減溫減壓器和壓力匹配器在供熱系統(tǒng)中的熱經(jīng)濟性分析

馬家貴

摘 要：介紹了減溫減壓器和壓力匹配器的基本工作原理，提出了使用壓力匹配器能有效解決供熱系統(tǒng)中供、需參數(shù)的不一致問題。通過實例比較了在供熱系統(tǒng)中使用壓力匹配器與減溫減壓器所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：供熱系統(tǒng)；減溫減壓器；壓力匹配器；熱經(jīng)濟性

中圖分類號：TU995 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.08.119

1 減溫減壓器的工作原理和使用情況

減溫減壓器是將高參數(shù)蒸汽降為低參數(shù)蒸汽的專業(yè)設(shè)備，其工作原理是對熱源（電站、工業(yè)鍋爐和熱電廠等）輸送來的一次（新）蒸汽壓力、溫度進行減溫、減壓，使其二次蒸汽的壓力、溫度達到生產(chǎn)工藝要求。

現(xiàn)某供熱工程共需要1.3 MPa、250 ℃的過熱蒸汽約11 t/h，而現(xiàn)在已有汽源所提供的蒸汽參數(shù)只有2種：①3.7 MPa、380 ℃的中壓蒸汽；②1.0 MPa、300 ℃的低壓蒸汽。只有對中壓蒸汽減溫、減壓，才能滿足使用。由能量平衡原理得出：

Q1+Qs=Q2. （1）

Q1×h1+Qs×hs=Qn×hn. （2）

式（1）（2）中：Q1中壓蒸汽流量，t/h；h1中壓蒸汽焓值，kJ/kg；Q2低壓蒸汽流量，t/h；h2低壓蒸汽焓值，kJ/kg；Qs減溫水流量，t/h；hs減溫水焓值，kJ/kg；Qn新蒸汽流量，t/h；hn新蒸汽焓值，kJ/kg

式（1）（2）中未考慮汽水損失，且假定減溫水全部轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?。通過計算得出，新蒸汽約為10 t/h，減溫水約為1 t/h，全年新蒸汽約需1.0×105 t。這部分蒸汽導致機組減少發(fā)電約1 000 kW·h，每年減少發(fā)電7.0×106 kW·h（設(shè)備年運行均以7 000 h計算）。通過以上分析可知，每小時近10 t的新蒸汽直接被減溫、減壓成較低等級的蒸汽，熱能梯度沒有得到利用，并不節(jié)能，長期投用后無法合理利用蒸汽的熱能梯度，能源浪費嚴重，電站整體的熱效率較低。

2 壓力匹配器的工作原理和使用情況

壓力匹配器是提高低壓蒸汽壓力的專用設(shè)備，其原理是利用高壓蒸汽（驅(qū)動蒸汽），通過噴咀噴射產(chǎn)生的高速氣流將低壓蒸汽吸入，使其壓力和溫度提高，使高壓蒸汽的壓力和溫度降低，從而使低壓蒸汽的參數(shù)滿足不同用戶企業(yè)的要求，利用了以往無法利用的蒸汽，達到了節(jié)能的目的。壓力匹配器中裝有針型調(diào)節(jié)閥，能保證用汽蒸汽壓力在流量30%～100%的范圍內(nèi)不變。

據(jù)統(tǒng)計，一般工況下，低壓參數(shù)蒸汽都含有較大的余量。根據(jù)壓力匹配器的原理和可使用汽源的壓力情況不難看出，1.0 MPa、300℃的低壓蒸汽可作為壓力匹配器的低參數(shù)蒸汽使用，而3.7 MPa的中壓蒸汽可作為壓力匹配器噴射推動力蒸汽。因此，這兩種蒸汽能滿足壓力匹配器的使用要求。

同樣不考慮汽水損失，且假定減溫水全部轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，某供熱工程共需?.3 MPa、250 ℃的過熱蒸汽約11 t/h，設(shè)進入壓力匹配器中的壓蒸汽參數(shù)3.7 MPa、380 ℃為Q1，t/h，低壓蒸汽1.0 MPa、300 ℃為Q2，t/h，由熱量平衡原理得出：

Q1×103×hl+ Q2×103×h2=10×103×hn1. （3）

Q1+Q2=10. （4）

式（3）（4）中：Q1、Q2、h1、h2同上，hn1匹配后的蒸汽焓值，kJ/kg。

根據(jù)實際工作參數(shù)值，即可求得Q1=4.36 t/h和Q2=6.64 t/h。

由計算可知，使用3.7 MPa、380 ℃中壓蒸汽4.36 t/h和1.0 MPa、300 ℃低壓蒸汽6.64 t/h混合后，通過壓力匹配器可產(chǎn)生10 t/h1.3 MPa、320 ℃蒸汽，再投入約1 t/h的減溫水即可滿足某工程外供所需的蒸汽參數(shù)要求。因此，使用壓力匹配器實現(xiàn)蒸汽壓力匹配是可行的。這部分被使用的中壓蒸汽可使機組減少發(fā)電約400 kW·h，每年減少發(fā)電2.8×106 kW·h（設(shè)備年運行均以7 000 h計算），能有效地解決蒸汽壓力匹配問題，可適用于供熱系統(tǒng)中供、 需參數(shù)的不一致問題，避免使用減溫減壓器所產(chǎn)生的節(jié)流損失，從而提高熱經(jīng)濟性，是一種高效的節(jié)能產(chǎn)品。

3 效益比較

根據(jù)以上減溫減壓器方案和壓力匹配器方案需要使用的不同品質(zhì)的參數(shù)的流量，壓力匹配器方案更多地利用了低能級的蒸汽。使用減溫減壓器每年消耗中壓蒸汽70 000 t，減溫水7 000 t，使用壓力匹配器每年消耗中壓蒸汽3.05×106 t，低壓蒸汽4.65×106 t，減溫水7 000 t。但從能量轉(zhuǎn)換的角度考慮，每噸3.7 MPa、380 ℃的中壓蒸汽折算成標煤約108 kg/h，每噸1.0 MPa、300 ℃的中壓蒸汽折算成標煤約104 kg/h。因此，使用壓力匹配器每年節(jié)約能量折算成標煤約186 t/h（設(shè)備年運行均以7 000 h計算）。每噸標煤按照900元計算，每年直接節(jié)約費用約16.7萬元。因此，在供熱系統(tǒng)中，壓力匹配器具有更高的經(jīng)濟效益，是挖潛增效的手段之一。

壓力匹配器供熱與減溫減壓器供熱相比較，由于使用的中壓蒸汽更少，所以，增加了汽輪機的熱化發(fā)電量。以上計算結(jié)果說明了使用壓力匹配器將少用6.64 t/h參數(shù)為3.7 MPa、380 ℃的中壓蒸汽。由于低壓蒸汽不能用于發(fā)電，如果這部分中壓蒸汽用來發(fā)電，則每年會增加發(fā)電量7.2×106 kW·h（設(shè)備年運行均以7 000 h計算）。每度電量按照0.4元計算，每年直接節(jié)約費用約288萬元。

由此可見，就以上供熱系統(tǒng)運行工況而言，使用壓力匹配器方案可以產(chǎn)生經(jīng)濟效益約304萬元。因此，用高參數(shù)蒸汽提升低參數(shù)蒸汽達到中間參數(shù)蒸汽，可利用一部分已做功發(fā)電的低壓蒸汽減少冷凝損失，增加熱經(jīng)濟性，這是壓力匹配器供熱的主要優(yōu)點。但目前壓力匹配器的運行噪聲較大，必須增設(shè)專用的隔音罩。此外，因多設(shè)置了1條進口低壓管道，管道在廠房內(nèi)的布置需要更多空間，同時，投資成本會相應(yīng)增加。

4 結(jié)束語

綜上所述，使用壓力匹配器有效提高了供熱系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性，從而節(jié)省減溫水系統(tǒng)的投資。根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的設(shè)備資料，同噸位的壓力匹配器的價格與減溫減壓器相當，在較短的時間內(nèi)就可收回投資，且在技術(shù)上較為成熟，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，安全性和可靠性較高，安裝、使用方便。因此，建議在建設(shè)熱網(wǎng)時，在各方面條件具備的情況下安裝壓力匹配器，從而為電廠熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能降耗作出更大的貢獻。

〔編輯：張思楠〕