全国化工热工设计技术中心站年会论文集 25低压蒸汽是生产电力的优良资源赵经濂中国五环化学工程公司内容提要 在追求经济发展目标最大化的同时，世界面临并必须解决的共同关键问题是“节能”和“环保” ，它们在我国尤为突出。而“节能”并非一定指高品位能源，也并非一定要运用“高科技”手段，本文试图透过一些计算和分析，希望其结果可以引起有关部门及人员的关注和重视。关 键 词 节能 低压蒸汽 蒸汽轮机各种工业的生产工艺，尤其是大型钢铁企业和石油化工企业，往往会伴生可有效利用的能源，如低压蒸汽、高温热水等。但它们常常不是被疏忽，就是被归类为废热而被排放。工艺过程产生的大量低压(LP)蒸汽，采用传统且历史悠久的凝汽式汽轮发电机组，恰恰是从中获取电功率的最理想设备，它们既是最为简单可靠，其投资又较低。今天，对于一个工业企业而言，电力被认为是最有价值的能源形式。即使汽轮机入口蒸汽压力低到接近大气压，仍然可以实现能源的大量节约，特别是这些低压蒸汽本来要被放空，或在未作出任何有用功就被冷凝的情况下。如果压力大于大气压的低压蒸汽，流量至少有 50,000 kg/hr，则应优先考虑将其回注入现有的蒸汽轮机来回收能量。当然，新安装一台适用极低压力的特殊设计蒸汽轮机来回收能量，一般也是适宜的。低压蒸汽特性对低压蒸汽热力学性质的深入研究，一定会受益匪浅。通常认为，蒸汽轮机进、出口之间的压降是最重要的考虑因素，压降越大，则产功能力也越大。在某种程度上说这是真理，然而对于蒸汽轮机用户而言，单个最重要的影响因素不是压降，而是有效能，它直接与压降比率有关。有效能取决于进口蒸汽的压力和温度，以及乏气的压力。有效能的理论值，是由效率为 100的蒸汽轮机，在进出口压差下在焓熵图上查得。由于有效能的值是由若干变量确定，不同的进口蒸汽压力、温度和乏气压力的组合，可能具有相同的有效能。下面举例说明：下列参数的蒸汽有效能均为 638.5 kJ/：进口蒸汽 64 bar(a)/365 ，乏气压力 2.5bar(a)；进口蒸汽 30 bar(a)/ 315 ，乏气压力 1 bar(a)；进口为7bar(a)的干饱和蒸汽，乏气压力 0.1 bar(a)。通常，由低压蒸汽源获得 1,0002,000 kW 的作功功率不难。例如：10,000 /hr.干饱和蒸汽，进口压力 2 bar(a)，乏汽压力 0.15 bar(a)，其理论作功功率为1,100 kW。类似地，20,000 /hr.干饱和蒸汽，进口压力 1.3 bar(a)，乏汽压力 0.15 bar(a)，26 全国化工热工设计技术中心站年会论文集其理论作功功率为1,830 kW。作为额外的收益，较低压力的蒸汽轮机的性能反而好于较高压力的蒸汽轮机。汽轮机壳体都有压力限制，必须在该压力下运行才能确保安全。为将入口蒸汽压力降低到给定的壳体压力限制值以下，汽轮机进口蒸汽压力必定会被降低到第一级壳体的压力限值。当进口蒸汽压力高于该值，则必须加大汽轮机第一级的压降，降低了汽轮机整体性能。此外，如低压蒸汽放空，在造成噪声污染的同时还须补充相应的给水，以及耗费与之相关的化学处理费用。如果低压蒸汽被冷凝并返回锅炉，就完全以避免污染和上述费用的损失。仍然采用上述 10,000 /hr.和 20,000 /hr.的 LP 蒸汽，并对它们作出经济评估。10,000 /hr.干饱和蒸汽，其理论作功功率为 1,100 kW，而实际作功为 715 kW。若年运行 7,200 hr，电价按￥0.30 /kW.h 计，则年收入为￥1,544,400。20,000 /hr.干饱和蒸汽，其理论作功功率为 1,830 kW，而实际作功仅为 1,190 kW。若年运行 7,200 hr，电价按￥0.30/kW.h 计，则年收入为￥2,570,400。上述两例，很好地说明了低压蒸汽，当然也包括与此相当的低品位能源蕴藏着极大的利用价值。废弃低压蒸汽的回收和发电，在国内外得到广泛的重视和实际应用，取得了巨大的经济效益。线算图本文提供的线算图(图 1、2)，是评估低压蒸汽发电可行性的有力工具。例：有压力为 1 bar(g)、流量 40,000 /hr.的干饱和蒸汽，膨胀到 0.15 bar(a)；电价￥0.30/kW.h；要求投资回收期为两年。首先，由 A 图的蒸汽流量横坐标为 40,000 /hr.处向上引线，与 1 bar(g)压力斜线相交。从交点引水平线至 B 图，与电价为￥0.30/kW.h 的斜线相交。由 B 图：纵坐标读得发电量为2,050 kW；横坐标读得收益为 450 万元/年。由交点向下引线至 C 图，与 2 年回收期斜线相交。由交点引水平线至纵坐标，查得可接受的投资为：900 万元。线算图是以 LP 蒸汽为干饱和蒸汽、凝汽压力为 0.15 bar(a)、能量利用率为 65的条件绘制。若实际蒸汽为过热蒸汽、或凝汽压力不同时，可从图 2 查得修正系数。查图1 之前或之后，使用修正系数的结果相同。有趣的现象从图 2 可以看到一些有趣的现象。修正系数曲线基本是直线，其斜率变化不大且基本一致；而不同凝汽压力线间距的增加却十分明显，当新蒸汽压力较低时尤甚。换言之，蒸汽过热的收益，明显不如凝汽压力降低的收益。如 1 bar(a)的新蒸汽，凝汽压力从0.15 bar(a)降低到 0.06 bar(a)(凝汽温度从 54 降低到 36.2 ，温降 17.8 )，其收益提高41.5%；若再把蒸汽温度过热 30 ，则其收益提高为 45.5，净增收益不过4%而已。汽轮发电机组热效率提高的技术进步，主要是得益于尽量提高新蒸汽的参数，这对于大型或超大型机组无疑是正确的。但对于许多工业企业的动力站而言，或许会得不偿失。而且，大多数工业企业热能动力装置凝汽压力降低有较大的空间。因此有必要在降全国化工热工设计技术中心站年会论文集 27低凝汽压力方面采取措施，或引入新技术新设备，尤其要重视新蒸汽压力较低的机组。降低凝汽压力的难度和投资，肯定不会高于新蒸汽温度提高的难度和投资。如恰当提（下转第 14 页）（上接第 26 页）升凝汽器管子的材料等级、适当加大凝汽器面积、加强运行监督和清洗等，采取上述措施的代价与其收益比较将是微不足道的。此外，也可以考虑在夏季采用湿表面运行的空气凝汽器凝汽方式，以获得比采用循环水冷却凝汽器更低的凝汽压力。 线 算 图 编 制 和 使 用 ： 压 力 均 指 绝 压 ； 年 运 行 小 时 数 ： ； 汽 轮 发 电 机 组 各 种 效 率 乘 积 ：； 不 同 蒸 汽 温 度 和 凝 汽 压 力 ， 请 使 用图 的 修 正 系 数 ； 可 使 用 内 插 法 查 图 。参考文献28 全国化工热工设计技术中心站年会论文集1“水蒸汽性质、水蒸汽绝热膨胀焓降计算” ，赵经濂，周飘摇。建筑热能通风空调，2001 年第 20 卷第 1 期。2Low-pressure steam makes excellent source of kilowatts, Rondy D platz.Power 1990.Vol.134 No.1-2.3Air-cooled condensers, Thomas C Elliot. Power 1990.Vol.134 No.1-2.