凝汽式汽輪機(jī)組低真空供熱技術(shù)的探究

袁天正

摘要：本文主要對(duì)凝汽式機(jī)組低真空供熱技術(shù)的原理，熱經(jīng)濟(jì)性的利弊得失，應(yīng)用目的和前景進(jìn)行了初步的探究。

關(guān)鍵詞：低真空供熱；熱經(jīng)濟(jì)性；供熱技術(shù)

1引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，城市不斷擴(kuò)大，供熱面積也在不斷擴(kuò)大，供熱需求不斷激增。

另一方面，因冬季城市供暖所引發(fā)的空氣污染、能源浪費(fèi)等節(jié)能環(huán)保問(wèn)題日益嚴(yán)重。

城市供暖需求和節(jié)能環(huán)保問(wèn)題成為了擺在人們面前的一對(duì)矛盾。因此有人提出利用凝汽式汽輪機(jī)組在供暖期回收冷卻塔冷源損失用來(lái)供熱的方法（既能滿足供熱量不斷增大的需求又可以兼顧節(jié)能環(huán)保問(wèn)題）—凝汽式機(jī)組低真空供熱技術(shù)以解決上述矛盾。

筆者認(rèn)為凝汽式汽輪機(jī)組低真空供熱技術(shù)中所提出冷卻塔冷源損失在真實(shí)反映熱電廠朗肯循環(huán)熱效率的作功能力分析中是微乎其微的，所以更無(wú)談利用。且該技術(shù)能夠滿足供熱量的需求是建立在降低凝汽式汽輪機(jī)組熱效率的基礎(chǔ)上的，其只滿足了了供熱量的激增的需求，沒(méi)有解決節(jié)能環(huán)保的問(wèn)題。

2凝汽式汽輪機(jī)組低真空供熱技術(shù)原理

在凝汽式汽輪機(jī)組的正常運(yùn)行方式下，來(lái)自鍋爐的高溫高壓過(guò)熱蒸汽，經(jīng)電動(dòng)主汽門、自動(dòng)主汽門、調(diào)速汽門進(jìn)入汽輪機(jī)蒸氣室。通過(guò)靜葉噴嘴減壓增速，沖動(dòng)、反動(dòng)動(dòng)葉帶動(dòng)發(fā)電機(jī)主軸做功。除去用于工業(yè)、供暖供氣的調(diào)整抽汽外，剩余做過(guò)工的低溫低壓飽和蒸汽進(jìn)入排氣缸，在凝汽器內(nèi)與循環(huán)水進(jìn)行換熱，排氣凝結(jié)為飽和水，之后做為給水進(jìn)入回?zé)嵫h(huán)。

在這個(gè)熱力循環(huán)過(guò)程中，循環(huán)水將在汽輪機(jī)內(nèi)做過(guò)功的低溫低壓飽和蒸汽排氣的熱量吸收后，以循環(huán)水泵為動(dòng)力進(jìn)入冷卻塔，循環(huán)水與大氣對(duì)流換熱，將吸收的熱量排入大氣，以此做為朗肯循環(huán)中的冷源，使整個(gè)熱力循環(huán)得以實(shí)現(xiàn)。

凝汽式汽輪機(jī)組低真空供熱技術(shù)就是對(duì)上述熱力循環(huán)過(guò)程的替代和模擬，通過(guò)降低機(jī)組負(fù)荷、調(diào)整真空破壞門，將機(jī)組真空、排氣溫度在機(jī)組運(yùn)行規(guī)程允許的前提下降低至可維持低真空供熱運(yùn)行的壓力、溫度。同時(shí)將熱網(wǎng)回水壓力降低至汽輪機(jī)凝汽器運(yùn)行允許的壓力水平。這樣就可以以熱網(wǎng)回水替代循環(huán)水吸收汽輪機(jī)排氣的熱量冷卻排氣，以熱用戶供暖設(shè)備替代冷卻塔做為循環(huán)水與大氣換熱的熱交換器，以熱用戶替代大氣將熱量排放給熱用戶，最終三者做為朗肯循環(huán)的冷源實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)。

凝汽式汽輪機(jī)組低真空供熱技術(shù)的優(yōu)勢(shì)被認(rèn)為是將本來(lái)排放到大氣中汽輪機(jī)排氣汽化潛熱用來(lái)加熱供熱熱網(wǎng)中的回水排放給熱用戶，回收汽輪機(jī)冷源損失用于供熱，熱電聯(lián)產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保。下面就凝汽式汽輪機(jī)組朗肯循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，考察凝汽式汽輪機(jī)組的冷源損失占整個(gè)熱力循環(huán)的百分比，探討凝汽式汽輪機(jī)組低真空供熱技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義。

3熱經(jīng)濟(jì)性分析

評(píng)價(jià)熱力循環(huán)熱經(jīng)濟(jì)性分為效率分析法和作功能力分析法。這里分別予以討論，在進(jìn)行對(duì)比。

A效率分析法

效率分析法是以效率（既某一熱力循環(huán)中設(shè)備有效利用的能量占其所消耗能量的百分比）的高低作為評(píng)價(jià)設(shè)備在能量利用上的完善程度的指標(biāo)。其以熱力學(xué)第一定律為依據(jù)，其實(shí)質(zhì)是能量的數(shù)量平衡。

在凝汽式汽輪機(jī)組做為熱力設(shè)備的朗肯循環(huán)中各個(gè)設(shè)備的能量損失如下：

a鍋爐損失

b管道損失

c汽輪機(jī)冷源損失

冷源損失分兩部分，第一是理想汽輪機(jī)排氣在凝汽器內(nèi)的放熱量，理想汽輪機(jī)也不可避免產(chǎn)生的能量損失，即固有冷源損失。第二是蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹做功時(shí)產(chǎn)生的節(jié)流損失、噴嘴損失、動(dòng)葉損失、葉高損失、漏汽損失、濕汽損失、葉輪摩擦損失、余速損失等。這些損失使蒸汽做功減少，排氣焓大于理想排氣焓，從而是冷源損失增大，既附加冷源損失。其汽輪機(jī)的冷源損失 等于排氣焓與凝結(jié)水焓之差，即

d汽輪機(jī)的機(jī)械損失

e發(fā)電機(jī)的能量損失

B作功能力分析法

做功能力分析法是熱力學(xué)第一定律和第二定律為基礎(chǔ)，從能量的作功角度出發(fā)，把能量分為有作功能力和無(wú)作功能力兩部分，重在研究各個(gè)熱力過(guò)程中作功能力的變化。實(shí)際的熱力過(guò)程都是不可逆過(guò)程，不可逆過(guò)程必然會(huì)引起作功能力的變化。損失的大小取決于設(shè)備的完善程度。作功能力分析法就是以作功能力損失的大小或作功能力的有效利用程度做為評(píng)價(jià)設(shè)備熱經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)。

在凝汽式汽輪機(jī)組做為熱力設(shè)備的朗肯循環(huán)中各個(gè)設(shè)備的火用損失如下：

a鍋爐中的火用損失

b主汽管道中的火用損失

c汽輪機(jī)冷源火用損失

d汽輪機(jī)機(jī)械摩擦的火用損失

e發(fā)電機(jī)中的火用損失

C效率分析法與作功能力分析法的對(duì)比

將現(xiàn)場(chǎng)工質(zhì)的初參數(shù)、終參數(shù)、設(shè)備效率帶入以上公式計(jì)算可以得到各種損失占初始燃料熱能的百分比。

可發(fā)現(xiàn)兩種分析方法中，管道損失中效率分析法為0.064%，作功能力分析法中為0.29%兩者相差不大 ；汽輪機(jī)機(jī)械損失均為0.323%；發(fā)電機(jī)損失均為0.48%；而鍋爐損失與汽輪機(jī)冷源損失卻正好相反，效率分析法顯示鍋爐損失為9%，汽輪機(jī)冷源損失為58.603%。而作功能力分析法顯示鍋爐損失為58%，汽輪機(jī)冷源損失為9.377%。

也就是說(shuō)效率分析法認(rèn)為影響朗肯循環(huán)效率的主要因素是汽輪機(jī)的冷源損失，而作功能力分析法認(rèn)為影響朗肯循環(huán)效率的主要因素是鍋爐損失。兩種分析方法的解釋出現(xiàn)了矛盾。

其實(shí)從兩種分析方法定義可以看出，作功能力分析法是從內(nèi)部根源進(jìn)行分析，而效率分析法僅僅是從外部現(xiàn)象進(jìn)行解釋。外部損失是內(nèi)部損失的表現(xiàn)，而內(nèi)部損失才是外部損失的根源，作功能力分析法揭示的才是問(wèn)題的本質(zhì)。

由于能量與能力之間不僅有量的差別，更有質(zhì)的不同。而且能量的品質(zhì)更為重要，高品質(zhì)的能量能夠自發(fā)的向下轉(zhuǎn)化作功，低品質(zhì)的能量只能在現(xiàn)階段傳熱取暖。進(jìn)入凝汽器內(nèi)的排氣所具有的熱能已經(jīng)是低壓低溫沒(méi)有多少作功能力，從能量品位上來(lái)說(shuō)屬于低品位的廢熱能量，這些熱能其實(shí)絕大部分在鍋爐里（從給水溫度到過(guò)熱蒸汽這個(gè)巨大溫差的不等溫?fù)Q熱的不可逆熱力過(guò)程中做為代價(jià)）就已喪失了作功能力。

所以說(shuō)汽輪機(jī)的冷源損失從能量的本質(zhì)上來(lái)說(shuō)這種量的損失并不是關(guān)鍵，而鍋爐中因?qū)柡退訜岬竭^(guò)熱蒸汽這種不可逆的熱力過(guò)程所喪失作功能力這種質(zhì)的損失才是真正的關(guān)鍵。

那么由以上分析可知，汽輪機(jī)冷源損失固有冷源損失的部分無(wú)法消除，所以凝汽式汽輪機(jī)組低真空供熱技術(shù)不可能消滅冷源損失。而且冷源損失并不是熱力循環(huán)能量損失中的主要原因，所以凝汽式汽輪機(jī)組低真空供熱技術(shù)也不可能通過(guò)回收汽輪機(jī)排氣余熱減小冷源損失，達(dá)到有效減少熱力循環(huán)能量損失提高熱力循環(huán)效率的目的。

同時(shí)還應(yīng)注意到，凝汽式汽輪機(jī)組低真空供熱技術(shù)通過(guò)回收汽輪機(jī)排氣余熱減小冷源損失，是以犧牲汽輪機(jī)的效率為前提的。以我廠CC12-4.90/0.981/0.294單缸、中溫、次高壓、雙抽凝汽式汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況為例，低真空供熱投入后電負(fù)荷下降1000KW/H；汽耗率上升0.57KG/KW·H。

結(jié)論

綜上說(shuō)述，凝汽式機(jī)組低真空供熱技術(shù)對(duì)環(huán)保節(jié)能的意義不大，但其技術(shù)簡(jiǎn)單，在原有設(shè)備上稍加改造就可以獲得一定程度供熱能力，是一種填補(bǔ)冬季供暖設(shè)備供熱量缺口的簡(jiǎn)單有效的技術(shù)方法。

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