朗肯循环电厂流程
全世界几乎所有的电力,都从同样四台设备组成的闭合回路开始。跟着工作流体走一圈:给水泵把它压进锅炉,火焰把它变成高压蒸汽,汽轮机从它身上旋出电力,凝汽器再把它冷却成水,周而复始。
全世界几乎所有的电力,都从同样四台设备组成的闭合回路开始。跟着工作流体走一圈:给水泵把它压进锅炉,火焰把它变成高压蒸汽,汽轮机从它身上旋出电力,凝汽器再把它冷却成水,周而复始。
朗肯循环是支撑全球大部分电力的实用热机循环。工作流体——几乎总是水——在给水泵、锅炉、汽轮机、凝汽器四个部件之间往复流动,反复沸腾成汽、又凝结成水。它就是你或许听说过的理想卡诺循环在现实中的落地版本。
从燃煤、燃气电厂到核电站和聚光太阳能塔,同样的回路一遍遍出现,变的只是热源。理解它,就能明白为什么每座电厂都有一对冷却塔、为什么效率远达不到 100%,以及为什么整套系统本质上就是一台外接锅炉的热机。
从凝汽器出来的液态水又冷又低压。给水泵把它加压到锅炉所需的高压,做好吸热的准备。泵送液体所需能量很少,这正是整个循环能够实用的关键。
在锅炉里,加压的水被加热到沸腾。燃料燃烧(或核能、太阳能)带来的能量把水变成高温高压蒸汽,充满了能量,等着循环把它变成功。
高压蒸汽在汽轮机中膨胀,推动叶片、带动主轴旋转。这台主轴驱动发电机,产生电力。蒸汽做功的同时膨胀、降温、压力逐渐降低。
低压排汽离开汽轮机,流经凝汽器里的冷却管。冷却水把剩余热量带走——这正是电厂冷却塔上方那团白色水汽的来源——蒸汽也随之凝结回液态水。
此时的水又可以再次被泵送到锅炉,循环重新开始。这是真正的闭合回路:同一份水一圈圈地循环,而热量不断从热端进入、从冷端排出。
它是真实蒸汽电厂运行的循环:工作流体依次经过给水泵、锅炉、汽轮机、凝汽器四个部件,反复沸腾与凝结。它是支撑绝大多数发电的实用热机循环。
水便宜、安全、易处理,把它变成高压蒸汽能让循环吸收和释放大量能量。液变汽的相变每公斤携带的能量远多于单纯把气体加热,所以蒸汽被几乎所有电厂采用。
把排汽凝结成水,能把它降到远低于大气压的压力,从而让汽轮机多做出多得多的功;同时还能回收水,让同一份流体反复绕回路循环使用。
卡诺循环是理想循环,但慢得无法实用。朗肯循环保留了同样的思路——热时吸热、冷时放热——只是用沸腾和凝结来吸放热,并以可用的速率运行,从而发出真实的功率。
通常在 33% 到 45% 左右,取决于蒸汽的温度与压力。它永远达不到 100%,因为总有一部分热量必须在凝汽器中排掉——这正是热力学第二定律在现实中的体现。