浅析高品位蒸汽使用减温减压装置时的可用能损失

张文千，张本峰，张宝珠

(河南心连心化肥有限公司， 河南新乡 453731)

在煤化工行业中，常利用减温减压装置来获得不同品位的蒸汽；然而，当由高品位蒸汽减温减压成低品位蒸汽时，尽管该过程是一个等焓过程，却也带来可用能的损失。现根据河南心连心化肥有限公司(以下简称心连心化肥)的实际使用情况，分析高品位蒸汽在使用减温减压装置时可用能的损失，寻求获得较低品位蒸汽的替代方法，以减少可用能的损失。

1 可用能与无用能

任何能量E均由Ex()和An()两部分所组成，即E=Ex+An。当系统由一任意状态可逆地变化到与给定环境相平衡的状态时[1-2]，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Ex()。与此相对应，一切不能转换为的能量，称为An()。

2 可用能的近似计算

心连心化肥目前拥有高压锅炉(9.8 MPa)和次高压锅炉(5.3 MPa)。为实现蒸汽资源互相支持和共享，在最大程度上起到减少开车成本和污染的目的，于9.8 MPa高压锅炉与5.3 MPa次高压锅炉之间增加1个减温减压装置。高品位蒸汽减温减压前、后可用能计算结果见表1。

表1 高品位蒸汽减温减压前后可用能计算结果

根据目前蒸汽使用情况，约有80 t/h的S98高压过热蒸汽减温减压至S53次高压过热蒸汽。S98实际运行参数：9.2 MPa(表压)、530 ℃；S53实际运行参数：4.74 MPa(表压)、468 ℃。根据减温减压前后质量守恒和焓守恒，80 t/h的9.2 MPa(表压)、530 ℃的过热蒸汽在减温减压器中加入2.769 995 7 t/h的15 MPa(表压)、132 ℃的锅炉减温水后，成为82.769 995 7 t/h的4.74 MPa(表压)、468 ℃的过热蒸汽，出入口流量差为0，焓差为0，但是可用能()之差不为0，可用能损耗为2 070.1316 kW，此值约占焓值的2.678%。因此，使用减温减压器的过程是一个消耗能量的过程，表面上高品位蒸汽减温减压与低品位蒸汽的焓值相等，但实际的可用能却在减少。

3 减少可用能损失的方法

根据以上计算，80 t/h S98过热蒸汽减温减压至S53过热蒸汽的可用能损耗2 070.131 6 kW。如果将9.2 MPa(表压)、530 ℃的过热蒸汽以80 t/h的流量进入(绝热)蒸汽透平机，蒸汽透平机出口压力4.74 MPa(表压)、出口温度 468 ℃，若此过程视为理想过程，等熵效率为65%，则透平机输出功率为：

N=G·ΔHs·η/3 600

(1)

式中：N——透平机输出功率，kW；

G——蒸汽流量，kg/h；

ΔHs——等熵焓降，kJ/kg；

η——等熵效率，%。

计算得：

ΔHs≈3 459.29-3 361.8=

97.49(kJ/kg)

N=80×1 000×97.49×65%÷3 600=

1 408.19(kW)

按平均含税电价0.57元/(kW·h)，年生产时间7 200 h计，则年经济效益为5 779 211元。增加1台背压式汽轮发电机组设备费用、土建费用和安装费用合计3 000万元，需5年3个月即可回收成本。

综上所述，增加1台蒸汽透平机后，既实现了获得次高压蒸汽的目的，又避免了使用减温减压装置时可用能的损失。

4 结语

现代火电厂对锅炉蒸汽参数的要求越来越高，从亚临界到超临界乃至超超临界，无论是水蒸气温度还是压力都越来越高，现在的超超临界蒸汽参数压力为50 MPa以上，温度在650 ℃以上，参数越高，可用能越高，蒸汽做功能力越大。

现代锅炉参数越来越高是为了提高蒸汽对外的做功能力，高品位蒸汽在使用减温减压装置时也就减少了可用能，这与选择高参数锅炉的目的是背道而驰的。因此，尽管减温减压装置在生产中起着关键性作用，但是在选择使用时也应当考虑有无替代方案，尽可能减少高品位蒸汽可用能的损失。