赵经濂
中国五环化学工程公司
[内容提要] 在追求经济发展目标最大化的同时，世界面临并必须解决的共同关键问题是
“节能”和“环保”，它们在我国尤为突出。而“节能”并非一定指高品位能源，也并非一定要运用“高科技”手段，本文试图透过一些计算和分析，希望其结果可以引起有关部门及人员的关注和重视。
[关 键 词] 节能 低压蒸汽 蒸汽轮机
各种工业的生产工艺，尤其是大型钢铁企业和石油化工企业，往往会伴生可有效利用的能源，如低压蒸汽、高温热水等。但它们常常不是被疏忽，就是被归类为废热而被排放。工艺过程产生的大量低压(LP)蒸汽，采用传统且历史悠久的凝汽式汽轮发电机组，恰恰是从中获取电功率的最理想设备，它们既是最为简单可靠，其投资又较低。
今天，对于一个工业企业而言，电力被认为是最有价值的能源形式。即使汽轮机入口蒸汽压力低到接近大气压，仍然可以实现能源的大量节约，特别是这些低压蒸汽本来要被放空，或在未作出任何有用功就被冷凝的情况下。如果压力大于大气压的低压蒸汽，流量至少有50,000 kg/hr，则应优先考虑将其回注入现有的蒸汽轮机来回收能量。当然，新安装一台适用极低压力的特殊设计蒸汽轮机来回收能量，一般也是适宜的。
低压蒸汽特性
对低压蒸汽热力学性质的深入研究，一定会受益匪浅。通常认为，蒸汽轮机进、出口之间的压降是最重要的考虑因素，压降越大，则产功能力也越大。在某种程度上说这是真理，然而对于蒸汽轮机用户而言，单个最重要的影响因素不是压降，而是有效能，它直接与压降比率有关。
有效能取决于进口蒸汽的压力和温度，以及乏气的压力。有效能的理论值，是由效率为100％的蒸汽轮机，在进出口压差下在焓－熵图上查得。由于有效能的值是由若干变量确定，不同的进口蒸汽压力、温度和乏气压力的组合，可能具有相同的有效能。下面举例说明：下列参数的蒸汽有效能均为638.5 kJ/㎏：⑴进口蒸汽64 bar(a)/365 ℃，乏气压力2.5bar(a)；⑵进口蒸汽30 bar(a)/ 315 ℃，乏气压力1 bar(a)；⑶进口为7bar(a)的干饱和蒸汽，乏气压力0.1 bar(a)。
通常，由低压蒸汽源获得1,000～2,000 kW的作功功率不难。例如：10,000 ㎏/hr.干饱和蒸汽，进口压力2 bar(a)，乏汽压力0.15 bar(a)，其理论作功功率为~1,100 kW。类似地，20,000 ㎏/hr.干饱和蒸汽，进口压力1.3 bar(a)，乏汽压力0.15 bar(a)，其
理论作功功率为～1,830 kW。
作为额外的收益，较低压力的蒸汽轮机的性能反而好于较高压力的蒸汽轮机。汽轮机壳体都有压力限制，必须在该压力下运行才能确保安全。为将入口蒸汽压力降低到给定的壳体压力限制值以下，汽轮机进口蒸汽压力必定会被降低到第一级壳体的压力限值。当进口蒸汽压力高于该值，则必须加大汽轮机第一级的压降，降低了汽轮机整体性能。
此外，如低压蒸汽放空，在造成噪声污染的同时还须补充相应的给水，以及耗费与之相关的化学处理费用。如果低压蒸汽被冷凝并返回锅炉，就完全以避免污染和上述费用的损失。
仍然采用上述10,000 ㎏/hr.和20,000 ㎏/hr.的LP蒸汽，并对它们作出经济评估。 10,000 ㎏/hr.干饱和蒸汽，其理论作功功率为1,100 kW，而实际作功为715 kW。若年运行7,200 hr，电价按￥0.30 /kW.h计，则年收入为￥1,544,400。
20,000 ㎏/hr.干饱和蒸汽，其理论作功功率为1,830 kW，而实际作功仅为1,190 kW。若年运行7,200 hr，电价按￥0.30/kW.h计，则年收入为￥2,570,400。
上述两例，很好地说明了低压蒸汽，当然也包括与此相当的低品位能源蕴藏着极大的利用价值。废弃低压蒸汽的回收和发电，在国内外得到广泛的重视和实际应用，取得了巨大的经济效益。
线算图
本文提供的线算图(图1、2)，是评估低压蒸汽发电可行性的有力工具。例：有压力为1 bar(g)、流量40,000 ㎏/hr.的干饱和蒸汽，膨胀到0.15 bar(a)；电价￥0.30/kW.h；要求投资回收期为两年。
①首先，由A图的蒸汽流量横坐标为40,000 ㎏/hr.处向上引线，与1 bar(g)压力斜线相交。②从交点引水平线至B图，与电价为￥0.30/kW.h的斜线相交。由B图：纵坐标读得发电量为～2,050 kW；横坐标读得收益为450万元/年。③由交点向下引线至C图，与2年回收期斜线相交。④由交点引水平线至纵坐标，查得可接受的投资为：900 万元。
线算图是以LP蒸汽为干饱和蒸汽、凝汽压力为0.15 bar(a)、能量利用率为65％的条件绘制。若实际蒸汽为过热蒸汽、或凝汽压力不同时，可从图2查得修正系数。查图1之前或之后，使用修正系数的结果相同。
有趣的现象
从图2可以看到一些有趣的现象。修正系数曲线基本是直线，其斜率变化不大且基本一致；而不同凝汽压力线间距的增加却十分明显，当新蒸汽压力较低时尤甚。换言之，蒸汽过热的收益，明显不如凝汽压力降低的收益。如1 bar(a)的新蒸汽，凝汽压力从0.15 bar(a)降低到0.06 bar(a)(凝汽温度从54 ℃降低到36.2 ℃，温降17.8 ℃)，其收益提高～41.5%；若再把蒸汽温度过热30 ℃，则其收益提高为45.5％，净增收益不过4%而已。
汽轮发电机组热效率提高的技术进步，主要是得益于尽量提高新蒸汽的参数，这对于大型或超大型机组无疑是正确的。但对于许多工业企业的动力站而言，或许会得不偿失。而且，大多数工业企业热能动力装置凝汽压力降低有较大的空间。因此有必要在降低凝汽压力方面采取措施，或引入新技术新设备，尤其要重视新蒸汽压力较低的机组。
降低凝汽压力的难度和投资，肯定不会高于新蒸汽温度提高的难度和投资。如恰当提
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升凝汽器管子的材料等级、适当加大凝汽器面积、加强运行监督和清洗等，采取上述措施的代价与其收益比较将是微不足道的。此外，也可以考虑在夏季采用湿表面运行的空气凝汽器凝汽方式，以获得比采用循环水冷却凝汽器更低的凝汽压力。
线算图编制和使用： ⒈压力均指绝压； ⒉年运行小时数：； ⒊汽轮发电机组各种效率乘积：； ⒋不同蒸汽温度和凝汽压力，请使用图的修正系数； ⒌可使用内插法查图。
[参考文献]
[1]“水蒸汽性质、水蒸汽绝热膨胀焓降计算”，赵经濂，周飘摇。建筑热能通风空调，2001
年第20卷第1期。
[2]Low-pressure steam makes excellent source of kilowatts, Rondy D platz.Power 1990.Vol.134
No.1-2.
[3]Air-cooled condensers, Thomas C Elliot. Power 1990.Vol.134 No.1-2.
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