本發(fā)明屬于汽輪機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種小型抽汽式供熱汽輪機(jī)排汽降濕的方法。

背景技術(shù)：

熱電聯(lián)產(chǎn)是熱能和電能聯(lián)合生產(chǎn)的一種高效能源生產(chǎn)方式，既可以生產(chǎn)電能，又可以利用汽輪機(jī)作過功的蒸汽對用戶進(jìn)行供熱。由于蒸汽沒有冷源損失，其熱效率甚至可以提高到85％，比大型凝汽式機(jī)組(熱效率達(dá)40％)還要高得多。在熱電聯(lián)產(chǎn)中，對外供熱的蒸汽源一般來自抽汽式汽輪機(jī)的調(diào)整抽汽或者背式汽輪機(jī)的排汽，壓力通常分為0.78～1.28MPa和0.12～0.25MPa兩等。前者供工業(yè)生產(chǎn)，后者供民用采暖，本發(fā)明中涉及的對象是前者。

目前工業(yè)生產(chǎn)對熱負(fù)荷需求量巨大，許多用熱公司周圍一般都配有燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，燃?xì)鈾C(jī)組啟?？?，調(diào)節(jié)迅速，可以依據(jù)需求實(shí)時(shí)滿足熱用戶的需要。此類機(jī)組規(guī)模一般較小，機(jī)組所能提供的電負(fù)荷量較低，熱負(fù)荷的收益一般要高于電負(fù)荷的收益，而燃?xì)鈾C(jī)組運(yùn)行成本高，如果機(jī)組負(fù)荷全部用于發(fā)電，則效益將大大降低，因此電廠更傾向于提供更多的熱負(fù)荷。

然而實(shí)際運(yùn)行中，晝夜差別，季節(jié)不同，企業(yè)經(jīng)營狀況都會對熱負(fù)荷量造成較大波動，且凝汽器真空度易受環(huán)境影響，導(dǎo)致汽輪機(jī)排汽壓力波動也較大，運(yùn)行時(shí)常會較大偏離設(shè)計(jì)工況，易造成汽輪機(jī)排汽濕度過高，侵蝕末級葉輪，影響汽機(jī)安全，使得汽輪機(jī)維護(hù)成本增加。在汽輪機(jī)末級安裝除濕裝置，雖然能夠達(dá)到降濕的目的，但牽涉到對汽機(jī)內(nèi)部的改造，安裝復(fù)雜，成本較高，且裝置維修難度較大。供熱汽輪機(jī)并非一直排汽濕度較大，只是在某些工況供熱條件下，排汽濕度較大。因此提出一種方法靈活的解決小型抽汽式供熱汽輪機(jī)某些運(yùn)行供熱條件下濕度較高的問題顯得尤為必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了解決某些運(yùn)行供熱條件下抽汽式供熱汽輪機(jī)濕度較高的問題，本發(fā)明提供了一種小型抽汽式供熱汽輪機(jī)排汽降濕的方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種小型抽汽式供熱汽輪機(jī)排汽降濕的方法，包括以下步驟：

(1)設(shè)計(jì)一條從高壓蒸汽側(cè)通往低壓蒸汽側(cè)的管道3，旁路一股蒸汽用于提升低壓蒸汽參數(shù)品質(zhì)，進(jìn)而達(dá)到降低汽輪機(jī)排汽濕度的目的，管道要求能夠承受一定強(qiáng)度的高溫，且需要在管道上安裝控制閥1以及節(jié)流閥2，通過控制閥1調(diào)節(jié)抽取主蒸汽的流量，通過節(jié)流閥2對主蒸汽降壓，避免其參數(shù)過高，沖擊低壓蒸汽管道。

(2)從系統(tǒng)中提取出所需要的測點(diǎn)數(shù)據(jù)，編寫熱力性能計(jì)算程序，計(jì)算出汽輪機(jī)高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差及排汽濕度，具體步驟如下：

(2a)從系統(tǒng)中提取出所需要的測點(diǎn)數(shù)據(jù)具體為高壓蒸汽壓力4、高壓蒸汽溫度5、高壓蒸汽流量6、供熱流量7、低壓蒸汽壓力8、低壓蒸汽溫度9、低壓蒸汽流量10、排汽壓力11組成的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，當(dāng)列數(shù)據(jù)存在明顯異常點(diǎn)時(shí)，剔除該列數(shù)據(jù)，將前一時(shí)刻數(shù)據(jù)作為當(dāng)前值；

(2b)編寫熱力性能計(jì)算程序，其中水蒸氣的熱力性質(zhì)可根據(jù)“水和水蒸氣熱力性質(zhì)1997年工業(yè)用公式”，即IAPWS-IF97公式編寫的程序進(jìn)行計(jì)算；

(2c)計(jì)算汽輪機(jī)高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差及排汽濕度，方法如下；

高壓蒸汽比焓：H_gy＝H(P_gy，T_gy)

高壓蒸汽比熵：S_gy＝S(P_gy，T_gy)

高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)的等熵比焓：H_gd＝H(P_dy，S_gy)

高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)的實(shí)際比焓：H_gdr＝H_gy-(H_gy-H_gy)*η₁

高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)的比熵：S_gdr＝S(P_dy，H_gdr)

低壓蒸汽比焓：H_dy＝H(P_dy，T_dy)

低壓蒸汽比熵：S_dy＝S(P_dy，T_dy)

高低壓蒸汽混合比焓：H_hh＝((M_gy-M_gr)*H_gdr+M_dy*H_dr)/(M_gy-M_gr+M_dy)

高低壓蒸汽混合比熵：S_hh＝((M_gy-M_gr)*S_gdr+M_dy*S_dr)/(M_gy-M_gr+M_dy)

高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)的溫度：T_gdr＝T(P_dy，H_hh)

高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差：Δ_t＝T_gdr-T_dy

汽輪機(jī)排汽等熵比焓：H_pq＝H(P_pq，S_hh)

汽輪機(jī)排汽實(shí)際比焓：H_pqr＝H_hh-(H_hh-H_pq)*η₂

汽輪機(jī)排汽濕度：h_pqr＝1-x(P_pq，H_pqr)

其中，P_pq為汽輪機(jī)排汽壓力11，MPa；P_gy為高壓蒸汽壓力4，MPa；T_gy為高壓蒸汽溫度5，℃；M_gy為供熱蒸汽流量7，kg/s；h_gy為高壓蒸汽比焓，kJ/kg；S_gy為高壓蒸汽比熵，kJ/(kg·K)；P_dy為低壓蒸汽壓力8，MPa；T_dy為低壓蒸汽溫度9，℃；M_dy為低壓蒸汽流量10，kg/s；h_dy為低壓蒸汽比焓，kJ/kg；S_dy為低壓蒸汽比熵，kJ/(kg·K)；M_gy為高壓蒸汽流量6，kg/s；H_gd為高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)的等熵比焓，kJ/kg；H_gdr為高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)的實(shí)際比焓，kJ/kg；η₁為汽輪機(jī)高壓缸效率；S_gdr為高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)的比熵，kJ/(kg·K)；T_gdr為高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)的實(shí)際溫度，℃；Δt為高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差，℃；H_hh為高低壓蒸汽混合比焓，kJ/kg；S_hh為高低壓蒸汽混合比熵，kJ/(kg·K)；H_pq為汽輪機(jī)排汽等熵比焓，kJ/kg；H_pqr為汽輪機(jī)排汽實(shí)際比焓，kJ/kg；η₂為汽輪機(jī)低壓缸效率；h_pqr為汽輪機(jī)排汽濕度。式中H、S、T、x分別為IAPWS-IF97公式中的比焓、比熵、溫度、干度計(jì)算。

(3)設(shè)計(jì)出抽汽調(diào)節(jié)的控制邏輯，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，然后基于高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽溫差的約束條件，調(diào)節(jié)控制抽汽流量，降低汽輪機(jī)排汽濕度。其具體步驟如下：

(3a)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性分析，本發(fā)明是以犧牲汽輪機(jī)短期一定的經(jīng)濟(jì)性換取其長期的經(jīng)濟(jì)性與安全性，所以只有在濕度持續(xù)保持超限的條件下，才打開控制閥1降濕，所以需要降低控制閥1的敏感度。設(shè)計(jì)中應(yīng)規(guī)定汽機(jī)啟動及供熱流量突然增加時(shí)，不對汽輪機(jī)進(jìn)行降濕，只有待汽輪機(jī)運(yùn)行較為穩(wěn)定時(shí)，才進(jìn)行降濕調(diào)節(jié)。對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定性分析的具體做法為排汽濕度一段時(shí)間內(nèi)取均值，判斷其均值是否超限。

(3b)調(diào)節(jié)控制邏輯，當(dāng)濕度超限，進(jìn)入調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如果高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽溫差Δt不在限定范圍內(nèi)，且混合溫差減去一個微小溫度增量，即|Δt-δ|絕對值變大，則汽輪機(jī)沒有裕度進(jìn)行降濕。反之則打開控制閥1，停止數(shù)據(jù)穩(wěn)定性分析，切換為實(shí)時(shí)分析，利用高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽溫差的裕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，濕度達(dá)到要求，應(yīng)停止繼續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)門保持當(dāng)前開度。如果高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽溫差的裕度用盡，濕度仍超限，同樣應(yīng)停止繼續(xù)調(diào)節(jié)，汽輪機(jī)降濕達(dá)到其所能調(diào)節(jié)的最大空間。

附圖說明

圖1是小型抽汽式供熱汽輪機(jī)降濕設(shè)計(jì)圖；

圖2是本發(fā)明小型抽汽式供熱汽輪機(jī)降濕方法流程圖；

圖3是供熱流量與汽輪機(jī)排汽濕度及高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差關(guān)系圖；

圖4是排汽壓力與汽輪機(jī)排汽濕度及高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差關(guān)系圖；

圖5是抽汽流量與汽輪機(jī)排汽濕度及高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)及低壓蒸汽的溫差的關(guān)系圖；

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例的小型抽汽式供熱汽輪器如圖1所示，降濕方法流程如圖2所示，包括以下幾個步驟：

(1)設(shè)計(jì)一條從高壓蒸汽側(cè)通往低壓蒸汽側(cè)的管道3，管道上安裝控制閥1與節(jié)流閥2對蒸汽流量與壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用高品質(zhì)的主蒸汽提升低壓蒸汽參數(shù)性能，進(jìn)而達(dá)到降低汽輪機(jī)排汽濕度的目的；

(2)從系統(tǒng)中提取出所需要的測點(diǎn)數(shù)據(jù)，編寫熱力性能計(jì)算程序，計(jì)算出汽輪機(jī)高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差及排汽濕度，具體方法如下；

高壓蒸汽比焓：H_gy＝H(P_gy，T_gy)

高壓蒸汽比熵：S_gy＝S(P_gy，T_gy)

高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)的等熵比焓：H_gd＝H(P_dy，S_gy)

高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)的實(shí)際比焓：H_gdr＝H_gy-(H_gy-H_gy)*η₁

高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)的比熵：S_gdr＝S(P_dy，H_gdr)

低壓蒸汽比焓：H_dy＝H(P_dy，T_dy)

低壓蒸汽比熵：S_dy＝S(P_dy，T_dy)

高低壓蒸汽混合比焓：H_hh＝((M_gy-M_gr)*H_gdr+M_dy*H_dr)/(M_gy-M_gr+M_dy)

高低壓蒸汽混合比熵：S_hh＝((M_gy-M_gr)*S_gdr+M_dy*S_dr)/(M_gy-M_gr+M_dy)

高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)的溫度：T_gdr＝T(P_dy，H_hh)

高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差：Δt＝T_gdr-T_dy

汽輪機(jī)排汽等熵比焓：H_pq＝H(P_pq，S_hh)

汽輪機(jī)排汽實(shí)際比焓：H_pqr＝H_hh-(H_hh-H_pq)*η₂

汽輪機(jī)排汽濕度：h_pqr＝1-x(P_pq，H_pqr)

其中，P_pq為汽輪機(jī)排汽壓力11，MPa；P_gy為高壓蒸汽壓力4，MPa；T_gy為高壓蒸汽溫度5，℃；M_gr為供熱蒸汽流量7，kg/s；h_gy為高壓蒸汽比焓，kJ/kg；S_gy為高壓蒸汽比熵，kJ/(kg·K)；P_dy為低壓蒸汽壓力8，MPa；T_dy為低壓蒸汽溫度9，℃；M_dy為低壓蒸汽流量10，kg/s；h_dy為低壓蒸汽比焓，kJ/kg；S_dy為低壓蒸汽比熵，kJ/(kg·K)；M_gy為高壓蒸汽流量6，kg/s；H_gd為高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)的等熵比焓，kJ/kg；H_gdr為高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)的實(shí)際比焓，kJ/kg；η₁為汽輪機(jī)高壓缸效率；S_gdr為高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)的比熵，kJ/(kg·K)；T_gdr為高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)的實(shí)際溫度，℃；Δt為高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差，℃；H_hh為高低壓蒸汽混合比焓，kJ/kg；S_hh為高低壓蒸汽混合比熵，kJ/(kg·K)；H_pq為汽輪機(jī)排汽等熵比焓，kJ/kg；H_pqr為汽輪機(jī)排汽實(shí)際比焓，kJ/kg；η₂為汽輪機(jī)低壓缸效率；h_pqr為汽輪機(jī)排汽濕度。式中H、S、T、x分別為IAPWS-IF97公式中的比焓、比熵、溫度、干度計(jì)算。

(3)設(shè)計(jì)出抽汽調(diào)節(jié)的控制邏輯，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，然后基于高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽溫差裕度的約束條件，調(diào)節(jié)控制抽汽流量，降低汽輪機(jī)排汽濕度，提升汽機(jī)的使用壽命。

以某燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組可調(diào)整抽汽凝汽式汽輪機(jī)為例，汽輪機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1汽輪機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

該汽輪機(jī)通流部分由18級壓力級組成，第1級為高壓蒸汽級，第8級為抽汽供熱級，第12級為低壓蒸汽級。汽輪機(jī)高壓缸效率為0.88，低壓缸效率為0.85，一般汽輪機(jī)設(shè)計(jì)的末級排汽濕度要求不高于10％，高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差絕對值在50℃以內(nèi)。

(1)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性分析，汽輪機(jī)啟機(jī)開始供熱時(shí)，運(yùn)行參數(shù)不穩(wěn)定，很有可能造成計(jì)算的排汽濕度較大，同時(shí)現(xiàn)場測點(diǎn)有時(shí)波動較大異常，可能會對排汽濕度超限產(chǎn)生誤判，因此為了避免設(shè)計(jì)的控制閥1閥門過度調(diào)節(jié)，控制閥1閥門未打開時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)是不可取的。對于小型抽汽式供熱汽輪機(jī)，其排汽濕度受供熱流量等因素影響較大，汽輪機(jī)在某些工況下供熱條件下，濕度會超限。本發(fā)明是以犧牲汽輪機(jī)短期一定的經(jīng)濟(jì)性換取其長期的經(jīng)濟(jì)性與安全性，所以只有在濕度持續(xù)保持超限的條件下，才打開調(diào)節(jié)閥降濕，所以需要降低調(diào)閥的敏感度。當(dāng)汽機(jī)啟動及供熱流量突然增加時(shí)，不對汽輪機(jī)末級進(jìn)行降濕，只有待汽輪機(jī)運(yùn)行較為穩(wěn)定時(shí)，才進(jìn)行降濕調(diào)節(jié)。需要對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，具體做法為排汽濕度一段時(shí)間內(nèi)取均值，判斷其均值是否超限。

(2)從理論的角度分析供熱流量及排汽壓力對排汽濕度及高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差的影響，以汽輪機(jī)額定工況為例，采用控制變量的方法分別分析供熱流量及排汽壓力對汽輪機(jī)排汽濕度及高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差的影響。圖3為供熱流量與汽輪機(jī)排汽濕度及高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差關(guān)系圖，圖4為排汽壓力與汽輪機(jī)排汽濕度及高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差關(guān)系圖。

從圖3中可以看出隨著供熱流量增加，汽輪機(jī)排汽濕度及高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差均是逐漸降低的，有些供熱流量下汽輪機(jī)排汽濕度是超限的，具有一定的安全隱患。而高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差均在限定范圍內(nèi)，說明該工況供熱條件下還存在一定裕度空間，可以通過抽汽對汽輪機(jī)排汽降濕。

從圖4中可以看出隨著排汽壓力升高，汽輪機(jī)排汽濕度是逐漸降低的，高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差基本不變，汽輪機(jī)排汽壓力越低經(jīng)濟(jì)性越好，但對汽輪機(jī)設(shè)備安全不利，可以發(fā)現(xiàn)低排汽壓力下，汽輪機(jī)排汽濕度較大。高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差在限定范圍內(nèi)，說明該排汽壓力供熱條件下還存在一定裕度空間，可以通過抽汽對汽輪機(jī)排汽降濕。

(3)從理論角度對降濕調(diào)節(jié)進(jìn)行分析，首先從汽輪機(jī)第1級高壓蒸汽側(cè)設(shè)計(jì)一條管道3到第12級低壓蒸汽側(cè)，安裝調(diào)節(jié)閥1及節(jié)流閥2，由于蒸汽側(cè)抽取的流量一般不是很大，可假設(shè)其對供熱參數(shù)無影響，高壓蒸汽通過控制閥1和節(jié)流閥2可降低到與低壓蒸汽同壓力，管道閥門的換熱系數(shù)設(shè)定為0.93，調(diào)節(jié)抽汽流量，在高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差的限定范圍內(nèi)對汽輪機(jī)排汽進(jìn)行降濕，以汽輪機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)為例，改變抽汽流量觀察排汽濕度及壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差的變化。圖5為高壓抽汽流量與排汽濕度及高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差的關(guān)系圖，從中可以看出，隨著抽汽流量的增加，排汽濕度逐漸降低，理論上是可以將濕度降低到限定范圍內(nèi)，而高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差的絕對值在此過程中呈增加趨勢。高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差過大，會有很大的熱沖擊，將導(dǎo)致汽機(jī)壁受熱不均勻，易造成設(shè)備應(yīng)力損傷，因此降濕調(diào)節(jié)過程中，不能使其之間溫差超過安全裕度。如果在調(diào)節(jié)過程中，當(dāng)高壓蒸汽膨脹到低壓蒸汽壓力時(shí)與低壓蒸汽的溫差達(dá)到限定的要求后，應(yīng)停止繼續(xù)調(diào)節(jié)，汽輪機(jī)降濕達(dá)到其所能調(diào)節(jié)的最大空間。雖然理論分析調(diào)節(jié)與實(shí)際調(diào)節(jié)有些差異，但它從某種角度，證明通過從高壓蒸汽側(cè)旁路一股蒸汽提升低壓蒸汽參數(shù)的品質(zhì)，的確可以達(dá)到某些運(yùn)行工況供熱條件下汽輪機(jī)排汽降濕的目的。實(shí)際調(diào)節(jié)過程中抽汽量的大小會對后面的蒸汽造成一些影響，但現(xiàn)場是根據(jù)實(shí)時(shí)測點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)整好控制回路，經(jīng)過一段時(shí)間調(diào)整后，會達(dá)到一個平穩(wěn)狀態(tài)。