שיטות לשיפור יעילות מעגל רנקין

תחנות כוח קיטור עדיין מהוות את השדרה של הייצור הכולל של אנרגיה חשמלית באסיה ובפסיפיק. לכן אפילו שיפור קטן בצורה של הגדלת היעילות יש לו השפעה עצומה על חיסכון בדלק וגם הפחתת פליטת גזי חממה.

לכן你不应该错过任何提高蒸汽动力循环效率的方法和手段。

任何改进或修改的背后想法都是提高发电厂的热效率。因此，热效率改进技术包括：

• 通过降低工作流体（蒸汽）在冷凝器中排出热量的平均温度。（降低冷凝器压力）

• 通过增加进入汽轮机的蒸汽温度

owering The Condenser Pressure

蒸汽离开涡轮机并以饱和混合物的形式进入冷凝器，与冷凝器中相应的蒸汽压力一致。降低冷凝器压力总是有助于在涡轮机中提供更多的净功，因为蒸汽在涡轮机中的膨胀更多是可能的。

借助T-s图，可以观察和理解降低冷凝器压力对循环性能的影响。

Positive Effects of Lowering the Condenser Pressure

为了充分利用更高的效率，Rankine Cycle 必须在低于大气压的压力下运行。但较低的冷凝器压力限制由该地区的冷却水温度对应的饱和压力定义。

从上面的T-s图中可以看出，彩色区域表示由于将冷凝器压力从P4 降低到 P4’ 所增加的净功输出。

Negative Effects of Lowering the Condenser Pressure

降低冷凝器压力的效果并非没有副作用。因此，以下是降低冷凝器压力的不利影响：

• 由于冷凝水再循环温度降低（降低冷凝器压力的效果），锅炉中额外的热量输入

• 随着冷凝器压力的降低，蒸汽在涡轮机最终膨胀阶段的含湿量增加的可能性增加。涡轮机后期阶段蒸汽干度分数的减少是不希望的，因为它会导致效率略微下降和涡轮机叶片的侵蚀。

Net Effects of Lowering the Condenser Pressure

总体净效应更倾向于积极的一面，因为在锅炉中增加的热量输入要求很小，但由于降低了冷凝器压力，净功输出增加更多。此外，涡轮机后期阶段的蒸汽干度分数不允许降至10-12％以下。

Super Heating The Steam to Higher Temperature

过热蒸汽是指在锅炉中保持恒定压力的情况下，向蒸汽传递热量以将其加热到更高温度的现象。

上图中的T-s图阴影区域清楚地显示了由于蒸汽过热温度增加而增加的净功（3-3’-4’-4）。

以能量形式的额外热量输入，在循环中作为功输出，即增加的工作输出超过了额外的热量输入和热量排放。由于蒸汽温度的增加，Rankine循环的热效率提高了。

Positive Effects of Increasing the Steam Temperature

提高蒸汽温度的一个理想效果是它不会使最后一阶段的蒸汽湿度百分比增加。这种效果可以从上面的T-s图（图2）中很容易地看到。

Negative Effects of Increasing the Steam Temperature

提高蒸汽温度会导致热量输入略有增加。蒸汽可以被过热并在发电循环中使用的限度与高温下的冶金性能和经济可行性有关。

目前，在超临界发电机组中，涡轮机入口处的蒸汽温度约为620oC。进一步提高蒸汽温度的决定只能在进行了冶金尽职调查和评估成本影响后才能慎重做出。

Net Effects of Increasing the Steam Temperature

从T-s图（图2）来看，温度升高的净效应更倾向于积极的一面，因为网络输出的增益超过了热量输入的增加和热量排放的轻微增加。因此，在评估可靠性和经济可行性后，提高蒸汽温度总是有益的。

Increasing Boiler Pressure With Sub Critical Parameters

另一种提高Rankine循环效率的方法是通过增加锅炉操作压力，从而与锅炉中沸腾发生的温度相关。这样，循环的热效率会增加。
通过T-s图，可以清楚地观察和理解锅炉压力增加对循环性能的影响。

由于锅炉压力增加，Rankine循环在T-s图上稍微向左移动，如图3所示，因此可以从中得出以下结论：

• 净功显著增加，如上图粉色阴影区域所示。

• 由于循环稍微向左移动，因此蒸汽在涡轮机中膨胀时的净功减少。（如上图3灰色阴影所示）。

• 减少了冷凝器中向冷却水的热排放。

因此，这些措施导致循环的热效率显著增加。

Increasing the Boiler Pressure with Super Critical Parameters

为了提高Rankine循环的热效率，当前使用的蒸汽发生器采用超临界压力。当蒸汽发生器的操作压力超过22.06Mpa时，称为超临界蒸汽发生器，电站称为超临界发电站。由于较高的操作压力，这些电站以其高效率著称。

Re-Heat Rankine Cycle

再热Rankine循环是为了在较高锅炉压力下利用更高的循环效率，而不牺牲涡轮机最后阶段的蒸汽湿度。

通过在两个阶段之间再热蒸汽，再热循环可以在不牺牲干度分数的情况下实现更高的循环效率。再热是在涡轮机最后阶段处理过多湿气的实际可行方法。

Theoretical Way of Reducing the Last Stage Moisture

理论上的一种方法是在蒸汽进入涡轮机之前将其过热到更高的温度，但有一个上限，超过620oC时，处理高温蒸汽的冶金限制阻止其进一步增加。印度运行的超临界电厂的入口蒸汽温度约为593oC。

Modified Rankine Cycle

成功减少大型涡轮机（200 MW及以上）最后阶段湿度的实际方法是稍微修改简单的Rankine循环，采用再热循环，如下图5所示：

Re-Heat Cycle Differs from Rankine Cycle in Following Aspects