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 /kgq m , s, s———二次蒸汽质量流量, kg/hh s, p———一次蒸汽比焓, 3301. 49 kJ /kgq m , s, p———一次蒸汽质量流量, 36000 kg/hh w———减温水比焓, 439. 37 kJ /kgq m , w———减温水质量流量, kg/h②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 /kgT e———环境温度,取293. 15 Ks 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 /kgh e, w———环境状态下减温水比焓, 83. 86 kJ /kgs 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 /kgh e, s———环境状态下蒸汽的比焓, 2537. 20kJ /kgs 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ΔE w = ( e s, s - e w ) q m , w (7)式中ΔE w———单位时间减温水㶲升, kJ /h由式(7)计算可得,单位时间减温水㶲升ΔE w= 4. 55 GJ /h。

1. 4 一次蒸汽㶲损失率①单位时间一次蒸汽实际㶲降ΔE s, p, r=ΔE s, p–Δe w(8)式中ΔE s, p, r———单位时间一次蒸汽实际㶲降, kJ /h由式(8)计算可得,单位时间一次蒸汽实际㶲降ΔE s, p, r = 6. 79 GJ /h。

②一次蒸汽的比㶲e s, p = h s, p - h e, s - T e ( s s, p - s e, s ) (9)式中e s, p———一次蒸汽的比㶲, kJ /kg由式( 9 ) 计算可得, 一次蒸汽的比㶲e s, p =1265. 37 kJ /kg。

③一次蒸汽㶲损失率η=ΔE s, p, r / e s, p q m , s, p (10)式中η———一次蒸汽㶲损失率由式(10 ) 计算可得,一次蒸汽㶲损失率η=0. 15。

2 节能措施为了有效利用工质的做功能力,避免高品质能源的浪费,将一次蒸汽先通入背压式汽轮机发电,再将排汽供工艺设备使用,即余压发电。

余压发电可使热能得到充分利用,可提高能源利用率,是一项有效的节能措施。

在炼铁部1号锅炉房中温中压锅炉改造过程中,选择1台背压式汽轮机代替减温减压装置,汽轮机进汽参数为3. 43 MPa、435 ℃。

蒸汽在汽轮机内绝热膨胀后排出,排汽压力为1. 25 MPa。

①蒸汽理想比焓降Δh = h i– h o(11)式中Δh———蒸汽理想比焓降, kJ /kgh i———汽轮机进汽比焓, 3301. 49 kJ /kgh o———汽轮机排汽比焓, 3018. 51 kJ /kg②蒸汽有效比焓降Δh e =Δh η I(12)式中Δh e———蒸汽的有效比焓降, kJ /kgηi ———汽轮机相对内效率,取0. 76由式(11) 、( 12)计算可得,蒸汽有效比焓降=215. 06 kJ /kg。

③汽轮机实际排汽比焓h o, r = h i–Δh e(13)式中h o, r———汽轮机实际排汽比焓, kJ /kg由式(13)计算可得,汽轮机实际排汽比焓h o, r= 3086. 43 kJ /kg,则汽轮机实际排汽温度为320. 8℃(此温度高于工艺设备要求的温度,可增加减温装置进行减温) 。

④汽轮机组输出的电功率P o=q m , s, pΔh eη mη g / 3600 (14)式中P o———汽轮机组输出的电功率, kWηm———机械效率,取0. 98ηg ———发电机效率,取0. 97由式(14)计算可得,汽轮机组输出的电功率P o= 2044. 36 kW。

⑤年经济效益汽轮机组年运行时间为6000 h /a,则年发电量为1226. 62 ×104 kW ·h /a。

电价按0.5 元/ ( kW·h)计算,每年余压发电创造的经济效益为613. 31×104元/a,改造工程造价约900 ×104元,约1. 5 a即可收回全部改造资金。

3 结论①蒸汽的减温减压虽为绝热过程,减温减压前、后总热量不变,但减温减压后蒸汽㶲损失很大,造成蒸汽品质下降。

合理使用蒸汽不但应着眼于蒸汽热量的利用,更应注重蒸汽㶲的充分利用。

高品质蒸汽先用于发电,再用于工艺生产,是提高蒸汽能量利用率的有效途径。

②对于该厂炼铁部1号锅炉房采用减温减压装置制取二次蒸汽,一次蒸汽的㶲损失率达0. 15。

③在该厂炼铁部1号锅炉房改造工程中,采用背压式汽轮机代替减温减压装置进行余压发电,年发电量可达1226. 62×104 kW·h /a,年经济效益达613. 31×104元/a。

④印染、纺织、制糖、造纸等工业生产中需要大量工艺用汽, 但所需压力不高, 一般小于0. 3MPa,而热源供汽压力较高,多大于1. 3 MPa。

因此可以利用供汽与工艺设备之间的压差进行余压发电,以提高能源利用率。

换热器的㶲效率更新时间：2016-4-15 浏览次数：193次换热器是各能量系统中使用最广泛的单元设备之一。

目前对各种各样的换热器的分析一般有两种方法：一种是依据能量的数量守恒关系，即以热力学第一定律为基础，分析换热器的能量在数量上转化、传递、利用和损失的情况，并以能效率来反映他的性能；另一种方法则是根据能量中㶲的平衡关系，即以热力学第二定律为基础，分析换热器中㶲的转换、传递、利用和损失情况，并以㶲效率来反映其性能。

显然，能效率无法分析换热器中存在的能量质的贬值和损耗，从而不能揭示能量损失的本质；而㶲效率则是从能量质的角度来分析和评价换热器的性能，因此更加科学和全面，对换热器节能和优化设计有着重要的指导意义。

应当指出，虽然㶲效率有很多优点，但㶲效率有着一定的不确定性，迄今尚缺乏统一的标准。

㶲效率定义为：ηex=作为收益的㶲/作为代价的㶲表面看来，㶲效率定义并不复杂，只要确定了哪些是收益的㶲，哪些是消耗的㶲，就能按上式计算出相应的㶲效率。