減溫減壓器和壓力匹配器在供熱系統中的熱經濟性分析

馬家貴

摘 要：介紹了減溫減壓器和壓力匹配器的基本工作原理，提出了使用壓力匹配器能有效解決供熱系統中供、需參數的不一致問題。通過實例比較了在供熱系統中使用壓力匹配器與減溫減壓器所產生的經濟效益。

關鍵詞：供熱系統；減溫減壓器；壓力匹配器；熱經濟性

中圖分類號：TU995 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.08.119

1 減溫減壓器的工作原理和使用情況

減溫減壓器是將高參數蒸汽降為低參數蒸汽的專業設備，其工作原理是對熱源（電站、工業鍋爐和熱電廠等）輸送來的一次（新）蒸汽壓力、溫度進行減溫、減壓，使其二次蒸汽的壓力、溫度達到生產工藝要求。

現某供熱工程共需要1.3 MPa、250 ℃的過熱蒸汽約11 t/h，而現在已有汽源所提供的蒸汽參數只有2種：①3.7 MPa、380 ℃的中壓蒸汽；②1.0 MPa、300 ℃的低壓蒸汽。只有對中壓蒸汽減溫、減壓，才能滿足使用。由能量平衡原理得出：

Q1+Qs=Q2. （1）

Q1×h1+Qs×hs=Qn×hn. （2）

式（1）（2）中：Q1中壓蒸汽流量，t/h；h1中壓蒸汽焓值，kJ/kg；Q2低壓蒸汽流量，t/h；h2低壓蒸汽焓值，kJ/kg；Qs減溫水流量，t/h；hs減溫水焓值，kJ/kg；Qn新蒸汽流量，t/h；hn新蒸汽焓值，kJ/kg

式（1）（2）中未考慮汽水損失，且假定減溫水全部轉變為蒸汽。通過計算得出，新蒸汽約為10 t/h，減溫水約為1 t/h，全年新蒸汽約需1.0×105 t。這部分蒸汽導致機組減少發電約1 000 kW·h，每年減少發電7.0×106 kW·h（設備年運行均以7 000 h計算）。通過以上分析可知，每小時近10 t的新蒸汽直接被減溫、減壓成較低等級的蒸汽，熱能梯度沒有得到利用，并不節能，長期投用后無法合理利用蒸汽的熱能梯度，能源浪費嚴重，電站整體的熱效率較低。

2 壓力匹配器的工作原理和使用情況

壓力匹配器是提高低壓蒸汽壓力的專用設備，其原理是利用高壓蒸汽（驅動蒸汽），通過噴咀噴射產生的高速氣流將低壓蒸汽吸入，使其壓力和溫度提高，使高壓蒸汽的壓力和溫度降低，從而使低壓蒸汽的參數滿足不同用戶企業的要求，利用了以往無法利用的蒸汽，達到了節能的目的。壓力匹配器中裝有針型調節閥，能保證用汽蒸汽壓力在流量30%～100%的范圍內不變。

據統計，一般工況下，低壓參數蒸汽都含有較大的余量。根據壓力匹配器的原理和可使用汽源的壓力情況不難看出，1.0 MPa、300℃的低壓蒸汽可作為壓力匹配器的低參數蒸汽使用，而3.7 MPa的中壓蒸汽可作為壓力匹配器噴射推動力蒸汽。因此，這兩種蒸汽能滿足壓力匹配器的使用要求。

同樣不考慮汽水損失，且假定減溫水全部轉變為蒸汽，某供熱工程共需要1.3 MPa、250 ℃的過熱蒸汽約11 t/h，設進入壓力匹配器中的壓蒸汽參數3.7 MPa、380 ℃為Q1，t/h，低壓蒸汽1.0 MPa、300 ℃為Q2，t/h，由熱量平衡原理得出：

Q1×103×hl+ Q2×103×h2=10×103×hn1. （3）

Q1+Q2=10. （4）

式（3）（4）中：Q1、Q2、h1、h2同上，hn1匹配后的蒸汽焓值，kJ/kg。

根據實際工作參數值，即可求得Q1=4.36 t/h和Q2=6.64 t/h。

由計算可知，使用3.7 MPa、380 ℃中壓蒸汽4.36 t/h和1.0 MPa、300 ℃低壓蒸汽6.64 t/h混合后，通過壓力匹配器可產生10 t/h1.3 MPa、320 ℃蒸汽，再投入約1 t/h的減溫水即可滿足某工程外供所需的蒸汽參數要求。因此，使用壓力匹配器實現蒸汽壓力匹配是可行的。這部分被使用的中壓蒸汽可使機組減少發電約400 kW·h，每年減少發電2.8×106 kW·h（設備年運行均以7 000 h計算），能有效地解決蒸汽壓力匹配問題，可適用于供熱系統中供、 需參數的不一致問題，避免使用減溫減壓器所產生的節流損失，從而提高熱經濟性，是一種高效的節能產品。

3 效益比較

根據以上減溫減壓器方案和壓力匹配器方案需要使用的不同品質的參數的流量，壓力匹配器方案更多地利用了低能級的蒸汽。使用減溫減壓器每年消耗中壓蒸汽70 000 t，減溫水7 000 t，使用壓力匹配器每年消耗中壓蒸汽3.05×106 t，低壓蒸汽4.65×106 t，減溫水7 000 t。但從能量轉換的角度考慮，每噸3.7 MPa、380 ℃的中壓蒸汽折算成標煤約108 kg/h，每噸1.0 MPa、300 ℃的中壓蒸汽折算成標煤約104 kg/h。因此，使用壓力匹配器每年節約能量折算成標煤約186 t/h（設備年運行均以7 000 h計算）。每噸標煤按照900元計算，每年直接節約費用約16.7萬元。因此，在供熱系統中，壓力匹配器具有更高的經濟效益，是挖潛增效的手段之一。

壓力匹配器供熱與減溫減壓器供熱相比較，由于使用的中壓蒸汽更少，所以，增加了汽輪機的熱化發電量。以上計算結果說明了使用壓力匹配器將少用6.64 t/h參數為3.7 MPa、380 ℃的中壓蒸汽。由于低壓蒸汽不能用于發電，如果這部分中壓蒸汽用來發電，則每年會增加發電量7.2×106 kW·h（設備年運行均以7 000 h計算）。每度電量按照0.4元計算，每年直接節約費用約288萬元。

由此可見，就以上供熱系統運行工況而言，使用壓力匹配器方案可以產生經濟效益約304萬元。因此，用高參數蒸汽提升低參數蒸汽達到中間參數蒸汽，可利用一部分已做功發電的低壓蒸汽減少冷凝損失，增加熱經濟性，這是壓力匹配器供熱的主要優點。但目前壓力匹配器的運行噪聲較大，必須增設專用的隔音罩。此外，因多設置了1條進口低壓管道，管道在廠房內的布置需要更多空間，同時，投資成本會相應增加。

4 結束語

綜上所述，使用壓力匹配器有效提高了供熱系統的熱經濟性，從而節省減溫水系統的投資。根據生產廠家提供的設備資料，同噸位的壓力匹配器的價格與減溫減壓器相當，在較短的時間內就可收回投資，且在技術上較為成熟，設備結構簡單，安全性和可靠性較高，安裝、使用方便。因此，建議在建設熱網時，在各方面條件具備的情況下安裝壓力匹配器，從而為電廠熱電聯產節能降耗作出更大的貢獻。

〔編輯：張思楠〕