡化為穩(wěn)定流動。一次蒸汽比火用降e s, p =h s, p -h s, s -T e (s s, p -s s, s e s, p 式中一次蒸汽比火用降, kJ /kgT e 環(huán)境溫度, 取293. 15Ks s, p 一次蒸汽比熵, 6/K s s, s . kJ (K 2由式(6 計算可得, 減溫水生成的二次蒸汽的比火用e s, s =950. 3

9、8kJ /kg 。單位時間減溫水火用升E w =(e s, s -e w q m , w (7 E w 式中單位時間減溫水火用升, kJ /h由式(7 計算可得, 單位時間減溫水火用升E w =4. 55GJ /h 。1. 4(3由式(3 , 火用降e s, p =314. 94kJ /kg 。單位時間一次蒸汽火用降E s, p =e s, p q m , s, p (4用降r =E s, p -E w (8 E s, p, r 單位時間一次蒸汽實際火用降, kJ /h由式(8 計算可得, 單位時間一次蒸汽實際火用降E s, p, r =6. 79GJ /h 。一次蒸汽的比火用(9 e s,

10、p =h s, p -h e, s -T e (s s, p -s e, s 式中e s, p 一次蒸汽的比火用, kJ /kg由式(9 計算可得, 一次蒸汽的比火用e s, p =1265. 37kJ /kg 。一次蒸汽火用損失率E s, p, r=(10 e s, p q m , s, pE s, p 式中單位時間一次蒸汽火用降, kJ /h由式(4 計算可得, 減溫減壓過程單位時間一次蒸汽火用降E s, p =11. 34GJ /h。1. 3減溫水的火用升由于減溫水被加熱變?yōu)槎握羝? 因此應(yīng)分別計算出一次蒸汽減溫減壓前減溫水的比火用和一次蒸汽減溫減壓后減溫水生成的二次蒸汽的比火用。減溫

11、減壓前減溫水的比火用e w =h w -h e, w -T e (s w -s e, w 式中e w 減溫減壓前減溫水的比火用, kJ /kgh e, w 環(huán)境狀態(tài)下減溫水比焓, 83. 86kJ /式中一次蒸汽火用損失率由式(10 計算可得, 一次蒸汽火用損失率=0. 15。2節(jié)能措施(5kg2s w 減溫減壓前減溫水的比熵, 1. 352kJ /為了有效利用工質(zhì)的做功能力, 避免高品質(zhì)能源的浪費, 將一次蒸汽先通入背壓式汽輪機發(fā)電, 再將排汽供工藝設(shè)備使用, 即余壓發(fā)電。余壓發(fā)電可使熱能得到充分利用, 可提高能源利用率, 是一項有效的節(jié)能措施。在煉鐵部1號鍋爐房中溫中壓鍋爐改造過程中, 選

12、擇1臺背壓式汽輪機代替減溫減壓裝置, 汽輪機進(jìn)汽參數(shù)為3. 43MPa 、435。蒸汽在汽輪機內(nèi)絕熱膨脹后排出, 排汽壓力為1. 25MPa 。(kg K 2s e, w 環(huán)境狀態(tài)下減溫水的比熵, 0. 296kJ /(kg K 2第12期陳海生, 等:蒸汽減溫減壓過程火用損失與余壓發(fā)電第25卷蒸汽理想比焓降h =h i -h o h 式中蒸汽理想比焓降, kJ /kgh i 汽輪機進(jìn)汽比焓, 3301. 49kJ /kg h o 汽輪機排汽比焓, 3018. 51kJ /kg3結(jié)論(11蒸汽有效比焓降h e =h i h e 式中蒸汽的有效比焓降, kJ /kg蒸汽的減溫減壓雖為絕熱過程,

13、減溫減壓前、后總熱量不變, 但減溫減壓后蒸汽火用損失很大, 造成蒸汽品質(zhì)下降。合理使用蒸汽不但應(yīng)著眼于蒸汽熱量的利用, 更應(yīng)注重蒸汽火用的充分利用。高品質(zhì)蒸汽先用于發(fā)電, 再用于工藝生產(chǎn), 是提高蒸汽能量利用率的有效途徑。對于該廠煉鐵部1號鍋爐房采用減溫減壓裝置制取二次蒸汽, 一次蒸汽的火用損失率達(dá)0. 15。在該廠煉鐵部1號鍋爐房改造工程中, 采用背壓式汽輪機代替減溫減壓裝置進(jìn)行余壓發(fā)電, 年發(fā)電量可達(dá)1226. 6210k W h /a, 年經(jīng)濟效益4達(dá)613. 3110元/a 。印染、紡織、制糖、造紙等工業(yè)生產(chǎn)中需要大量工藝用汽, 但所需壓力不高, 一般小于0. 3MPa, , 多大于1

14、. 3MPa 。因此:1沈維道, 鄭佩芝, 蔣淡安. 工程熱力學(xué)(第二版 M.4(123i 汽輪機相對內(nèi)效率, 取0. 76(12 計算可得, 蒸汽有效比焓降=由式(11 、215. 06kJ /kg 。汽輪機實際排汽比焓(13 h o, r =h i -h e式中h o, r 汽輪機實際排汽比焓, kJ /kg由式(13 計算可得, 汽輪機實際排汽比焓h o, r =3086. 43kJ /kg, 則汽輪機實際排汽溫度為320. 8(此溫度高于工藝設(shè)備要求的溫度, 可增加減溫裝置進(jìn)行減溫 。汽輪機組輸出的電功率q m , s, p h e m gP o =3600式中P o , k W3,

15、0. 98m 北京:高等教育出版社, 1983.2嚴(yán)家錄, 余曉福. 水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表M.北3g 發(fā)電機效率, 取0. 97由式(14 計算可得, 汽輪機組輸出的電功率P o =2044. 36k W 。京:高等教育出版社, 1995.3侯曼西. 工業(yè)汽輪機M.重慶:重慶大學(xué)出版社,1995.年經(jīng)濟效益汽輪機組年運行時間為6000h /a, 則年發(fā)電量4為1226. 6210k W h /a 。電價按0. 5元/(k W h 計算, 每年余壓發(fā)電創(chuàng)造的經(jīng)濟效益為613. 314410元/a, 改造工程造價約90010元, 約1. 5a 即可收回全部改造資金。工程信息作者簡介:陳海生(1979- , 男, 河北石家莊人,助理工程師, 學(xué)士, 從事鍋爐房、壓縮空氣站、熱電