饱和蒸汽

饱和蒸汽（精选八篇）

饱和蒸汽 篇1

1节能改造技术原理

企业已建成的1#~3#炼钢转炉, 其汽化冷却系统产生大量低压饱和蒸汽。其中, 有部分蒸汽排空, 剩余部分蒸汽经过过热器 (3#余热锅炉) 加热成过热蒸汽, 与从发电一工序和发电二工序末级抽取的过热蒸汽, 一起进入蒸汽管网, 供用户使用。工艺流程见图1。系统主要设备包括3台转炉和1台余热锅炉 (3#余热锅炉) , 其中, 1#~3#转炉的汽化冷却系统的技术参数如表1所示。

由于企业炼钢及轧钢区转炉、加热炉等生产工艺的气化冷却装置产生外供低温低压蒸汽产量约85 t/h, 在不影响主生产系统正常生产的前提下, 企业建立了一套1×12 MW凝汽式汽轮发电机组装置, 除了全部利用原1#~3#炼钢转炉汽化冷却系统产生的饱和蒸汽外 (包括原排空部分) , 也新增了汽源, 在满足原蒸汽用户需求的前提下, 使得多余的蒸汽可用于发电。项目建成后的工艺流程见图2所示。

项目改造后主要设备为6台转炉 (包括改造前3台转炉) 、2台余热锅炉 (1#、2#过热器) 、炼轧厂棒三线和合金钢优棒生产设备、1台S9-0.800型9 MW凝汽式汽轮机和1台额定功率为9 000 k W的发电机等。

2节能量测评

项目是利用低压饱和蒸汽驱动汽轮发电机组运行发电的能源回收技术, 属于余热利用节能工程。对项目建成后实际节能量的测评, 可根据低压饱和蒸汽驱动汽轮发电机组的发电量, 扣除自用电量和项目新增的混合煤气能耗量确定, 原始数据源自企业余热发电厂的相关运行参数和供电量、发电量、混合煤气量等数据。

在满足当前用户需求的条件下, 项目新增发电量为5 201.20万k W·h;年新增自用电量为92.19万k W·h;年新增耗混合煤气量为1 156.88万m3, 煤气热值为7 527 k J/m3, 则年新增煤气相当于 (1 156.88×104) ×7 527×10-6=8 708 GJ, 相当于2 971 tce (标准煤热值为29 307 k J/kg) 。

项目节能量= (5 201.20-92.19) ×3.25-2 971=13 633 tce。

3结语

相当于减少CO2排放32 992 t, 减少SO2排放225 t, 减少NOx排放213 t, 减少烟尘排放131 t, 既降低了企业能源成本, 又具有显著的环境效益。

参考文献

[1]GB 17167-2006, 用能单位能源计量器具配备和管理通则[S].北京:中国标准出版社, 2006.

[2]GB/T 2589-2008, 综合能耗计算通则[S].北京:中国标准出版社, 2008.

饱和蒸汽发电在东岭锌品厂的应用 篇2

关键词:饱和蒸汽发电

0 引言

冶炼锌的过程中汽化冷却系统和余热锅炉产生大量压力为2.6-3.0MPa的饱和蒸汽,目前除一部分工艺用汽及生活用汽外,共有富余蒸汽70t/h;另外还有0.25MPa饱和蒸汽17.5t/h。余热蒸汽因缺少用户,得不到合理利用,因此利用富余的余热蒸汽建设余热电站,是一项十分必要的技术改进措施,它可以显著提高能源利用率,进一步降低产品能耗。采用饱和蒸汽发电系统,以热水为介质,产生饱和蒸汽,利用饱和蒸汽汽轮机使饱和蒸汽膨胀做功,带动发电机发电。所发电力可以供给工艺流程辅机用电使用。这样一来,既降低了工艺流程对外部能源的需要,节约了能源,又减少了对环境的热污染。符合国家节能减排的方针,又降低生产成本,是一举两得的重要措施。

1 饱和蒸汽发电机组设备主要技术参数

1.1 汽轮机主要技术参数

型号:RBN13-2.6/0.35/0.35(补凝式)

额定功率:13 MW

最大功率:15 MW

主汽门前主蒸汽额定温度: 224℃

主汽门前主蒸汽额定压力: 2.6 MPa(a)

主蒸汽额定流量:65 t/h

额定工况背压: 8kPa(a)

1.2 汽轮机主要技术参数

型号:QF-15-2

额定功率:15MW 额定电压: 6.3kV

额定功率因素:0.8 发电机效率:97%额定频率:50Hz

2 工艺方案简介

常规余热发电汽轮机多采用过热蒸汽形式,此时汽轮机对进汽蒸汽的过热度有严格要求,过热度不够会导致蒸汽湿度增加,影响汽轮机效率甚至缩短叶片的使用寿命,严重时汽缸、主汽门外壳等高温部件内壁温度会急剧下降而产生很大的热应力和热变形,使金属部件产生裂纹造成重大事故。

为了解决因饱和蒸汽所带来的难题,该饱和蒸汽发电技术从两个方面入手,一是从蒸汽系统做研发,二是从汽轮机本体做优化改进,最终达到了安全而经济的发电目的。

本工程采用拥有专利技术的机内除湿再热的多级冲动式汽轮机,是一种先进的饱和蒸汽发电设备,在汽轮机汽缸内的其中一相邻级或若干相邻级的级间设置有级间蒸汽再热器,由该汽轮机的主汽门后的主蒸汽管上引出一股新蒸汽通入蒸汽再热器中,用于加热汽轮机中膨胀到一定程度的湿饱和蒸汽,降低其湿度,以保护汽轮机不受水蚀损害。汽轮机可以自由使用饱和蒸汽或过热度比较低的蒸汽,在保持比较高的效率情况下基本避免了叶片的水蚀问题。

上述再热除湿装置很大程度上避免了水蚀问题,为了更安全经济的发电,汽轮机本体还需做一些不同于常规汽轮机的改进措施,下面着重说明饱和蒸汽汽轮机结构系统的特点。

2.1 进汽控制阀门 进汽控制阀门系统有主汽阀和调节阀以及连接管道组成。主汽阀是带有自动关闭器的开关两位快速关断阀门,布置于机组前方。机组事故时快速阻断主蒸汽,保障机组安全。调节阀采用提板式调节阀,布置于气缸前部蒸汽室内。用油动机带动,控制蒸汽流量,调节转速和负荷。由于饱和蒸汽中可能含有腐蚀性气体,要考虑气体成分,选择耐腐蚀的阀门材料,减轻腐蚀。

2.2 汽缸、隔板和转子 由于工作介质是饱和蒸汽,在级内膨胀做功后湿度大。蒸汽所携带的水分会对汽缸、隔板、叶片产生冲刷,会使转子产生应力腐蚀。本工程采用机内除湿再热的多级冲动式汽轮机,除去一些水分,减轻对部件的冲刷和应力腐蚀。虽然机组的压力温度很低,应力很小,但由于饱和蒸汽的腐蚀性,汽缸、隔板和转子材料要用合金钢,减轻腐蚀。叶片采用现代大型汽轮机高效率的叶片设计技术,选用先进的后加载叶型,设计叶片,提高机组效率,使之达到先进水平。由于饱和蒸汽蒸汽含有不凝结气体,在通流面积设计时,做了充分考虑,放大了通流面积;饱和蒸汽湿度大,末两级叶片要采取防水刷措施。

2.3 通流设计 采用现代全三维设计技术,精心组织流场,合理匹配动静叶片,采用光顺的流道设计,提高机组效率。

2.4 节流调节 采用节流调节,最大限度适应蒸发器的压力流量变化,提高产汽量,减少压力损失,提高装置效率。

除湿再热热力系統图如下:

1、饱和蒸汽汽轮机;2、汽轮机除湿再热装置;3、调节汽阀;4、主汽门;5、紧急旁通阀;6、凝汽器;7、疏水膨胀箱;8、补汽门;9、浮球式疏水阀;10、汽水分离器;11、补汽再热装置;12、汽水分离器

3 经济效益分析

工程静态投资:10783.43万元。

其中建筑工程费:1035.77万元,占静态总投资 9.61%;

设备购置费:6147.00万元,占静态总投资 57.0%;

安装工程费:1432.72万元,占静态总投资 13.29%;

其他费用:2167.95万元,占静态总投资 20.10%;

内部收益率:19.98%投资回收期:6.19年

4 结语

利用低压饱和蒸汽发电的实例 篇3

关键词：低压饱和蒸汽,涡轮发电机,发电

在化工、冶金和钢铁等行业,利用余热副产低压工业蒸汽的技术日趋成熟。目前,低压饱和蒸汽在工矿企业中主要用于采暖、干燥、保温、洗浴等,热能的利用效率不高。将低压蒸汽直接作为机泵的动力,技术是成熟的,但受蒸汽压力波动的影响较大,很难广泛推广。较为成熟可行的是作为溴化锂机组的汽源,用于制冷或制热[1]。为了扩大低压饱和蒸汽的应用领域,国内有企业进行了低压饱和蒸汽发电的理论研究和技术论证,也尝试建设了装置,但由于受装备技术的限制,应用效果并不理想。

1低压饱和蒸汽的来源

国内许多热法磷酸生产企业,由于用了“热法磷酸生产热能回收”专利技术[2],使热法磷酸的单位能耗大幅度降低,副产的低压饱和蒸汽给企业带来了较好的经济效益,降低了企业节能减排的压力。对有上下游产品链的热法磷酸生产企业,低压饱和蒸汽的利用较为充分,甚至作为全厂的蒸汽主要来源。但是,也有部分的热法磷酸和食品磷酸企业,应用该技术后,除用于保温和作为真

空系统的动力外,剩余的蒸汽被迫对空排放,这不仅造成环境污染(主要是噪声),而且造成能源的浪费。因此,低压饱和蒸汽如何充分利用是这些企业需要考虑的迫切问题。

2008年我院为广西某企业设计了一套3.5万t/a工业磷酸和5万t/a食品磷酸装置,该企业利用我院“热法磷酸生产热能回收”专利技术,副产6.4 t/h、 0.8 MPa(表压)的低压饱和蒸汽。由于装置产生的蒸汽全厂无法平衡,需要排空,造成能源的浪费。经研究论证,采用低压蒸汽发电是解决装置剩余蒸汽出路的最佳途径。因此,在设计方案的制定过程中,提出了在全厂供电系统低压侧(0.4 kV)并网供电的技术方案。

2发电设备组成及特点

发电机组来自印度TurboTech precision Engineering Pvt Ltd公司。整个机组的配置由涡轮、交流发电机、油换热器、冷凝器、凉水塔及PLC控制系统组成。其特点是:可以使用饱和蒸汽,工况条件比其它蒸汽锅炉发电要求低、操作弹性大,发电后还有0.15 MPa的蒸汽可以利用。发电机组

的构成见图1所示。

涡轮发动机组使用装置内燃磷量1400 kg/h,热法磷酸反应塔副产的饱和蒸汽发电,机组的主要参数见表1[3]。

整个涡轮发动机组重量轻、体积小、安装方便。放置在一个8.5 m×6.5 m的房间,对土建无特殊要求,也无需进行隔音处理。

3工艺过程

从热法磷酸反应塔来的6.4 t/h、 0.8MPa(表压)的蒸汽首先通过一个过滤器除去蒸汽可能携带的机械杂质。经流量计计量,用一个气动调节阀控制进入涡轮的蒸汽流量,通过蒸汽稳压器保证进入涡轮机蒸汽压力的稳定,蒸汽进入涡轮带动交流发电机发电。涡轮出来的蒸汽量还有4.2 t/h、压力0.15 MPa(表压),用于装置熔融黄磷和加热保温。涡轮产生的冷凝水收集后作为软水回用。发电机组一旦出现异常或事故,进入涡轮的蒸汽从旁路进入冷凝器内,经凉水塔循环冷却水冷却为冷凝水后回收使用。低压蒸汽发电工艺过程见图2。

4供电系统

低压蒸汽发电在0.4 kV侧低压母线与外网并网。外网电源经变压器二次侧引入变电所低压母线,发电机发出的电力经自动准同步装置在一定的技术条件下接入外网的供电母线,与外网母线并联对系统供电。将发电机所发出的电力经过电气系统切入外网即可同步操作。

装置发电系统的设计除了考虑并网的技术条件外,对供电母线上负荷的分配也进行了充分的考虑。发电机在并网运行后正常发电的条件下,将发电机所发出的电能全部通过母线供给负荷,最大可能地利用了发电机发出的电能。

当蒸汽供给不正常不能满足发电机正常发电,或者发电机本身故障影响发出的电能时,将负荷按照重要等级分步切除。

5应用效果

我院设计的3.5万t/a工业磷酸和5万t/a食品磷酸装置,总运行负荷约500 kW,发电机组的额定功率是625 kW。从理论上来说,如果热法磷酸反应塔能满负荷、稳定地向发电机组供汽,那么,整套磷酸装置不依靠外电即可正常运行(开停车除外),单位产品(食品磷酸)的电耗为零。本装置单位产品电耗约71 kW·h,按当地的工业用电0.60元/kW·h计,吨产品成本可降低42.6元,年节约电3.6×106 kW·h,年节约成本216万元。

发电机组稳定、持续地向外输出电能的前提是热法磷酸反应塔的稳定、正常运行。为保证发电机组能最大的、持续的发电,需要对热法磷酸反应塔精心操作,保证输出的蒸汽压力、流量稳定。从发电机组的实际运行数据分析,蒸汽压力在0.8 MPa(表压)的情况下,发电机组的发电量与蒸汽量成线性关系,见图3。

从2009年10月装置开车运行至今,发电设备运行良好。该企业按订单组织生产,生产的产品全部出口,造成生产负荷变化较大,开停车较频繁。据了解,目前发电机组的发电量只达到额定发电量的70%,还需要部分使用外电,吨产品电耗还需要15 kW·h。因此,科学、合理的组织生产,提高管理水平,最大限度地发挥发电机组的发电能力能创造良好的经济效益。

6结语

低压饱和蒸汽发电机组不仅可以应用在热法磷酸生产行业,同样可以用在冶金、钢铁、制糖等行业。改变低压饱和蒸汽的应用途径能提高能源的利用效率,从而达到能源综合利用的目的。事实证明,低压蒸汽发电技术在工程上的应用是可行的。

参考文献

[1]王丽,陈志佳.建筑设备热源与冷源[M].武汉:武汉理工大学出版社,2009.

[2]梅毅,杨亚斌,宋耀祖,等.热法磷酸生产中热能的回收和利用[D].中国科学院上海冶金研究所:材料物理和化学,2000.

饱和蒸汽发电技术应用现状分析 篇4

随着现代化工业的发展和人民生活水平的提高,电能的消耗也在急剧增加。据统计,2010年底,我国装机容量为9.5亿kW,“十二五”计划2015年底计划装机容量14.96亿kW,年增长约为9%。但是为了应对全球气候变化,我国确立了 “十二五”节能减排目标,如图1是我国发电分类分布图,今后仍增加煤炭发电装机容量,主要是发展大容量、高参数机组,但是会逐渐降低在发电中的比例[1]。

随着发电技术的进步,低温余热发电技术越来越多的应用于各种行业,其中在钢铁、铜业、水泥、玻璃等行业已经广泛应用。由于在工业生产中产生大量的饱和蒸汽,而这些蒸汽可以通过处理后直接用来发电,饱和蒸汽发电技术不仅工艺简单、安全性高、投资少,越来越多的应用于企业生产中,不仅节约成本,而且可以减少大气的污染[2]。

1 饱和蒸汽发电技术概述

现有的火电厂的火力发电技术是将水通过锅炉加热成高温、高压的过热蒸汽,然后输送到汽轮机,通过汽轮机膨胀做功,带动发电机进行发电。饱和蒸汽发电技术主要是用余热烟气将水加热成低压饱和蒸汽,然后输送到特种汽轮机(和火力发电厂汽轮机有所不同)中进行膨胀做功,带动发电机发电。

饱和蒸汽发电系统如图1,系统是由余热锅炉、特种汽轮机、发电机、冷凝器等组成;余热锅炉主要由省煤器、蒸发器以及过热器构成。烟气自余热锅炉上方进入,依次冲刷过热器,、蒸发器、省煤器后排出;产生的蒸汽通过汽轮机后膨胀做功带动发电机发电。

饱和蒸汽汽轮机与常规电站的汽轮机相比,具有如下特点:一、蒸汽在汽轮机膨胀过程中产生的水分多,必须考虑汽轮机低压叶片的除湿措施,如在高低压缸之间设置加热的汽水分离再热器,机内采用硬质合金和去除水滴的装置;二、为了避免汽轮机在失去负荷时因为汽轮机中存在的冷凝水出现闪蒸而出现汽轮机危险加速,通常在低压缸进口处装设快速切断的阀门,减少进入低压缸的蒸汽量;三、具有大直径的低压缸叶片以满足排气通道大的要求。

饱和蒸汽发电技术是随着余热发电技术发展而发展,饱和蒸汽发电技术是利用工业生产过程中产生的多余的热能通过汽轮机等装置转换为电能的技术。由于在钢铁、石油化工,建材、水泥和制糖等高耗能行业中存在大量的低品位余热(一般低于500℃),这部分余热如果利用传统发电技术,则需要增加辅助过热系统,不仅系统过于复杂,而且初期投资高,经济效益较低,增加工业的能源消耗。

2 饱和蒸汽发电的利用意义

目前,余热发电技术主要集中在一些高耗能的企业,其中以钢铁和水泥行业发展较迅速,且一些发电技术已经基本成熟。但是,仍未实现能量的梯级利用。大多钢铁企业和水泥行业主要是利用高温烟气(>500℃),一些低温尾部烟气(<400℃)目前国内尚属于难于利用的余热,几乎全部排向大气。可以说,如果能够利用这部分低品位余热进行发电,则对我国的经济可持续发展和实现和谐社会具有重要的社会经济意义。

3 国内外发展状况

目前,我国在钢铁行业已经实现饱和蒸汽发电机组的运行,且已经产生巨大的经济效益。国内从1996年开始研究用于低温余热发电的汽轮机发电电机组。以杭州中能汽轮机动力有限公司和青岛汽轮机厂等国内汽轮机制造企业为例,已经攻克了饱和汽轮机在运行过程中的一些重大技术难题,使低压饱和蒸汽汽轮机已经成为较为成熟的技术。如杭州中能汽轮机动力有限公司为江阴兴澄特钢制造的BN12-0.85/0.3蒸汽汽轮机,额定功率12 MW,一级进汽为0.85 MPa的饱和蒸汽,额定补汽压力为0.3 MPa。自2007年8月,机组运行正常,机组平均汽耗量为7.5 t/MW,正常日发电量为20万kWh,年累计发电量6 500万kWh,节约标煤23 800 t/a,一年可收回成本。青岛捷能汽轮机集团股份有限公司采用机内再热饱和蒸汽发电技术已经成功运用于济钢和东岭铅锌冶炼[3],并且取得良好的经济效益。

4 饱和蒸汽发电系统

由于余热发电只是整个工业生产系统的一个小环节,从而有别于常规的热力发电,所以必须满足整个生产工艺和设备的要求。常规发电系统常采用抽汽回热系统,然而在余热发电系统中,抽汽回热系统会增加余热锅炉的排烟温度。而且对于饱和蒸汽发电系统,由于烟气温度往往较低,需要很大的受热面,增加钢材耗率,加大初期投入,经济效益较低,因此在余热发电的过程中往往不设回热加热系统。

4.1 基于涡轮的饱和蒸汽发电技术

此系统是由云南化工研究院为广西某企业设计的热法磷酸饱和蒸汽发电系统。整个机组配置是由涡轮、交流发电机、冷凝器、油换热器、凉水塔及控制系统组成。机组具有可以使用饱和蒸汽,工况条件比其它蒸汽锅炉发电要求低、操作弹性大的特点[4]。

在生产过程中若能满负荷、稳定的向发电机组供汽,那么在生产过程中整套磷酸装置不依靠外来供电即可以正常运行,单位产品耗电为零。本装置单位耗电约为71 kW·h,按当地工业用电0.6元/kW·h,吨产品成本可降低42.6元,年节约电3.6×106kW·h,年节约成本216万元。

4.2 基于汽轮机的饱和蒸汽发电技术

此系统多应用于冶金行业,已经在天铁、兴澄特钢、侯马冶炼厂、马钢等钢铁厂成功运用,并且取得良好的经济效益。以天铁炼钢厂转炉气化冷却系统回收的饱和蒸汽进行发电为例,有效的解决了蒸汽对空排放而引起的能源浪费和空气污染,且取得了良好的经济效益和社会效益,实现企业的可持续发展,提高了企业竞争力。

4.2.1 基于单级汽轮机的饱和蒸汽发电技术

此汽轮机与电厂汽轮机相比较最大的特点是由单级组成,具有结构简单,占地面积小,维护和使用费用低,并且蒸汽使用性广,不仅适用于过热蒸汽、饱和蒸汽,甚至适用于任何气体种类、任何余压(压力≥0.2 MPa)可利用的场合。

单级汽轮机已经在金隆铜业成功运用,并取得很好的经济效益。饱和蒸汽发电机组是由德国KKK公司提供,汽轮机采用单级悬臂式结构,膨胀叶轮直接安装在齿轮箱一端的输入轴上,暖机预热时间短(最多10 min),短期停机启动仅需10 s,启停非常方便。采用多喷嘴组液压调节系统,可适应25%～100%负荷变化。运行时允许蒸汽膨胀后有部分冷凝水析出,并且由于这部分冷凝水析出的过程中能够释放冷凝潜热,既不对机器造成腐蚀叶轮等破坏性伤害,而且能够利用这部分冷凝热量对蒸汽进行加热而增加发电量。该机组自投产以来年收益约为440万元,一年即可收回成本。

4.2.2 多级汽轮机的饱和蒸汽发电技术

本发电技术采用机内除湿再热的多级冲动式汽轮机,在汽轮机气缸内的其中一相邻级或者若干相邻的级间设置有级间蒸汽再热器,由该汽轮机的主汽门后的主蒸汽管道上引出一股新蒸汽通入蒸汽再热器中,用于加热汽轮机中膨胀到一定程度的是饱和蒸汽,降低其湿度,以保护汽轮机不受水蚀损坏。汽轮机的汽缸、隔板和转子采用合金钢,增大了通流面积,末两级叶片采用防水刷措施,减轻叶片腐蚀。本发电机组已在东岭锌品厂成功运用。该型号为RBN13-2.6/0.35/0.35(补凝式)。

4.3 螺杆膨胀动力机的饱和蒸汽发电技术

螺杆膨胀动力发电技术是以螺杆膨胀动力机为基础研发而来的。螺杆膨胀动力机在上世纪70年代被美国率先研制,并成功地用于地热汽水两相流的热能回收利用,机组功率60 kW,我国八五计划将螺杆膨胀动力机技术列为重点攻关项目,1990年研制出实用样机,同年通过国家建材工业局组织的验收。目前,我国制造的螺杆膨胀机单机功率范围约50～800 kW。

螺杆膨胀动力发电技术已经在济(南)钢球团厂成功运用,如图3。球团厂将四座竖炉产生的余热蒸汽引入螺杆膨胀动力机发电机组进行发电做功后的蒸汽要求排压0.1 MPa,然后利用球团工艺线中3号竖炉闲置的换热器,加热1 号竖炉进风温度。经过蒸汽梯级利用后,换热器出口的软水再通过新敷设的软水管道,全部送回软水泵站。从而形成“排空蒸汽→集中回收→螺杆发电→加热助燃风二次换热→软水回收”的全闭路梯级利用工艺。[5]

4.4 基于补燃系统的饱和蒸汽发电技术

在生产过程中,由于饱和蒸汽汽轮机的一些技术限制和初期较大的投资,利用饱和蒸汽发电技术可能对工业生产结构有较大的影响,或者是经济性较低,这就对企业的余热发电造成技术性的难题。采用补燃系统的饱和蒸汽发电是利用生产过程中产生的饱和蒸汽送入到过热炉中进行过热,然后再送到汽轮机中进行发电。不仅解决了汽轮机的腐蚀问题,而且能够对余热梯度利用。

5 饱和蒸汽发电关键技术

5.1 叶片的水蚀问题

与常规电站的汽轮机不同,饱和蒸汽汽轮机的进口蒸汽处于饱和状态,在多数场合下还存在有一点量的游离水,由于不进行中间再热,机组的排气湿度可能达到15%,这样机组低压部分叶片的水蚀非常严重,并且降低机组效率。为了控制叶片的水蚀问题,同时提高机组发电效率,要求将机组的排气湿度降低到一定范围内(<10%)。

常用的减少水蚀方式主要有:(1)中间再热式,利用中间再热器去湿,此种方法需要高品位能量,机组复杂,不常采用;(2)强制疏水式,将湿蒸汽在流动过程中形成的水滴有效的排出汽轮机。(3)节流调节式,是将新蒸汽经过节流把饱和蒸汽变成过热蒸汽后送入汽轮机,但是在节流过程中会有部分能量损失;(4)抗蚀增强式,增强静叶和动叶材料的抗蚀性能,在水滴冲刷严重处镶嵌硬质合金或者进行表面硬化处理[6]。

5.1.1 末级叶片的表面处理

末级叶片的表面处理措施可以分为两大类:一是在进汽边的局部覆盖一层合金,例如镶嵌司太立合金、电火花强化、激光熔覆和喷涂等;二是表面淬硬,主要技术手段有激光表面淬火、高频感应淬火、火焰淬火强化等。

5.2 饱和蒸汽发电理论基础

在饱和蒸汽汽轮机发电过程中,除了循环过程中的冷源损失以外,还存在蒸汽流动和膨胀过程中的热力损失,以及机械损失和电机损失等[7],蒸汽的焓降Ht不能全部转化为电能,因此要采用相应的参数来进行系统评价。在饱和蒸汽发电系统中,确定了最佳工况点,也就是确定了发电系统的额定进汽参数p0。然后可根据汽轮机的排气压力pe和排气干度x来确定系统的装机容量。

5.2.1 主蒸汽参数

汽轮机发电机组相对电效率ηr,el主要由机械效率ηm、发电机效率ηel和汽轮机相对内效率ηri的乘积组成,发电机组的相对电效率的大小主要由这三种因素决定。然而对于发电机组,机械效率和发电效率相差很小,可近似看作常数。所以发电机组的相对电效率主要是由汽轮机的相对电效率决定。汽轮机的相对内效率是蒸汽在汽轮机做功的有效焓降与理想等熵焓降的比值。

由于饱和蒸汽发电是主要是利用低温余热资源,所以产生的饱和蒸汽主要是温度低于300℃的蒸汽,而由饱和蒸汽比焓和温度之间的关系曲线可知,当温度不超过240℃时,比焓随温度的升高而增加,超过此温度时比焓随温度的增加而减小,所以在饱和蒸汽发电过程中,饱和蒸汽的温度不宜超过240℃。

如图6为饱和蒸汽比焓与温度之间的关系,由图可知在压力小于3.0 MPa时,饱和蒸汽的比焓随压力的增大而增大;而当压力大于3.0 MPa时,饱和蒸汽的比焓随着压力的增大而减小;因此,饱和蒸汽发电中饱和蒸汽的压力不宜大于3.0 MPa。

5.2.2 排汽参数

排汽压力的选择主要和当地的平均温度和钢材的价格有关,一般要根据实际发电情况进行对排汽压力选择。由图7可知,排汽温度是随着排汽压力的增大而增大。但是排汽压力选择不宜过大,这样就会造成蒸汽的焓降较低,影响发电效率和发电量。一般排汽压力在0.004～0.01 MPa之间。

随着排汽湿度的增加,蒸汽的焓降就越大,但是对末级叶片的腐蚀就越严重。现代汽轮机的排汽湿度大约是在10%左右,最大不超过12%[8]。

5.3 机组效率问题

由于饱和蒸汽固有的特点,在利用饱和蒸汽发电过程中往往机组效率较低,所以要采用必要的措施提高机组效率。(1)减少漏气损失,据统计,在汽轮机各项损失中,漏气损失占总损失的29%,而动叶损失则占总漏气量的80%[9];(2)降低流动损失,优化设计零部件结构、汽封结构、阀门和管道与排气蜗壳结构;(3)改进排气汽缸结构,例如通过去除支撑梁和提供较大面积的特征流道改善流动特征,从而减少凝汽式汽轮机的紊流;(4)改善叶型设计;例如可以对末级叶片采用马刀型静叶,提高根部的反动度,对末级叶片采用蜂窝汽封,加强去湿效果,减少对叶片的水蚀。此外开发和研究高性能叶片材料也是提高机组效率的关键之一。

6 饱和蒸汽发电发展因素

目前,饱和蒸汽发电主要集中在钢铁行业,但是仍然有很多行业和领域的余热资源没有被开发利用,其中一个重要的原因就是技术不成熟。众多的企业对大量的、白白浪费的资源束手无策。而我国的饱和蒸汽发电(甚至余热发电)绝大多数为我国的高耗能行业,对发电技术的理解存在着一定的先天性的局限,普遍存在着跨行业能力不足的缺点,这与迫切的市场需求存在着巨大的反差[10]。

由于饱和蒸汽发电来源于各高耗能行业生产的废气,这就决定着这些废气的种类、特性和参数各不相同。因此,针对不同的行业和种类的废气热源将有着不同参数的发电技术,这就需要各种不同种类的发电机组与之配套,不能形成一种行业标准,这就延长了工程时间,而且有些饱和蒸汽发电机组可能需要进口,初期的投资也将加大。但是作为一种新兴的产业,饱和蒸汽发电技术可以从以下几方面提升。(1)对余热资源进行科学、明确的分类,制定科学的、统一的技术标准;(2)提升饱和蒸汽发电技术的深度,使其实际运行指标在设计指标范围内运行;(3)加大对工业汽轮机技术的研究,开发与饱和蒸汽发电相适应的非标准汽轮机,并逐步实现标准化,以提高热机效率;(4)增加对饱和蒸汽发电技术的研发投入;(5)提高电站运行管理水平;(6)采用余热发电专业投资者与企业合作的合同能源管理模式(EMC模式),EMC模式可以很好的解决技术和资金的问题,特别适应成熟度不高的行业和规模不够大的高耗能企业。

7 结语

饱和蒸汽发电技术作为一种低品位能源的利用技术,有着巨大的发展潜力。希望政府主管部门、耗能企业、节能服务公司和科研单位等社会力量多关注和参加到饱和蒸汽发电行业中来,不断规范行业标准,提高行业技术水平,推动企业健康、持续发展。我们相信,饱和蒸汽发电行业的繁荣和发展必将为我国的节能减排战略目标的实现做出应有的贡献。

参考文献

[1]连红奎,李艳,等.我国工业余热回收利用技术[J].节能技术,2011,29(2):123-128,133.

[2]黄生琪,周菊华.我国节能减排的意义、现状和措施[J].节能技术,2008,26(2):172-175.

[3]韩建峰,宫栋杰.饱和蒸汽发电在东岭锌品厂的应用[J].实用科技,2009,17(8):288.

[4]姜亮,朱亚军,等.低温余热发电系统中涡轮膨胀机的优化研究[J].节能技术,2012,30(5):400-404.

[5]韩魏,李志.螺杆膨胀动力机余热利用系统介绍及前景分析[J].船电技术,2009,29(9):55-58.

[6]张秀坤,蒋明东,等.国产600MW汽轮机配汽方式优化改造[J].节能技术,2005,23(1):87-90.

[7]郭玉双,夏永军,赵宝珠,等.对汽轮机末级叶片实施防水蚀保护措施的实践体会[J].发电设备,2004(3):149-151.

[8]丁丽娟.纯低温余热发电方式的系统选择及参数优化[D].北京:华北电力大学,2010.

[9]高德伟.汽轮机湿汽损失的分析与研究[J].动力工程学报,2012,32(11):847-852.

[10]王运民.汽轮机级组特性流通面积的应用[J].热能动力工程.2012,27(2):160-164.

制冷系统中的过热蒸汽饱和器 篇5

技术特点

本成果在冷凝器前加装一过热蒸汽饱和器，将大大改善制冷系统的热力学性能，充分发挥冷凝器的换热能力，有效降低冷凝压力，减少制冷机的能量消耗，提高系统的可靠性。

应用范围

应用于利用相变原理的制冷热泵装置中。当前空调产业蓬勃发展，其技术几乎全部利用相变原理，饱和器的应用将大大改善制冷热泵系统能效比，必将为空调事业注入新的活力。

单位：江苏科技大学科技服务部

地址：江苏省镇江市梦溪路2号

邮编：212003

饱和蒸汽 篇6

邯钢公司为了充分回收利用转炉汽化冷却系统蒸汽, 实现余热能源的梯级利用、就近利用, 节能降耗, 提高经济效益, 利用炼钢厂转炉汽化冷却系统余热蒸汽, 运用低压蒸汽燃气式过热装置, 通过调压并过热后供应RH精炼炉, 满足其生产用汽需要。转炉余热蒸汽生产系统通过蓄热器把间歇产生的不连续蒸汽变为连续蒸汽外供, 满足炼钢厂RH真空精炼炉生产用汽需要, 富裕蒸汽供应低压饱和蒸汽发电系统, 拓展了低品质蒸汽的利用途径, 大幅提高了工业企业大量富余低压饱和蒸汽利用效率。

二转炉余热蒸汽回收在RH真空精炼的应用

1. 系统概况及工艺流程。

钢轧系统改造项目公辅工程有3座120 t转炉, 每座转炉冶炼周期平均产汽量17.1 t/h, 汽包工作压力2.45 MPa, 工作温度225℃。炼钢转炉冶炼周期38 min, 吹氧时间15 min, 均利用转炉汽化冷却烟道生产饱和蒸汽。转炉汽化冷却系统配备6台192 m3的蓄热器罐及1套过热装置。

RH真空精炼装置蒸汽供应系统由蓄热器中压蒸汽系统接出, 经蒸汽压力调节阀 (V4.1) 将蒸汽压力调节到合适压力后进入蒸汽滤洁器, 经蒸汽滤洁器脱水后进入低压蒸汽燃气式过热装置进行热交换, 饱和蒸汽变为微过热蒸汽并送至RH真空精炼装置分汽缸。

2. 过热蒸汽的供应系统。

(1) 过热装置蒸汽系统来源:回收3台120 t转炉汽化冷却系统蒸汽进入蓄热站, 从蓄热器送至低压蒸汽燃气式过热装置;电厂2.1 MPa蒸汽作为备用汽源, 当RH精炼炉冶炼周期较长、转炉生产不正常及设备检修时, 电厂2.1 MPa蒸汽自动补充, 进入蓄热站, 从蓄热器送至低压蒸汽燃气式过热装置, 电厂蒸汽最大流量约30 t/h, 压力2.17 MPa (G) , 最高温度370℃;两者均满足RH生产蒸汽需要。

(2) 蒸汽流程:蓄热器供出的饱和蒸汽经调节阀组后, 以稳定的压力进入具有专利技术的滤洁器除水除垢, 再进入低阻损气-汽换热器中换热升温升压, 达到额定过热度后供给真空精炼装置。转炉汽化冷却系统生产的蒸汽优先供应RH真空精炼用汽, 富裕部分蒸汽经调节阀控制蒸汽流量和压力后送至厂区蒸汽管网, 供应其他蒸汽用户。

3. 系统设备参数。

(1) RH真空精炼炉蒸汽参数:

蒸汽流量:最大32 t/h;

蒸汽温度:过热度10℃~15℃;

蒸汽压力:1.3 MPa (G) ;

冶炼周期:38 min;

用汽时间:15 min~38 min;

数量:1座。

(2) 蓄热器性能参数:

蓄热器额定工作压力:2.45 MPa (G) ;

蓄热器实际最高工作压力:2.0 MPa~2.2 MPa (G) ;

单台蓄热器容积:192 m3;

蓄热器台数:6台;

蓄热器形式:湿式变压式圆筒蓄热器。

(3) 低压蒸汽燃气式过热装置:

蒸汽额定流量:35 t/h;

蒸汽正常流量:26 t/h~32 t/h;

蒸汽侧设计压力:1.8 MPa (G) ;

蒸汽工作压力:不低于1.35 MPa (G) ;

入口蒸汽温度:饱和;

出口蒸汽设计温度:240℃;

出口蒸汽工作温度:200℃~240℃ (任意可调) ;

烟气侧设计压力:0.1 MPa (G) ;

烟气工作压力:0.5 k Pa~2.0 k Pa (G) ;

出口烟气工作温度:200℃~250℃。

三饱和蒸汽发电的工作原理及工艺流程

3×120 t转炉产生的饱和余热蒸汽, 经过热调压处理后优先满足炼钢厂1套RH炉生产用汽需要, 富裕部分蒸汽可供应低压饱和蒸汽发电系统, 也可并入厂区低压蒸汽管网, 实现了热电联产和保证管网压力的稳定。

利用炼钢转炉生产过程中产生的蒸汽及1.0 Mpa蒸汽管网中的蒸汽来驱动汽轮发电机组并网发电。蒸汽的膨胀做功推动汽轮机带动发电机发电, 将蒸汽蕴含的热能转化为发电机出口的电能, 再经升压后输送至开关站并入电网。做功以后的蒸汽通过蒸发空冷系统凝结成凝结水, 由凝结水泵加压后经过轴封加热器输送到附近脱盐水站。循环水站的冷却水经蒸发空冷系统、汽轮机凝汽器、发电机空冷器、油系统冷油器冷却后回到蒸发空冷系统的凉水风机进行降温, 循环使用, 并定期补充河水、软水保持水质。

四技术经济效益分析

项目实施后, 根据一年运行实践表明, 完全满足生产、使用的要求, 节能效果明显, 项目效益潜力巨大。

1. 转炉汽化冷却系统年回收利用蒸汽5万吨, 多发电量为652万k W·h, 1k W·h电按0.6元计, 年创效652×0.6=391万元。

2. 间接让电厂少外送抽汽5万吨, 使60 MW汽轮机高负荷发电, 多发电量300万k W·h, 1k W·h电按0.6元计, 年创效300×0.6=180万元。

3. 饱和蒸汽发电机组正常运行后, 如果高炉煤气充足,

则小时发电量可达4000 k W·h (纯凝工况) , 全年发电运行时间按7000小时计, 则机组发电量4000×7000=2800万k W·h, 按照每度电价格为0.6元计, 则年发电收入为2800万k W·h×0.6元/k W·h=1680万元。

五结语

真空精炼蒸汽供应方式较高温高压蒸汽经减温减压后供汽和快速锅炉供汽方式, 节约了大量的能源, 蒸汽过热技术除供RH真空精炼外, 还将与饱和蒸汽发电结合在一起, 尽量将冶炼过程各种余热余能引入蓄热, 是循环经济的典型项目。该项目的运用, 降低了钢铁工序成本, 提高了企业产品的竞争力, 综合社会效益和环境效益明显。

参考文献

[1]何世文, 徐玉林.裴永红.转炉汽化冷却回收蒸汽用于发电技术的实践[J].冶金能源, 2009 (5)

饱和蒸汽 篇7

目前国内对这方面的研究报道较少,本文以吐哈油田不同采油厂生产的液化气为研究对象,测定了其蒸汽压,分析了影响因素。

1 液化气饱和蒸汽压分析流程

液化气试验法涉及到的分析项目较多,各油田化验室根据自己油田液化气的特点和产量,执行GB 9052.1对液化气进行质检和销售,液化气饱和蒸汽压试验流程见图1。

2 LPG法测定蒸汽压

试验以LPG法测定蒸汽压标准为依据,针对不同采油厂的样品,应用西安石油仪器厂生产的SY1403型液化气饱和蒸汽压测定仪进行测定,结果见表1。

表1的测定数据发现:随着实验的测定,饱和蒸汽压依次降低,尤其是第1次和第2次之间差异较大。这主要是由于在每次装填试验弹时,液化气中的轻组分优先进入,以至随后所做的实验样品愈来愈重,造成样品的差异。

3 计算法测定液化气饱和蒸汽压

3.1 用气相色谱仪测定液化石油气组分

以温米、鄯善、丘东采油厂的液化气样品为研究对象,采用HP6890型气相色谱仪测定各采油厂的液化石油气组分,测定条件为:采用SH/T 0230测定液化石油气组成的方法,用面积归一法,分析结果见表2。

3.2 液化石油气蒸汽压计算

按SH/T 0230测定液化石油气组成,根据各组成的气体体积(摩尔)表示的组成分析之间的换算公式进行计算。

式中X—试样在37.8℃时的蒸汽压,kPa;

pi—组分在37.8℃时的蒸汽压,Kpa;

Ci—试样中组成气体体积含量,%。

根据公式对3个采油厂液化石油气样品测定了2次,发现2次也不平行,但2次测定的差值较小,可能是由于色谱进样体积较小,在测定中组分变化相对稳定所致。表3为各采油厂液化石油气蒸汽压计算值。

从测定结果可以看出:测定过程中样品的装填和进样不同对结果有较大的影响,因为液化气在取样钢瓶中存在气液2种相态平衡,气液两相间也同时存在重力异相性。这就造成进样方式不同,分析结果不同,由于液化气中轻质组分总是相对重质组分进入分析系统,造成分析组分报告数据的差异性。

4 改进措施

在取样过程中,执行SH/T 0233液化石油气采样法,要求在采样钢瓶必须保持20%的空间,取样人员在实际中根据经验放掉一部分液体,以保证样品的安全性,结果把对液化气蒸汽压敏感性的轻质组分有可能放掉,这一现象同样在装填饱和蒸汽压试验单的操作过程中再现,造成(LPG法)检测结果的偏低。为了减少2种方法检测结果的差异,需要对试验分析人员和试验分析过程提出严格的要求,样品和实验弹的温度要保证在0～4℃,装样要迅速熟练减少样品的泄漏和操作过程的密闭性,以及对实验分析过程的熟练性。

5 结论

(1)采用改进措施后,同一种分析方法的不同次测定,样品平行性和重复性较好。

(2)改进蒸汽压分析方法的措施。液化气分散相态的影响使液化气表现出不同的存在形式和不同组分差异特性,这种差异是由于在取样、运输、保存、分析环节中造成的。要消除这一现象,必须在取样、分析过程中尽量使管线、取样瓶、分析仪器的实验装置密封,保证样品的原有特性。

参考文献

[1]GB11174-1997液化石油气[S].

[2]GB/T12576液化石油气蒸气压和相对密度及辛烷值计算法[S].

饱和蒸汽 篇8

地热热水、工业生产过程产生的热水, 相对于周围环境具有一定的温度差, 就有了可以利用的能量。这些热水是具有一定压力的不饱和水, 通过在扩容器里减压闪蒸, 蒸发出压力较低的饱和蒸汽, 可以推动汽轮机做功。这一类的汽轮机称为饱和蒸汽汽轮机。它有别于各种类型高温蒸汽汽轮机, 也不同于核电汽轮机。随着节能减排观念的增强, 开发利用地热及各种热水余热的项目越来越多, 饱和汽轮机的需求越来越大。本文主要介绍对于不同温度的热水, 如何选择汽轮机的初终参数, 以更好地利用能源。

2 决定初温和终温参数的因素

奠定了热力学第二定律基础的卡诺循环指出, 循环的热效率ηk=1-T2/T1, 即热效率与初温T1和终温T2有关。初温越高, 终温越低, 效率越高。

对于终温, 所有的汽轮机都一样, 决定于循环水温、循环水量、汽轮机末叶片长度及排汽湿度。循环水温是大自然赋予我们的条件, 很难改变。循环水量、汽轮机末叶片长度及排汽湿度是技术和制造、运行成本问题。经过冷端优化、技术经济比较, 一般大机组会选择较大循环水量和较长的叶片, 得到较低的终温, 获得较高的效率;而小机组为了降低成本, 会牺牲一点效率, 选择较高的背压和终温。饱和汽轮机一般功率较小, 循环水多是闭式循环, 水温较高, 一般选取较高背压。

提高初温, 受限于汽轮机所使用的材料, 是技术问题。研制更耐高温的材料, 提高初温, 是发电行业永远的追求。目前, 汽轮机初温已达到600℃, 燃气轮机已达到1300℃以上。当然, 使用多高的初温, 还需要进行技术经济比较。一般来说, 大机组使用较高的初温, 而小机组仍使用较低的初温。

3 合理选择初温和终温参数的方法

对于使用饱和蒸汽的汽轮机的初温的确定, 不是决定于材料, 而是受到热水温度和汽轮机排汽湿度的限制。

利用热水余热的饱和蒸汽汽轮机的工作蒸汽是热水在扩容器内闪蒸出来的蒸汽, 很显然, 它的温度总是低于热水温度。热水在扩容器内闪蒸出来一部分饱和蒸汽, 疏走一部分饱合水。而且, 闪蒸出来的蒸汽量与扩容器的压力有关。

蒸汽流量= (热水流量×热水焓-疏水流量×疏水焓) 饱和蒸汽焓。

蒸汽焓是该压力下的饱和蒸汽焓, 疏水焓是该压力下的饱和水焓。可见压力越高, 闪蒸蒸汽的温度和焓值越高, 同时, 疏水焓也高, 则蒸汽量越少。汽轮机的做功能力与蒸汽流量和可用焓值成正比。所以, 如何确定蒸汽温度是至关重要的。

再来讨论排汽湿度问题。汽轮机的进汽接近干饱和蒸汽。其进汽压力是其温度的饱和压力。随着蒸汽在汽轮机内的各级膨胀做功, 压力越来越低, 湿度越来越大, 蒸汽内的水滴越来越多越来越大, 对叶片的冲刷越来越厉害, 到了一定的压力, 湿度太大, 会使叶片受损, 不能正常工作。受到湿度的限制, 不能膨胀到更低的压力, 即不能达到更低的环境所能允许的冷端温度。而且, 进汽压力越高, 出现不能允许的湿度的压力越高, 排汽压力就会越高。在焓熵图上, 饱和蒸汽线和湿蒸汽的干度线在2MPa以下基本上是平行的。在2MPa以下, 不同的进汽压力 (与饱和温度相对应) , 膨胀到相同的干度线的可用理想焓降大致上是相等的, 也就是说, 不同的进汽压力的做功能力是大致相等的。而蒸发压力越低, 得到的蒸汽量越大, 发电越多。所以选取较低的进汽压力和温度, 得到的发电量较大。

4 理论验证

依据热水温度和环境条件, 选择合适的蒸汽温度, 才能得到较大的蒸汽量和合理的可用理想焓降, 使汽轮机有较高的效率和功率。下面通过具体计算, 来求证对于一个热水温度的合适的蒸汽温度。假定热水温度200℃, 1000t/h, 汽轮机效率78%, 最低排汽湿度12%, 无汽水损失。见表1。

由表1可见, 随着主汽压力降低, 背压可以降低, 功率直线增加。但是, 受环境温度的限制, 受汽轮机成本和循环水系统成本的制约, 不可能把背压降到太低。工程实践中, 要根据环境条件、热水量的大小和温度, 选择主汽压力和背压。

如果热水的温度比较高, 可以做成两级扩容系统。按照前述原则, 合理地选择一次、二次蒸发压力, 可以得到更多的电功率、更大的效益。

5 结论