供热汽轮机新型调压装置——压力匹配器性能的热力学分析

王汝武（辽宁飞鸿达蒸汽节能设备有限公司） 辽宁省113122

提要：本文介绍了用压力匹配器作为抽汽式汽轮机抽汽调节装置的原理和系统，并和节流式抽汽调压装置的性能进行了比较。

关键词：抽汽式汽轮机、隔板、蝶阀、压力匹配器、节流、熵增、㶲

一、概述

热电联产，从理论和实践都证实了是提高热能利用率的重要措施。实现蒸汽动力装置热电联产的关键设备是背压式汽轮机和抽汽式汽轮机，背压式汽轮机为了供出二个压力等级的蒸汽，又有抽汽背压式汽轮机。汽轮机的抽汽为了在电负荷和热负荷变化时供汽压力不变，在抽汽口后装有调节汽门，回转隔板，调节蝶阀等装置，这些装置的作用是通过改变蒸汽的通流面积，改变供热蒸汽和发电蒸汽的比例，以保持供热压力不变。可以把这些装置称为抽汽调压装置。抽汽调压装置实际是一种阀门，通过控制阀门的开度控制阀门前的压力。汽轮机抽汽口后的通流面积是在抽汽量为零机组发额定功率时确定的，机组一但抽汽，抽汽口压力就下降，而且随不同功率和不同抽汽量而变化，为了保持一定压力，就需要将调压阀门的开度改变，这时调压阀门前后压力不同，存在节流损失。节流损失的大小和抽汽量占进汽量的比例大小有关，抽汽量占进汽量的比例愈大，节流损失愈大。抽汽调压装置除了造成局部节流损失外，由于蒸汽参数的改变还造成了汽轮机通流部分效率下降。

调节汽门及旋转隔板都是结构复杂的机械装置，随着供热汽轮机容量的增大，增加了制造难度和制造成本，特别是在抽汽压力提高时，蒸汽温度也提高，在温度高于450℃时，旋转隔板则很难安全运行。以致汽轮机制造厂将很多高压抽汽采用非调节抽汽^[4]。

本文的目的是提出一种没有节流损失的抽汽调压装置——压力匹配器，它安装在汽轮机本体之外，属于机外调压装置，结构简单，调节方便。目前已在300MW及600MW上成功运行^[5]。为了说明压力匹配器在供热机组上的运行特点和适用范围，对压力匹配器的性能进行了热力学分析，并和传统的抽汽节流调压装置的热力性能进行了比较。

二、压力匹配器的调压原理及其热力过程

新型抽汽调压装置是用压力匹配器代替旋转隔板，调节蝶阀，减压阀等节流元件，实现汽轮机组向供出一定压力和温度的蒸汽，供汽的压力和温度不随机组的电负荷和热负荷的变化而变化。

新型抽汽压力调节装置的原则性热力系统图如图1:

在抽汽口前抽出某一较高压力等级的蒸汽作为驱动蒸汽，该蒸汽也可以是锅炉新汽，也可以是大机组高压缸排汽或某一回热抽汽口的抽汽。驱动蒸汽通过调节阀4经过喷咀形高速汽流，压力降低，在喷咀后将低压蒸汽吸入，通过混合，扩压形成热用户所需要的压力。在压力匹配器后装有压力变送器将实测讯号送给PID调节器，调节器发出讯号开大或关小阀门，以保证出口压力稳定，汽轮机的电负荷则由汽机本身的调节系统来控制，可实现电负荷和热负荷的分开调节^[1]。

抽汽式机组抽汽压力控制方式的热力过程图如图2所示：

图中虚线为压力匹配器内的热力过程线，1点为压力匹配器喷咀的出口状态点，2点为抽汽口蒸汽状态点，两种蒸汽在混合管内混合，混合点用3点表示，混合后的蒸汽流过扩压管达到供汽压力PC，压力匹配器出口状态点用C表示，喷水减温后的出口状态点为1＇点和节流调压的供汽点状态点相同，P13C—为压力匹配器调压热力过程线，P1＇2＇—为节流调压装置热力过程线，P_P—驱动蒸汽压力，P_H—不节流时抽汽口压力；在新型抽汽调压汽机中，没有旋转隔板，在抽汽状态下，抽汽口的压力为P_H，热用户需要的压力为P_C，驱动蒸汽的压力P_P，通过喷射将能量传给低压抽汽，将压力从P_H提高到P_C，压力匹配器的低压蒸汽量和驱动蒸汽量之比称为引射系数

三、压力匹配器和传统节流调压装置的热力性比较

为了将压力匹配器和传统节流调压装置进行概括而宏观的比较，热力学分析是比较合适的方法，它可以不局限于汽轮机的具体结构而研究汽流的热力参数变化。我们用热力学中的㶲 分析法进行分析。

首先比较两种调压装置在完成同参数、同流量供汽的情况下，哪种调压装置消耗的功（可用能）少，并分析两种调压装置的优劣和哪些参数有关，从图2看出，压力匹配器在完成一定参数，一定供汽量时，消耗的可用能（㶲 ）为驱动蒸汽的㶲值e_p，吸入蒸汽的㶲 值e_h和供汽㶲 值e_c之差：

四、上述的性能对比分析只是在热力学的概念上，没有考虑调压装置气动性能的影响，调节汽门、旋转隔板等机内调压装置都对汽机通流部分的气体动力性能造成不利的影响。考虑到上述因素，300MW级的机组在供热压力1.0-1.2Mpa，供热量在100-150t/h时，压力匹配器比旋转隔板热效率高。

五、结论

1、压力匹配器作为供热汽轮机的机外调压装置，具有结构简单，安全可靠等优点。

2、压力匹配器和节流调压装置作为供热汽轮机的调压装置在热力性能上存在一个临界流量比，流量比大于临界流量比用压力匹配器经济，少于临界流量比时，用节流调压装置经济。

参考文献：

[1]王汝武主编：电厂的节能减排技术，化工出版社2008年10月

[2]索可洛夫：喷射器，科学出版社，1977年

[3]哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，300MW机组热平衡图

[4]史宜平：东方超临临界1000MW级供热汽轮机组方案探讨，2009年度热电联产学术交流会论文集