熱水余熱飽和蒸汽汽輪機的初終參數(shù)選擇

王曉峰

（哈爾濱汽輪機廠有限責(zé)任公司，哈爾濱150046）

1 引言

地?zé)釤崴?、工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的熱水，相對于周圍環(huán)境具有一定的溫度差，就有了可以利用的能量。這些熱水是具有一定壓力的不飽和水，通過在擴容器里減壓閃蒸，蒸發(fā)出壓力較低的飽和蒸汽，可以推動汽輪機做功。這一類的汽輪機稱為飽和蒸汽汽輪機。它有別于各種類型高溫蒸汽汽輪機，也不同于核電汽輪機。隨著節(jié)能減排觀念的增強，開發(fā)利用地?zé)峒案鞣N熱水余熱的項目越來越多，飽和汽輪機的需求越來越大。本文主要介紹對于不同溫度的熱水，如何選擇汽輪機的初終參數(shù)，以更好地利用能源。

2 決定初溫和終溫參數(shù)的因素

奠定了熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)的卡諾循環(huán)指出，循環(huán)的熱效率ηk=1-T2/T1，即熱效率與初溫T1和終溫T2有關(guān)。初溫越高，終溫越低，效率越高。

對于終溫，所有的汽輪機都一樣，決定于循環(huán)水溫、循環(huán)水量、汽輪機末葉片長度及排汽濕度。循環(huán)水溫是大自然賦予我們的條件，很難改變。循環(huán)水量、汽輪機末葉片長度及排汽濕度是技術(shù)和制造、運行成本問題。經(jīng)過冷端優(yōu)化、技術(shù)經(jīng)濟比較，一般大機組會選擇較大循環(huán)水量和較長的葉片，得到較低的終溫，獲得較高的效率；而小機組為了降低成本，會犧牲一點效率，選擇較高的背壓和終溫。飽和汽輪機一般功率較小，循環(huán)水多是閉式循環(huán)，水溫較高，一般選取較高背壓。

提高初溫，受限于汽輪機所使用的材料，是技術(shù)問題。研制更耐高溫的材料，提高初溫，是發(fā)電行業(yè)永遠的追求。目前，汽輪機初溫已達到600℃，燃氣輪機已達到1300℃以上。當(dāng)然，使用多高的初溫，還需要進行技術(shù)經(jīng)濟比較。一般來說，大機組使用較高的初溫，而小機組仍使用較低的初溫。

3 合理選擇初溫和終溫參數(shù)的方法

對于使用飽和蒸汽的汽輪機的初溫的確定，不是決定于材料，而是受到熱水溫度和汽輪機排汽濕度的限制。

利用熱水余熱的飽和蒸汽汽輪機的工作蒸汽是熱水在擴容器內(nèi)閃蒸出來的蒸汽，很顯然，它的溫度總是低于熱水溫度。熱水在擴容器內(nèi)閃蒸出來一部分飽和蒸汽，疏走一部分飽合水。而且，閃蒸出來的蒸汽量與擴容器的壓力有關(guān)。

蒸汽流量=（熱水流量×熱水焓-疏水流量×疏水焓）/飽和蒸汽焓。

蒸汽焓是該壓力下的飽和蒸汽焓，疏水焓是該壓力下的飽和水焓。可見壓力越高，閃蒸蒸汽的溫度和焓值越高，同時，疏水焓也高，則蒸汽量越少。汽輪機的做功能力與蒸汽流量和可用焓值成正比。所以，如何確定蒸汽溫度是至關(guān)重要的。

再來討論排汽濕度問題。汽輪機的進汽接近干飽和蒸汽。其進汽壓力是其溫度的飽和壓力。隨著蒸汽在汽輪機內(nèi)的各級膨脹做功，壓力越來越低，濕度越來越大，蒸汽內(nèi)的水滴越來越多越來越大，對葉片的沖刷越來越厲害，到了一定的壓力，濕度太大，會使葉片受損，不能正常工作。受到濕度的限制，不能膨脹到更低的壓力，即不能達到更低的環(huán)境所能允許的冷端溫度。而且，進汽壓力越高，出現(xiàn)不能允許的濕度的壓力越高，排汽壓力就會越高。在焓熵圖上，飽和蒸汽線和濕蒸汽的干度線在2MPa以下基本上是平行的。在2MPa以下，不同的進汽壓力（與飽和溫度相對應(yīng)），膨脹到相同的干度線的可用理想焓降大致上是相等的，也就是說，不同的進汽壓力的做功能力是大致相等的。而蒸發(fā)壓力越低，得到的蒸汽量越大，發(fā)電越多。所以選取較低的進汽壓力和溫度，得到的發(fā)電量較大。

表1

4 理論驗證

依據(jù)熱水溫度和環(huán)境條件，選擇合適的蒸汽溫度，才能得到較大的蒸汽量和合理的可用理想焓降，使汽輪機有較高的效率和功率。下面通過具體計算，來求證對于一個熱水溫度的合適的蒸汽溫度。假定熱水溫度200℃，1000t/h，汽輪機效率78%，最低排汽濕度12%，無汽水損失。見表1。

由表1可見，隨著主汽壓力降低，背壓可以降低，功率直線增加。但是，受環(huán)境溫度的限制，受汽輪機成本和循環(huán)水系統(tǒng)成本的制約，不可能把背壓降到太低。工程實踐中，要根據(jù)環(huán)境條件、熱水量的大小和溫度，選擇主汽壓力和背壓。

如果熱水的溫度比較高，可以做成兩級擴容系統(tǒng)。按照前述原則，合理地選擇一次、二次蒸發(fā)壓力，可以得到更多的電功率、更大的效益。

5 結(jié)論

綜上所述，熱水發(fā)電工程要根據(jù)熱水參數(shù)、環(huán)境條件、投資和運行成本合理地選擇汽輪機進汽壓力和背壓，一般應(yīng)盡可能地選擇較低的主汽壓力和背壓，以期得到更大的效益。