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发电技术
热如何变成电——尤其是地热发电的方法
闪蒸得到工作介质
1atm(0.1MPa)100℃热水进入容器(闪蒸罐),该容器已被泵抽空气,降压至0.031MPa,则该热水有10%变成70℃蒸汽(0.031MPa)的水。
将70℃的0.031MPa的水蒸气引入到汽轮机或者螺杆机。
如果是地热蒸汽,则可以直接应用。
汽轮机中的过程
0.031MPa,70℃的水蒸气,经过喷嘴的变换,压力变小至0.009MPa,同时温度降至45℃,这个过程的结果是水蒸气自己放出热量,以该热量为代价,将水蒸气自己转化成了高速的气流。
高速气流冲动汽轮机的叶片,带动汽轮机的轴旋转,这种旋转就能够切割磁力线,于是发出电来。
汽轮机属于速度型向外做功的膨胀机。
螺杆机膨胀机中的过程
0.031MPa、70℃的水蒸汽,进入极低压力的螺杆机,逐级膨胀,体积逐级变大→该膨胀可以推动螺旋齿旋转,压力变小直至0.009MPa,同时温度降至45℃→最后以螺杆的旋转输出旋转机械功→此过程以水蒸气自己放出热量为代价而转换成螺杆的旋转。
轴旋转切割磁力线,于是发出电来。
螺杆机属于容积型向外做功的膨胀机。
*涡旋膨胀机原理图
亦属于体积膨胀型
*螺杆机膨胀机示意图
螺旋机
*内燃机活塞式
通过曲柄连杆,将活塞的往复直线运动,在外部转换成旋转运动。
该机械用于内燃机,地热或火力发电等外燃式不用。
*闪蒸发电系统原理图
下图为两级闪蒸
若为地热蒸汽,可省去闪蒸,直接将汽引入汽轮机。
若为温度较高的热水,采用两级闪蒸。
若热水温度不高,可采用一级闪蒸。
用第二工质的发电——双循环发电介绍
地热水温度低,比如100℃以下,则闪蒸汽压力已经低于常压1atm,这样,膨胀后的体积很大,汽轮机设备就很庞大。
R134a——四氟乙烷,若1atm,则-26.1℃即沸腾蒸发成气态
用1atm(0.1MPa),100℃的水去加热-26.1℃液态的R134a,水降温至70℃,R134a升温至60℃,升压至1.68MPa,并变成气态,此时,用R134a蒸汽去推动汽轮机,发电。设备可紧凑些。
低沸点工质双循环发电原理图
地热水的循环:生产井→通过蒸发器中管道,放热降温→回灌井
低沸点有机工质循环:
工质液体进入蒸发器→吸热,升温升压成气态→引入汽轮机,发电→进入冷凝器,重又被冷却成液体,循环使用。
冷凝作用
蒸汽在汽轮机中膨胀做功后,需要重新被冷却成液体,由于气态变成液体,体积大大变小,所以可以维持汽轮机中的低压,使做完功的气体排出,较高压力的新蒸汽不断地进入汽轮机,维持联系做功。
该冷凝带走的热量远大于有用的能够膨胀做功的热量,但又是不可避免的,否则就成了永动机了。
热泵与制冷过程简介
是上述膨胀发电的逆循环,即,用压缩机。
输入电力,推动压缩机工作,将工质蒸汽(比如0.1MPa,20℃)压缩,经此压缩后,升温升压(比如到0.3MPa,60℃)。
此60℃的蒸汽就可以向20℃的冷却水放热了。比如通过冷凝器,此60℃的蒸汽重又变成45℃、0.2MPa的液态。而冷却水由20℃变成了40℃,可以供热,此即为热泵的过程。
此25℃、0.2MPa的液态工质,经过膨胀,降压降温至-10℃、0.05MPa,就可以引入到10℃的库房,工质从库房的空气中吸热,蒸发,同时将库房的温度降到-5℃,此即为制冷空调的过程。
*热泵/制冷原理图
热泵与制冷实质是同一循环,是膨胀循环的逆循环——压缩循环。
膨胀是用过程的热通过机械向外做功发电,
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