[科普中国]-热电循环

产生背景

现代蒸汽动力厂循环，即使采用了超高蒸汽参数，回热、再热等措施，其热效率仍不超过40%。也就是说，燃料燃烧时释放出的热能中有大部分没有得到利用，其中通过凝汽器冷却水带走而排放到大气中去的能量占总能量的50%以上。这部分热能虽然数量很大，但因温度不高（例如排气压力为4 kPa时，其饱和温度仅有29℃）以致难以利用。所以普通的火力发电厂都将这些热量作为“废热”随大量的冷却水丢弃了。与此同时，厂矿企业常常需要压力为1.3 MPa以下的生产用汽，房屋采暖和生活用热常常要用0.35 MPa以下的蒸汽作为热源。1

定义利用发电厂中做了一定数量功的蒸汽作供热热源，可大大提高燃料利用率，这种既发电又供热的电厂叫做热电厂。热电厂这种既发电又供热的动力循环称为热电循环。为了供热，热电厂需装设背压式或调节抽气式汽轮机，因此相应的有两种热电循环。1

背压式热电循环背压式汽轮机排汽压力高于大气压力的汽轮机称为背压式汽轮机。这种系统没有凝汽器，蒸汽在汽轮机内做功后仍具有一定的压力，通过管路送给热用户做为热源，放热后，全部或部分凝结水再回到热电厂。1

缺点由于提高了汽轮机的排汽压力，蒸汽中用于做功（发电）的热能相应减少，所以背压式热电循环的循环热效率比单纯供电的凝汽式朗肯循环有所降低。另一方面，供热与供电互相牵制，难以同时单独满足用户对于热能和电能的需要。1

优点背压式热电循环的热能利用率高，而且不需要凝汽器，使设备简化。由于热电循环中乏汽的热量得到了利用，所以从总的经济效果来看，热电循环要比简单的朗肯循环优越的多。1

经济指标为了全面地评价热电厂的经济性，除了循环热效率外，常引用热能利用率K这样一个经济指标，即所利用的能量与外热源提供的总能量的比值。1

如果不考虑动力装置及管路等的热损失，背压式热电循环的热能利用率为，可知背压式热电循环的热能利用率很高，实际上由于热负荷和电负荷不能完全配合和存在各种损失，K值为0.65~0.7。1

调节抽气式热电循环背景背压式热电循环的热能利用率高，但此种循环有一个很大的缺点，就是供热与供电互相牵制，难以同时单独满足用户对于热能和电能的需要。为了解决这个矛盾，热电厂常采用调节抽气式汽轮机。1

原理调节抽气式热电循环是利用汽轮机中间抽汽来供热的。蒸汽在调节抽汽式汽轮机中膨胀至一定压力时，被抽出一部分送给热用户；其余蒸汽则经过调节阀继续在汽轮机内膨胀做功，乏汽进入凝汽器。凝结水由水泵送入混合器，然后与来自热用户的回水一起送入锅炉。1

主要优点这种热电循环的主要优点是能自动调节热电出力，保证供气量和供气参数，从而可以较好地满足用户对热、电负荷的不同要求。1

热能利用率通过汽轮机高压段及热用户的那部分蒸汽实质是进行了一个背压式热电循环，热能利用率K=1通过凝汽器的那部分蒸汽则进行了普通的朗肯循环。所以，就整个调节抽气式热电循环而言，其热能利用率介于背压式热电循环和普通朗肯循环之间。1

这里需要指出的是，机械能和热能二者是不等价的，即使两个循环的K相同，热经济性也不一定相同。所以，同时用K和来衡量热电循环的经济性才比较全面。1