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节流法在火电效率的应用

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发表于 2012-4-2 17:14:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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节流法在火电效率的应用1 ~/ A. F7 P. ~7 K
(田江南  四川南充高坪畜牧局  637100)
& I/ M5 I& Y0 i! [1 d) O, w$ Z2 R! d& h% ~9 H6 [- w3 {
摘  要:介绍了利用节流原理提高火力发电效率的思路。
, m0 A9 T% j8 W关键词:压温比,节流,定向动能,多孔性隔板4 j5 x$ z1 |5 y8 K
一、基础知识准备
4 r" r* s& L+ J; Y( }现行火力发电原理都是:煤炭化学能经燃烧转化为水蒸气动能,水蒸气推动汽轮机做功,带动磁极产生电能。这一过程中,导体输出的电能由汽轮机动能决定,而汽轮机动能又由水蒸气压强(P)决定,因而要想输出的电功率多,就得尽可能增大工质(水蒸汽)压强。同时,在这过程中,热能会有较大流失。也 就是说有很大一部分热能不能转化为水蒸气动能,而流失的热能与工质的热力学温度(T)有关,T越大,热能越易流失。所以,在尽可能提高工质压强的情况下,还得降低温度T,也就是说,要想办法提高压温比(P/T),什么情况下工质的压强比最高?显然是气态快转化为液态的临界状态。因为气体越高压,越低温,越易液化,压温比提高到临界状态,就基本不能再升了(再升就成液体,不能做功了),而目前许多火电厂都是在超临界状态下工作,所以,他们凭经验已做到这一点。5 q0 @' t, N5 T7 D6 r
另外,经分析,不难发现,若忽略热传递和热辐射,则火电效率目前不高的主要原因是尾气(乏气)带走了大量热量,即水蒸气经汽轮机做功后还含有大量热能,这部分热能未被转化为电能。要提高火电效率,最好的方法是利用节流原理,对水蒸气节流,尽可能多地把无法做功的热能转化为水蒸气推动汽轮的定向动能。以下,我们就介绍这一思路。; w% `: j" N/ Z' N' {
二、应用节流( h- A4 l% x; ?  A& A- t& l
实验表明, 流体以一定流速经过缩口或阀门后流速增快,这就是节流现象。若是处于液气两相区的气体经缩口或阀门后温度还会降低。这一过程很明显是满足能量守恒的。
: T7 [8 ?7 l( L3 M+ s& l& M& D节流后,气体的流速增大,温度降低是我们想要的。因为流速增大即定向动能增大,这有利于增加汽轮机动能和电能,温度降低即不能做功的热能降低,有利于升高发电效率。这一过程就相当于把不能做功的热能部分更多地转化为定向动能,或改变它们的比例。. {8 A: h2 R" I7 A8 a
现实中,我们可采用在锅炉出气口加装多层多孔性隔板,以扩大节流效应。这样,水蒸气经多孔性隔板出来后,动能增强,自然有利于提高发电效率。另外,由于加装了多孔性隔板,锅炉内水蒸气向外喷出难度增大,或者说被隔在炉内的水分子数目增多,密度会增大,同时压强也会增加。根据理想气体状态方程:; q, Q+ n5 ~1 d. J; q

+ Y6 w0 x2 R% |+ n- Q其中,P表压强, 表密度, 表摩尔质量,R普适气体常数,T热力学温度。虽然临界状态气体数据不满足此方程,但此方程的物理量变化关系却可据此进行分析。锅炉内, 增加,P增加,则T也会增加(节流后),但是,P增加是 和T都增加的结果,因而,P比T增加得快,也有利于提高压温比,从而提高火电效率。
0 Q" q9 ?6 N1 N7 o. A当然,节流不一定非得用多孔性隔板,也可用其它,或不一定在锅炉出气口处节流,也可选其它地方。但是,节流原理在火电效率的应用本质一样,各厂可根据自身情况考虑。而利用多孔性隔板这种方法简单,改装容易,且其它过程可基本保持不变,作者建议是首选。
0 K! w+ A3 y% V! l& f& y7 g+ P三、模拟实验; U$ k. M4 C1 T) g/ D5 e, G# z
作者也做过这方面的简易实验:先在锅里加一定水,将水烧开,观察和估算水蒸气的流速、密度、温度等。由于节流就是“流体从大通道流向小通道”,所以在锅面放上多孔性隔板,再观察和估算各物理量,最后跟没节流时对比。
& V; J" B% t3 z5 R" `由于水蒸气的流速、密度等量随时间和空间分布不均,难以对比得出结论,作者就对比温度。作者分别在节流前后用固态猪油在锅面附近来回转圈,并持续相同时间,再对比猪油融化程度来判断温度。结论是,经节流后的水蒸气比不节流时平均温度低。这可用作理论分析:$ A% N% {$ v) S7 i) @
水蒸气的能量分两部分,一是定向动能,输出功率为:
2 K: ]8 ?  k; W1 y3 c; c 5 T; X/ @; e& G, O
二是热能,输出功率为, Q# L4 v/ C2 d2 ?( i

$ e# O" u  }/ j( U+ y$ h8 m& y其中,N为单位时间内输出的水分子个数,m0为水分子质量,V为平均流速,K为玻尔兹曼常数,T热力学温度。: F+ Q5 i; [4 w! D
假设锅炉下面燃烧火力与传统一样,则无论是否节流,单位时间内输出的水蒸气总能量都要相等(否则积累在炉内会引起爆炸,我们所述方法都是不引起爆炸为准)。那么,实验表明T减少,又N的变化对P1和P2在总功率中所比例无影响,则V必须增大。1 }1 `! S5 m1 X. N# ~8 S
即理论可证明水蒸气定向动能所占比例在节流后增大,意味着可提高火电效率。
% I2 [" j  D, d$ x  H- t1 l1 d- D四、结语
6 H4 a; D% K+ m" @; O( W8 W本文中,一直没进行数据计算,这可由各火电厂的工程师根据自身情况进行,本文从略,只介绍大致方法。作者认为,利用节流原理,较大提高火电效率的做法是可行的。
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    发表于 2012-4-13 08:56:26 | 显示全部楼层
    这是一篇很有新意的论文啊。
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    发表于 2012-6-5 06:58:41 | 显示全部楼层
    第一次听说这样的说法!看看这篇论文
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    发表于 2012-8-13 12:50:11 | 显示全部楼层
    也是第一次听说
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