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1、汽轮机，到底能达到什么效率呢？1 汽轮机常识 将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原 动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中 间抽汽满足生产和生活上的供热需要 。汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备之汽轮机-工作原理汽轮机是能将蒸汽热能转化为机械功的外燃回转式机械，来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。蒸F.汽在汽轮机中，以不同方式进行能量转换，便构成了不同工作原理的汽轮机。按工作原理分类有蒸汽主要在各级喷嘴（或
2、静叶）中膨胀的冲动式汽轮机；蒸汽在静叶和动叶中都膨胀的 反动式汽轮机；以及蒸汽在喷嘴中膨胀后的动能在几列动叶上加以利用的速度级汽轮机。按热力特性分类有凝汽式、供热式、背压式、抽汽式和饱和蒸汽汽轮机等类型。凝汽式汽轮机排出的蒸 汽流入凝汽器，排汽压力低于大气压力，因此具有良好的热力性能，是最为常用的一种汽轮 机；供热式汽轮机既提供动力驱动发电机或其他机械，又提供生产或生活用热，具有较高的 热能利用率；背压式汽轮机的排汽压力大于大气压力的汽轮机；抽汽式汽轮机是能从中间级 抽出蒸汽供热的汽轮机；饱和蒸汽轮机是以饱和状态的蒸汽作为新蒸汽的汽轮机。按汽轮机的用途分 电站汽轮机：用来发电或热电联产的汽轮机
3、 工业汽轮机：用来带动水泵、油泵、鼓风机等的汽轮机 船用汽轮机：作为船舶的动力装置，用以推动螺旋桨 按进气压力分 低压气轮机：新蒸汽压力 1.2 1.5MPa 中压汽轮机：新蒸汽压力 2 4MPa 次高压汽轮机：新蒸汽压力 5 6MPa 高压汽轮机：新蒸汽压力 6 10MPa 超高压汽轮机：新蒸汽压力 12 14MPa 亚临界汽轮机 ：新蒸汽压力 16 18MPa 超亚临界汽轮机：新蒸汽压力 大于 22.17MPa根据热力学原理，新蒸汽参数越高，热力循环的热效率也越高。早期汽轮机所用新蒸汽 压力和温度都较低，热效率低于20。随着单机功率的提高，30 年代初新蒸汽压力已提高 到34兆帕，温度为4
4、00450C。随着高温材料的不断改进，蒸汽温度逐步提高到535C, 压力也提高到612.5兆帕，个别的已达16兆帕，热效率达30%以上。50年代初，已有采 用新蒸汽温度为600C的汽轮机。以后又有新蒸汽温度为650C的汽轮机。现代大型汽轮机通常采用新汽压力24兆帕，新汽温度和再热温度为535565C的超临 界参数，或新汽压力为16.5兆帕、新汽温度和再热温度为535C的亚临界参数。使用这些汽 轮机的电站热效率约为 40%。另外，汽轮机的排汽压力越低，蒸汽循环的热效率就越高。不过排汽压力主要取决于冷 却水的温度，如果采用过低的排汽压力，就需要增大冷却水流量或增大凝汽器冷却面积，同 时末级叶片也较
5、长。凝汽式汽轮机常用的排汽压力为 0.0050.008 兆帕。船用汽轮机组为 了减轻重量，减小尺寸,常用 0.0060.01 兆帕的排汽压力。1130A厶AAAAA13.2(135)氏轮机允许在同3班侦宦压力下超虫运称. 注1壊内不勺S5轉就帚要的汽舱机奏數卡失咼轮发电机的转速为3OQ0r/min.丸雄桂方內从汽轮捉向熒电机春应知服时軒.力|机% 1-1固龙式麦电用艱汽式倉轮机的基本春救杲列主 娠 汽 飯 力 iMPatgU)145 U5创占 225：222502002905.1 f：!：iu.f0551；:弄UO：?ri：Wh I壬期讥沮欢，恥議碍Q再始苗克55展CU)Srfili-35/f
6、ii；：,5.j；/53,5|5j/5;iE：孑：窗汽轮境电乱组的效率區热经击性指掠额定功率用)J叽s；nfkg/(ltW*b4际：飞“：.iL.7；-Gi xm准QSSSO.SBfi09300.50413W1E2-?0420.BA1： .riS6-c-.Sj&d41,3650.9750.2 J ij.32氛”41】：-M 50LQDMA CL 箭0.950 0.950皿D誌9乱16.； ?-：r!?i1250Qfl*8608 9JIDT期l,-1J*-D.7aj-*+g自血qQ0-讥 99a.3dGLj ,.5 |s,2- ?.a:S2115-7；-fl2 汽轮机性能的计算鉴于汽轮机是最原始
7、的动力机械,螺杆膨胀机在推广过程中不免要与其对比,以下对几种 典型工况做计算,以正视听。前提：水蒸汽1t/h，汽轮机效率不等。还应强调的是，汽轮机运转所需消耗未减去，所以效率还要打折的。2.1 背压式运行按照汽轮机教材介绍，汽轮机等熵效率70%。蒸汽入口（过热状态）压比22.8657.14157.14228.57入口温度tC390535535535入口压力p1MPa2.4616.524出口温度t2C137.46180.78163.54149.95出口压力p2MPa0.1050.1050.1050.105轴功率P,电机效率0.9PkW117.0167.2147.3131.6热效率%15.0691
8、9.52517.86016.451可见如此好的过热蒸汽条件并未达到40%等熵效率。2.2 凝汽式运行按照汽轮机教材介绍，汽轮机等熵效率70%。膨胀机入口（过热状态）压比30075020623000入口温度tC390535535535入口压力p1MPa2.4616.524出口温度t2C41.541.5541.5541.55出口压力p2MPa0.0080.0080.0080.008出口焓值h2kJ/kg2499258525512524膨胀轴功率P,电机效率0.9PkW179.9230.1210.2194.4热效率%21.2724.8523.5122.37查表格，低压侧对应饱和蒸汽焓2576.2，可
9、见排气已经进入湿区，上表是无法实现的。可见如此好的过热蒸汽条件并未达到40%等熵效率，最高 25%。2.3 凝汽式运行按照汽轮机教材介绍，汽轮机等熵效率60%。膨胀机入口（过热状态）压比30075020623000入口温度tC390535535535入口压力p1MPa2.4616.524出口温度t2C55.2115.491.572.6出口压力p2MPa0.0080.0080.0080.008出口焓值hkJ/kg2602271726722635膨胀轴功率P,电机效率0.9PkW154197180166热效率%18.2321.320.1519.18查表格，低压侧对应饱和蒸汽焓2576.2，可见排气
10、未进入湿区，上表是可以实现的。可见如此好的过热蒸汽条件并未达到40%等熵效率，最高 21%。2.4 总结汽轮机在即使所谓的超临界条件下，热效率进达到20%，远未达到人们普遍认为的 40%。2.5 其他低压水蒸汽条件下汽轮机性能在余热利用范围内，普遍遇到的是低压废蒸汽，那么这是的性能如何，才是余热企业应 该关注的。饱和水蒸气，无法使用直接膨胀，建议使用ORC系统。只有过热的达到一定要求后，才可以先使用蒸汽直接膨胀，然后废气再利用ORC发电。601401201001不同蒸汽温度净发电功率对比率功轴饱和背饱和丞压式凝汽式8060+过热蒸汽背压式从上图可见，过热蒸汽，首先利用压力直接发电，然后使用OR
11、C发电，发电功率最大，大 于凝汽式汽轮机；过热蒸汽背压式膨胀，发电功率小于背压式，这符合常理； 温度越高，发电功率越高；不同蒸汽温度热效率对比%，率效热从上图可见，过热蒸汽，首先利用压力直接发电，然后使用ORC发电，热效率最大，大于凝汽式 汽轮机；过热蒸汽背压式膨胀，发电功率小于背压式，这符合常理； 温度越高，发电功率越高；汽轮机热效率低于 20%。3ORC螺杆膨胀发电站使用100度水蒸汽的性能为了和汽轮机比出高低，这里也仅讨论水蒸汽，而且局限于低压水蒸汽。 同时强调，发电功率为净功率，去除了系统运转所需消耗。以100C水蒸汽为例，1t/h。因为无法直接膨胀发电，ORC系统是唯一选择。蒸发温度
12、对功率影响蒸发温度蒸发温度对净输出功率影响蒸发温度蒸发温度对热效率影响707580859095100蒸发温度可见，100 C水蒸汽，汽轮机无法使用，也不能使用。随着冷凝温度的不同，发电功率、热效率都不同； 降低冷却水温度、提高热源温度，对提高性能有力； 热效率普遍大于 8%。4 ORC螺杆膨胀发电站使用138度水蒸汽的性能以具有普遍性的138 C饱和水蒸气为例，以138C水蒸汽为例，1t/h。因为无法直接膨胀发电，ORC系统是唯一选择。%，率效热14108607011020253035120可见， 随着冷凝温度的不同，发电功率、热效率都不同； 降低冷却水温度、提高热源温度，对提高性能有力； 限于目前的工质、热源条件，热效率普遍大于11%，最该可达到 15%。5 ORC 螺杆膨胀发电站优势明显从以上对比可见，汽轮机被高估了性能，实际情况是不尽如人意。 螺杆膨胀机是新产品，无教科书可查，所以很多人不了解。 使用经验和计算表明，螺杆膨胀机性能优于汽轮机，而且使用范围更广泛， 操作简单，更能体现节能环保。唯一的缺点是：无法做到汽轮机一样的气量，在大功率范围还只好忍受汽轮 机。
