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为什么水是提高火力发电效率的“拦路虎”?

火力发电的原理和过程是燃料的化学能经锅炉燃烧转化为热能,热能通过水媒介对汽轮机做功转换为机械能,机械能再经发电机转换为电能。从表面上看,只要使燃料充分燃烧,将化学能完全转换为热能,再设法减少锅炉、汽轮机、发电机和管道系统等能量损耗,就能保持火力发电的高效率。实际上,火力发电过程中,燃料所蕴藏的能量只有一部分转化为热能,而热能转换为电能的效率一般也只是在40%左右。

为什么火力发电的效率上不去呢?在诸多原因中,水可谓是最大的“拦路虎”。

在火力发电过程中,热能经水媒介,确切地讲是水蒸气的压力对汽轮机做功转换为机械能。水蒸气压力的高低直接关系到火力发电的效率。可是,并不是水蒸气压力越高,火力发电效率也越高。生活常识告诉我们,在1个大气压力下,温度达到100℃时,水才会烧开变成蒸汽。低于这个温度,水就不会沸腾,也不会从液态变为气态。这就是说,水能否沸腾变成蒸汽,依赖于压力温度之间的关系,这就是水的相图。科学家发现,水蒸气压力越高,其温度相应地也越高,否则就会凝聚成水。但是温度越高,热的辐射、热的传导和水蒸气排气等热损失也越多,高温水蒸气就意味着有更多的热能流失,热能转电能的效率就会降低。为了使更多的热能转换成机械能,提高火力发电效率,一方面要提高水蒸气的压力,另一方面要控制水蒸气的温度,使其不致太高而损失热能,也不至于过低而凝聚成水。

所以,火力发电时不能一味追求高温高压,而是要尽量使水在蒸发的临界状态,这时压力高,温度低,火力发电效率最高。