熱力發電廠在乏汽回收利用過程中的冷源損失分析

尤德峰

（寧波鋼鐵有限公司，浙江寧波 315807）

1 熱力電廠乏汽回收簡介

乏汽，是指工業生產過程中產生的低品位蒸汽，一般直接向空排放。熱力發電廠生產過程中也會產生乏汽，主要是鍋爐定排擴容器、熱力除氧器和其他疏水擴容器在運行中產生的排汽。乏汽的排放會造成一定的工質損失和能源浪費，隨著國家節能減排工作的深入推進，有些熱電企業也開始對乏汽進行回收利用。目前行業內比較常見的做法是加裝一套乏汽回收裝置，利用低溫凝結水吸收乏汽的熱量，同時冷卻后的乏汽變成冷凝水也可作為除鹽水加以回收利用。目前乏汽回收方式較多，其中除氧器的乏汽回收和鍋爐定排擴容器的乏汽回收應用比較普遍。

1.1 除氧器的乏汽回收簡述

為保證熱力發電廠的安全、經濟生產，防止熱力設備腐蝕和傳熱變壞，日常生產中必須除去鍋爐給水中溶解的氧氣和其他不凝結氣體，目前企業普遍采用熱力除氧法除去給水中的氧氣和其他氣體。熱力除氧法是利用汽輪機的抽汽加熱凝結水，使其達到除氧器壓力下的對應飽和溫度后除氧、除氣的方法。在排氧、排氣過程中，除氧器同時會順帶排出一部分飽和蒸汽，這部分排出的汽、氣混合物就是乏汽。除氧器乏汽回收裝置回收的就是這部分乏汽的熱量和乏汽冷凝后的除鹽水。常見的除氧器乏汽回收系統見圖1。

圖1 常見的除氧器乏汽回收系統

1.2 鍋爐定排擴容器乏汽回收簡述

為了使鍋爐水中的雜質保持在一定限度內，確保水質符合要求，需要不斷地從鍋爐汽包中排除含鹽量較大的爐水和沉積的水渣、污泥、沉淀物。鍋爐排污分連排和定排兩種，不管是連排還是定排，最終排出的廢水都會流向定排擴容器閃蒸。閃蒸生成的大量二次蒸汽直接排空，這部分排空的蒸汽就是定排乏汽，閃蒸后剩下的含鹽高溫廢水則排入廢水池。定排擴容器乏汽回收裝置一般除了回收二次閃蒸蒸汽的熱量和冷凝后的除鹽水外，還回收閃蒸后剩下的含鹽高溫廢水的熱量。因定排擴容器的乏汽和廢水是在大氣壓下閃蒸形成的，所以其乏汽參數等同于大氣式除氧器乏汽參數。

1.3 熱力發電廠吸收乏汽熱量的水源分析

熱力發電廠機組在正常運行時乏汽是不間斷產生的，由于乏汽的參數較低，只能用于加熱低溫水。就熱力發電廠而言，能24 h 不間斷吸收乏汽熱量的只能是低溫凝結水或24 h 連續不間斷的熱水用戶，但由于電廠一般沒有熱水用戶，因此基本都采用低溫凝結水來吸收乏汽熱量。

2 乏汽回收效益計算分析

從節能減排的角度來講，乏汽可以考慮回收，但回收的效益要進行分析計算。目前，研究乏汽回收的論文［1-5］較多，但在采用抽汽回熱式汽輪機進行乏汽回收效益計算時，不少文章存在一個誤區，即沒有考慮冷源損失。有些企業效益計算采用的方法是直接用乏汽的焓值折算成標煤，也有企業是通過被加熱的凝結水溫升算出乏汽回收熱量，再折算成標煤。不管哪種方法，都沒有考慮冷源的損失。

現以某熱力電廠除氧器乏汽回收效益計算實例［2］進行分析。該熱力電廠共有5 臺大氣式除氧器，總乏汽排汽量約3 t∕h，后加裝了1 套除氧器乏汽回收裝置（5 臺除氧器共用），加裝完成后，效益計算如下。

2.1 回收乏汽凝結水效益

系統的乏汽排放量為每小時3 t，冷凝后將形成3 t 的除鹽水，按年運行8 000 h，除鹽水按12 元∕t 的價格計算，一年產生的經濟效益：

3×8 000×12÷10 000=28.8萬元

2.2 回收乏汽熱量效益

以乏汽的焓值計算回收3 t∕h 的低品位乏汽效益。大氣式除氧器乏汽壓力0.12 MPa，溫度104 ℃，汽態的焓值為2 684.89 kJ∕kg。

回收1 h乏汽的熱量：

將其折算成標準煤：

年回收熱量折合標煤：

1 t標準煤按600 元計算，一年可產生效益：

3 回收效益計算合理性分析

該熱力電廠乏汽回收效益的計算中乏汽凝結水效益計算方法是合理的，如果汽輪機是采用抽汽回熱的方式，那么乏汽熱量回收效益的計算就存在很大的誤差。

為了提高循環熱效率，現代火電廠的汽輪機組基本上是采用了抽汽回熱循環方式，即抽出汽輪機里做過部分功的蒸汽來加熱低壓凝結水和高壓給水。不同參數的機組，抽汽級數有所不同，但其抽汽加熱器的特點都一樣，即不考慮端差，該級抽汽只能將凝結水或高壓給水加熱到該級抽汽壓力對應的飽和溫度。乏汽回收裝置回收的蒸汽因參數低，一般只能用來加熱低溫凝結水，當低溫凝結水被加熱后流向下一級低壓抽汽加熱器時，必然造成下一級抽汽量的減少，也就起到排擠下一級抽汽的作用，所以乏汽回收最終帶來的效果就是減少了該汽輪機下一級的抽汽量，起到節約抽汽的作用。節約下來的這部分抽汽可以繼續在汽輪機里做功發電，其所發的電才是乏汽回收裝置回收的熱量效益所在。因為乏汽的參數很低，朗肯循環中又存在很大的冷源損失，且一定量蒸汽做功后冷源損失量的絕對值是不隨蒸汽初參數變化而變化的，所以蒸汽初參數越低，冷源損失所占百分比就越大，這也是現代火力發電廠向高參數發展的原因。

4 乏汽回收后在汽輪機里的做功效率

以除氧器乏汽回收為例，計算乏汽回收節省下來的抽汽做功效率。因沒有低加抽汽相關數據，所以直接用乏汽焓值代替省下來的抽汽焓值（不考慮乏汽回收過程的熱損失），計算汽輪機里的理想焓降。

4.1 大氣式除氧器乏汽回收后的做功效率

乏汽壓力0.12 MPa，溫度104 ℃，乏汽的焓值h乏：

汽輪機排汽壓力取真空為-95 kPa 時的焓值h排：

回收的乏汽的理想焓降Δh乏：

乏汽的理想做功熱效率η乏：

如果算上乏汽傳熱過程損失，傳熱效率η傳（取95%）、汽輪機缸效率η缸（取85%）和發電機效率η發（取98%），則乏汽的實際做功效率η乏'：

由上可知，大氣式除氧器進行乏汽回收后，乏汽的做功效率很低。

鍋爐定排擴容器乏汽回收后的做功效率計算方法同大氣式除氧器做功效率計算方法相同。

4.2 高壓力除氧器乏汽回收后的做功效率

乏汽壓力0.5 MPa，溫度151.85 ℃，乏汽焓值h乏為：

乏汽的理想焓降Δh乏：

乏汽的理想熱效率η乏：

考慮乏汽傳熱過程損失，傳熱效率η傳（取95%）、汽輪機缸效率η缸和發電機效率η發，則乏汽的實際做功效率η乏'：

由上可知，高壓力除氧器進行乏汽回收后，乏汽的做功效率也很低。隨著回收乏汽參數的提高，乏汽做功熱效率逐步上升，這也驗證了乏汽參數越低，冷源損失所占百分比就越大的觀點。

對前述熱力電廠除氧器乏汽回收效益進行修正，熱量回收部分效益為131.9 ×3.64%=4.80 萬元，乏汽凝結水的回收效益28.8 萬元，總的年回收效益為4.80+28.8=33.60 萬元，與原來未考慮冷源損失計算出的131.9 萬元相比，相差巨大，如再算上回收裝置自耗電，那收益將更少。

5 結論

綜上分析，抽汽回熱式熱力發電廠在進行乏汽回收改造前，要結合自身工藝流程綜合考慮乏汽回收效益及投資回報率。如果是用乏汽回收加熱凝結水，因凝汽式汽輪機存在冷源損失并占比很大，所以一定要把冷源損失考慮進去，以提高效益計算準確性。