中国电力网有人提出一种利用潜热提高汽轮机效率100%的方法为什么不被采用?是原理错误还是技术上有困难?汽轮机作功发电后剩余水蒸汽的温度约50℃,蒸汽压约0.05个大气压.50℃的水蒸汽与常

Question

中国电力网有人提出一种利用潜热提高汽轮机效率100%的方法为什么不被采用?是原理错误还是技术上有困难?
汽轮机作功发电后剩余水蒸汽的温度约50℃,蒸汽压约0.05个大气压.50℃的水蒸汽与常温差别不大,用来作功能力很小.目前主要的应用是“热电联营”,利用这些剩余蒸汽来为城市、工厂等供热.但是,这种供热方式其实效率很低,浪费很大.因为热能是很容易散失的,而供热的户外管道又很长,真正需要热能的却只是户内用户.同时,建设大量的供热管道也需要不少投资.相对而言,电能在传输过程中损耗很小.如能大幅降低发电成本,采用电能来制暖要经济得多.但是,我国目前主要发电方式是火电,使用汽轮机,其发电效率通常只有35%左右.
为什么汽轮机的效率会这么低呢?一般教材的解释是由于热传导、热辐射和机械摩擦等的损耗.这些教材的编者们说：根据热机效率公式,蒸汽作功时的温度是580℃,相当于853K；作功后50℃,相当于323K,因此理论上最高的效率为(853-323)/853=62%.他们将损失的27%（接近62%的一半）的效率归之于“热传导、热辐射和机械摩擦”等原因.
这种解释是完全错误的.如接近一半的效率损失在“热传导、热辐射和机械摩擦”上,还叫什么“专业”工厂?通常,这种损失应为20%～30%左右,据此汽轮机发电（或作功）的普遍效率应为62%x0.75=46.5%.之所以出现这种错误,是因为他们不恰当地套用了热机的理论公式,没有考虑到工质――水的相变过程和汽化热对效率的影响.由于水在汽轮机作工发电的内循环中存在这种相变过程和汽化热,就不能直接等效为理想气体,而需要一步步计算其输入、输出的能量关系.
一克水,原始温度为20℃,变成580℃的水蒸汽（假设保持一个大气压不变）,要经过三个过程：
1) 20℃水～100℃水,吸收能量4.18x(100-20)=334.4焦耳；
2) 100℃水～100℃水蒸汽,吸收能量2253.02焦耳；
3) 100℃水蒸汽～580℃水蒸汽,吸收能量4.18x(580-100)=2006.4焦耳.
三项合计为4593.82焦耳.
需要说明的是,其中水蒸汽的比热容是估算.网上有资料称100℃～300℃时,水蒸汽在“等容状态”下比热容为0.36卡/(克x度),即1.5048焦耳/(克x度),我认为这个数字有问题.首先我们不知道这个值是在何种状态（气压范围）下测出的.另外,给水和水蒸汽加热,都是使水分子的动能增大.只不过这个增加的动能在低于100℃时,尚不能使水分子大批脱离氢键的束缚,因而保持液体形态而已.此时,动能的增加表现为水分子间相互振动加剧（热水比冷水的体积略有膨胀就是证明）.高于100℃时,则直接表现为水分子空间飞行速度的增加.因此水蒸汽的比热容应和水大致相同.
一克580℃的水蒸汽作功后变成50℃水蒸汽,其内能减少为4.18x(580-50)=2215.4焦耳.因此,这种汽轮机发电理论上最大的效率为2215.4/4593.82=48%.如考虑25%的热传导、热辐射和机械摩擦损失,则效率为(2215.4X0.75)/4593.82=36%左右,与35%的实际值很接近,证明我的估算方法是正确的.汽轮机效率低的主要原因,是大量的汽化热没有得到很好的利用,白白浪费了,或者只是用来作低效率的“热电联营”.
解决这个问题的方法就是利用汽化热来重新加热和汽化水,如下图二.这样,内循环的水,始、末温度和形态均相同,理论上这种“改进汽轮机”的发电效率为100%,实际也可以做到75%以上.汽化池也不必采用锅炉加热,直接利用热交换管道传送常温水蒸汽即可.

Answer 1

所以现在搞超临界和超超临界机组,将机组的蒸汽压力加到22mpa以上,甚至到44mpa,超过了水的临界压力,这样水从液态到气态就不存在汽化潜热了.这样的机组效率可以达到42%,接近你在论述中使用的62%×0.7=43.4% .另外,热电联产不是使用完全做功后的乏汽,一般是使用高压机组做功后进入低压机组前的蒸汽.