卡琳娜動力循環(huán)技術(shù)簡述

卡琳娜（Kalina）動力循環(huán)技術(shù)簡介卡琳娜循環(huán)：一種利用氨和水混合物作為工作介質(zhì)的新穎、高效的動力循環(huán)系統(tǒng)?？漳妊h(huán)電廠可以向諸如溫度為300-400°F（149—204°C）的地?zé)岬湍芗墴嵩刺峁┬时惹罢吒叱?0%的循環(huán)效率。對諸如直燃式鍋爐和燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠中的燃氣輪機廢氣等高溫?zé)嵩?，循環(huán)效率約可提高20%。原則上，卡琳娜循環(huán)是在朗肯循環(huán)基礎(chǔ)上的一種“改進”。這種重大的改進體現(xiàn)在對朗肯循環(huán)的循環(huán)過程的改變一-將“純”的循環(huán)介質(zhì)（通常為水）變成了氨同水的“混合物”這種從朗肯循環(huán)至卡琳娜循環(huán)的改進包含了專門的系統(tǒng)設(shè)計,該設(shè)計能最大程度的體現(xiàn)了氨水混合物的優(yōu)點，在系統(tǒng)設(shè)計上也有諸如再熱、再生式加熱、超臨界壓力、雙壓設(shè)計等多種選擇.在具體的電廠設(shè)計中，可將上述選擇進行不同的組合使用.朗肯循環(huán)（目前最常見的蒸汽動力循環(huán)）在朗肯循環(huán)中，水在鍋爐（或余熱鍋爐）中被加熱，產(chǎn)生高溫和高壓蒸汽。該蒸汽流過汽輪機時急劇膨脹后冷卻至低溫、低壓的尾氣，該汽輪機驅(qū)動一臺發(fā)電機發(fā)出電力。從汽輪機排出的尾氣被具有環(huán)境溫度的空氣，或被來自冷卻水池或冷卻塔中的冷卻水冷卻成水。我們把這種具有環(huán)境溫度的空氣，或冷卻水池稱之為熱井。凝結(jié)水接著被泵入鍋爐重復(fù)上述過程。這種簡單的朗肯循環(huán)框圖如圖一所示。過熱蒸汽甲m1用肯值環(huán)電廠循環(huán)茴圖中朗肯循環(huán)電廠的效率較差，即使是容量最大、采用朗肯循環(huán)的最新型的燃煤電廠，一般來說其循環(huán)效率都超不過35%（譯者注:目前國內(nèi)亞臨界參數(shù)燃煤電廠的循環(huán)效率已達38%,超臨界和超超臨界參數(shù)的燃煤電廠的循環(huán)效率分別可達40和43%左右），也就是說燃料燃燒產(chǎn)生的總熱量中僅有35%被轉(zhuǎn)換成了熱能.這65%的能量損失是由于一系列的原因造成的。其中約15%的能量損失是由于燃料中的水分、爐墻的熱輻射、排煙損失和自耗電所造成的。對另外的50%進行分析。基本上，這一損失的能量都蘊藏在汽輪機的排氣中。盡管這股蒸汽中蘊藏著巨大的能量，但是因為它們的溫度和壓力較低。這部分熱量主要通過循環(huán)冷卻水帶走。在汽輪機的排氣側(cè)，存在著一個基本上是恒溫的熱井，它被水或空氣這些無限的冷卻介質(zhì)冷卻。這些冷卻介質(zhì)隨著從汽輪機排氣端的蒸汽吸熱，溫度升高。反過來，蒸汽被冷凝時也是在恒溫條件下完成的。F'°C*JR'K，圖4B+J1500+J.-rsiev1CD0+J--服

(-18X有限熱源/金屬工作溫度限制中水泉能貌卜F'°C*JR'K，圖4B+J1500+J.-rsiev1CD0+J--服

(-18X有限熱源/金屬工作溫度限制中水泉能貌卜理沱作功P、汽輪機內(nèi)膨脹*過熱口蒸岌+J[111.1X結(jié)構(gòu)損失*150眼最高蒸汽溫度#冷凝渥度P熱井4-wwh* 絕對孝度+j溫度禍X1E4結(jié)構(gòu)損失+圖4為一幅更加精確的朗肯循環(huán)過程圖。圖4A中的面積表示了在給定熱源和熱井條件下系統(tǒng)可能作的功。而圖4B則表示了該朗肯循環(huán)實際作功的能力。朗肯循環(huán)實際作功幾乎只有可能作功的一半。氨一水混合物氨一水混合物物理特性既不同于純水，又不同于純氨。這兩種工質(zhì)混合物的物理特性就像是一種全新的物質(zhì)。它有下面四種基本特點：首先，氨一水混合物的沸點和凝結(jié)點溫度是不固定的.反之，純水和純氨的沸點和凝結(jié)溫度是固定的.其次，氨一水混合物的熱物理特性能隨氨濃度的改變而改變。反之，純水和純氨的物理特性卻是固定不變的.第三，氨-水混合物有一個在熱容量的不變化的情況下，混合物的溫度會升高或降低的熱物理特性。若沒有能量的變化，純水和純氨的溫度是不會改變的。最后一個差別并非基本特性真正的變化，但是確實是流體特性的重要改變，即冰點溫度.純水的冰點溫度為相對較高的32°F（0°C），而純氨卻為-108°F（-78°C）。氨-水混合物溶液的冰點溫度非常低?？漳妊h(huán)的基本出發(fā)點是在任何給定的壓力條件下，氨一水混合物的沸騰或凝結(jié)都是在“變溫”條件下完成的。這和水這類純工質(zhì)在“恒定的”溫度條件下沸騰/凝結(jié)是截然不同的.相對于水來說，氨的沸騰和凝結(jié)溫度要低得多。所以，當(dāng)氨和水相混合后，氨更容易從這二者的混合物中揮發(fā)出來。這意味著當(dāng)氨-水混合物被加熱時，大部分的氨會先沸騰并揮發(fā)出來.反過來，當(dāng)氨-水混合物蒸汽被冷卻時，大部分的水分會首先凝結(jié)出了。這種獨一無二的特點在圖5相變圖中被表達。該圖是當(dāng)壓力為0.552MPa時,氨-水混合物中氨濃度和對應(yīng)的溫度之間的關(guān)系。(每一個相變圖都是在某一個特定壓力條件下繪制的)。B5D 1-口算-58iiiiiiIII '~r眼1眼IM3眼5眼8。時70+J 92［。眼氨-嗯是含物中氯的重量百彼比"圖5氨-水混合物相圖4位于312°F(156°C)的點1是純水的飽和溫度。當(dāng)壓力為80psig(552KPa)時，純水會沸騰，水蒸汽會凝結(jié)。類似的情況發(fā)生在點2,該點是純氨的溫度為44.4°F(6.9°C)，壓力為80psig(552KPa)時的飽和溫度點。底下的曲線代表了飽和液態(tài)，或不同濃度氨-水混合物的沸點。這時，氨一水混合物被加熱，蒸發(fā)過程開始發(fā)生，或氨-水混合物被冷卻時，完全凝結(jié)開始發(fā)生.相變圖能為在卡琳娜循環(huán)中采用的、具有過冷度的、含液氨量為70%的氨-水混合物的蒸發(fā)和凝結(jié)過程提供許多信息.如圖中工作點3所示，當(dāng)該混合物被加熱時，它在溫度為70°F（21°C）時開始蒸發(fā)，若繼續(xù)受熱，隨著溫度的升高，更多的混合物蒸發(fā)，其中大部分的氨首先蒸發(fā)。變化著的沸點溫度如前所述，電廠中向工質(zhì)提供熱量的熱源是有限的。因此，隨著向工質(zhì)釋放熱量，熱源的溫度會下降。由于沸點溫度變化，在逆流式熱交換器中氨一水混合物溫度的上升曲線會更靠近有限熱源溫度下降的直線。變化的凝結(jié)溫度在朗肯循環(huán)中的水蒸汽和在卡琳娜