1、排汽余热哄骗的理论可行性
　　火力发电厂发电效率之所以低的基本缘由是被轮回水带走的热损失高达50．5％～61．5％，且这部门损失的过冷蒸汽释放的汽化热，其温度已远低于水的沸点，水已失往了作为换热介质的意义。是以，要哄骗这部门余热发电，就必需选择一种新的换热介质，即在常温下是液体，稍高于常温时就能汽化的新介质，则哄骗汽机排汽余热发电的理论问题就解决了。
1.1、介质的选择
　　能知足上述条件的介质是氨气。氨的物化特征以下：（1）在常温下极易消融于水。一体积的水可消融700体积的氨。生成一水合氨：NH3·H2O。其化学键为氢键，很不稳定，加热又会分化成氨和水。即NH3·H2O(2)在常压下氨的液化温度为－35．35℃；加压至0．7～0．8MPa时，在常温下也会液化。（3）氨气化要带走年夜量热量，但氨与水份解时，吸收的热量却不多，在41．86kJ·mol－1以下。（4）氨溶进水后，形成液体，其汽化热以化学能的形式释放，是以不需要低于氨沸点的介质作为低温热源来带走汽化热。（5）氨气对金属基本无侵蚀，故经常使用作制冷剂。但如果有水存在时，对铜的侵蚀性很年夜。是以换热管不宜用铜及其合金制造。（6）从氨的i－s图中反映出，当压力为1．6MPa尽对年夜气压，温度为90℃时，氨的热焓为1406．5kJ／kg，压力降至0．5MPa尽对年夜气压，温度降至－5℃以下时，氨的热焓变为负值，这对提高汽轮机功率有益。由于氨具有这些物化特征，氨的水溶液（氨水）就成了“哄骗汽机排汽余热发电”的理想介质。
1.2、发电原理
　　哄骗浓氨水取代轮回水经压力泵打进凝汽器，吸收排汽余热使氨与水份解气化。由于氨气化要带走热量，只要气化不遏制，氨水的温度就不会升高。在凝汽器内冷却轮回的氨水上部装有气化罐，以保证有足够的气化空间（气化罐上部还可加装加热器，哄骗汽机抽气对氨气进一步加热），并哄骗氨气推动氨气轮机（属氨气零丁发电系统，称为“氨气轮机”以便与蒸汽轮机相区分），带动发机电发电。
　　氨气做功后，进进氨气轮机排汽扩散管，并与扩散管内成喷射状的稀氨水夹杂而消融于稀氨水中，体积同样成千上万倍地缩小，使扩散管内形成“真空”。且因氨气不竭溶进氨水中，使稀氨水酿成浓氨水，比重也响应下降（约0．9），而处于氨水池的上部，被给水泵打进凝汽器，将气化罐下部的稀氨水置换出来，经冷却器冷却降温后送到氨气轮机扩散管底部喷射出来，又与做功落后进氨气轮机扩散管的氨气接触而使氨气溶进稀氨水中。如斯循环往复地形成密闭轮回，并保证进进凝汽器中氨水的浓度在宏观上连结不变。
　　原来汽轮机的轮回水不再冷却汽机排汽，而经由过程冷却器冷却从凝汽器中置换出来的氨水和扩散管内氨气的消融热。氨气轮机发电系统流程如图1所示。


2.1、换热器
换热器的主要技术问题中：一是体积；二是侵蚀问题。
现以2．5万kW汽轮机排汽余热哄骗为例，计较换热器的面积换热面积

式中：Aco—换热器换热面积（也即凝汽器的面积），m2；
Dco—进进换热器（凝汽器）的蒸汽量，kg／h；
ico—排汽焓，kJ／kg；

K—蒸汽向冷却水（这里是氨水）传热的总平均传热系数，kJ／m2·h·℃；
　（2）
Δtm—蒸汽和冷却水（氨水）之间的平均传热温差，℃。
　　按轮回供水取值，Φ＝0．75；


　　若取冷却水流速Cw＝2．2M／S；换热管子内径d1＝16mm；冷却水进水温度tw1＝20℃；冷却水流程数Z＝2，经对公式（2）中各身分计较得：

式中：　Δt—冷却水温升，取10℃；
δt—汽机排汽温度与冷却水出口温差。经查有关资料，δt＝3。代进式（3）：


计较成效证实，换热面积与2.5万kW汽轮发机电凝汽器换热面积相近（为2000m2），所以换热器的体积基本与凝汽器不异。换热管与氨水直接接触，由于氨水对铜的侵蚀性很年夜，故不宜用铜管做换热器。据相关资料介绍，钛管具有较强的耐侵蚀性，抗氨及沙粒的溃蚀能力也较强。不锈钢管也有优秀的抗侵蚀性能，非凡是超高压汽锅对给水质量要求很高，给水中金属离子的数目控制很严，采用不锈钢作为换热管比铜管更具优越性。虽然不锈钢传热没有铜管好，但其管壁热阻仅占总热阻碍的2左右，再斟酌铜管结垢及侵蚀等影响，运行一段时间后，不锈钢的总热阻有可能和铜管差不多，甚至低于铜管。所以用钛管或不锈钢管作换热管是有凭据的。
2.2、氨气轮机
　　氨气轮机现实是低压式汽轮机，只是改用氨气作工质推动而已。它只与氨气接触，基本无水进进，侵蚀问题不是主要的技术问题。氨气轮机工作压力在1．6MPa尽对年夜气压以下，进气温度在90℃以下。为了对氨气轮机的功率和体积等有个定性的领会，运用下列公式划分进行计较。
2.2.1、理想功率
　　因汽轮机各类内消耗计较很繁琐，为了计较利便，且只作比力用，只计较两种分歧工质汽轮机的理想功率。汽轮机的理想功率（kW）：

式中：G—蒸汽流量，kg／s；
　　Ht—理想焓降，kJ／kg。
　　以2．5万kW中温中压机组为例。设蒸汽流量G＝30kg／s；进汽压力PO＝4MPa尽对年夜气压；排汽压力PK＝0．005MPa尽对年夜气压。从i－S图中查得进汽焓io＝3303kJ／kg；排汽焓ik＝2118kJ／kg，理想焓降io－ik＝3303－2118＝1185kJ／kg。代进式（4）：N（汽）＝30×1185＝35550kW。
　　从氨的i－S图中查得，初温为90℃，进汽压力PO＝1．6MPa尽对年夜气压，排汽压力Pk＝0．05MPa尽对年夜气压（低于此压力时，图中已不再标注）时，进汽焓iO＝1406kJ／kg；排汽焓ik＝－209．3kJ／kg；理想焓降io－ik＝1406－（－209．3）＝1615．3kJ／kg。又因氨气的排汽余热不是靠低温热源带走，而是以化学能的形式自动释放。氨气从水中逸出也不是靠吸收汽化热，而是吸收化学能来破坏化学键而逸出。氨与水的连系是氢键连系，其键能小于41．86kJ·mol－1。氨的份子量为17．0304，且一吨浓氨水中只能逸出0．5吨氨气。若以进口氨水水温20℃，出口稀氨水水温40℃计较，每逸出0．5吨氨气，必有41860kJ热被残剩的0．5吨稀氨水经由过程冷却器传导给轮回水带走。把这部门的损失也斟酌进往，逸出每千克氨水所需热量为

汽轮机每千克排汽焓在i－S图上只有2118kJ（现实在2177～2302kJ／kg），只有每千克氨气逸出所需化学能的83％，所以氨气轮机的理想功率N（氨）＝30×0．83×1615．3＝40221kW，理想功率略年夜于汽轮机。
2.2.2、氨气轮机的体积
　　从理想功率的计较中已证实，氨的理想焓降年夜于蒸汽，而氨气的流量小于蒸汽的流量。而流量又决议于流速和喷嘴出口截面积（喷嘴截面积的年夜小又决议动叶通流截面的年夜小，也即决议了汽轮机直径的年夜小），其关系式为

式中：An—喷嘴截面积，m2；
G—经由过程该截面的流体流量，kg／s；
Vt—经由过程该截面时流体的比容，m3／kg；
C1—喷嘴出口处流体的理想速度，m／s。
　　喷嘴出口处流体的理想速度可用下式计较：

式中：P0、P1—喷嘴进口和出口处流体的压力，MPa／m2；
Vt—喷嘴进口处流体的比容，m3／kg；
C0—喷嘴前流体的流速，m／s。
取喷嘴前蒸汽的流速C0＝50m／s，按进汽参数在i－S图中查得比容Vt＝0．08m3／kg；喷嘴出口处蒸汽压力P1＝3．51MPa尽对年夜气压。过热蒸汽取系数K＝1．3。代进式（6）求得

从氨的i-S图中查得，在进汽温度90℃，进汽压力1.6MPa尽对年夜气压时的比容正好也是0.08m2/kg。若喷嘴出口处氨气的压力P1与进口压力P0之差按上面计较中3．51：4等比例取值，则P1＝1．4MPa尽对年夜气压，代进式（6）中得

　　若喷嘴出口处压力按汽轮机不异幅度下降，则P1＝1．11MPa尽对年夜气压。代进式（6）中得

划分代进式（5）得

计较成效证实，若氨气在喷嘴进出口处的压差按蒸汽喷嘴进出口处的压差等比例下降，则喷嘴出口截面积稍年夜于蒸汽喷嘴截面积（约为1．274倍）；若喷嘴进出口压差按蒸汽喷嘴进出口压差等幅度下降，则喷嘴截面积小于不异容量汽轮机喷嘴截面积，且级数削减，氨气轮机体积小于汽轮机。
　　此外，随着压力和温度的下降，蒸汽的比容增加很快。例如初参数为9MPa尽对年夜气压，初温度为535℃的蒸汽膨胀到0．004MPa尽对年夜气压时，比容增年夜约850倍。而氨气从初温90℃，1．6MPa尽对年夜气压膨胀到0．05MPa尽对年夜气压（此时气温已降到－50℃，焓早已经是负值。i－S图中只标注到此处为止），比容只增年夜22倍。由于两者容积流量增加幅度相差较年夜，汽轮机每级喷嘴出口截面及动叶通流截面增加的幅度年夜于氨气轮机，所以氨气轮机的整体尺寸小于汽轮机。其缘由是氨气作功的焓降年夜于蒸汽，在功率不异时，工质流量就可削减，自然也就削减氨气轮机的体积。
　　应当强调指出的是，推动汽轮机作功的能力，除流量和焓降外，对于分歧的工质，还决议于它们的动能。在流速不异时也就决议于工质的质量。即W＝1／2mv2。在等温等压下，氨气与蒸汽的质量是分歧的。但氨气初参数为90℃，1．6MPa尽对年夜气压与蒸汽初参数为435℃，4MPa尽对年夜气压时，其比容正好都是0．08m3／kg。经由过程各级不竭做功膨胀，蒸汽的比容逐渐跨越氨气，质量（单元体积的质量）也低于氨气。是以，氨气不竭膨胀作功后，动能将逐渐跨越蒸汽。
　　氨气轮机的另外一个技术问题是后面几级在低温下运行，要求制造氨气轮机的材料低温韧性要好。我国生产的09Mn2V钢在－70℃时的冲击功≥35ft－Ib（4．9kgfM－1）；9Ni钢在－196℃时的冲击功≥25ft－Ib（3．5kgfM－1），用作氨气轮机的动叶或叶轮是能胜任的，且价格也不高，今朝年夜量用作液化气体工程结构和容器。
　　此外，钛合金也可建造氨气轮机的动叶材料，防侵蚀性能好，比重轻，强度与钢铁同，况且我国钛资本很是丰硕。
2.2.3、情况庇护与占地面积
　　用氨水作介质，哄骗汽机排汽余热发电，没有汽锅，无排渣和*气污染。氨在密闭的系统中轮回，除氨气轮机汽封处会有泄漏外，基本无泄漏。处置汽封泄漏的法子是在汽封外围加装吸管，将泄漏的氨气导进氨水池中并溶于水继续加入轮回。氨汽轮机发电系统的占地面积与不异容量的汽机房占地面积同。氨汽轮机增加氨水池，以2．5万千瓦机组计较，氨水池占地面积为80m2，安插在氨气轮机排汽管下部。且没有凹凸压加热器。输送汽、水的管道排挤安插和敷设在地表或浅层地下，对地舆条件与地质条件的要求与火机电组同，且勤俭年夜量轮回水，对北方干旱地域尤其意义重年夜。
2.2.4、氨溶于水中的浓度控制
　　这是用氨水作介质，哄骗汽机排汽余热发电的要害性技术。由于氨消融于水中或从水中分化出来的速度和浓度受温度和压力影响。压力高温度低利于氨向水中消融，且消融度增高；反之，则利于氨从水中分化出来，且分化速度提高。是以，可接纳调整氨在水中的消融度的法子来调整氨水的气化温度和气化速度。
　　具体的法子是采用分级给水即从氨水池中将氨水经压力泵打进分级站（小型氨水贮罐），各分级站内氨水的压强分歧。同时将氨气轮机中做过功的各段分歧压力的抽气引进到不异压强的分级站，使之溶进氨水中，进一步提高氨水的浓度。氨水经由过程各分级站后，浓度不竭增高，直至到达要求浓度后，送进换热器（汽机凝汽器）中吸热气化，再往推动氨气轮机作功。分级站的数目和压强凭据氨气轮机的工作参数设计。
3、排汽余热哄骗的经济可行性
　　（1）这类发电系统用来发电的能量是汽机排汽的余热，不需要汽锅燃烧系统，没有燃料消耗。按理论计较，可增加发电能力一倍以上。机组参数越低，哄骗排汽余热发电的能力越强。
　　（2）用氨水作汽机排汽的冷却剂，氨分化时带走年夜量的热，温度不会升高，在40℃以下。若加装了加热器，用来驱动氨气轮机的氨气温度也控制在90℃左右，其焓值为1407kJ／kg。当氨气膨胀作功，压力降至0．5MPa尽对年夜气压，温度降至－10℃后，其氨气的焓值即降为负值，可充实哄骗其焓降作功。
　　（3）若按年平均情况温度20℃计较，经哄骗排汽余热发电后的汽机排汽热损失（浮现在氨气的液化和从凝汽器中置换出来的稀氨水中的余热）只有10％～15％，排汽余热获得了充实的哄骗。
　　（4）勤俭轮回水。若使从凝汽器中置换出来的稀氨水和扩散管中浓氨水都冷却到20℃，以每吨轮回水带走8374kJ热量计较，只需冷却倍率45倍；若每吨轮回水带走12560kJ热量，仅需冷却倍率30倍。勤俭冷却水25％～50％。
　　在常温下氨气消融进水中的重量约为水的1／2多一些。按不异发电汽锅蒸发量计较，其给水是汽锅给水的3倍（斟酌氨气不成能在加温进程中100％全数从水中分化出来，所以给水量应年夜于理论计较值）。将此身分斟酌在内，也可勤俭轮回水泵电耗22％～47％。
（5）没有制粉系统，通、排风系统，基本上没有辅助装备，不增加厂用电率。
（6）这类发电系统的主要成本在于弥补氨气的泄漏消耗和装备折旧、人员工资和福利、税金等。