凝汽式汽轮机组低真空供热技术的探究

袁天正

摘要：本文主要对凝汽式机组低真空供热技术的原理，热经济性的利弊得失，应用目的和前景进行了初步的探究。

关键词：低真空供热；热经济性；供热技术

1引言

随着我国经济的持续发展，城市不断扩大，供热面积也在不断扩大，供热需求不断激增。

另一方面，因冬季城市供暖所引发的空气污染、能源浪费等节能环保问题日益严重。

城市供暖需求和节能环保问题成为了摆在人们面前的一对矛盾。因此有人提出利用凝汽式汽轮机组在供暖期回收冷却塔冷源损失用来供热的方法（既能满足供热量不断增大的需求又可以兼顾节能环保问题）—凝汽式机组低真空供热技术以解决上述矛盾。

笔者认为凝汽式汽轮机组低真空供热技术中所提出冷却塔冷源损失在真实反映热电厂朗肯循环热效率的作功能力分析中是微乎其微的，所以更无谈利用。且该技术能够满足供热量的需求是建立在降低凝汽式汽轮机组热效率的基础上的，其只满足了了供热量的激增的需求，没有解决节能环保的问题。

2凝汽式汽轮机组低真空供热技术原理

在凝汽式汽轮机组的正常运行方式下，来自锅炉的高温高压过热蒸汽，经电动主汽门、自动主汽门、调速汽门进入汽轮机蒸气室。通过静叶喷嘴减压增速，冲动、反动动叶带动发电机主轴做功。除去用于工业、供暖供气的调整抽汽外，剩余做过工的低温低压饱和蒸汽进入排气缸，在凝汽器内与循环水进行换热，排气凝结为饱和水，之后做为给水进入回热循环。

在这个热力循环过程中，循环水将在汽轮机内做过功的低温低压饱和蒸汽排气的热量吸收后，以循环水泵为动力进入冷却塔，循环水与大气对流换热，将吸收的热量排入大气，以此做为朗肯循环中的冷源，使整个热力循环得以实现。

凝汽式汽轮机组低真空供热技术就是对上述热力循环过程的替代和模拟，通过降低机组负荷、调整真空破坏门，将机组真空、排气温度在机组运行规程允许的前提下降低至可维持低真空供热运行的压力、温度。同時将热网回水压力降低至汽轮机凝汽器运行允许的压力水平。这样就可以以热网回水替代循环水吸收汽轮机排气的热量冷却排气，以热用户供暖设备替代冷却塔做为循环水与大气换热的热交换器，以热用户替代大气将热量排放给热用户，最终三者做为朗肯循环的冷源实现热力循环。

凝汽式汽轮机组低真空供热技术的优势被认为是将本来排放到大气中汽轮机排气汽化潜热用来加热供热热网中的回水排放给热用户，回收汽轮机冷源损失用于供热，热电联产实现了节能环保。下面就凝汽式汽轮机组朗肯循环的热经济性进行分析，考察凝汽式汽轮机组的冷源损失占整个热力循环的百分比，探讨凝汽式汽轮机组低真空供热技术的现实意义。

3热经济性分析

评价热力循环热经济性分为效率分析法和作功能力分析法。这里分别予以讨论，在进行对比。

A效率分析法

效率分析法是以效率（既某一热力循环中设备有效利用的能量占其所消耗能量的百分比）的高低作为评价设备在能量利用上的完善程度的指标。其以热力学第一定律为依据，其实质是能量的数量平衡。

在凝汽式汽轮机组做为热力设备的朗肯循环中各个设备的能量损失如下：

a锅炉损失

b管道损失

c汽轮机冷源损失

冷源损失分两部分，第一是理想汽轮机排气在凝汽器内的放热量，理想汽轮机也不可避免产生的能量损失，即固有冷源损失。第二是蒸汽在汽轮机内膨胀做功时产生的节流损失、喷嘴损失、动叶损失、叶高损失、漏汽损失、湿汽损失、叶轮摩擦损失、余速损失等。这些损失使蒸汽做功减少，排气焓大于理想排气焓，从而是冷源损失增大，既附加冷源损失。其汽轮机的冷源损失 等于排气焓与凝结水焓之差，即

d汽轮机的机械损失

e发电机的能量损失

B作功能力分析法

做功能力分析法是热力学第一定律和第二定律为基础，从能量的作功角度出发，把能量分为有作功能力和无作功能力两部分，重在研究各个热力过程中作功能力的变化。实际的热力过程都是不可逆过程，不可逆过程必然会引起作功能力的变化。损失的大小取决于设备的完善程度。作功能力分析法就是以作功能力损失的大小或作功能力的有效利用程度做为评价设备热经济性的指标。

在凝汽式汽轮机组做为热力设备的朗肯循环中各个设备的火用损失如下：

a锅炉中的火用损失

b主汽管道中的火用损失

c汽轮机冷源火用损失

d汽轮机机械摩擦的火用损失

e发电机中的火用损失

C效率分析法与作功能力分析法的对比

将现场工质的初参数、终参数、设备效率带入以上公式计算可以得到各种损失占初始燃料热能的百分比。

可发现两种分析方法中，管道损失中效率分析法为0.064%，作功能力分析法中为0.29%两者相差不大 ；汽轮机机械损失均为0.323%；发电机损失均为0.48%；而锅炉损失与汽轮机冷源损失却正好相反，效率分析法显示锅炉损失为9%，汽轮机冷源损失为58.603%。而作功能力分析法显示锅炉损失为58%，汽轮机冷源损失为9.377%。

也就是说效率分析法认为影响朗肯循环效率的主要因素是汽轮机的冷源损失，而作功能力分析法认为影响朗肯循环效率的主要因素是锅炉损失。两种分析方法的解释出现了矛盾。

其实从两种分析方法定义可以看出，作功能力分析法是从内部根源进行分析，而效率分析法仅仅是从外部现象进行解释。外部损失是内部损失的表现，而内部损失才是外部损失的根源，作功能力分析法揭示的才是问题的本质。

由于能量与能力之间不仅有量的差别，更有质的不同。而且能量的品质更为重要，高品质的能量能够自发的向下转化作功，低品质的能量只能在现阶段传热取暖。进入凝汽器内的排气所具有的热能已经是低压低温没有多少作功能力，从能量品位上来说属于低品位的废热能量，这些热能其实绝大部分在锅炉里（从给水温度到过热蒸汽这个巨大温差的不等温换热的不可逆热力过程中做为代价）就已丧失了作功能力。

所以说汽轮机的冷源损失从能量的本质上来说这种量的损失并不是关键，而锅炉中因将饱和水加热到过热蒸汽这种不可逆的热力过程所丧失作功能力这种质的损失才是真正的关键。

那么由以上分析可知，汽轮机冷源损失固有冷源损失的部分无法消除，所以凝汽式汽轮机组低真空供热技术不可能消灭冷源损失。而且冷源损失并不是热力循环能量损失中的主要原因，所以凝汽式汽轮机组低真空供热技术也不可能通过回收汽轮机排气余热减小冷源损失，达到有效减少热力循环能量损失提高热力循环效率的目的。

同时还应注意到，凝汽式汽轮机组低真空供热技术通过回收汽轮机排气余热减小冷源损失，是以牺牲汽轮机的效率为前提的。以我厂CC12-4.90/0.981/0.294单缸、中温、次高压、双抽凝汽式汽轮机实际运行情况为例，低真空供热投入后电负荷下降1000KW/H；汽耗率上升0.57KG/KW·H。

结论

综上说述，凝汽式机组低真空供热技术对环保节能的意义不大，但其技术简单，在原有设备上稍加改造就可以获得一定程度供热能力，是一种填补冬季供暖设备供热量缺口的简单有效的技术方法。

参考文献：

[1]朱新华，江云汉，张延锋，《电厂汽轮机》，中国电力出版社，2004

[2]王修彦，《工程热力学》， 机械工业出版社，2008

[3]王宇清，《供热工程》，机械工业出版社，2015