淺析高品位蒸汽使用減溫減壓裝置時的可用能損失

張文千，張本峰，張寶珠

(河南心連心化肥有限公司， 河南新鄉 453731)

在煤化工行業中，常利用減溫減壓裝置來獲得不同品位的蒸汽；然而，當由高品位蒸汽減溫減壓成低品位蒸汽時，盡管該過程是一個等焓過程，卻也帶來可用能的損失。現根據河南心連心化肥有限公司(以下簡稱心連心化肥)的實際使用情況，分析高品位蒸汽在使用減溫減壓裝置時可用能的損失，尋求獲得較低品位蒸汽的替代方法，以減少可用能的損失。

1 可用能與無用能

任何能量E均由Ex()和An()兩部分所組成，即E=Ex+An。當系統由一任意狀態可逆地變化到與給定環境相平衡的狀態時[1-2]，理論上可以無限轉換為任何其他能量形式的那部分能量，稱為Ex()。與此相對應，一切不能轉換為的能量，稱為An()。

2 可用能的近似計算

心連心化肥目前擁有高壓鍋爐(9.8 MPa)和次高壓鍋爐(5.3 MPa)。為實現蒸汽資源互相支持和共享，在最大程度上起到減少開車成本和污染的目的，于9.8 MPa高壓鍋爐與5.3 MPa次高壓鍋爐之間增加1個減溫減壓裝置。高品位蒸汽減溫減壓前、后可用能計算結果見表1。

表1 高品位蒸汽減溫減壓前后可用能計算結果

根據目前蒸汽使用情況，約有80 t/h的S98高壓過熱蒸汽減溫減壓至S53次高壓過熱蒸汽。S98實際運行參數：9.2 MPa(表壓)、530 ℃；S53實際運行參數：4.74 MPa(表壓)、468 ℃。根據減溫減壓前后質量守恒和焓守恒，80 t/h的9.2 MPa(表壓)、530 ℃的過熱蒸汽在減溫減壓器中加入2.769 995 7 t/h的15 MPa(表壓)、132 ℃的鍋爐減溫水后，成為82.769 995 7 t/h的4.74 MPa(表壓)、468 ℃的過熱蒸汽，出入口流量差為0，焓差為0，但是可用能()之差不為0，可用能損耗為2 070.1316 kW，此值約占焓值的2.678%。因此，使用減溫減壓器的過程是一個消耗能量的過程，表面上高品位蒸汽減溫減壓與低品位蒸汽的焓值相等，但實際的可用能卻在減少。

3 減少可用能損失的方法

根據以上計算，80 t/h S98過熱蒸汽減溫減壓至S53過熱蒸汽的可用能損耗2 070.131 6 kW。如果將9.2 MPa(表壓)、530 ℃的過熱蒸汽以80 t/h的流量進入(絕熱)蒸汽透平機，蒸汽透平機出口壓力4.74 MPa(表壓)、出口溫度 468 ℃，若此過程視為理想過程，等熵效率為65%，則透平機輸出功率為：

N=G·ΔHs·η/3 600

(1)

式中：N——透平機輸出功率，kW；

G——蒸汽流量，kg/h；

ΔHs——等熵焓降，kJ/kg；

η——等熵效率，%。

計算得：

ΔHs≈3 459.29-3 361.8=

97.49(kJ/kg)

N=80×1 000×97.49×65%÷3 600=

1 408.19(kW)

按平均含稅電價0.57元/(kW·h)，年生產時間7 200 h計，則年經濟效益為5 779 211元。增加1臺背壓式汽輪發電機組設備費用、土建費用和安裝費用合計3 000萬元，需5年3個月即可回收成本。

綜上所述，增加1臺蒸汽透平機后，既實現了獲得次高壓蒸汽的目的，又避免了使用減溫減壓裝置時可用能的損失。

4 結語

現代火電廠對鍋爐蒸汽參數的要求越來越高，從亞臨界到超臨界乃至超超臨界，無論是水蒸氣溫度還是壓力都越來越高，現在的超超臨界蒸汽參數壓力為50 MPa以上，溫度在650 ℃以上，參數越高，可用能越高，蒸汽做功能力越大。

現代鍋爐參數越來越高是為了提高蒸汽對外的做功能力，高品位蒸汽在使用減溫減壓裝置時也就減少了可用能，這與選擇高參數鍋爐的目的是背道而馳的。因此，盡管減溫減壓裝置在生產中起著關鍵性作用，但是在選擇使用時也應當考慮有無替代方案，盡可能減少高品位蒸汽可用能的損失。