蒸汽动力装置中使用的蒸汽动力循环

蒸汽动力循环

正如其名称所示,蒸汽动力循环在循环的一个阶段中使用蒸汽来发电,或者用于在蒸汽动力装置或蒸汽动力船中移动原动机。水被用作蒸汽发电厂的工作流体,因为其供应充足,成本低且适用性强。在本文中,我们将讨论多年来在蒸汽发电厂中使用的各种类型的循环及其修改。

拥有大量煤炭和石油储量的国家,蒸汽发电厂非常受欢迎,因为与其他替代方案(如核电厂和水力发电厂)相比,它们可以在很短的时间内建立和启动。

各种蒸汽动力循环是朗肯循环,再生循环,再热循环和卡诺循环等。从理论上讲,卡诺循环是最有效的循环,但实际上,朗肯循环最适合并且更受欢迎。

蒸汽发电厂

蒸汽发电厂在世界范围内用于发电和推进。来自能源如煤的燃烧或来自核裂变的热能被用于加热改变相并变成蒸汽的水。该蒸汽被过热以避免任何水运输的可能性并增加。该蒸汽被传递到蒸汽轮机,在那里它工作并膨胀。最后在蒸汽冷凝器中冷却蒸汽,发生相变,并以热水的形式进入热井。

该过程称为循环,因为工作流体即水从热井开始然后进入锅炉。完成工作后,它回到了热井。

发电厂

热门周期

存在不同类型的蒸汽动力循环,其中大多数是从朗肯循环改编的,这是蒸汽动力装置的理论循环。卡诺循环是最有效的循环并定义卡诺极限,不是蒸汽动力装置的理论循环,原因如下:

  1. 蒸汽在冷凝器中没有完全冷凝成水,而是与水和蒸汽混合物中的水完全冷凝。
  2. 制造和维护能够处理蒸汽和水以及将其转化为出口水的泵是非常困难的。
  3. 超级加热在卡诺循环中是有问题的,并且在实际工作中,需要一定程度的超级加热来保护涡轮机。

朗肯循环及其适应性非常受欢迎,并且是蒸汽发电厂的理论循环,因为蒸汽完全冷凝并且水可以通过泵送系统处理并且更易于维护。

朗肯循环和卡诺循环

再生循环是那些使用系统蒸汽加热进入蒸汽发电厂锅炉的给水的循环。再热循环是在各级之间再加热蒸汽以降低水分含量并避免蒸汽发电厂中的机械损坏的循环。

再生进料加热循环

朗肯循环的效率低于卡诺循环的效率,因为冷凝结物与热水的不可逆混合降低了热效率。为了满足这一要求,使用再生加热,其中来自涡轮机的膨胀蒸汽用于加热给水。在再生给料加热循环中,目的是用在涡轮机中膨胀的蒸汽加热给水,使得给水在比冷凝器更高的温度下供给锅炉。

该系统也是有利的,因为进入锅炉的冷水引起热冲击和损坏。因此再生进料加热循环是更安全和更有效的循环。

然而,由于以下原因,理想的再生进料加热循环实际上是不可实现的:

  1. 由于存在热冲击的风险,水不能通过涡轮机壳体。
  2. 如果用于加热的给水通过涡轮机壳体,那么它将减少蒸汽的过热并且可能导致蒸汽变得不饱和并且携带水滴,这对于涡轮机来说是机械上不安全的。

因此,在实际的再生循环中,蒸汽从几个点取出并送入加热器以加热给水。

再热循环

当蒸汽在涡轮机中膨胀时,它变得不饱和,如果水含量超过10%,则会对涡轮机造成极大的损害。这种水的存在会导致腐蚀和腐蚀问题并导致机械损坏。不用说,喷嘴效率,叶片效率和热效率也受到影响。

因此,为了解决所有这些问题,蒸汽被再加热并且工厂的热效率增加。在再加热循环中,使用过热蒸汽对部分或全部蒸汽进行再加热,直至其接近其初始温度,然后将蒸汽重新进入涡轮机,然后膨胀至冷凝器压力以进行工作。通常,该循环是再加热和再生的组合。

正在使用的其他类型的循环是二元蒸汽循环,核动力循环等。

卡诺循环在理论上是最有效的循环,并为蒸汽动力装置设定了卡诺极限。研究这个循环,我们找到了提高工厂效率的方法。工作流体必须具有一些所需的特性,这些特性将详细描述。

如何提高蒸汽发电厂的热效率

众所周知,卡诺循环限制了蒸汽发电厂的效率 – 这被称为卡诺限制。通过研究卡诺循环,我们了解到,通过在高温下加热和在最低温度下的排热来提高设备效率。因此,通过改变循环,使得在可能的最高温度下进行加热并且利用工作流体使得热量被排放到循环的温度最低,我们可以提高效率周期。基于上述两个原理提高蒸汽发电厂效率的各种方法如下:

  1. 蒸汽的超高温应该增加到最大值。
  2. 通过增加工作蒸汽压力,因为蒸汽的温度取决于蒸汽的压力。
  3. 降低蒸汽从系统排出的压力,同样排气温度取决于排出的蒸汽压力。
  4. 使用再生进料加热 – 当进料再次加热时,超级热量将增加并且将避免机械损坏。
  5. 重新加热蒸汽和从蒸汽中提取水。

高效工作液所需的品质

有几种化合物可用作蒸汽动力循环中的工作流体,它们是蒸汽,汞蒸气,二氧化硫和一些碳氢化合物。然而,它们必须具有一些基本特性才能用作发电厂的工作流体。

  1. 低成本
  2. 量大可用
  3. 冷冻温度降低正常环境温度。
  4. 无毒
  5. 对组件无腐蚀性
  6. 在冷凝时应减小体积,以使处理泵可以很小
  7. 在最高温度下化学稳定

从所有上述工作流体中,水被广泛使用,因为它满足最大要求,更重要的是,它可以大量获得并且非常便宜。

结论

在各种类型的蒸汽动力循环中,卡诺循环是理论上最有效的循环,并设定了任何蒸汽循环效率的极限。此限制称为卡诺限制。朗肯循环及其改进被广泛使用,理论上是最适合蒸汽发电厂的循环。通过研究这些周期,我们几乎知道必须采取哪些措施来提高效率和成本效益。希望这个简短的讨论对所有工程师都有帮助。

蒸汽动力装置中使用的蒸汽动力循环

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