探討垃圾焚燒電站旁路減溫減壓裝置分析及計算

韓　俊，楊海艷

探討垃圾焚燒電站旁路減溫減壓裝置分析及計算

韓俊，楊海艷

(無錫市亞迪流體控制技術有限公司，江蘇 無錫 214161)

旁路系統是垃圾焚燒電站非常重要的組成部分，在旁路系統中安裝合適的減溫減壓裝置，需要對環形逐級膨脹式裝置和兩級多孔節流式裝置進行重點計算，根據計算結果分析這兩類減溫減壓裝置的優勢，再結合減溫減壓裝置的性能和旁路系統的需求確定裝置類型。

垃圾焚燒；電站旁路；減溫減壓裝置

由于垃圾焚燒電站旁路系統在運行時，會產生較高的熱量，當凝汽器的熱量過高和壓力過大時，凝汽器本身的性能和系統的運行都會受到影響，所以必須要在旁路系統中安裝減溫減壓裝置，對凝汽器進行保護。目前，垃圾焚燒電站經常使用的減溫減壓裝置有兩種，在進行具體選擇時，可以采用熱力計算的方式，根據計算結果分析各自的優勢和不足來選擇綜合性能最好的減溫減壓裝置。

1　垃圾焚燒電站的旁路系統

汽輪機旁路系統中最重要的裝置就是減溫減壓裝置，除了減溫減壓裝置，還包含幾個關鍵的部分，分別是閥門、管道以及控制裝置。垃圾焚燒鍋爐在使用的過程中會形成蒸汽，在旁路系統的作用下，大量的蒸汽將會繞過汽輪機，直接進入蒸汽管道，旁路系統還可以把蒸汽引導到凝汽器內部，避免對再熱器造成影響。旁路系統可以快速對垃圾焚燒機爐的參數進行適配，大大提高其啟動時的反應速度。在發電廠進行甩負荷時，旁路系統可以讓垃圾焚燒發電廠的機組實現帶廠用電運行，旁路系統還可以讓汽輪器繼續保持空轉的狀態，同時還具有回收工質的作用。

垃圾焚燒電站的鍋爐會產生一部分余熱，在余熱的影響下鍋爐逐漸生成新的蒸汽會進入到主蒸汽管道中。主蒸汽管道一般是母管制，可以將蒸汽傳輸至汽輪機自動主汽門。與其他類型的發電站相比，垃圾焚燒電站內部機組的容量普遍較小，主蒸汽母管往往會連接多個汽輪機，而且這些機組大部分都是單缸機組，每個汽輪機都有單獨的旁路凝汽器。整個旁路系統屬于一級大旁路系統，主蒸汽母管與一級大旁路系統相連，內部的蒸汽能夠旁通整臺汽輪機，在旁路閥的控制下，對其進行減溫減壓處理，處理完畢后，再逐漸進入到旁路凝汽器喉部的位置[1]。

在旁路蒸汽傳輸到凝汽器喉部之前，經過旁路閥的減溫減壓處理，溫度會逐漸接近飽和溫度，當壓力值為0.6MPa時，飽和溫度約160℃。旁路系統有著非常大的流量，所以旁路蒸汽的排入過程需要遵循一定的準則，可以依照附加流體排入凝汽器準則的相關規定進行排入，這個時候會用到凝汽器喉部中的末級減溫減壓裝置，旁路蒸汽必須經過減溫減壓處理才能排入到凝汽器中。

在使用減溫減壓裝置處理旁路蒸汽時，要按照相關規定控制出口處旁路蒸汽的溫度，確保出口部位的蒸汽溫度低于80℃。若要將溫度控制在合理的范圍內，需要注意中間噴水環節的壓力，噴水的壓力直接決定了出口部位旁路蒸汽的溫度。噴水之后，蒸汽溫度會逐漸降低，在下一個環節進行膨脹之后，凝汽器背壓的壓力會推動旁路蒸汽，使其進入到凝汽器喉部，所以出口處的蒸汽溫度會出現輕微的過熱度。雖然蒸汽會出現少量的過熱情況，但可有效避免蒸汽中摻雜過多的水分，同時對鋼結構進行保護，避免鋼結構受到沖蝕或其他影響。

2　環形逐級膨脹式減溫減壓裝置的分析與計算

2.1　環形逐級膨脹式減溫減壓裝置分析

為了更好地分析該裝置的減溫減壓原理，可將其分為兩個部分，將減溫環節和減壓環節作為兩個單獨的處理過程，減溫處理就是噴水減溫環節，減壓處理就是等焓節流減壓的環節。減溫和減壓雖然是兩個單獨的環節，但是在實際進行處理時，可以讓兩者同時發生作用，即在等焓節流減壓的同一時間進行噴水減溫處理。減溫處理和減壓處理也可以先后完成，先進行等焓節流減壓處理，隨后再噴入減溫水進行減溫處理。

當采用逐級膨脹的方式對蒸汽進行減溫減壓處理時，要將旁路蒸汽傳輸到裝置內部，經過逐級膨脹以達到減壓的目的。當膨脹到達第4級時，開始噴入減溫水，降低蒸汽的溫度，在壓力不同的情況下，對應的飽和溫度也不同，當溫度降低到飽和溫度時，就會在出口區域形成過熱蒸汽。在實際操作中，蒸汽實際壓力會略高于凝汽器的壓力，過熱蒸汽會在壓力的推動下進入到凝汽器，這就是旁路蒸汽逐級膨脹的整個過程[2]。

2.2　環形逐級膨脹式減溫減壓裝置計算

旁路蒸汽在接近臨界值時開始膨脹，可以把逐級膨脹的級數設置為6級或7級。將旁路蒸汽剛剛進入減溫減壓裝置時的壓力值設為0，將同一時間的溫度設為0，其中的焓與熵分別為0和0，將流量和流速分別設為0和0。每個級別的臨界膨脹與干飽和蒸汽臨界壓比為cr=0.577，為了得到逐級膨脹第n級出口處旁路蒸汽的壓力值n，可以按照式(1)進行計算。

經過公式(1)的計算，得到出口壓力值n，根據上一個層級的熵值n-1以及出口壓力值n，得到出口處的焓值n。同時，可以根據出口壓力值n以及出口處焓值n得到本級出口處的熵值n。為了進一步計算，需要先得出該層級出口處的流速n，可以根據式(2)進行計算。

(2)

目前已經知道流速n和流量0的具體數值，現在將減溫減壓裝置的長度設定成L，根據這些條件，能夠算出不同層級中喉部區域界面尺寸的最小值。將逐級膨脹總層級數設定為6級，噴水減溫處理主要是在第4級出口部位，由此得到噴水量Q，可以根據公式(3)進行計算。

在公式(3)中，4以及w分別代表噴入減溫水后排出蒸汽時的焓值以及凝結水的焓值。

以某個垃圾焚燒電站的逐級膨脹式減溫減壓裝置為例，主要分析電站里的末級旁路排放系統中的減溫減壓裝置，這個裝置是逐級膨脹式，而且膨脹的級數剛好為6級(Ⅰ～Ⅵ)，在第6層級中，該裝置的膨脹孔主要處于凝汽器接頸處的側板區域。減溫減壓裝置第1層級中孔的尺寸很小，主要分布在進氣管的周邊，在這個部位設置了節流小孔，同時，在裝置的末端部位，需要使用平蓋的方式或者利用封頭實現悶堵。在計算之前需要先測量節流小孔的直徑，將小孔直徑設為d，將蒸汽進入時的質量體積設為0，根據小孔直徑d、壓力值0以及氣體質量體積0進行計算，能夠得到單獨一個小孔的通流能力，可以按照公式(4)進行計算。

為了得到節流孔的數量N，可以按照式(5)進行計算。

(5)

當旁路蒸汽穿過減溫減壓裝置第1層級的節流小孔后，開始一級一級完成繞流膨脹減壓，這時不需要進行減溫處理，到了第4層級后，在出口處會噴水進行減溫，減溫用的水來源于凝結水泵，主要是出口區域的凝結水。為了避免裝置材料表面被沖蝕，可以對噴水區域的鋼板進行處理，將不銹鋼覆蓋到裝置的表面，形成一層防止沖蝕的覆層。

減溫減壓裝置安裝在接頸的側面，所以要根據實際需求在各個層級的低點安裝疏水孔。目前，逐級膨脹式的裝置還存在一定的缺陷，當旁路蒸汽越來越多時，流量會逐漸加大，導致減溫減壓裝置的直徑和質量也越來越大。

3　兩級多孔節流式減溫減壓裝置的分析與計算

作為一種旁路末級排放裝置，兩級多孔節流式減溫減壓裝置實際上是垃圾焚燒電站中使用最普遍的排放裝置，具備節流能力強且結構緊湊的特點[3]。裝置正常運行時，在減溫減壓閥下游距管壁一米處測其噪音，噪音不高于85分貝。由于減溫減壓器需要在高溫、高壓差的工況中使用，以現有技術，不能使冷卻水與蒸汽完全混合，導致減溫效率低。裝置內部旁路飽和蒸汽經過第1級孔板膨脹減壓之后，將會在最短時間內被凝結水噴淋，直到溫度降低到第1級出口壓力之下的飽和溫度。當蒸汽到達飽和溫度之后，還要進行第2級的膨脹處理，并帶著過熱度的蒸汽，一同排入凝汽器的喉部位置。蒸汽在兩級多孔節流式減溫減壓裝置內的孔中展開超臨界膨脹，要求節流孔的孔徑不能低于6.35mm，一旦超過這一數值，將有可能引發堵塞，按照上文公式可以確定節流孔的數量。計算兩級多孔節流式減溫減壓裝置第2級的入口壓力，可以按照式(6)進行計算。

式(6)中，m指的是計算兩級多孔節流式減溫減壓裝置第2級的入口壓力；b指的是凝汽器的背壓。在兩級間展開噴水減溫，可以達到良好的減溫效果。另外，筒內流速不宜過高，每級膨脹之后的氣流在集管與裝置內的流速不宜大于102m/s。在明確蒸汽量、噴水量和流速之后，可以計算得出筒體的直徑L。

為了防止兩級多孔節流式減溫減壓裝置中高速噴射的氣流將會對凝汽器內的結構件產生不良沖擊侵蝕影響，建議科學計算氣流安全擴散距離M，具體公式為式(7)、式(8)。

(8)

為了防止孔之間噴射之后造成氣流干涉影響，還需要確定孔節距，也就是縱向排列的孔間距、排孔之間的間距。計算公式如式(9)、式(10)所示。

式(9)和式(10)當中，0指的是縱向排列的孔間距，S指的是排孔之間的間距。而兩級多孔節流式減溫減壓裝置的級間噴水量也能依據上文公式予以確定。

兩級多孔節流式減溫減壓裝置具有4個使用特點：①裝置的第2級蒸汽膨脹在凝汽器的喉部內，且在第1級之后開始噴水減溫操作，第1級與第2級之間存在空間距離，確保蒸汽與水充分混合在一起；②兩級多孔節流式減溫減壓裝置的第1級節流孔不會直接安裝在接管處，而是需要在單獨的孔板中開設，所以第1級節流孔可以獨立工作；③第2級節流孔無法均勻的布置在裝置集管環形面上，而是要開設在某一處的圓心角范圍內，且開孔需要朝著水平的方向傾斜，或者朝著向下的方向傾斜；④裝置內安裝了霧化噴嘴，保障蒸汽達到充分降溫的效果[4]。

4　結語

對兩種類型的減溫減壓裝置進行了分析和計算，總結出5個特點：①兩個類型的減溫減壓裝置能具有節流減壓的作用，并且在其中的某個層級開始噴水減溫，將溫度降低到相應層級的飽和溫度；②兩者相比，逐級膨脹式的減溫減壓裝置在出口處的蒸汽溫度較低，減溫水的噴入量較多；③多孔節流屬于超臨界膨脹，另一種屬于臨界膨脹，所以的出汽壓力更低；④兩者的安裝部位和安裝方式不同，逐級膨脹的裝置主要位于凝汽器接頸處的外側板，另一個裝置要伸入接頸處；⑤兩者的減溫方式和減溫效果不同，多孔節流式的裝置具有更高的減溫效率。

[1] 彭超.垃圾焚燒電站旁路減溫減壓裝置分析及計算[J].熱力透平,2020,49(2):107-110.

[2] 柴建偉.一種新型垃圾焚燒發電廢水濃液的處理工藝技術[J].環境與發展,2020,32(4):97-99.

[3] 李寶華.垃圾電站機械爐排焚燒爐安裝過程質量控制[J].工程建設與設計,2019(4):174-175.

[4] 胡海金.以天然氣作輔助燃料的垃圾電廠焚燒車間電氣防爆安全問題探討[J].四川環境,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

韓俊(1982—)，男，江蘇鹽城人，大學本科，工程師，主要研究方向為機械工程。

責任編輯：陽湘暉

英文編輯：唐琦軍