提高电厂循环效率的研讨

摘要：如今各大火电厂的热力循环都以朗肯循环为基础，从中进行局部改进，以获得较高的热经济性。本文将从理论上分析提高蒸汽初参数、降低蒸汽终参数、蒸汽再热循环这三各方面对对于提高电厂循环效率的作用，同时给出工程应用中的实际操作与所受的限制，进行优化。

关键词：朗肯循环；提高蒸汽初参数；降低蒸汽终参数；蒸汽再热循环；、电厂循环效率

Abstract: Nowadays the fire power plant thermodynamic cycle as the basis of Rankine cycle, it does the local improvement, in order to obtain a higher thermal economy. This paper theoretically analyzes the actions of improving steam parameters, reducing the steam end parameter and reheating cycle parameters of the steam these three aspects on improving the power plant circulating efficiency, and at the same time, it gives the actual operation and constraints in the engineering application, and does it optimization.

Key words: Rankine cycle; improve the steam parameters; reduce the steam end parameter; steam reheat cycle; power plant cycle efficiency

中图分类号：TM621文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

朗肯循环

朗肯循环是在我国工业广泛应用的一种热力循环，在电力、冶金等行业的应用尤为明显。各大热力发电厂中的回热、再热循环都是基于朗肯循环。

图1为朗肯循环的T-S图。3-4过程为水在水泵中升压，由于水泵耗功相对比例很小，计算时往往可忽略不计；4-1过程为水在锅炉中被加热成蒸汽，焓值升高；1-2过程为蒸汽在汽轮机中做功，焓值下降；2-3过程为乏汽在凝汽器内凝结成饱和水的过程。

图1 朗肯循环T-S图

忽略水泵耗功，电厂中朗肯循环的效率可用如下公式计算：

(1)

提高蒸汽初参数

提高蒸汽初参数意味着蒸汽的初温初压有所提升，其焓值必然有所提高。由公式（1）可以看出，当增大时，分子分母同时增大相同的数值，而由各项焓值的意义可知，>>，因此循环效率分数为真分数，在增大时，循环效率必然同时增大。

提高蒸汽初温，电厂热力循环的效率有明显的增加，提高蒸汽初压，实际循环效率将会先增大后减小，而在工程应用的范围内，提高蒸汽初压对提高电厂循环效率是有作用的。因此，提高蒸汽初参数是提高电厂循环效率、提高电厂热经济性的有效途径之一。

在电厂实际应用中，虽然蒸汽初参数的提高必然导致电厂循环效率的提高，但其受限于金属材料的耐高温与耐高压能力。在我国现阶段金属材料技术的发展领域中，金属耐高压的性能已不再是难题，因此，蒸汽初参数的极限主要受制于金属材料的耐高温性能。金属所能承受的极限温度每提高十度，其价格将会成指数的提高。电厂中主蒸汽管道和再热蒸汽管道体积和面积都比较大，所以电厂的管道投资是必须考虑的因素。因此无限的提高蒸汽初参数是不经济的，应综合考虑金属材料的价格与电厂的循环效率，得出一个最合理的蒸汽初参数。

降低蒸汽终参数

降低蒸汽终参数将直接导致图1中的2点下移，汽轮机做功增加，有用功比重提高，循环效率上升。

由公式（1）可以看出，当蒸汽终参数下降时，和同时下降，相当于分子分母同时增加，对于真分数来说数值显然有所提高，因此循环效率随蒸汽终参数的下降呈上升趋势。

降低蒸汽终参数可分为技术上的改进与工程上的应用，其最终目的都是提高凝汽器的真空。在技术改进方面，可以通过除去不凝结气体、改善凝汽器换热条件、提高换热系数、增大换热面积等方法。其具体措施为通过改善除氧技术，应用催化加氢、膜分离技术等先进技术来除去不凝结气体；通过对换热材料的研究与改进使得凝汽器内尽可能长时间的进行珠状凝结，用珠状凝结取代膜状凝结，来改善换热条件，增大换热系数；通过应用板式凝汽器取代管壳式凝汽器或加装肋片等方法来增大凝汽器换热表面积。这些技术的改进对于降低蒸汽终参数有着很好的效果。

在工程应用上，降低蒸汽终参数的方法主要为提高循环冷却水流量。但一味提高流量是不经济的，随着流量的提高，凝汽器真空也有所提高，但提高的幅度会越来越小，而循环水泵耗功则随流量的增加基本上成比例增大。因此，需在凝汽器真空与给水泵耗功之间找到一个循环水流量的最优值，使凝汽器达到最佳真空，电厂循环经济性最佳 。

蒸汽再热循环

蒸汽再热循环是以朗肯循环为基础，在其之上改进的热力循环，其经济性和安全性都要优于朗肯循环。当蒸汽再热循环的再热参数选择合理时，能够提高平均吸热温度，使循环效率增加4%—5%。

蒸汽终参数的最低极限主要受限于排气湿度。排气湿度过大，汽轮机末级叶片将会有较大的损伤。当应用了再热循环后，在图1中，2点将会向右移动，排气湿度减小。在允许排气湿度一定时，2点所在位置将允许下移，因此再热循环可以有效降低蒸汽终参数，提高循环热效率。

蒸汽再热循环现已广泛应用与各大电厂中，其作用十分突出，一方面提高了热力循环效率，提高了电厂热经济性，另一方面保护了汽轮机的安全，防止排气湿度过大导致的汽轮机叶片磨损腐蚀。

再热循环虽然能够使循环热效率提高，却也同时导致了设备投资的增加与系统的复杂化，因此在实际应用中，电厂的再热级数不多，大多仅为1—2级。

总结

本文主要介绍了提高蒸汽初参数、降低蒸汽终参数以及蒸汽再热循环三方面在提高电厂循环效率的贡献以及其在实际中的应用，其中蒸汽初参数的极限主要受限于管道材料的耐高温性能，蒸汽终参数的极限受限于凝汽器真空，再热循环将导致设备投资的增加与系统的复杂化。随着金属材料、凝汽器真空技术以及再热循环设备和系统的优化，这三方面在提高电厂循环效率的作用将会越来越明显。

参考文献

郑体宽 热力发电厂

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。