浅析热电转换效率

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1、万方数据浅析热电转换效率①刘广林(华北电力大学可再生能源学院北京102206)动力与电气工程摘要：火力发电是电力的主要来潭，其中热电转化效丰是其能濠利用丰的一个重要衡量标准。卡诺循环和jF肯循环描述了其基本过程，对提高其效率有重要指导意叉。随着环境问题和化石镌漂的不可再生性等同意的出现，节能

2、c肆和可再生能泺利用日益被人们注重，也成为一种发展趋势。关键词：能泺环境保护节能减摊中图分类号：X24文献标识码：A文章编号：1672—379l(2013)07(b)一0124—02能源是人类社会存在与发展的物质基础，近200年来，人类社会快速的发展与煤石油天然气等化石燃料的的使用是分不开

3、的。然而，人们在物质生活和精神生活得到不断提高的同时，也越来越感觉到大量使用化石燃料所带来的严重后果：资源日益枯竭，环境的不断恶化甚至还诱发了不少国与国之间，地区之间的政治经济纠纷，甚至是冲突和战争。在我国的能源消耗中，一次能源占到95％，工业化国家的实践表明：随电力需求的增大，一次能源的消耗减少t单位国民生产总值(GDP)消耗电能的比例越大，一次能源的消耗越少，温室气体的排放和其他污染物的排放也减少。商品能源的供应中70％是煤炭，这也使的酸雨形成，颗粒物排放，固体废气物排放及CO，增多，严重影响了我国经济的发展进程。节能减排是当今世界的一大主题，大幅度地提高热功转换效率是节能

4、减排重要技术措施。节能是被认为既石油、煤炭、水、核能之后的第五种能源，其种类多，如中低温工业余热、太阳能、地热能及生物质利用技术等。低品位能源长期处于浪费或闲置状态，如绝大部分工业过程以热的形式消耗大量的能量，使用效率底，以余热排放到环境中的能量占工业总能耗50％左右。1理论分析卡诺提出了一个普遍的命题：。热的动力与用于实现动力的工作物质无关；动力的量唯一地取决于热质在其间转移的两物体的温度。”热力学第二定律的发现与提高热机效率的研究有密切关系。热机的热效率：热机工作部分中转变为机械功的热量和工质从发热器得到的热量的比⋯21。如果用玎．表示热效率，则有11。=W／Q．=(Q1-

5、-Q2)／Q，=卜Ql／Q2(1)从式中很明显地看出，若Q，越大，Q'越小，则热效率，7越高，这是热机效率中的主要部分，它表明了热机中热量的利用程度。热机的机械效率是指推动机轴做功所需的热量和热机工作过程中转变为机械功的热量的比，如果用口。表示，则有rl。=QJ(Qt-Q2)(2)对于具有再热的Rankine循环，循环功应为工质在二级蒸汽机中绝热膨胀功之和，循环过程中接受的热量应为工质在锅炉和再热器中吸收的热量之和。对于由压气机、燃烧室和燃气轮机构成的动力学装置循环，设空气为理想气体，热容量为常数，则压气机的压缩功为：啊：=cD(1一L)(3)式中：r．，L分别为压缩机进、处口

6、温度。燃气轮机的膨胀功为：％=cp(L一‘)(4)式中：L，L分别为燃气轮机进、处口温度。燃烧室的加热量为：Q2。=cp(‘一t)(5)式中：L，L分别为燃烧室进、处口温度。循环热效率为：叩=警小措㈣如五一瓦⋯7若采用回热后，其循环热效率为：，7=14。争等(7)由此计算得知：假如高温端工质绝对温度在1000K(727"12)、低温端(环境)绝对温度在300K(30℃)时，热机的最大热功转换效率是70％。2应用分析奥托热循环的理论热功转换效率是60％，经过100多年为什么的努力而现代日益完善的内燃机热循环的效率突破不了30％?曲柄一连杆内燃机的奥托热循环的理论热功转换效率就是3

7、0％，散热量占30％，尾气排放40％。减少散热量，不能提高热功转换效率，只能增加尾气排放的热能，同时增加了气缸内的温度，使得气缸和活塞摩擦损耗增加。利用煤、石油和天然气等化石燃料所含能量发电的方式统称为火力发电。在我国，电力生产主要以燃煤火力发电为主，由于燃煤发电的直接污染较大，特别是SO，、NO。的排放。一般的火力发电厂燃烧煤炭后，只产生一种产品，就是电。在发电过程中，大量的热能被循环水带走，白白地排放到大气中。火电厂的能源利用率仅为35％左右。而热电厂则是在发电过程中将一部分热能通过热力管道输送到千家万户，因而同样燃烧同样数量、同样品质的煤炭，热电厂不仅可以提供电能，还能提

8、供工业生产用的蒸汽和住宅暖气用的热水。热电厂的热效率一般都在45％以上。烧煤粉的蒸气循环发电技术经历了近百年历史，成为本世纪世界煤电站主要技术，工业发达国家多以亚临界或超临界的30～130MW再热机组为主．亚临界机组供电效率为33％一37％，超临界机组开发40余年，最大单机容量l30万MW，最大效率为43％．而超临界燃煤技术可以提高煤的使用率，减少污染物的排放，一般亚临界状态的效率为36～38％，而超临界可以提高lO％，而我国目前多数燃煤电站能耗高。污染严重。20世纪90年代以前，我国建设的