一、 現(xiàn)行火力發(fā)電原理都是:煤炭化學(xué)能經(jīng)燃燒轉(zhuǎn)化為水蒸氣動(dòng)能,水蒸汽推動(dòng)汽輪做功,在磁場中金屬導(dǎo)體產(chǎn)生電能,這一過程中,導(dǎo)體輸出的電能由汽輪機(jī)動(dòng)能決定,而汽輪機(jī)動(dòng)能又由水蒸氣壓強(qiáng)(P)決定,因而要想輸出的電功率多,就得盡可能增大工質(zhì)壓強(qiáng)。同時(shí),在這過程中,熱能會(huì)有較大流失,也就是說有很大一部分熱能不能轉(zhuǎn)化為水蒸汽動(dòng)能(或壓強(qiáng))。而流失的熱能與工質(zhì)(水蒸汽)的熱力學(xué)溫度(T)有關(guān),T越大,熱能越易流失,所以,在盡可能提高工質(zhì)壓強(qiáng)的情況下,還得減少溫度T,也就是說,要想辦法提高壓溫比(P/T),什么情況下工質(zhì)的壓溫比zui高?顯然是氣態(tài)快轉(zhuǎn)化為液態(tài)的臨界狀態(tài)。因?yàn)闅怏w越高壓,越低溫,越易液化,壓溫比提高到臨界狀態(tài),就基本不能再升了(再升就成液體,不能做功了),而目前許多火電廠都是在超超臨界狀態(tài)工作,所以,他們憑經(jīng)驗(yàn)已做這一點(diǎn),從這方面說,火電效率不能再提升了。 從另一方面來說,水蒸汽的初始壓強(qiáng)經(jīng)汽輪機(jī)做功發(fā)電后,壓強(qiáng)減小到比開始小很多的程度,因而想利用乏氣循環(huán)發(fā)電也是不現(xiàn)實(shí)的,另外,可證明,磁流體發(fā)電效率也不可能達(dá)到或高過現(xiàn)有火電效率水平。 因而,要想提率,得從各個(gè)過程入手。首先,我們可得出熱能有三種轉(zhuǎn)移方式:做功、熱傳遞、熱輻射。這三種方式中,我們想要的是盡可能增大熱能做功部分,而減少熱傳遞和熱輻射。在鍋爐中,水蒸汽因有高溫,還是會(huì)與外界有熱傳遞。要減少熱傳遞,可利用杜瓦瓶原理絕熱,即對裝水容器安裝兩層夾板,兩板之間抽成真空再密封,這樣,熱傳遞而流失的能量大部分都會(huì)得到收集。另外,根據(jù)斯特藩一玻爾茲曼定律,熱輻射與容器面積和T4成正比。因而,可通過增大容器的體積和面積之比來減小熱輻射所占比例,從而幫助熱能利用。同樣,這種升高體積/面積的做法也對減少熱傳遞的影響有意義,這也是為什么大型火電廠比小火電廠效率高的原因。 二、 但是,以上兩種思路雖然有助于提高火電效率,但提高程度不大,因而其現(xiàn)實(shí)意義較小,我們可觀察到,在熱電轉(zhuǎn)換過程中,熱能zui主要的流失是水蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)做功后向外界排出的乏氣中還含有大量熱能,這部分熱能沒被利用,因而現(xiàn)行火電效率不高。 那么,要想使這部分熱能得到利用,就得想法使它轉(zhuǎn)化為氣體的定向動(dòng)能(熱能是雜亂,各向均勻同性的,無法推動(dòng)汽輪機(jī)做功)。而較現(xiàn)實(shí)的思路是參照節(jié)流制冷原理,使水蒸氣在經(jīng)汽輪機(jī)之前就讓它通過多孔性隔板,這樣,通過后的水蒸汽溫度有所降低,而流速增大,有利于增大定向動(dòng)能所占比例,從而有利于水蒸氣做功。 因?yàn)閷?shí)驗(yàn)表明,先前流速較低的氣體通過縮口式閥門過后,流速增大,溫度降低,相當(dāng)于把熱能轉(zhuǎn)化為氣體的定向動(dòng)能。從理論上分析,由于氣體的壓強(qiáng)(決定定向動(dòng)能)可看作是由溫度(決定熱能)產(chǎn)生,則壓強(qiáng)可認(rèn)為是動(dòng)能,熱能是勢能,氣體通過小孔后,流速會(huì)增大,就是動(dòng)能增大,根據(jù)能量守恒,則勢能一定會(huì)減小,即溫度會(huì)降低。而這節(jié)流過程就是把不做功的熱能轉(zhuǎn)化為能做功的定向動(dòng)能,從而降低乏氣帶走的熱能,增大做功的比例,提高火電效率。 現(xiàn)實(shí)中可先對封閉的水蒸汽不斷加熱,待其壓強(qiáng)高到一定值時(shí)再讓水蒸汽通過多層多孔性隔板,多次節(jié)流,從而較大降低其溫度。同時(shí)保持節(jié)流后的水蒸汽動(dòng)能和現(xiàn)行情況大致相等(這需要節(jié)流前壓強(qiáng)比現(xiàn)在升高),然后控制火力,使燃燒輸給水蒸汽的能量和節(jié)流后水蒸汽定向動(dòng)能相平衡。但是,現(xiàn)實(shí)中還需要考慮多種因素,限于篇幅,本文從略。本文只是從理論上對提高火電效率在這方面指出的一條思路,至于實(shí)際操作,各火電廠還要進(jìn)行多次調(diào)試。 三、 另外,火力發(fā)電過程中,各機(jī)件運(yùn)動(dòng)的能量也能量消耗的原因。如汽輪機(jī)和磁極轉(zhuǎn)動(dòng),它們本身也有能量,它們也是靠熱能提供,有一部分不能轉(zhuǎn)化為電能。因此,還得盡量減小這些機(jī)件的質(zhì)量或密度。如汽輪機(jī)廠可把汽輪機(jī)的葉片盡可能做薄或用輕材料(如鈦鋁合金)代替鋼鐵部分。對旋轉(zhuǎn)磁極,作者也有辦法讓其減小質(zhì)量。當(dāng)然,各生產(chǎn)線可綜合各種情況,具體改進(jìn),從而提高火電效率。 地址:上海市共康路1018號 :200443 :徐壽平 :86- 86-
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