抽氣係數

抽氣係數是抽氣回熱式朗肯循環的另一個重要參數，定義為抽氣的流量與進入汽輪機的工質流量的比值。

基本介紹

• 中文名：抽氣係數
• 外文名：Extraction factor
• 分類：電力

化肥壓縮機抽氣係數及生產能力的確定

介紹化肥廠工藝流程中依據各段的氣體分析組分，如何確定壓縮機的抽氣係數；依據壓縮機的容積流量和抽氣係數，怎樣確定壓縮機生產合成氨的能力。

壓縮機抽氣係數的確定

合成氨工藝流程從半水煤氣到合成有多種流程。現選擇其中一種為例。

半水煤氣→壓縮機第1段→變換→壓縮機第2段→脫碳→合成氨 →合成 →壓縮機第 4 段 →精煉 →壓縮機第3段。

變換工段的工藝流程主要是將半水煤氣中的CO轉變為CO₂。其主要過程如下：CO+H₂O→H₂+CO₂。由於一個體積的CO加上一個體積的水蒸氣變換成一個體積的H₂和一個體積的CO₂，因此半水煤氣經過變換後，從外界加進了水蒸氣，總的容積增加了。變換氣的組分主要是半水煤氣中的CO參加變換，故CO組分降低，而H₂和CO₂組分增加。其它氣體如N₂、CH₄、Ar和O₂是由於變換氣總的容積增加了而這些氣體的容積未變故，其組分也略有下降。從變換組分的改變可以知道有多少半水煤氣中的CO參加了變換，從而推算出經變換後總的體積增加了多少。

現設工段Ⅰ段的抽氣係數為1，半水煤氣中的CO參與了變換，其中有 量的CO與水蒸氣反應變成了H₂和CO₂。根據工段Ⅰ、Ⅱ中的CO含量的改變可求出有多少 參與了變換，其求解公式和步驟如下：

= ( - )/ (1 + )(1)

式中 r ———氣體組分體積的百分比

X ———氣體組分參與工藝有效反應的量 (以百分數表示)

　μ———壓縮機的抽氣係數

上角標列出各氣體組分(1) 式經變換可得到：

= ( - )/(1 + ) (2)

抽氣係數μ₂=μ₁ + (3)

脫碳工段的工藝過程主要是用溶劑吸收變換氣中的CO₂，故可從脫碳前後CO₂組分的改變來確定有多少CO₂量被吸收及其該段的抽氣係數。現設變換氣中被脫碳工藝吸收的CO₂量為。

則 =( - )/ (1 - ) (4)

經變換可得

=( - _)/(1- )(5)

μ₃=μ₂ (1 + ) (6)

精煉工段的工藝流程主要是用溶劑吸收脫碳氣中剩餘的CO、CO₂和O₂，此時的抽氣係數

μ₄=μ₃(1 - - - )(7)

這樣有了各段氣體組成，通過式 (3)、 (6)、 (7)就可以求出各段的抽氣係數。

壓縮機生產能力的確定

合成氨形成的主要化學反應如下：3H₂ +N₂→2NH₃。由上式可看出應該有3份體積的H₂和一份體積的N₂形成2份體積的NH₃。由於NH₃的分子量為17.03，故1000kg合成氨有1315.3Nm³合成氨，因此需要2630.6 Nm³的氮、 氫混合氣才能生產1t氨。但由於精鍊氣中除了N₂、 H₂外，還有Ar和CH₄ ,真正能形成氨的只有N₂和H₂，且取決於其比例。

低溫抽氣回熱式有機朗肯循環的參數最佳化

以R245ca和R601作為循環工質，根據熱力學第一、第二定律，研究了低溫抽氣回熱式有機朗肯循環系統的兩個參數，即抽氣壓力比和抽氣係數對系統的影響。通過MATLAB軟體結合REFPROP軟體編程計算，確定不同蒸發溫度下的最佳抽氣壓力比和抽氣係數，得出對應的最大熱效率和㶲效率。

計算過程簡介

選擇R245ca和R601作為循環工質，研究抽氣壓力比和抽氣係數變化對抽氣回熱式低溫有機朗肯循環的影響。對兩者設定相同的循環條件:冷凝溫度為30℃，環境溫度為20℃，汽輪機額定功率為120kW，汽輪機的等熵效率和機械效率分別為80%和95%，泵等熵效率為80%，集熱器傳熱溫差為8℃，冷凝器傳熱溫差為10℃。有機工質的各個狀態點的參數值按照美國NIST提供的REFPROP程式進行計算。

抽氣壓力比對抽氣回熱式系統的影響

抽氣壓力比P是抽氣回熱式系統的一個重要參數，定義為抽氣壓力Pc和汽輪機進口壓力P1的比值。設定兩種工質在不同的抽氣壓力比下，抽氣係數均為0.3，蒸發溫度均為140℃，進口壓力為該種工質在該蒸發溫度下對應的飽和壓力。

隨著抽氣壓力比的升高，系統熱效率和㶲效率先升高然後下降。這是因為，系統淨功量逐漸減小，但預熱過的工質液體溫度升高，使集熱器的吸熱量也逐漸減小，所以當淨功量減小的相對值小於集熱器吸熱量減小的相對值，系統的熱效率升高，反之，系統的熱效率下降。

對於㶲效率，抽氣壓力比的增加，抽出工質氣體的溫度升高，焓值增加，使汽輪機和回熱器中的不可逆性增加，即可用能量的損失增加，同時預熱後的工質液體，溫度升高，使集熱器中的不可逆性減小。這兩個因素共同作用，使系統的 先增大後減小。由圖可以得出，熱效率和 效率變化趨勢相同，最大值對應的抽氣壓力比也相同。

抽氣係數比對抽氣回熱式系統的影響

抽氣係數是抽氣回熱式朗肯循環的另一個重要參數，定義為抽氣的流量與進入汽輪機的工質流量的比值。設定兩種工質在不同的抽氣壓力比下，抽氣壓力比為0.3，蒸發溫度為140℃。

隨著抽氣係數的增加。系統的熱效率和㶲效率先增加後減小。這是因為，系統的淨功量逐漸減小，但是抽出的高溫氣體預熱了冷凝後的工質液體，使液體溫度逐漸升高，工質在集熱器中的吸熱量逐漸減小，所以當淨功量減小的相對值小於集熱器吸熱量減小的相對值，系統的熱效率升高，反之，系統的熱效率下降。

系統的㶲效率和熱效率一樣也是先增大後減小。這是因為，抽氣係數增加，從汽輪機中抽出的工質增加，從而使汽輪機中的做功的工質減少，排出的工質也減少，系統的汽輪機和冷凝器的不可逆損失減小，即可用能量的損失減小，液體在回熱器中溫度升高增加，即回熱器中的換熱量增加，不可逆損失增加，而集熱器中的工質吸熱量減小，不可逆損失減小，這幾種因素共同作用，導致系統的㶲效率先增加後減小。由圖可以得出，熱效率和㶲效率變化趨勢相同，最大值對應相同的抽氣係數。