热力发电的常用循环及其各自的特点及应用情况

王远续张泰琳刘千齐乔彦博王文小扎西平措

辽宁工业大学 辽宁省锦州市  121000

摘要

热力发电利用燃料燃烧产生的热量将水加热成蒸汽，驱动发电机发电。主要循环有朗肯、卡林纳和联合循环。朗肯循环简单可靠，但效率较低；卡林纳循环效率较高，但设备成本高；联合循环效率高，启动快，但对燃料要求高。未来可能出现更高效环保的热力发电方式。

关键词:热力发电；燃料燃烧；循环

一、热力发电的常用循环及其特点

热力发电的常用循环有多种，包括卡诺循环、斯特林循环、郎肯循环、回热循环、卡林循环、布莱登循环、狄塞尔循环和萨巴循环等。这些循环都有各自的特点和应用场景。

例如，朗肯循环是一种常见的燃煤发电机组循环，易于实现，至今已有百年的历史。朗肯循环采用水作为工质，利用给水泵获得工质压力，通过锅炉加热完成蒸汽的产生。进汽温度对朗肯循环的热效率有重要影响。在进汽压力和排汽压力保持不变的情况下，提高进汽温度可以提高循环热效率。

在具体的热电循环应用中，主要有两种热电循环方式，即背压式机组热电循环和抽汽式机组热电循环。背压式机组热电循环的热能利用率高，但是供热与供电互相牵制；抽汽式机组热电循环能够自动调节热电出力，较好地满足用户对热、电负荷的不同要求。

超临界机组是一种新型的热力发电技术，具有热经济性高、节约一次能源、降低火电成本、降低机组单位造价、工期短、占地相对较少等特点。超临界发电的单位电能耗减少，导致排放减少。

卡诺循环，作为一种理想的热力循环，其工作原理基于两个等温过程和两个绝热过程。然而，由于卡诺循环的效率取决于高温热源和低温热源的温度差，因此在实际应用中很难实现。这是因为在现实中，我们很难找到一个温度足够高的热源和一个温度足够低的热源。此外，卡诺循环还需要一个完美的绝热系统，这在现实中也是难以实现的。

斯特林循环是一种外燃式热力循环，其特点是工作在较高的压力下，因此具有较高的效率。这种循环的优点是结构简单，运行稳定，但其缺点是噪音较大。尽管斯特林循环的效率较高，但由于其噪音问题，其在一些需要安静环境的场合可能无法使用。

郎肯循环是最常见的燃煤发电机组循环之一，其优点是结构简单，运行稳定，易于实现。然而，朗肯循环的缺点是效率较低，尤其是当进汽温度较低时。为了提高朗肯循环的效率，通常需要采用回热技术。回热循环通过将部分排汽重新引入锅炉，可以提高循环的效率。但是，回热技术的实施会增加系统的复杂性和成本。

布莱登循环和狄塞尔循环都是内燃式热力循环，它们的优点是效率高，噪音小。然而，这两种循环的缺点是结构复杂，运行成本高。这意味着，虽然它们的效率较高，但由于其高昂的成本和复杂的结构，它们在实际应用中的使用受到限制。

萨巴循环是一种高效的燃气轮机循环，其优点是效率高，噪音小。然而，萨巴循环的缺点是结构复杂，运行成本高。这使得它在一些对成本敏感的应用中可能无法使用。

在具体的热电循环应用中，背压式机组热电循环的热能利用率高，但是供热与供电互相牵制；抽汽式机组热电循环能够自动调节热电出力，较好地满足用户对热、电负荷的不同要求。这两种方式各有优缺点，需要根据具体的应用场景进行选择。

卡林循环是一种以水与氨的非共沸混合液为工质的热力循环，由A.卡林那 (Alexander Kalina)于1989年提出。这种循环的主要特点有：

以氨水混合物为工质：由于氨的沸点远比水的沸点低，在较低的温度下就处于气化状态，因此，卡林循环在中低温余热利用方面具有明显的优势。

提高联合循环效率：在余热锅炉型燃气-蒸汽联合循环中，使用卡林循环取代以水为工质的兰金循环，可以提高联合循环的单机功率和供电效率。

应用于中低温余热回收：卡林纳循环可以有效地利用工业生产过程中大量中低温余热，减少能源浪费和环境污染。

可优化参数：通过遗传算法对卡林纳循环和常规朗肯循环的主要参数进行优化，比较两者在相同余热条件下的净输出功率。

总的来说，卡林循环提供了一种新颖、高效的动力循环系统，特别适合于中低温余热的利用和回收。超临界机组是一种新型的热力发电技术，其工作原理是将水加热到超过临界点的温度和压力，使其变成超临界流体。超临界流体具有低粘度、高扩散性和高导热性等特点，因此可以提高热力发电的效率。此外，超临界机组还可以节约一次能源，降低火电成本，降低机组单位造价，工期短，占地相对较少。这些优点使得超临界机组在热力发电领域具有广阔的应用前景。

二、热力发电的常用循环的应用情况

热力发电是一种利用高温热源将水转化为蒸汽，然后通过汽轮机驱动发电机产生电能的过程。在这个过程中，热力发电的常用循环起着至关重要的作用。它们各自具有不同的特点和应用领域。

朗肯循环是最早的一种热力发电循环，也是目前应用最广泛的循环之一。然而，朗肯循环的效率相对较低，只有30%左右。这是因为在朗肯循环中，蒸汽在汽轮机中的部分能量被浪费在了冷凝过程中。为了提高热力发电的效率，人们研究出了回热循环和再热循环等更先进的技术。

回热循环是在朗肯循环的基础上增加了一个回热器，用于回收汽轮机排出的低温蒸汽的热量。这样，低温蒸汽在回热器中与新进入的低温水进行换热，提高了新蒸汽的温度，从而提高了汽轮机的做功效率。回热循环的效率可以达到40%左右。

再热循环是在朗肯循环的基础上增加了一个再热器，用于进一步回收汽轮机排出的低温蒸汽的热量。这样，低温蒸汽在再热器中与新进入的低温水进行换热，进一步提高了新蒸汽的温度，从而提高了汽轮机的做功效率。再热循环的效率可以达到45%左右。

总之，热力发电的常用循环包括朗肯循环、回热循环和再热循环等，它们各自具有不同的特点和应用领域。随着科技的发展，人们不断研究和改进这些循环技术，以提高热力发电的效率，满足日益增长的能源需求。

三、结语

热力发电是全球电力供应的重要来源，各种热力发电循环都有其独特的优点和应用领域。随着环保要求的提高和技术的进步，未来热力发电将更加注重效率和环保性能的提升。随着全球气候变化和环境问题日益严重，各国政府和企业都在积极寻求提高热力发电效率和降低环保性能的方法。一方面，通过采用先进的燃烧技术、优化热力系统设计等方式，提高热力发电的效率，降低燃料消耗；另一方面，加强对热力发电过程中产生的温室气体、废水、废渣等污染物的治理，减少对环境的负面影响。此外，发展可再生能源如太阳能、风能等与热力发电相结合的混合能源系统，也是未来热力发电的重要发展方向。

参考文献

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