機(jī)械與能源動力學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文翻譯

1、<p>　　學(xué)號： 06410203 </p><p><b>　　常 州 大 學(xué)</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯</p><p><b>　　（ 屆）</b></p><p>　　外文題目 Alternative trends in developmen

2、t of thermal power plant </p><p>　　譯文題目 熱力發(fā)電廠發(fā)展的替代趨勢 </p><p>　　外文出處 Thermal engineering 28 (2008)：190-194

3、 </p><p>　　學(xué) 生 </p><p>　　學(xué) 院 專 業(yè) 班 級 </p><p>　　校內(nèi)指導(dǎo)教師

4、 專業(yè)技術(shù)職務(wù) </p><p>　　校外指導(dǎo)老師 專業(yè)技術(shù)職務(wù) </p><p><b>　　二○一○年三月</b></p><p>　　熱力發(fā)電廠發(fā)展的替代趨勢</p><p>　　摘要：熱(或礦物燃

5、料)發(fā)電廠(TPP)是污染環(huán)境的主要來源, 它向大氣排放碳燃料燃燒的基本產(chǎn)物──二氧化碳。正是這種氣體造成了溫室效應(yīng)，使得全球氣候變暖。減少排入大氣的二氧化碳的根本解決方法在于省電, 這樣便會減少燃料燃燒量。這種方法不管是從經(jīng)濟(jì)還是生態(tài)的角度看都是可行的。不過解決這個問題最理想的做法是不燃燒任何含碳燃料,如煤、石油制品和其他有機(jī)動力資源。這項(xiàng)工作的目的是概述減少熱 (或礦物燃料)發(fā)電廠燃料消耗量的方法，從而減少造成溫室效應(yīng)的排入大氣的氣

6、體.。其中一種方法在于改變工質(zhì)的熱物理性質(zhì)，如果我們能改變傳統(tǒng)工質(zhì),即水, 或者能采用有著完全不同熱物理性質(zhì)的工質(zhì)，這種方法也許能變?yōu)榭赡?。這篇文章為一個切實(shí)可行的解決方案提供各種技術(shù)方法,如卡利納循環(huán)，通過磁流體共振改變水的性質(zhì)或在熱電廠的熱動力循環(huán)中采用液體在低于環(huán)境溫度下沸騰的技術(shù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：節(jié)能電源；效率；減少向環(huán)境中排放氣體；熱力發(fā)電廠</p><p>&l

7、t;b>　　1. 序言</b></p><p>　　人類文明與科技進(jìn)步歷史與電力消費(fèi)的增長密切相關(guān)?；诤既剂舷牡臒犭姽こ贪l(fā)展和不斷增長的電力生產(chǎn)是使燃料能源資源不斷消耗。熱能與動力工程用煤、石油、天然氣和超過1%的大氣氧消耗取代SO2，NOx和CO2,這些加劇溫室效應(yīng)的氣體來產(chǎn)電。</p><p>　　現(xiàn)在來看由GAO（美國總會計(jì)辦公室）在2002年6月20日公布的

8、數(shù)據(jù)[1]。2002年，美國電站排放SO2占發(fā)電廠總排氣量的59%、NOx占47%、CO2占42%，但產(chǎn)電量只占了總電量的42%。為此，我們來使用一個簡單的邏輯：如果舊電站產(chǎn)電占42%,則新電站產(chǎn)電占(100-42)%=58%；如果舊電站排放SO2占59%，則新電站排放的SO2占(100-59)% = 41%，各氣體排放依此類推。</p><p>　　舊電站每1%的產(chǎn)電對應(yīng)排氣中的SO2占59/42 = 1.40

9、5%，我們來列出最終“氣體排放—電力生產(chǎn)”的比例：</p><p>　　新電站排出的SO2和NOx低于舊電站，這點(diǎn)毫無意義。但二氧化碳的排放是有可比性的, 這可由生產(chǎn)熱能所采用的制度的本質(zhì)來解釋 因?yàn)槿紵氖呛既剂?，氧化后的最終產(chǎn)物是二氧化碳?？梢哉f，30年來還沒有發(fā)現(xiàn)任何減少二氧化碳與熱量排放的根本方法，而二氧化碳與熱量正是引起全球溫室效應(yīng)及氣候變暖的主因。</p><p>　　2.

10、通過改變工作介質(zhì)的熱物理性質(zhì)來提高電廠效率</p><p>　　效率是指電站生產(chǎn)的熱功W與產(chǎn)電所消耗的熱能Gf之比</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　因此，提高電廠效率（如礦物燃料電廠）有兩種不同的方法：</p><p>　　1.保持產(chǎn)電消耗熱能（Gf）不變，提高熱工（W）, 電廠采用聯(lián)合循

11、環(huán)來實(shí)現(xiàn)這個方法，即通過燃?xì)廨啓C(jī)再利用排氣熱量。</p><p>　　2.保持熱工（W）不變，降低產(chǎn)電消耗熱能（Gf）。另一個提高電廠效率的方法是不斷改變工作介質(zhì)的熱物理性質(zhì)。本文章從生態(tài)和自然限制方面做出了對這個方法的理論分析。本文將簡要介紹研究的基本路線和取得的成果。</p><p>　　2.1. 改變傳統(tǒng)的工作介質(zhì)的熱性能</p><p>　　從技術(shù)實(shí)現(xiàn)的角度

12、看，提高火力發(fā)電廠效率最簡單的方法是通過采用磁流體共振來改變工作介質(zhì)即水的熱物理性質(zhì)。這種方法的本質(zhì)是水的二階相變。這個過程的特點(diǎn)是改變水在每個轉(zhuǎn)變點(diǎn)的所有性質(zhì)。但參照熱過程，改變汽化熱和熱能力的可能性至關(guān)重要。</p><p>　　這個方法在技術(shù)上可行的簡單之處在于它的實(shí)現(xiàn)不需要重新設(shè)計(jì)火力發(fā)電廠。這意味著使用磁流體共振的方法可在任何電站使用，不管電站是新還是舊。換句話說，要改善任何熱電廠的生態(tài)環(huán)境，特別是減少

13、二氧化碳的排放，能在最短的時間內(nèi)完成。為能夠在蒸汽發(fā)生器給水線中正確選擇設(shè)備（即磁流體諧振器）的安裝位置并精確調(diào)整使得汽化熱或熱容下降。但水的性質(zhì)使得熱容提高導(dǎo)致氣化熱提高，反之亦然。</p><p>　　計(jì)算結(jié)果顯示：使用磁流體諧振器很可能使電廠效率提升10%。這樣能減少29%的燃料消耗、29%的固氣排放、52%的熱排放（在熱電廠裝備容量不變的情況下）。</p><p>　　2.2. 綜

14、合工作介質(zhì)的利用</p><p>　　90年代初，在美國的一個1MW的電廠中，進(jìn)行了著名的A. Kalina 循環(huán)。在這個循環(huán)中，通過使用氨、乙胺、二乙胺等化學(xué)品工作介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了電廠效率的提高。例如，當(dāng)氨溶于水時，這種方案的熱容量低于只用水的方案中的熱容量。此外，當(dāng)1摩爾的氨溶于1升的水時，會產(chǎn)生8.28卡的熱量，這剛好能使方案中14%的一千克氨升溫到約100℃。因此，當(dāng)一升水從30℃加熱到100℃時，可把溶解所

15、釋放的熱量儲存起來，大約為70卡的熱量或0.01千克燃料所釋放的熱量。Kalina循環(huán)的實(shí)現(xiàn)如下：在給水進(jìn)入蒸汽發(fā)生器前，添加適量的氨。由于氨溶釋放的熱量和最終方案中熱容的降低，加熱到沸騰溫度所需燃料減少。蒸汽與氣態(tài)氨分離，然后，水與氨在進(jìn)入蒸汽發(fā)生器前再次混合。在化學(xué)工業(yè)中，分離水和氨的過程被廣泛使用在純堿制作工藝的過濾液體階段。實(shí)踐證明，應(yīng)用Kalina循環(huán)的電廠的效率能提升10%,且可減少20%的燃料消耗。因?yàn)樗褂玫娜剂系奶匦圆?/p>

16、不發(fā)揮主要作用，Kalina循環(huán)能使灰塵、二氧化碳、二氧化硫的排放量減少，節(jié)約20%的燃料。相對于2.1節(jié)中提到的磁流體共振方法，卡利Kalina的缺點(diǎn)在于：如果一個熱電廠使用了朗肯</p><p>　　2.3. 取代傳統(tǒng)的工作介質(zhì)</p><p>　　讓我們來詳細(xì)地關(guān)注利用環(huán)境熱來產(chǎn)電的方式，從燃料節(jié)省角度看，環(huán)境熱是我們認(rèn)為最有前景的。首先我們來回顧建立技術(shù)的物理及物化基本原理，這在當(dāng)

17、今已不言自明。</p><p>　　公理1. 已確定，1摩爾任何氣體在標(biāo)況(壓力為101.325kPa，溫度為288.15K)下，體積Vmn=22.414m3/kmol。</p><p>　　公理2. 蒸發(fā)和冷凝可用于所有一階相變。</p><p>　　一階相變（PT1）即不斷變動過渡點(diǎn)的物質(zhì)聚集狀態(tài)。從濃縮到氣態(tài)，或從氣態(tài)到濃縮，物質(zhì)的摩爾流量會發(fā)生突變，這是所有

18、物質(zhì)的一個正常趨勢。</p><p>　　在沸騰溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓力下任何液態(tài)物質(zhì)的摩爾流量為：</p><p><b>　　（2）</b></p><p>　　其中，kM指摩爾重量，指沸騰溫度下液態(tài)物質(zhì)密度</p><p>　　標(biāo)況下氣態(tài)物質(zhì)的摩爾流量為：</p><p><b>　?。?

19、）</b></p><p>　　其中，為標(biāo)況下氣體物質(zhì)密度</p><p>　　不管物質(zhì)狀態(tài)如何變化，摩爾重量是不變的。</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　我們來看參考書目中的一些算例。&l

20、t;/p><p>　　1摩爾液態(tài)水的體積是0.018m3，而在標(biāo)況下氣態(tài)水的體積為22.414m3（見上述公理），是液態(tài)水體積的1245倍。</p><p>　　1摩爾液態(tài)氮的體積為0.035 m3，而在標(biāo)況下氣態(tài)氮的體積為22.414 m3（見上述公理），是液態(tài)氮體積的640倍。</p><p>　　1摩爾液態(tài)二氧化碳的體積為0.040 m3，而在標(biāo)況下氣態(tài)二氧化碳的

21、體積為22.414 m3（見上述公理），是液態(tài)二氧化碳體積的561倍。</p><p>　　1摩爾液態(tài)丙烷的體積為0.076 m3，而在標(biāo)況下氣態(tài)丙烷的體積為22.414 m3（見上述公理），是液態(tài)丙烷體積的294倍。</p><p>　　公理3.理想氣體狀態(tài)方程，如下：</p><p><b>　　（6）</b></p>&l

22、t;p>　　其中Pn，Tn，Vn 分別是標(biāo)準(zhǔn)壓力（101.3kPa，這是每年的海平面氣壓平均值），標(biāo)準(zhǔn)溫度（15℃，這是每年的海平面氣溫平均值），和1摩爾氣態(tài)物質(zhì)的體積。Pt，Tt，Vt分別是1摩爾氣體如蒸汽在t溫度下的壓力、溫度和體積。</p><p>　　把方程(5) 代入方程(6)我們得到：</p><p><b>　?。?）</b></p>

23、<p>　　當(dāng)1摩爾液體蒸發(fā)（見公理2），得到的氣體在一封閉空間加熱，相對壓力提高導(dǎo)致相對溫度上升。</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　這一在蒸汽過熱器中進(jìn)行的技術(shù)步驟使得到足夠高的壓力值成為可能。</p><p>　　公理 4.渦輪受一股有動能的氣流驅(qū)動。</p><p>&

24、lt;b>　?。?）</b></p><p>　　上述公式很普遍，適用于任何運(yùn)動個體。本例中氣體的特性根據(jù)每單位質(zhì)量體積表現(xiàn)在它的密度。然而，氣體體積要考慮它的可壓縮性，所以也由壓力決定。</p><p>　　公理 5.氣體在本例中儲存的潛在能量（積累的能量）是由蒸汽過熱器和冷凝器之間的壓力差決定的（見公理3），壓力靠氣體冷凝的完整性，這是由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的一階相變（見公理

25、2）。</p><p>　　在廣為人知的郎肯循環(huán)中，蒸汽發(fā)生器中的水沸騰導(dǎo)致壓力上升。由此產(chǎn)生的蒸汽在過熱器中加熱，使得壓力繼續(xù)上升。</p><p>　　在渦輪凝汽器中蒸汽被凝結(jié)，導(dǎo)致壓力降為真空壓力。過熱器與冷凝器之間的壓差使蒸汽從高壓帶迅速轉(zhuǎn)向低壓帶，旋轉(zhuǎn)渦輪產(chǎn)電。同樣的，任何物質(zhì)的一階相變使物質(zhì)液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，再從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。</p><p>　　從提高效率

26、和改變電廠生態(tài)參數(shù)看，采用循環(huán)作為工作體系，低沸點(diǎn)物質(zhì)如氫、氦、氮、氧、氖、二氧化碳等，看起來最有前途的。</p><p>　　循環(huán)使用這些氣體的原因是這些氣體都是低沸點(diǎn)氣體。這意味著沒必要為從燃燒燃料到產(chǎn)生氣體提供熱量，這是PT1發(fā)生和液體變?yōu)闅怏w的儀器，因?yàn)榄h(huán)境本身可作為熱源。例如，大家都記得，氮沸騰溫度為-196℃或77K。</p><p>　　如果用氮代替水產(chǎn)電，讓我們估計(jì)一下能節(jié)

27、省多少燃料。使液氮沸騰（即蒸汽產(chǎn)生所需要的熱量）由環(huán)境熱量提供，而過熱氮以獲得較高的壓力值需要燃燒傳統(tǒng)的碳?xì)淙剂稀?lt;/p><p>　　我們來假設(shè)一利用郎肯循環(huán)和水作為工作介質(zhì)的熱電廠的效率為41%。該電廠每燃燒0.405kg的傳統(tǒng)燃料便產(chǎn)出1KW的電。假設(shè)在渦輪入口蒸汽壓力上升階段燃料消耗量分別與水加熱至沸騰溫度、蒸發(fā)比熱、過熱蒸汽焓成正比（見表1）。</p><p>　　現(xiàn)在，我們用氮

28、代替水，假設(shè)蒸汽熱容，作為三原子氣體，為4R；氮的熱容，二原子氣體，為7/2R。蒸汽從30℃加熱至530℃，消耗894 kJ/kg，氮從30℃加熱至530℃，則需消耗：</p><p>　　表1 估計(jì)燃料消耗用以提高渦輪入口的蒸汽壓力</p><p>　　表2 估計(jì)燃料消耗用以提高渦輪入口的蒸汽壓力</p><p>　　如公理2所說，水蒸發(fā)后體積增大了1245倍，而

29、氮只增大了640倍。為使計(jì)算有可比性，我們假設(shè)郎肯循還中所用的氮是水的兩倍。（見表2）。這樣，在郎肯循環(huán)中用氮代替水，燃燒碳?xì)浠衔锶剂线^熱氣態(tài)氮至530℃，很可能使燃料消耗減少2.1倍。這樣，消耗0.19kg的常規(guī)燃料能生產(chǎn)1KW電力。排入大氣的有害氣體也會減少2.1倍。</p><p>　　我們來看看這種電力生產(chǎn)技術(shù)是否與熱力學(xué)定律相悖。熱力學(xué)第一定律解釋了熱與功的關(guān)系，即能量守恒定律。</p>

30、<p>　　因此公式（1）可歸納如下：熱機(jī)（包括電廠的熱機(jī)）的效率不能大于一。通過減少傳統(tǒng)燃料的2.1倍，就有可能提高熱電廠高達(dá)82％的效率。事實(shí)上，由于部分生產(chǎn)能耗為壓縮機(jī)的運(yùn)作提供液化氮，效率會低一些。</p><p>　　對熱力學(xué)第二定律，正如Clausius制定的，內(nèi)容如下：熱不可能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體。讓我們假設(shè)氮在熱力循環(huán)作為工作介質(zhì)。由于液氮的沸點(diǎn)為196℃（77K）

31、，環(huán)境溫度可低達(dá)50℃（223K），這與熱力學(xué)第二定律的環(huán)境（熱體）熱完全符合，環(huán)境熱會自發(fā)地流向液氮（冷機(jī)構(gòu)），從而提供熱量讓其沸騰。</p><p>　　對可逆卡諾循環(huán)熱機(jī)的熱力學(xué)第二定律介紹如下：</p><p><b>　　（10）</b></p><p>　　其中，T是周期中的最高溫度（增加的熱溫度），T是最低溫度（在這種情況下，為氮

32、的沸點(diǎn)溫度）。</p><p>　　我們所做的簡單計(jì)算中，自然會用到熱力學(xué)溫標(biāo)：</p><p>　　——水為工質(zhì)的郎肯循環(huán) ；</p><p>　　——氮為工質(zhì)的循環(huán) </p><p>　　氮循環(huán)中，蒸汽發(fā)生器（氣體發(fā)生器）用液氮沸騰代替水沸騰，從熱力學(xué)效率的角度看更可取。我們可以看到，所提出的產(chǎn)電技術(shù)方法與熱力學(xué)第一、第二定律都

33、不矛盾。電力工程的發(fā)展趨勢已被一些電廠投入商業(yè)用途中?，F(xiàn)在已經(jīng)提出利用超臨界二氧化碳聯(lián)合電力生產(chǎn)、熱能的以太陽能為動力的朗肯循環(huán)。擬議的系統(tǒng)由太陽能集熱器、發(fā)電渦輪機(jī)、高低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)和給水泵組成。估計(jì)發(fā)電效率為0.25，熱回收效率為0.65。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] General Accounting Off

34、ice mssions from Older Electricity Generating Units, <http://www.ntec.org/air/air/qaorpt.html>;<http://www.qao.gov/new.items/d02709.pdf>,USA. June 20 2002.</p><p>　　[2] A. Franco, C. Casarosa, O

35、n some perspectives for increasing the iency of combined cycle power plants, Applied Thermal Engineering 22 (13) (2003) 1501–1518.</p><p>　　[3] V.A. Prisyazniuk, Ways of raising the thermodynamic effincy o

36、f team power plant, Power Plant Chemistry 5 (5) (2003) 281–288.</p><p>　　[4] V.A. Prisyazniuk, Strategies for emission reduction from thermal ower plants, Journal of Environmental Management 80 (1) (2006)75

37、–82.</p><p>　　[5] A.I. Kalina, US Patent 4732005, 1988.</p><p>　　[6] H. Kuchling, Physik (reference book), VEB Fachbuchverlag, Leipzig,1980, pp. 152, 150, 82, 187, 204.</p><p>　　[

38、7] H. Yamaguchi, X.R. Zhang, K. Fujima, M. Enomoto, N. Sawada, Solar energy powered Rankine cycle using supercritical CO2, Applied Thermal Engineering 26 (17–18) (2006) 2345–2354.</p><p>　　學(xué)號：06410203 </

39、p><p><b>　　常 州 大 學(xué)</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯</p><p><b>　　（2010屆）</b></p><p>　　外文題目 Exergy analysis of a thermal power plant with measured boiler a

40、nd turbine losses </p><p>　　譯文題目 有測量鍋爐和汽輪機(jī)損失的火電廠的火用分析 </p><p>　　外文出處 Thermal engineering xxx(2010)xxx-xxx </p><p>　　學(xué)

41、 生 劉 旦 珩 </p><p>　　學(xué) 院 機(jī)械與能源工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級 熱能062 </p><p>　　校內(nèi)指導(dǎo)教師 劉 鴻 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 副 教 授 </p><p>　　校外指

42、導(dǎo)老師 專業(yè)技術(shù)職務(wù) </p><p><b>　　二○一○年三月</b></p><p>　　有測量鍋爐和汽輪機(jī)損失的火電廠的火用分析</p><p>　　摘要：本文是對一32MW燃煤電廠亞臨界鍋爐-汽輪發(fā)電機(jī)的熱力學(xué)分析。對系統(tǒng)應(yīng)用了能源和火用分析方法。對電廠進(jìn)行了

43、一次在各種運(yùn)行情況下的參數(shù)研究，包括運(yùn)行壓力，溫度和流速，以確定使工廠業(yè)績最大化的參數(shù)?；鹩脫p失的分布情況表明，鍋爐和汽輪機(jī)的產(chǎn)量不可逆性是火電廠的最高虧損。此外，關(guān)于系統(tǒng)內(nèi)的火用損失，也進(jìn)行并提交了環(huán)境影響和連續(xù)性分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：火用；能量；熱力發(fā)電廠；效率；可持續(xù)發(fā)展</p><p><b>　　1.序言</b></p><

44、p>　　世界能源需求大量依賴于化石燃料發(fā)電。世界上的發(fā)電多數(shù)是用化石燃料，特別是煤和天然氣。盡管新能源例如風(fēng)能和太陽能的使用在增長，但未來的十年里，我們?nèi)試?yán)重依賴化石燃料。盡管有能源枯竭和環(huán)境問題如氣候改變，從2003年到2030年之間，預(yù)期對石油的需求增加47.5%，對天然氣是91.6%，對煤是94.7%。雖然更清潔的新能源在快速發(fā)展，其相對成本和現(xiàn)有技術(shù)還沒有先進(jìn)到一定地步，使我們大大減少對化石燃料的依賴。因此，考慮到在一段時

45、間內(nèi)繼續(xù)對化石燃料的依賴，提高燃油電廠工作效率，減少對環(huán)境的影響是十分重要的。</p><p>　　因?yàn)槟芰糠治鍪腔跓崃W(xué)第一定律，所以有一些固有的局限性，例如不能解釋說明系統(tǒng)環(huán)境的性能，或通過耗散過程的電能退化。能量分析并沒有描述在系統(tǒng)進(jìn)程中的不可逆性。相反地，火用分析法將會描述系統(tǒng)的工作潛能?；鹩檬强梢詮南到y(tǒng)獲得的最大功，其狀態(tài)被用來參考或稱為“死亡狀態(tài)”（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）。火用分析法是基于熱力學(xué)第二定律。本文

46、將探討一個火電廠詳細(xì)的火用分析，為了評定不可逆性和損失的分布，這將有利于系統(tǒng)性能的效率損失分析。</p><p>　　過去的火用研究評估了發(fā)電廠的性能，并以此為手段來優(yōu)化性能和渦輪機(jī)的功率輸出。羅森通過火用分析法，對燃煤發(fā)電廠和核電廠的性能進(jìn)行了評價。哈比卜和祖拜爾通過再熱進(jìn)行了再生朗肯電廠的第二定律分析。丁塞和穆斯林進(jìn)行了再熱循環(huán)發(fā)電廠的熱力學(xué)分析。森古普塔等人對一個210MW火電廠進(jìn)行了火用分析。羅森和丁塞進(jìn)

47、行了發(fā)電廠關(guān)于各種燃料經(jīng)營分析。他們調(diào)查資本成本和熱力學(xué)損失之間的關(guān)系。郭等人提出了電廠的熱經(jīng)濟(jì)分析。 不同于過去的研究，這本文件提出了一個獨(dú)特的配置，在亞臨界條件下運(yùn)行的朗肯循環(huán)的火用分析。發(fā)電機(jī)的輸出功率為32兆瓦。鍋爐是一個循環(huán)流化床鍋爐，容量為140碳?xì)浠衔镎羝?00％鍋爐最大連續(xù)評級額定蒸汽參數(shù)條件下。發(fā)電廠的目的是利用空氣冷凝器凝結(jié)蒸汽排氣。 </p><p>　　本文的主要目的是進(jìn)行熱力

48、學(xué)火用分析，用一個正在印度建造的電廠的實(shí)際設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。將比較分析的結(jié)果，以說明火用分析對改善系統(tǒng)性能的寶貴性。本文將確定電廠損失和火用毀滅的主要源頭。它將提供改善系統(tǒng)性能，減少環(huán)境影響的方法和途徑。最后，它將執(zhí)行一項(xiàng)參數(shù)研究，以確定該系統(tǒng)性能為何隨操作系統(tǒng)的參數(shù)不同而不同。</p><p>　　2. 電廠火用的形成</p><p>　　圖1. 工藝流程圖： ACC – 冷凝器，BFP – 鍋

49、爐給水泵，CEP –冷凝萃取泵，DE – 除氧器， GEN –發(fā)電機(jī)，GSC – 蒸汽冷凝器， HPH – 高壓加熱器，LPH – 低壓加熱器。</p><p>　　電廠程序流程圖如圖1，電廠的過程參數(shù)如表1。</p><p><b>　　表1 過程參數(shù)</b></p><p>　　表1 過程參數(shù)（續(xù)）</p><p>

50、　　以下的電廠熱力分析將考慮質(zhì)量、能量、熵和火用的平衡。除另有規(guī)定外，動力學(xué)和潛在能量的變化就會被忽視，并假定穩(wěn)態(tài)流動。工藝參數(shù)和數(shù)據(jù)基于一家印度的公司所裝備的32MW電廠的電廠設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。</p><p>　　在穩(wěn)定狀態(tài)過程中，圖1中控制量系統(tǒng)的質(zhì)量平衡可以寫成：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　控制系統(tǒng)的能量平

51、衡可以寫成：</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　控制系統(tǒng)的熵平衡：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　控制系統(tǒng)的火用平衡：</p><p><b>　　（4）</

52、b></p><p><b>　　蒸汽火用率：</b></p><p><b>　　（5）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　上述火用平衡寫的是一般形式。在燃燒過程中，計(jì)算煤的化學(xué)火用時輸入的熱量包含在內(nèi)。公式（4）中的熱火用項(xiàng)用來計(jì)

53、算與環(huán)境熱損失有關(guān)的火用損，比火用如下：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　當(dāng)鍋爐中燃燒發(fā)生時，煤炭燃燒生成二氧化碳，水蒸氣和其他燃燒產(chǎn)物。由于煤的化學(xué)成分變化，除了熱力學(xué)狀態(tài)，火用化學(xué)成分也必須考慮在內(nèi)。</p><p>　　理論空氣中煤的燃燒反應(yīng)組成：</p><p><b>

54、　?。?）</b></p><p>　　假設(shè)鍋爐中多了20%的空氣，則燃燒反應(yīng)變成：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　在每摩爾碳的基礎(chǔ)上，則</p><p><b>　?。?0）</b></p><p>　　反應(yīng)的火用平衡方程是：&

55、lt;/p><p><b>　?。?1）</b></p><p><b>　　煤中碳的火用含量：</b></p><p><b>　?。?2）</b></p><p>　　電廠的能量和火用效率：</p><p><b>　?。?3）</b&g

56、t;</p><p><b>　　（14）</b></p><p>　　在下一節(jié)中，預(yù)測的結(jié)果和敏感性研究將基于形成的火用（見表2）。</p><p>　　表2 工質(zhì)在不同階段的火用</p><p>　　表2 工質(zhì)在不同階段的火用（續(xù)）</p><p><b>　　3. 結(jié)論與討論<

57、;/b></p><p>　　煤是電廠的燃料供應(yīng)，有以下部分組成：水分= 25％，灰分= 0.88％，氫= 4.06％，氮= 1.1％，二氧化硫= 0.075％，氧氣= 7.935％，碳=60.95％，圖2表明，參考溫度對能源效率無影響，但它影響火用效率. 系統(tǒng)的環(huán)境影響系統(tǒng)的性能。表5進(jìn)一步闡明了參考溫度對火用效率的影響。圖3表明，從能量和火用的角度，發(fā)電機(jī)減產(chǎn)則電站的性能和效率下降。這表明，電廠在額定容

58、量下運(yùn)行比部分負(fù)荷運(yùn)行更具經(jīng)濟(jì)性。圖4顯示了蒸汽渦輪流量輸出功率的功能。這有助于確定渦輪機(jī)組部分負(fù)荷時的蒸汽流量。圖5、6可以看出：雖然冷凝器的熱損失似乎更高，但最大的熱損失發(fā)生在鍋爐里，鍋爐也具有最大的火用損。</p><p>　　這說明了火用分析的重要性，因?yàn)楸绕鹉芰糠治龇?，它提供了不同的見解和趨勢。有人認(rèn)為，能量分析法會讓人們相信最大的損失發(fā)生在冷凝器，但事實(shí)上是在鍋爐中發(fā)生的。</p>&l

59、t;p>　　由于這個電廠用的事空氣冷凝器凝結(jié)汽輪機(jī)排汽，其主要的改進(jìn)是可以降低冷凝器的壓力。</p><p>　　圖8給出了效率與與冷凝器壓力的關(guān)系。可以觀察到，由于蒸汽通過渦輪膨脹，輸出較高的功率，冷凝器壓力降低，電廠效率提高（見圖7）。由于這個電廠設(shè)計(jì)運(yùn)行的是空冷器，蒸汽冷凝的溫度無法降低，因?yàn)椴煌乃淦髦欣鋮s水的溫度是可以控制的，而空冷器采用空氣凝結(jié)蒸汽。用水量和發(fā)電廠的用水減少使得環(huán)境效益提高。&

60、lt;/p><p>　　圖9、10顯示蒸汽壓力影響與循環(huán)溫度性能的關(guān)系。很明顯，效率與過熱蒸汽參數(shù)成正比。</p><p>　　增加循環(huán)蒸汽壓力和溫度將導(dǎo)致相同的質(zhì)量蒸汽流和燃油以高功率輸出到鍋爐。蒸汽具有較高的能量和火用，這使得渦輪機(jī)的輸出功率高。由于材料考慮，這個項(xiàng)目的成本會增加。鍋爐管和渦輪葉片是由成本較高的鋼材做成的。成本提高應(yīng)與輸出和收益相平衡，這樣才能確?！巴顿Y回收期的投資”是有利

61、的。</p><p>　　最大的不可逆轉(zhuǎn)發(fā)生在鍋爐，特別是熱量傳遞到工質(zhì)中，造成煙氣損失。煙氣溫度受硫磺露點(diǎn)溫度限制，所以可以執(zhí)行優(yōu)化限制度。主要的改進(jìn)是工質(zhì)的熱量傳遞。優(yōu)化傳熱面積和配置，有效的制度和更好的材料選擇是改善系統(tǒng)性能的主要方式。鍋爐燃燒的是不可逆轉(zhuǎn)的另一種主要來源。改進(jìn)燃料燃燒大大有助于提高鍋爐和系統(tǒng)的性能。</p><p>　　因?yàn)榻o水在高溫狀態(tài)下進(jìn)入鍋爐，所以，改進(jìn)具體蒸

62、汽量（千克/千瓦時）和熱流量（千焦/千瓦時）也可以減少鍋爐燃料量。這說明，如果熱量傳輸效率提高幾個百分點(diǎn)，燃料消耗將會大大減少，從而減少了電廠的經(jīng)營成本。高效的葉片設(shè)計(jì)，更好的渦輪內(nèi)蒸汽密封和高效的渦輪保溫用以減少熱量損失將有助于升溫速率增加。另一能大大提升電廠性能的方面是給水加熱器和除氧器的設(shè)計(jì)。設(shè)備熱蒸汽消耗的減少會降低渦輪對蒸汽溫度的需求，從而也提高了加熱速度。</p><p>　　輔助功率消耗是由于電廠設(shè)

63、備本身所消耗的功率所導(dǎo)致的功耗損失。圖11顯示了輔助功率消耗的能量和火用的變化與發(fā)電機(jī)的輸出功率的百分比的關(guān)系。正如所料，這可以看出，較低的輔助功率消耗可實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)效率。使用節(jié)能電機(jī)和變頻驅(qū)動器，可以減少輔助功率消耗。</p><p>　　很多學(xué)者研究了對環(huán)境溫度的火用分析的好處（如Rosen and Dincer和Rosen et al. ）?；鹩梅治鍪茄芯肯到y(tǒng)的對環(huán)境影響的有效措施，因?yàn)樗饬繀⒖辑h(huán)境狀況

64、的系統(tǒng)偏差。Rosen and Dincer研究了火用與環(huán)境的三種關(guān)系，這些將使用在本文中。</p><p>　　從圖12a、b中火用分析顯示最大的火用損發(fā)生在冷凝器中，而最大的損失實(shí)際上是由火用分析顯示出來的。煙氣排熱造成的損失造成對環(huán)境的不利影響，盡管現(xiàn)代發(fā)電廠用靜電除塵器和袋式過濾器等措施來控制懸浮微粒污染?；鹩梅治鼋Y(jié)合環(huán)境影響與系統(tǒng)影響。因此，火用損的減少將對系統(tǒng)環(huán)境有很大益處。</p>&

65、lt;p>　　火用損或不可逆過程是熵產(chǎn)的功能。熵是“隨機(jī)的”或“混亂的”的系統(tǒng)衡量。有較少火用損或較低熵產(chǎn)的過程更加有序且有更高的潛力做好工作。火用分析幫助工程師和系統(tǒng)設(shè)計(jì)師查明哪些領(lǐng)域擁有最高的熵產(chǎn)。這使得設(shè)計(jì)人員專注于那些關(guān)鍵的領(lǐng)域，以減少熵產(chǎn)，從熱減少對系統(tǒng)環(huán)境和自然環(huán)境的影響。圖6的能量分析結(jié)果顯示提高燃燒過程效率和優(yōu)化循環(huán)應(yīng)著重于冷凝器。圖5的火用分析結(jié)果顯示，最大的不可逆轉(zhuǎn)過程發(fā)生在燃煤鍋爐中。因此，這些損失的減少將導(dǎo)

66、致煤耗量的減少并提高鍋爐中煤的利用率。</p><p>　　電廠，尤其是鍋爐會排放大量廢熱和固體微粒。熱量和微粒所造成的煙氣損失對環(huán)境也有不利影響。為實(shí)現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，我們不僅要利用可持續(xù)能源或可再生能源，而且要提高不可再生能源如煤的利用率，盡量減少對環(huán)境的損害。這將使得有限的資源得到最大程度的利用，使現(xiàn)有的資源保存更長時間。圖13顯示了可持續(xù)性指數(shù)的火用效率。在可持續(xù)發(fā)展指數(shù)（SI）的計(jì)算方法是：</p

67、><p><b>　?。?5）</b></p><p>　　其中，Dp指火用損或火用輸入</p><p>　　減少系統(tǒng)的不可逆火用損失可減少對環(huán)境的影響。表3和表4顯示火用分析的結(jié)果摘要。</p><p><b>　　表3 結(jié)論概括</b></p><p><b>　　

68、表4 火用的組成</b></p><p>　　表5 能源和火用效率的變化與參考溫度的關(guān)系</p><p><b>　　4．結(jié)論</b></p><p>　　熱電廠的第二定律分析已有文字記載及參數(shù)研究，討論各種參數(shù)如工作溫度和壓力對系統(tǒng)性能的影響。電廠的能量效率是發(fā)電機(jī)輸出總值的30.12%。電廠的系統(tǒng)火用效率是發(fā)電機(jī)輸出總值的25.

69、38%。最大火用損發(fā)生在鍋爐中，因此要提高電廠性能重在提高鍋爐性能，這將使電廠效率得到最大的提高。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] S.K. Som, A. Datta, Thermodynamic irreversibilities and exergy balance in combustion processes,

70、 Science Direct Progress in Energy and Combustion Science 34 (2008) 351–376.</p><p>　　[2] M.A. Rosen, Energy and exergy-based comparison of coal-fired and nuclear steam power plants, Exergy–International Jou

71、rnal 1 (3) (2001)180–192.</p><p>　　[3] M.A. Habib, S.M. Zubair, 2nd-law-based thermodynamic analysis of regenerative-reheat Rankine-cycle power plants, Energy, vol. 17, Pergamon Elsevier Science Ltd., 1992.

72、pp. 295-301.</p><p>　　[4] I. Dincer, H.A. Muslim, Thermodynamic analysis of reheat cycle steam power plants, International Journal of Energy Research 25 (2001) 727–739, doi:10.1002/er.717.</p><p&g

73、t;　　[5] S. Sengupta, A. Datta, S. Duttagupta, Exergy analysis of a coal-based 210MW thermal power plant, International Journal of Energy Research 31 (2007) 14–28.</p><p>　　[6] M.A. Rosen, I. Dincer, Exergoec

74、onomic analysis of power plants operating on various fuels, Applied Thermal Engineering 23 (2003) 643–658.</p><p>　　[7] H.Y. Kwak, D.J. Kim, J.S. Jeon, Exergetic and thermoeconomic analyses of power plants,

75、Energy 28 (2003) 343–360.</p><p>　　[8] M.A. Rosen, I. Dincer, On exergy and environmental impact, International Journal of Energy Research 21 (1997) 643–654.</p><p>　　[9] M.A. Rosen, I. Dincer,

76、M. Kanoglu, Role of exergy in increasing efficiency and sustainability and reducing environmental impact, Energy Policy 36 (2008) 128–137.</p><p>　　[10] M.J. Moran, H.N. Shapiro, Fundamentals of Engineering