汽轮机热效率计算

汽轮机热效率计算

摘要: 计算了一次蒸汽经减温减压后的㶲损失。提出利用背压式汽轮机进行余压发电,使蒸汽按品质梯级利用。将一次蒸汽(参数为36 t/h、3. 43 MPa、435 ℃)减温减压至工艺设备需要的二次蒸汽(参数为1. 25 MPa、260 ℃) ,一次蒸汽㶲损失率为0. 15。利用二者压力差进行余压发电,每年发电量为1226. 62×104 kW·h /a。

㶲的注音：yòng

简体部首：火㶲的部首笔画：4 总笔画：9

当系统由任意状态可逆的变化到与给定环境相平衡的状态时，理论上可以无限转换为任何其他能量形式的那部分能量，称为㶲（Ex）。与此相对应，一切不能转换为㶲的能量称为火无【目前并未被收录进汉语词典】（An）（anergy）。任何能量E均由㶲（Ex）和火无（An）所组成，即E=Ex+An。

㶲反应能量的”数量“与能量之间“质”的差别的统一尺度，国内一些人把㶲称为可用能、有效能或可用度。㶲作为一种评价能量的价值参数，从“量”与“质”的结合上规定了能量的“价值”，解决了热力学和能源科学中长期以来还没有任何一个参数可以单独评价能量的价值问题，改变了人们对能的性质、能的损失和能的转换效率等传统看法。

某钢铁厂炼铁部1号锅炉房现有2台燃用高炉煤气的中温中压锅炉,每台锅炉产汽(一次蒸汽)量为18 t/h,压力为3. 43 MPa,温度为435 ℃。原设计中,利用一次蒸汽通过凝汽式汽轮机发电,带动送风机向高炉送风。现计划用这2台锅炉替代焦化厂锅炉,向焦化厂输送蒸汽,送风机改用外网电力驱动。焦化厂工艺设备用汽(二次蒸汽)压力为1. 25 MPa,温度为260 ℃。为达到焦化厂工艺设备的用汽参数要求,一次蒸汽须经减温减压后变为符合工艺设备要求的二次蒸汽。减温减压过程一般由减温减压装置完成,减温减压装置由减压系统、减温系统、安全保护装置及热力调节仪表组成。一次蒸汽通过减压系统将压力减至设定压力,减温水经喷嘴喷射入蒸汽管道内,使减压后的一次蒸汽降温,变为二次蒸汽。减温水的压力为3. 82 MPa,温度为104 ℃。本文对蒸汽在减温减压过程中的㶲损失进行了计算,并探讨了余压发电在节能降耗方面的效果。

1 蒸汽在减温减压过程中的㶲损失

㶲表示能量的做功能力,因此可用来评价能量的品质。当工质的㶲减少时,也就意味着

其做功能力下降,只有充分利用工质的㶲,才能保证能量的充分利用。

1. 1 减温水及二次蒸汽流量

①能量平衡方程

忽略减温减压过程中热量损失,能量平衡方程为:

h s, s q m , s, s = h s, p q m , s, p + h w q m, w (1)

式中h s, s———二次蒸汽比焓, 2950. 82 kJ /kg

q m , s, s———二次蒸汽质量流量, kg/h

h s, p———一次蒸汽比焓, 3301. 49 kJ /kg

q m , s, p———一次蒸汽质量流量, 36000 kg/h

h w———减温水比焓, 439. 37 kJ /kg

q m , w———减温水质量流量, kg/h

②质量平衡方程

q m , s, s = q m , s, p + q m , w (2)

由式( 1 ) 、( 2 ) 计算可得,二次蒸汽质量流量

q m , s, s = 41. 03 t/h,减温水质量流量q m , w = 5. 03 t/h。

1. 2 一次蒸汽㶲降

将减温减压过程的蒸汽流动简化为稳定流动。

①一次蒸汽比㶲降

Δe s, p = h s, p - h s, s - T e ( s s, p - s s, s ) (3)

式中Δe s, p———一次蒸汽比㶲降, kJ /kg

T e———环境温度,取293. 15 K

s s, p———一次蒸汽比熵, 6. 956 kJ / (kg·K)

s s, s ———二次蒸汽比熵, 6. 834 kJ / ( kg·K)

由式(3)计算可得,减温减压过程一次蒸汽比㶲降Δe s, p = 314. 94 kJ / kg。

②单位时间一次蒸汽㶲降

ΔE s, p=Δe s, p q m , s, p(4)

式中ΔE s, p———单位时间一次蒸汽㶲降, kJ /h

由式(4)计算可得,减温减压过程单位时间一次蒸汽㶲降ΔE s, p = 11. 34 GJ /h。

1. 3 减温水的㶲升

由于减温水被加热变为二次蒸汽,因此应分别计算出一次蒸汽减温减压前减温水的比㶲和一次蒸汽减温减压后减温水生成的二次蒸汽的比㶲。

①减温减压前减温水的比㶲

e w= h w - h e, w - T e ( s w - s e, w ) (5)

式中e w———减温减压前减温水的比㶲, kJ /kg

h e, w———环境状态下减温水比焓, 83. 86 kJ /kg

s w———减温减压前减温水的比熵, 1. 352 kJ /( kg·K)

s e, w———环境状态下减温水的比熵, 0. 296 kJ /( kg·K)

由式(5)计算可得,减温减压前减温水的比㶲

e w= 45. 94 kJ /kg。

②减温水生成二次蒸汽的比㶲

e s, s = h s, s - h e, s - T e ( s s, s - s e, s ) (6)

式中e s, s———减温水生成的二次蒸汽的比㶲, kJ /kg

h e, s———环境状态下蒸汽的比焓, 2537. 20kJ /kg

s e, s———环境状态下蒸汽的比熵, 8. 665 kJ /( kg·K)

由式(6)计算可得,减温水生成的二次蒸汽的比㶲e s, s = 950. 38 kJ /kg。

③单位时间减温水㶲升