论文部分内容阅读
【摘要】用压力匹配器供热，根据供热参数不同，汽机工况的不同可用文中提供的计算方法，比较压力匹配器，节流或憋压供热的经济性。
【关键词】压力匹配器；供热系统；实用性
中图分类号：TU833文献标识码： A 文章编号：
压力匹配器的基本原理
1性能指标
1）引射系数
压力匹配器主要性能指标是引射系数u，u是高压蒸汽流量Gp和吸入蒸汽流量Gh的比，即：u=Gp/Gh。u值大表示吸入的低壓蒸汽量大，节能量多。u的数值大小与高压蒸汽、低压蒸汽及输出蒸汽的压力温度有关，u是高压蒸汽压力Pp、温度Tp、低压蒸汽压力Ph和温度及输出蒸汽压力Pc的函数，即：u=f(Pp，Ph，Tp，Tc，Pc)。根据文献的推导有：
（1）
式中：Δhp—高压蒸汽到低压蒸汽的等熵焓降；Δhh—低压蒸汽到输出蒸汽的等熵焓升；—修正系数，0.7～0.8。
压力匹配器的热力过程如图1所示。
图1 压力匹配器的热力过程图
2）压力匹配器的效率
压力匹配器另一个性能指标为压力匹配器的效率，即：
η=uΔhh/(Δhp－Δhh)（2）
经推导，有：
η=u/(ΔHp/ΔHh－1)=u/［(1+u)/φ］2－1（3）
从式(3)看出，u值有一个最佳值，使效率η最大。在Δhp/Δhh=2.0～5.0的范围内，压力匹配器具有较高的效率。
还有一个问题应当注意，那就是低压蒸汽的单级升压比不能超过2.5，即Pc/Ph≤2.5。因为升压比大于2.5，压力匹配器进入极限工况，效率急剧下降。
2、汽轮机传统供热的缺点
2.1节流和憋压供热造成的损失
汽轮机供热传统可调节抽汽方式都是利用阀门的开度调节供汽压力的，旋转隔板属于机内调节，在抽汽口外装调压阀属于机外调节，而机内、机外调节都要造成节流损失。以300MW机组为例，通常是利用高压缸排汽供1.5MPa左右的工业用汽。利用中压缸排汽供0.8MPa左右的工业用汽或采暖用汽。为了保证供热参数的稳定，在高压缸排汽抽汽管上装有减压阀，在供汽量变化时，保持供汽压力稳定。在中压缸到低压缸连通管上抽汽。为了保持抽汽压力稳定，在连通管上装有蝶阀，在中压缸排汽压力低于热用户要求时关小蝶阀，减少到低压缸的排汽，这就使到低压缸的蒸汽承受了节流损失。图2所示为供热抽汽的热力过程图。
图2 汽轮机抽汽供热热力过程图
图2中，0点表示汽机进口蒸汽的状态点，1点表示高压出口状态点，2点为供热抽汽状态点。为了供给热用户压力为Ph的蒸汽，需将高压缸排汽压力节流到Ph，节流使蒸汽损失了作功能力Δip。
2.2压力匹配器与汽轮机供热方式的热损失比较
压力匹配器供热也要产生做功能力损失，单位供热蒸汽损失为：
ΔHp =［Δhp－(1+u)Δhh］/(1+u)
=Δhp/(1+u)－Δhh(4)
当ΔHp＜Δip时，则压力匹配器供热优于节流供热。对于蝶阀憋压供热，则0点代表中压缸进口蒸汽状态点，Pc代表热用户需要的压力，Ph代表蝶阀全开时的中压缸排汽压力，为了满足热用户需要将Ph升到Pc，将蝶阀关小，减少到低压缸中流量。因此到低压缸的蒸汽承受了ΔP=Pc－Ph的压力损失，损失了做功能力Δip发，平均到单位供热蒸汽的做功能力损失为：
Δipf=ΔipGc/Gt(5)
式中：Gt—供热量；Gc—进入低压缸流量。
从式(5)中看出比值Gc/Gt大，则损失大，比值小则损失小。在供热量小时Gc/Gt大，则不宜使用蝶阀憋压。
在不同工况下，用压力匹配器还是用蝶阀经济，可通过计算，比较ΔHp和Δipf的大小来判断。
3、压力匹配器在提高电厂经济效益上的作用
3.1压力匹配器与汽轮机联合运行的经济性
1）压力匹配器与汽轮机联合运行用于供热
应用压力匹配器可以将高压蒸汽和低压蒸汽混合，输出中等压力蒸汽的特性，将汽轮机不同抽汽口不同压力的蒸汽混合，输出满足热用户需要的蒸汽。比直接用汽轮机抽、排汽节流或憋压供汽方式具有较大的节能效益。
2）压力匹配器用于凝汽式汽轮机改造为供热汽轮机
大型电厂凝汽式汽轮机由于设计特点，没有专门供热的合适抽汽口，不能直接向热用户供热。而目前国家节能政策“上大压小”，关闭小电厂，要求大电厂向用户供热。汽轮机压力匹配器是用于将大型凝汽机组改造成供热机组的最佳设备。其将汽轮机不同抽汽口不同压力的蒸汽混合，输出满足热用户需要的蒸汽，并配上压力和温度自动控制装置，改造凝汽式汽轮机为可调节抽汽供热汽轮机。
某市为了改善环境，关停本市区3家小型热电厂，由某电力公司的330MW机组供热。为降低煤耗，提高供热能力，该公司用330MW汽轮机和压力匹配器联合运行供热，系统图如图3所示。
图3 压力匹配器和大型汽轮机组联合运行供热系统图
系统利用高压缸排汽作为压力匹配器的驱动蒸汽，吸入中压缸排汽，混合、扩压后输出蒸汽1.15MPa、330℃。
压力匹配器的型号为TPM3.7/0.95－1.15－85A，即用3.7MPa蒸汽作为驱动蒸汽引射0.95MPa 蒸汽升压到1.15MPa，最大输出流量85t/h，出口压力自动控制。压力匹配器的压力控制是由压力变送器、DCS自动控制和电动执行器来完成的。压力变送器将实测的出口压力参数以4～20mA电流讯号送到DCS系统，DCS系统经逻辑运算和设定的压力数值相比较，输出讯号给电动执行器，开大或关小多芯针型调节阀改变驱动蒸汽的流量，以保持出口压力的稳定。而汽轮机电负荷的变化，通过汽机原有的调节系统，改变调节汽门的开度，以满足电负荷的要求。这样就实现了供热机组热负荷和电负荷的分别调节，互不影响，增强了调节系统的稳定性。
由于采用三喷嘴结构，当外供流量从30%～100%变化时，出口压力都保持稳定，也保证了在输出流量变化时，压力匹配器仍有较高的效率。
在额定参数下，压力匹配器的引射系数设计值为u=1.0，即高排流量和中排流量相等，而运行的实测值u=0.95，这是由制造误差引起的。
3.2压力匹配器用于电厂改造的效益分析
1）机组本身煤耗下降形成的节能量
实施集中供热改造工程后，2×330MW机组自供热以来，每天供热汽量2000t左右，即83.3t/h，按压力匹配器中排与高排配比特性1∶1计算，即中排供汽量为41.65t/h，高排供汽量为41.65t/h。在实际运行中，7～8t/h的供汽量使250MW负荷下机组煤耗下降1g/kWh。
如供汽量达到120t/h(年供汽量约95万t)，全年1台330MW机组按照6000h计算，年发电19.8亿kWh，则对应的年消耗标煤31680t(原煤44352t)。
2）替代发电供热直接节能量
按照该地市政府要求，关停原3个小热电厂，全部由该厂向用户供热及供电。
根据上述计算，330MW机组替代3个小热电厂发电供热后，供汽负荷将达到120t/h，其煤耗将下降16g/kWh，即发电标煤耗将从替代供热前的平均305g/kWh下降为289g/kWh，而3个小电厂的煤耗在420g/kWh 左右，年发电2.87亿kWh，由于330MW机组供热煤耗和发电煤耗与原3个小热电公司存在巨大差异，所以，由于替代发电供热而产生的直接节能量非常可观，发电和供热分别减少用煤37597t和11400t。
3）环境效益
原3个小热电厂年发电2.87亿kWh，年最大供汽量约95万t。该公司2×330MW机组供热改造实施后，大大减少了市区的大气污染物排放。改由该公司供热、发电后，相同的供热、供电量煤耗下降，节约标煤31680t，减少二氧化硫排放量5186.9t，减少烟尘排放量38377.5t，CO2的排放量也大大减少。
4、结论
用压力匹配器将凝汽机组改为供热机组，实现热电联产，代替小型热电厂是成功的，并取得了可观的经济效益和环境效益。在汽轮机高、中压缸排汽、抽汽口基础上，利用蒸汽压力匹配器改造大型凝汽机组供热机系统是可行的，改造投资少，见效快，安全可靠。
【关键词】压力匹配器；供热系统；实用性
中图分类号：TU833文献标识码： A 文章编号：
压力匹配器的基本原理
1性能指标
1）引射系数
压力匹配器主要性能指标是引射系数u，u是高压蒸汽流量Gp和吸入蒸汽流量Gh的比，即：u=Gp/Gh。u值大表示吸入的低壓蒸汽量大，节能量多。u的数值大小与高压蒸汽、低压蒸汽及输出蒸汽的压力温度有关，u是高压蒸汽压力Pp、温度Tp、低压蒸汽压力Ph和温度及输出蒸汽压力Pc的函数，即：u=f(Pp，Ph，Tp，Tc，Pc)。根据文献的推导有：
（1）
式中：Δhp—高压蒸汽到低压蒸汽的等熵焓降；Δhh—低压蒸汽到输出蒸汽的等熵焓升；—修正系数，0.7～0.8。
压力匹配器的热力过程如图1所示。
图1 压力匹配器的热力过程图
2）压力匹配器的效率
压力匹配器另一个性能指标为压力匹配器的效率，即：
η=uΔhh/(Δhp－Δhh)（2）
经推导，有：
η=u/(ΔHp/ΔHh－1)=u/［(1+u)/φ］2－1（3）
从式(3)看出，u值有一个最佳值，使效率η最大。在Δhp/Δhh=2.0～5.0的范围内，压力匹配器具有较高的效率。
还有一个问题应当注意，那就是低压蒸汽的单级升压比不能超过2.5，即Pc/Ph≤2.5。因为升压比大于2.5，压力匹配器进入极限工况，效率急剧下降。
2、汽轮机传统供热的缺点
2.1节流和憋压供热造成的损失
汽轮机供热传统可调节抽汽方式都是利用阀门的开度调节供汽压力的，旋转隔板属于机内调节，在抽汽口外装调压阀属于机外调节，而机内、机外调节都要造成节流损失。以300MW机组为例，通常是利用高压缸排汽供1.5MPa左右的工业用汽。利用中压缸排汽供0.8MPa左右的工业用汽或采暖用汽。为了保证供热参数的稳定，在高压缸排汽抽汽管上装有减压阀，在供汽量变化时，保持供汽压力稳定。在中压缸到低压缸连通管上抽汽。为了保持抽汽压力稳定，在连通管上装有蝶阀，在中压缸排汽压力低于热用户要求时关小蝶阀，减少到低压缸的排汽，这就使到低压缸的蒸汽承受了节流损失。图2所示为供热抽汽的热力过程图。
图2 汽轮机抽汽供热热力过程图
图2中，0点表示汽机进口蒸汽的状态点，1点表示高压出口状态点，2点为供热抽汽状态点。为了供给热用户压力为Ph的蒸汽，需将高压缸排汽压力节流到Ph，节流使蒸汽损失了作功能力Δip。
2.2压力匹配器与汽轮机供热方式的热损失比较
压力匹配器供热也要产生做功能力损失，单位供热蒸汽损失为：
ΔHp =［Δhp－(1+u)Δhh］/(1+u)
=Δhp/(1+u)－Δhh(4)
当ΔHp＜Δip时，则压力匹配器供热优于节流供热。对于蝶阀憋压供热，则0点代表中压缸进口蒸汽状态点，Pc代表热用户需要的压力，Ph代表蝶阀全开时的中压缸排汽压力，为了满足热用户需要将Ph升到Pc，将蝶阀关小，减少到低压缸中流量。因此到低压缸的蒸汽承受了ΔP=Pc－Ph的压力损失，损失了做功能力Δip发，平均到单位供热蒸汽的做功能力损失为：
Δipf=ΔipGc/Gt(5)
式中：Gt—供热量；Gc—进入低压缸流量。
从式(5)中看出比值Gc/Gt大，则损失大，比值小则损失小。在供热量小时Gc/Gt大，则不宜使用蝶阀憋压。
在不同工况下，用压力匹配器还是用蝶阀经济，可通过计算，比较ΔHp和Δipf的大小来判断。
3、压力匹配器在提高电厂经济效益上的作用
3.1压力匹配器与汽轮机联合运行的经济性
1）压力匹配器与汽轮机联合运行用于供热
应用压力匹配器可以将高压蒸汽和低压蒸汽混合，输出中等压力蒸汽的特性，将汽轮机不同抽汽口不同压力的蒸汽混合，输出满足热用户需要的蒸汽。比直接用汽轮机抽、排汽节流或憋压供汽方式具有较大的节能效益。
2）压力匹配器用于凝汽式汽轮机改造为供热汽轮机
大型电厂凝汽式汽轮机由于设计特点，没有专门供热的合适抽汽口，不能直接向热用户供热。而目前国家节能政策“上大压小”，关闭小电厂，要求大电厂向用户供热。汽轮机压力匹配器是用于将大型凝汽机组改造成供热机组的最佳设备。其将汽轮机不同抽汽口不同压力的蒸汽混合，输出满足热用户需要的蒸汽，并配上压力和温度自动控制装置，改造凝汽式汽轮机为可调节抽汽供热汽轮机。
某市为了改善环境，关停本市区3家小型热电厂，由某电力公司的330MW机组供热。为降低煤耗，提高供热能力，该公司用330MW汽轮机和压力匹配器联合运行供热，系统图如图3所示。
图3 压力匹配器和大型汽轮机组联合运行供热系统图
系统利用高压缸排汽作为压力匹配器的驱动蒸汽，吸入中压缸排汽，混合、扩压后输出蒸汽1.15MPa、330℃。
压力匹配器的型号为TPM3.7/0.95－1.15－85A，即用3.7MPa蒸汽作为驱动蒸汽引射0.95MPa 蒸汽升压到1.15MPa，最大输出流量85t/h，出口压力自动控制。压力匹配器的压力控制是由压力变送器、DCS自动控制和电动执行器来完成的。压力变送器将实测的出口压力参数以4～20mA电流讯号送到DCS系统，DCS系统经逻辑运算和设定的压力数值相比较，输出讯号给电动执行器，开大或关小多芯针型调节阀改变驱动蒸汽的流量，以保持出口压力的稳定。而汽轮机电负荷的变化，通过汽机原有的调节系统，改变调节汽门的开度，以满足电负荷的要求。这样就实现了供热机组热负荷和电负荷的分别调节，互不影响，增强了调节系统的稳定性。
由于采用三喷嘴结构，当外供流量从30%～100%变化时，出口压力都保持稳定，也保证了在输出流量变化时，压力匹配器仍有较高的效率。
在额定参数下，压力匹配器的引射系数设计值为u=1.0，即高排流量和中排流量相等，而运行的实测值u=0.95，这是由制造误差引起的。
3.2压力匹配器用于电厂改造的效益分析
1）机组本身煤耗下降形成的节能量
实施集中供热改造工程后，2×330MW机组自供热以来，每天供热汽量2000t左右，即83.3t/h，按压力匹配器中排与高排配比特性1∶1计算，即中排供汽量为41.65t/h，高排供汽量为41.65t/h。在实际运行中，7～8t/h的供汽量使250MW负荷下机组煤耗下降1g/kWh。
如供汽量达到120t/h(年供汽量约95万t)，全年1台330MW机组按照6000h计算，年发电19.8亿kWh，则对应的年消耗标煤31680t(原煤44352t)。
2）替代发电供热直接节能量
按照该地市政府要求，关停原3个小热电厂，全部由该厂向用户供热及供电。
根据上述计算，330MW机组替代3个小热电厂发电供热后，供汽负荷将达到120t/h，其煤耗将下降16g/kWh，即发电标煤耗将从替代供热前的平均305g/kWh下降为289g/kWh，而3个小电厂的煤耗在420g/kWh 左右，年发电2.87亿kWh，由于330MW机组供热煤耗和发电煤耗与原3个小热电公司存在巨大差异，所以，由于替代发电供热而产生的直接节能量非常可观，发电和供热分别减少用煤37597t和11400t。
3）环境效益
原3个小热电厂年发电2.87亿kWh，年最大供汽量约95万t。该公司2×330MW机组供热改造实施后，大大减少了市区的大气污染物排放。改由该公司供热、发电后，相同的供热、供电量煤耗下降，节约标煤31680t，减少二氧化硫排放量5186.9t，减少烟尘排放量38377.5t，CO2的排放量也大大减少。
4、结论
用压力匹配器将凝汽机组改为供热机组，实现热电联产，代替小型热电厂是成功的，并取得了可观的经济效益和环境效益。在汽轮机高、中压缸排汽、抽汽口基础上，利用蒸汽压力匹配器改造大型凝汽机组供热机系统是可行的，改造投资少，见效快，安全可靠。