探讨垃圾焚烧电站旁路减温减压装置分析及计算

韩　俊，杨海艳

探讨垃圾焚烧电站旁路减温减压装置分析及计算

韩俊，杨海艳

(无锡市亚迪流体控制技术有限公司，江苏 无锡 214161)

旁路系统是垃圾焚烧电站非常重要的组成部分，在旁路系统中安装合适的减温减压装置，需要对环形逐级膨胀式装置和两级多孔节流式装置进行重点计算，根据计算结果分析这两类减温减压装置的优势，再结合减温减压装置的性能和旁路系统的需求确定装置类型。

垃圾焚烧；电站旁路；减温减压装置

由于垃圾焚烧电站旁路系统在运行时，会产生较高的热量，当凝汽器的热量过高和压力过大时，凝汽器本身的性能和系统的运行都会受到影响，所以必须要在旁路系统中安装减温减压装置，对凝汽器进行保护。目前，垃圾焚烧电站经常使用的减温减压装置有两种，在进行具体选择时，可以采用热力计算的方式，根据计算结果分析各自的优势和不足来选择综合性能最好的减温减压装置。

1　垃圾焚烧电站的旁路系统

汽轮机旁路系统中最重要的装置就是减温减压装置，除了减温减压装置，还包含几个关键的部分，分别是阀门、管道以及控制装置。垃圾焚烧锅炉在使用的过程中会形成蒸汽，在旁路系统的作用下，大量的蒸汽将会绕过汽轮机，直接进入蒸汽管道，旁路系统还可以把蒸汽引导到凝汽器内部，避免对再热器造成影响。旁路系统可以快速对垃圾焚烧机炉的参数进行适配，大大提高其启动时的反应速度。在发电厂进行甩负荷时，旁路系统可以让垃圾焚烧发电厂的机组实现带厂用电运行，旁路系统还可以让汽轮器继续保持空转的状态，同时还具有回收工质的作用。

垃圾焚烧电站的锅炉会产生一部分余热，在余热的影响下锅炉逐渐生成新的蒸汽会进入到主蒸汽管道中。主蒸汽管道一般是母管制，可以将蒸汽传输至汽轮机自动主汽门。与其他类型的发电站相比，垃圾焚烧电站内部机组的容量普遍较小，主蒸汽母管往往会连接多个汽轮机，而且这些机组大部分都是单缸机组，每个汽轮机都有单独的旁路凝汽器。整个旁路系统属于一级大旁路系统，主蒸汽母管与一级大旁路系统相连，内部的蒸汽能够旁通整台汽轮机，在旁路阀的控制下，对其进行减温减压处理，处理完毕后，再逐渐进入到旁路凝汽器喉部的位置[1]。

在旁路蒸汽传输到凝汽器喉部之前，经过旁路阀的减温减压处理，温度会逐渐接近饱和温度，当压力值为0.6MPa时，饱和温度约160℃。旁路系统有着非常大的流量，所以旁路蒸汽的排入过程需要遵循一定的准则，可以依照附加流体排入凝汽器准则的相关规定进行排入，这个时候会用到凝汽器喉部中的末级减温减压装置，旁路蒸汽必须经过减温减压处理才能排入到凝汽器中。

在使用减温减压装置处理旁路蒸汽时，要按照相关规定控制出口处旁路蒸汽的温度，确保出口部位的蒸汽温度低于80℃。若要将温度控制在合理的范围内，需要注意中间喷水环节的压力，喷水的压力直接决定了出口部位旁路蒸汽的温度。喷水之后，蒸汽温度会逐渐降低，在下一个环节进行膨胀之后，凝汽器背压的压力会推动旁路蒸汽，使其进入到凝汽器喉部，所以出口处的蒸汽温度会出现轻微的过热度。虽然蒸汽会出现少量的过热情况，但可有效避免蒸汽中掺杂过多的水分，同时对钢结构进行保护，避免钢结构受到冲蚀或其他影响。

2　环形逐级膨胀式减温减压装置的分析与计算

2.1　环形逐级膨胀式减温减压装置分析

为了更好地分析该装置的减温减压原理，可将其分为两个部分，将减温环节和减压环节作为两个单独的处理过程，减温处理就是喷水减温环节，减压处理就是等焓节流减压的环节。减温和减压虽然是两个单独的环节，但是在实际进行处理时，可以让两者同时发生作用，即在等焓节流减压的同一时间进行喷水减温处理。减温处理和减压处理也可以先后完成，先进行等焓节流减压处理，随后再喷入减温水进行减温处理。

当采用逐级膨胀的方式对蒸汽进行减温减压处理时，要将旁路蒸汽传输到装置内部，经过逐级膨胀以达到减压的目的。当膨胀到达第4级时，开始喷入减温水，降低蒸汽的温度，在压力不同的情况下，对应的饱和温度也不同，当温度降低到饱和温度时，就会在出口区域形成过热蒸汽。在实际操作中，蒸汽实际压力会略高于凝汽器的压力，过热蒸汽会在压力的推动下进入到凝汽器，这就是旁路蒸汽逐级膨胀的整个过程[2]。

2.2　环形逐级膨胀式减温减压装置计算

旁路蒸汽在接近临界值时开始膨胀，可以把逐级膨胀的级数设置为6级或7级。将旁路蒸汽刚刚进入减温减压装置时的压力值设为0，将同一时间的温度设为0，其中的焓与熵分别为0和0，将流量和流速分别设为0和0。每个级别的临界膨胀与干饱和蒸汽临界压比为cr=0.577，为了得到逐级膨胀第n级出口处旁路蒸汽的压力值n，可以按照式(1)进行计算。

经过公式(1)的计算，得到出口压力值n，根据上一个层级的熵值n-1以及出口压力值n，得到出口处的焓值n。同时，可以根据出口压力值n以及出口处焓值n得到本级出口处的熵值n。为了进一步计算，需要先得出该层级出口处的流速n，可以根据式(2)进行计算。

(2)

目前已经知道流速n和流量0的具体数值，现在将减温减压装置的长度设定成L，根据这些条件，能够算出不同层级中喉部区域界面尺寸的最小值。将逐级膨胀总层级数设定为6级，喷水减温处理主要是在第4级出口部位，由此得到喷水量Q，可以根据公式(3)进行计算。

在公式(3)中，4以及w分别代表喷入减温水后排出蒸汽时的焓值以及凝结水的焓值。

以某个垃圾焚烧电站的逐级膨胀式减温减压装置为例，主要分析电站里的末级旁路排放系统中的减温减压装置，这个装置是逐级膨胀式，而且膨胀的级数刚好为6级(Ⅰ～Ⅵ)，在第6层级中，该装置的膨胀孔主要处于凝汽器接颈处的侧板区域。减温减压装置第1层级中孔的尺寸很小，主要分布在进气管的周边，在这个部位设置了节流小孔，同时，在装置的末端部位，需要使用平盖的方式或者利用封头实现闷堵。在计算之前需要先测量节流小孔的直径，将小孔直径设为d，将蒸汽进入时的质量体积设为0，根据小孔直径d、压力值0以及气体质量体积0进行计算，能够得到单独一个小孔的通流能力，可以按照公式(4)进行计算。

为了得到节流孔的数量N，可以按照式(5)进行计算。

(5)

当旁路蒸汽穿过减温减压装置第1层级的节流小孔后，开始一级一级完成绕流膨胀减压，这时不需要进行减温处理，到了第4层级后，在出口处会喷水进行减温，减温用的水来源于凝结水泵，主要是出口区域的凝结水。为了避免装置材料表面被冲蚀，可以对喷水区域的钢板进行处理，将不锈钢覆盖到装置的表面，形成一层防止冲蚀的覆层。

减温减压装置安装在接颈的侧面，所以要根据实际需求在各个层级的低点安装疏水孔。目前，逐级膨胀式的装置还存在一定的缺陷，当旁路蒸汽越来越多时，流量会逐渐加大，导致减温减压装置的直径和质量也越来越大。

3　两级多孔节流式减温减压装置的分析与计算

作为一种旁路末级排放装置，两级多孔节流式减温减压装置实际上是垃圾焚烧电站中使用最普遍的排放装置，具备节流能力强且结构紧凑的特点[3]。装置正常运行时，在减温减压阀下游距管壁一米处测其噪音，噪音不高于85分贝。由于减温减压器需要在高温、高压差的工况中使用，以现有技术，不能使冷却水与蒸汽完全混合，导致减温效率低。装置内部旁路饱和蒸汽经过第1级孔板膨胀减压之后，将会在最短时间内被凝结水喷淋，直到温度降低到第1级出口压力之下的饱和温度。当蒸汽到达饱和温度之后，还要进行第2级的膨胀处理，并带着过热度的蒸汽，一同排入凝汽器的喉部位置。蒸汽在两级多孔节流式减温减压装置内的孔中展开超临界膨胀，要求节流孔的孔径不能低于6.35mm，一旦超过这一数值，将有可能引发堵塞，按照上文公式可以确定节流孔的数量。计算两级多孔节流式减温减压装置第2级的入口压力，可以按照式(6)进行计算。

式(6)中，m指的是计算两级多孔节流式减温减压装置第2级的入口压力；b指的是凝汽器的背压。在两级间展开喷水减温，可以达到良好的减温效果。另外，筒内流速不宜过高，每级膨胀之后的气流在集管与装置内的流速不宜大于102m/s。在明确蒸汽量、喷水量和流速之后，可以计算得出筒体的直径L。

为了防止两级多孔节流式减温减压装置中高速喷射的气流将会对凝汽器内的结构件产生不良冲击侵蚀影响，建议科学计算气流安全扩散距离M，具体公式为式(7)、式(8)。

(8)

为了防止孔之间喷射之后造成气流干涉影响，还需要确定孔节距，也就是纵向排列的孔间距、排孔之间的间距。计算公式如式(9)、式(10)所示。

式(9)和式(10)当中，0指的是纵向排列的孔间距，S指的是排孔之间的间距。而两级多孔节流式减温减压装置的级间喷水量也能依据上文公式予以确定。

两级多孔节流式减温减压装置具有4个使用特点：①装置的第2级蒸汽膨胀在凝汽器的喉部内，且在第1级之后开始喷水减温操作，第1级与第2级之间存在空间距离，确保蒸汽与水充分混合在一起；②两级多孔节流式减温减压装置的第1级节流孔不会直接安装在接管处，而是需要在单独的孔板中开设，所以第1级节流孔可以独立工作；③第2级节流孔无法均匀的布置在装置集管环形面上，而是要开设在某一处的圆心角范围内，且开孔需要朝着水平的方向倾斜，或者朝着向下的方向倾斜；④装置内安装了雾化喷嘴，保障蒸汽达到充分降温的效果[4]。

4　结语

对两种类型的减温减压装置进行了分析和计算，总结出5个特点：①两个类型的减温减压装置能具有节流减压的作用，并且在其中的某个层级开始喷水减温，将温度降低到相应层级的饱和温度；②两者相比，逐级膨胀式的减温减压装置在出口处的蒸汽温度较低，减温水的喷入量较多；③多孔节流属于超临界膨胀，另一种属于临界膨胀，所以的出汽压力更低；④两者的安装部位和安装方式不同，逐级膨胀的装置主要位于凝汽器接颈处的外侧板，另一个装置要伸入接颈处；⑤两者的减温方式和减温效果不同，多孔节流式的装置具有更高的减温效率。

[1] 彭超.垃圾焚烧电站旁路减温减压装置分析及计算[J].热力透平,2020,49(2):107-110.

[2] 柴建伟.一种新型垃圾焚烧发电废水浓液的处理工艺技术[J].环境与发展,2020,32(4):97-99.

[3] 李宝华.垃圾电站机械炉排焚烧炉安装过程质量控制[J].工程建设与设计,2019(4):174-175.

[4] 胡海金.以天然气作辅助燃料的垃圾电厂焚烧车间电气防爆安全问题探讨[J].四川环境,2019,38(1): 140-143.

Discuss on analysis and calculation of the bypass temperature reduction device of the waste incineration power station

HAN Jun , YANG Haiyan

(Wuxi Yadi Fluid Control Technology Co., Ltd., Wuxi, Jiangsu 214161, China)

The bypass system is a very important system for the waste incineration power station. To install a suitable temperature reduction and decompression device in the bypass system, it is necessary to carry out key calculations on the annular step-by-step expansion device and the two-stage porous throttling device. According to the calculation results, the advantages of the two kinds of temperature and pressure reducing devices are analyzed. Combined with the performance of temperature reducing and pressure-reducing devices and the requirements of bypass system to determine the type of device.

waste incineration; power station bypass; temperature reduction and pressure reduction device

TM62

A

2096–8736(2022)02–0019–03

韩俊(1982—)，男，江苏盐城人，大学本科，工程师，主要研究方向为机械工程。

责任编辑：阳湘晖

英文编辑：唐琦军