凝汽式汽輪機組低真空供熱技術的探究

袁天正

摘要：本文主要對凝汽式機組低真空供熱技術的原理，熱經濟性的利弊得失，應用目的和前景進行了初步的探究。

關鍵詞：低真空供熱；熱經濟性；供熱技術

1引言

隨著我國經濟的持續發展，城市不斷擴大，供熱面積也在不斷擴大，供熱需求不斷激增。

另一方面，因冬季城市供暖所引發的空氣污染、能源浪費等節能環保問題日益嚴重。

城市供暖需求和節能環保問題成為了擺在人們面前的一對矛盾。因此有人提出利用凝汽式汽輪機組在供暖期回收冷卻塔冷源損失用來供熱的方法（既能滿足供熱量不斷增大的需求又可以兼顧節能環保問題）—凝汽式機組低真空供熱技術以解決上述矛盾。

筆者認為凝汽式汽輪機組低真空供熱技術中所提出冷卻塔冷源損失在真實反映熱電廠朗肯循環熱效率的作功能力分析中是微乎其微的，所以更無談利用。且該技術能夠滿足供熱量的需求是建立在降低凝汽式汽輪機組熱效率的基礎上的，其只滿足了了供熱量的激增的需求，沒有解決節能環保的問題。

2凝汽式汽輪機組低真空供熱技術原理

在凝汽式汽輪機組的正常運行方式下，來自鍋爐的高溫高壓過熱蒸汽，經電動主汽門、自動主汽門、調速汽門進入汽輪機蒸氣室。通過靜葉噴嘴減壓增速，沖動、反動動葉帶動發電機主軸做功。除去用于工業、供暖供氣的調整抽汽外，剩余做過工的低溫低壓飽和蒸汽進入排氣缸，在凝汽器內與循環水進行換熱，排氣凝結為飽和水，之后做為給水進入回熱循環。

在這個熱力循環過程中，循環水將在汽輪機內做過功的低溫低壓飽和蒸汽排氣的熱量吸收后，以循環水泵為動力進入冷卻塔，循環水與大氣對流換熱，將吸收的熱量排入大氣，以此做為朗肯循環中的冷源，使整個熱力循環得以實現。

凝汽式汽輪機組低真空供熱技術就是對上述熱力循環過程的替代和模擬，通過降低機組負荷、調整真空破壞門，將機組真空、排氣溫度在機組運行規程允許的前提下降低至可維持低真空供熱運行的壓力、溫度。同時將熱網回水壓力降低至汽輪機凝汽器運行允許的壓力水平。這樣就可以以熱網回水替代循環水吸收汽輪機排氣的熱量冷卻排氣，以熱用戶供暖設備替代冷卻塔做為循環水與大氣換熱的熱交換器，以熱用戶替代大氣將熱量排放給熱用戶，最終三者做為朗肯循環的冷源實現熱力循環。

凝汽式汽輪機組低真空供熱技術的優勢被認為是將本來排放到大氣中汽輪機排氣汽化潛熱用來加熱供熱熱網中的回水排放給熱用戶，回收汽輪機冷源損失用于供熱，熱電聯產實現了節能環保。下面就凝汽式汽輪機組朗肯循環的熱經濟性進行分析，考察凝汽式汽輪機組的冷源損失占整個熱力循環的百分比，探討凝汽式汽輪機組低真空供熱技術的現實意義。

3熱經濟性分析

評價熱力循環熱經濟性分為效率分析法和作功能力分析法。這里分別予以討論，在進行對比。

A效率分析法

效率分析法是以效率（既某一熱力循環中設備有效利用的能量占其所消耗能量的百分比）的高低作為評價設備在能量利用上的完善程度的指標。其以熱力學第一定律為依據，其實質是能量的數量平衡。

在凝汽式汽輪機組做為熱力設備的朗肯循環中各個設備的能量損失如下：

a鍋爐損失

b管道損失

c汽輪機冷源損失

冷源損失分兩部分，第一是理想汽輪機排氣在凝汽器內的放熱量，理想汽輪機也不可避免產生的能量損失，即固有冷源損失。第二是蒸汽在汽輪機內膨脹做功時產生的節流損失、噴嘴損失、動葉損失、葉高損失、漏汽損失、濕汽損失、葉輪摩擦損失、余速損失等。這些損失使蒸汽做功減少，排氣焓大于理想排氣焓，從而是冷源損失增大，既附加冷源損失。其汽輪機的冷源損失 等于排氣焓與凝結水焓之差，即

d汽輪機的機械損失

e發電機的能量損失

B作功能力分析法

做功能力分析法是熱力學第一定律和第二定律為基礎，從能量的作功角度出發，把能量分為有作功能力和無作功能力兩部分，重在研究各個熱力過程中作功能力的變化。實際的熱力過程都是不可逆過程，不可逆過程必然會引起作功能力的變化。損失的大小取決于設備的完善程度。作功能力分析法就是以作功能力損失的大小或作功能力的有效利用程度做為評價設備熱經濟性的指標。

在凝汽式汽輪機組做為熱力設備的朗肯循環中各個設備的火用損失如下：

a鍋爐中的火用損失

b主汽管道中的火用損失

c汽輪機冷源火用損失

d汽輪機機械摩擦的火用損失

e發電機中的火用損失

C效率分析法與作功能力分析法的對比

將現場工質的初參數、終參數、設備效率帶入以上公式計算可以得到各種損失占初始燃料熱能的百分比。

可發現兩種分析方法中，管道損失中效率分析法為0.064%，作功能力分析法中為0.29%兩者相差不大 ；汽輪機機械損失均為0.323%；發電機損失均為0.48%；而鍋爐損失與汽輪機冷源損失卻正好相反，效率分析法顯示鍋爐損失為9%，汽輪機冷源損失為58.603%。而作功能力分析法顯示鍋爐損失為58%，汽輪機冷源損失為9.377%。

也就是說效率分析法認為影響朗肯循環效率的主要因素是汽輪機的冷源損失，而作功能力分析法認為影響朗肯循環效率的主要因素是鍋爐損失。兩種分析方法的解釋出現了矛盾。

其實從兩種分析方法定義可以看出，作功能力分析法是從內部根源進行分析，而效率分析法僅僅是從外部現象進行解釋。外部損失是內部損失的表現，而內部損失才是外部損失的根源，作功能力分析法揭示的才是問題的本質。

由于能量與能力之間不僅有量的差別，更有質的不同。而且能量的品質更為重要，高品質的能量能夠自發的向下轉化作功，低品質的能量只能在現階段傳熱取暖。進入凝汽器內的排氣所具有的熱能已經是低壓低溫沒有多少作功能力，從能量品位上來說屬于低品位的廢熱能量，這些熱能其實絕大部分在鍋爐里（從給水溫度到過熱蒸汽這個巨大溫差的不等溫換熱的不可逆熱力過程中做為代價）就已喪失了作功能力。

所以說汽輪機的冷源損失從能量的本質上來說這種量的損失并不是關鍵，而鍋爐中因將飽和水加熱到過熱蒸汽這種不可逆的熱力過程所喪失作功能力這種質的損失才是真正的關鍵。

那么由以上分析可知，汽輪機冷源損失固有冷源損失的部分無法消除，所以凝汽式汽輪機組低真空供熱技術不可能消滅冷源損失。而且冷源損失并不是熱力循環能量損失中的主要原因，所以凝汽式汽輪機組低真空供熱技術也不可能通過回收汽輪機排氣余熱減小冷源損失，達到有效減少熱力循環能量損失提高熱力循環效率的目的。

同時還應注意到，凝汽式汽輪機組低真空供熱技術通過回收汽輪機排氣余熱減小冷源損失，是以犧牲汽輪機的效率為前提的。以我廠CC12-4.90/0.981/0.294單缸、中溫、次高壓、雙抽凝汽式汽輪機實際運行情況為例，低真空供熱投入后電負荷下降1000KW/H；汽耗率上升0.57KG/KW·H。

結論

綜上說述，凝汽式機組低真空供熱技術對環保節能的意義不大，但其技術簡單，在原有設備上稍加改造就可以獲得一定程度供熱能力，是一種填補冬季供暖設備供熱量缺口的簡單有效的技術方法。

參考文獻：

[1]朱新華，江云漢，張延鋒，《電廠汽輪機》，中國電力出版社，2004

[2]王修彥，《工程熱力學》， 機械工業出版社，2008

[3]王宇清，《供熱工程》，機械工業出版社，2015