火电厂基本热力循环（朗肯循环）的热效率解析

火电厂采用的基本热力循环为朗肯循环，热功转换都是在此循环基础上进行的。朗肯循环也是最简单的蒸汽动力循环。由热力学知识可知，同温限理想循环以卡诺循环的热效率最高。卡诺循环是由两个定温过程及两个绝热过程组成的，见图1-1（b）中5-6-7-8-5。在电厂实际的蒸汽动力装置中不便采用卡诺循环，其主要原因是：首先，在压缩机中，绝热过程8-5难以实现，因状态8是湿饱和蒸汽，压缩过程中压缩机工作不稳定，同时，状态8的比体积比水的比体积大得多，需用比水泵大得多的压缩机，耗能很大；其次，循环局限于饱和区，上限温度受制于临界温度（374℃），故即使实现卡诺循环，其热效率也不高；再次，蒸汽膨胀终了湿度过大，不利于热机安全。

图1-1　朗肯循环

（a）朗肯循环热力系统示意图；（b）朗肯循环的T-s图
Ⅰ—锅炉；Ⅱ—汽轮机；Ⅲ—凝汽器；Ⅳ—凝结水泵；V—发电机

朗肯循环组成如图1-1所示，燃料在炉膛中燃烧释放热量；经给水在锅炉受热面中定压吸热，成为饱和蒸汽；饱和蒸汽在过热器中定压吸热成为过热蒸汽，即过程4-5-6-1。过热蒸汽在汽轮机内绝热膨胀做功，即过程1-2。从汽轮机排出的做过功的乏汽在凝汽器内定压凝结，向冷却水放热，即过程2-3，它既是定压过程，也是定温过程。凝汽器内压力为4～5kPa，其相应的饱和温度为28.95～32.88℃，仅稍高于环境温度。3-4为凝结水经给水泵的绝热压缩过程，压力升高后的水再次进入锅炉进行循环。

朗肯循环的热效率ηt由前面热效率的定义可知，应为理想循环做功量与循环的吸热量之比，即

式中　wt——理想循环做功量，kJ/kg；

q1——理想循环吸热量，kJ/kg；

q2——理想循环放热量，kJ/kg；

——理想循环的平均吸热、放热温度，K。

wt一般采用式（1-2）进行计算：

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式中　h0——新蒸汽进入汽轮机的初焓值，kJ/kg；

hca——蒸汽在汽轮机中等熵膨胀后的排汽焓值，kJ/kg；

——锅炉给水焓值，kJ/kg；

——凝结水焓值，kJ/kg；

h0-hca——1kg蒸汽在汽轮机中进行等熵膨胀所做的功，kJ/kg；

-——1kg凝结水通过给水泵时所消耗的功，kJ/kg。

因q1=h0-，故

由于水的压缩性很小，当蒸汽初压力不高时（一般情况下，p0＜10MPa时），给水泵的耗功和给水在给水泵中的焓升可以忽略不计。此时，式（1-3）可以简化为

但当初压力很高时，给水泵耗功约占汽轮机做功的2%。粗略的计算中，仍可将给水泵耗功忽略不计，但在较精确的计算时，即使初压力不高，也不应忽略给水泵耗功。

可见，理想循环的热效率反映了理想循环冷源损失的大小，冷源损失越大，循环效率也就越低。要想提高循环热效率，就要降低冷源损失。目前的技术条件下，朗肯循环的热效率为40%～45%。