熱能與動力工程文獻翻譯--熱電廠發(fā)展的趨勢(節(jié)選）

外文翻譯原文 外文翻譯原文 中文 3418字 外文翻譯原文 外文翻譯原文 外文翻譯原文 外文翻譯原文 外文翻譯原文 外文翻譯譯文 熱電廠發(fā)展的趨勢 摘要 熱電廠是人類環(huán)境的主要污染源，其燃燒的化石燃料能產(chǎn)生二氧化碳并釋放到大氣中。而正是這種氣體產(chǎn)生溫室效應(yīng)造成全球變暖。對于這個問題根本的解決方法是通過節(jié)約能源減少燃料燃燒進而減少二氧化碳的排放。這種方法從經(jīng)濟上和生態(tài)上都是合理的，最理想的方法是完全禁止化石燃料的燃燒，如煤，石油產(chǎn)品以及其他自然界的有機物。本研究試圖概括出熱電廠減少能源消耗進而減少溫室氣體 的排放的方法，其中一種是改變工作介質(zhì)的熱力學(xué)特性。如果我們能改變傳統(tǒng)的工作介質(zhì)的話，這種方法是可能的，如：水或者其他不同熱力學(xué)特性的工作介質(zhì)。本文詳細(xì)介紹了幾種技術(shù)來解決這一問題，如 Kalina循環(huán)，水壓永磁發(fā)電機共振來修飾水的特性，使水在熱電廠熱循環(huán)的沸點低于環(huán)境的沸點。 引言 人類文明和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展史總是與能源消耗的增長密切聯(lián)系。熱能工程發(fā)展和電力產(chǎn)生的增多的直接結(jié)果是能源燃料的消耗的增多。消耗煤石油天然氣來發(fā)電，同時消耗了大氣中約 1%的氧氣，并產(chǎn)生二氧化硫氮氧化物和二氧化碳從而加重了溫室效應(yīng)?，F(xiàn)在我 們來看看 2002年美國會計學(xué)會發(fā)布的資料。美國的發(fā)電廠從 1972開始排放至 2000年，排放了 59%的二氧化硫， 47%的氮氧化物， 42%的二氧化碳，卻只產(chǎn)生了總電力的 42%。讓我們通過簡單的計算比較新舊熱電廠氣體排放從而估計他們的實際單位效能。首先我們要建立一個簡單的邏輯：如果舊電廠產(chǎn)生 42%的電量，那么新電廠產(chǎn)生了 58%；如果舊電廠排放了 59%的二氧化硫到大氣中，則新電廠 41%，其他氣體以此類推。那么每產(chǎn)生1%的電力就會產(chǎn)生 1.405%的二氧化硫及其他氣體。下表列出了氣體排放與電力產(chǎn)生比的表格。新電廠二氧化 硫和氮氧化物排放少于舊電廠，更值得比較的是，二氧化碳這種產(chǎn)生熱能的氣體。因為含碳燃料氧化燃燒后都會生成二氧化碳。這說明了為什么過去 30年內(nèi)找不到減少二氧化碳排放的根本方法，而二氧化碳是造成地球溫室效應(yīng)和全球變暖主要原因。 1.通過改變工作介質(zhì)熱力學(xué)熱性來提高熱電廠的效率 效率就是熱電廠產(chǎn)生的熱能 W比上燃料產(chǎn)生的總能量。因此，熱電廠如用化石燃料做能源的電廠效率的提高可采用兩種方式： 1在不改變能源消耗的前提下提高電能和熱能的產(chǎn)生，可以在熱電廠安裝燃?xì)鉁u輪來繼續(xù)利用排放氣體的熱量。 2.在產(chǎn)生同樣熱量的情況下減少 燃料消耗。另外一種方法是通過改變工作介質(zhì)的熱力學(xué)特性來提升效率。這種方法的理論分析在文章 3中舉出。這種方法的生態(tài)學(xué)和天然的局限在文章 4中有表述。在本文中，我們只簡要的敘述基 線 調(diào)查和獲得的結(jié)果。 改變傳統(tǒng)工作介質(zhì)的熱力學(xué)特性 從現(xiàn)有技術(shù)來看，提高熱電廠效率最簡單外文翻譯原文 的方式 是采用水壓共振永磁發(fā)電機改變工作介質(zhì) 水的熱力學(xué)特性。這種方法的物理學(xué)本質(zhì)是引發(fā)水的二級相變，這個過程的特性是在轉(zhuǎn)變點水的所有特性發(fā)生改變。另外此過程中，汽化熱和熱容量可能會發(fā)生改變。實現(xiàn)這種方法技術(shù)上簡單不需要重新設(shè)計熱電廠，這意味著 這種方法可用于任一熱電廠，無論新舊。換句話說，這種方法可在最短時間內(nèi)提高熱電廠的生態(tài)指標(biāo)，特別是減少二氧化碳的排放。這種方法要求選擇合適的位置固定所需的裝置，并精確的調(diào)整共振頻率由此使汽化熱或熱容量降低。不幸的是，水的熱容量降低時其汽化熱升高而反之亦然。計算結(jié)果顯示，通過使用這種方法，能提高熱電廠 10%的效率。這意味著能減少 29%的燃料消耗，減少固體和氣體廢物 29%的排放，減少廢熱排放 52%。 采用復(fù)合工作介質(zhì) 在九十年代初美國百萬瓦級的發(fā)電站開始應(yīng)用著名的A.Kalina循環(huán)來提升熱電站的效率。這種循環(huán)使 用化學(xué)物如氨，單乙基苯胺，二乙胺等的水溶液作為工作介質(zhì)，如氨溶解于水后，形成的溶液熱容量要低于純水。同時 ， 每分子氨溶解于一升水要釋放出 8.28千卡的熱量，這些熱量恰好能使一千克 14%的氨水加熱到 100攝氏度。因此，溶解過程釋放的熱量可以儲存起來，而將一升水從 30攝氏度加熱至 100攝氏度需要 70千卡熱量或者相當(dāng)于燃燒 0。01千克燃料的熱量。對此循環(huán)的理解如下：在給水到達(dá)蒸汽發(fā)生器前加入氨。由于溶解過程釋放的熱量并降低溶解液的熱容量，這樣它被加熱到沸騰就比純水需要更少的燃料。然后蒸汽與氨氣分開，分別凝結(jié)，在進入 蒸汽發(fā)生器前重新混合到一起。在化學(xué)工業(yè)中，分離水與氨氣的過程廣泛應(yīng)用于 solve法生產(chǎn)蘇打的生產(chǎn)流程中。使用 Kilina循環(huán)電廠的成功證明了此法可以減少 20%的能源消耗，提高 10%的效率。對比 MHD共振法循環(huán)法的缺點是在已使用 Rankin循環(huán)建造的電廠不能應(yīng)用此法。 替換傳統(tǒng)的工作介質(zhì) ， 讓我們來詳細(xì)看一下采用環(huán)境中的熱量來發(fā)電的技術(shù)，這種方法被認(rèn)為最有希望的減少燃料消耗的方式。首先我們來回顧一下一些物理的和物理化學(xué)基本公理，這些是這種技術(shù)的基礎(chǔ)。公理 1，在理想狀態(tài)下，所有氣體 1k摩爾的體積是 22.414立方米。公理 2，氣化和凝結(jié)屬于一相轉(zhuǎn)變的過程。一相轉(zhuǎn)變的特點是在轉(zhuǎn)變點物質(zhì)的聚集狀態(tài)被改變。無論從凝集態(tài)到氣態(tài)或者相反，物質(zhì)的體積發(fā)生突變，這是所有物質(zhì)的一般趨勢。 1k摩爾的任意液態(tài)物質(zhì)在常壓溫度為其沸點是體積為公式二，分子是氣體的重量分母是其沸點時的物質(zhì)密度， 1k摩爾的任意氣體在理想狀態(tài)下 體積為 22.414.讓我們看一下參考資料的數(shù)據(jù)。理想條件下 1k摩爾液態(tài)水的體積是 0.018立方米，氣態(tài) 22.414立方米，大了 1245倍，氮氣氣態(tài)比液態(tài)大了 640倍，二氧化碳大了 561倍，丙烷大了 294倍。公理 3 從理想狀態(tài)下氣體體積公式得出公式 6，將公式 5帶入公式6可得出公式 7，當(dāng) 1k摩爾液體氣化時，氣體在狹小空間內(nèi)被突然加熱，其壓力的上升也會導(dǎo)致溫度的上升。在蒸汽超加熱機實現(xiàn)的此技術(shù)步驟使獲得充足成為外文翻譯原文 可能。公理 4 渦輪被氣流驅(qū)動其動能為公式 9，此公式是唯一的且適用于任意運動的物體。氣體的密度其單位體積的 質(zhì)量，但氣體的密度也與其可壓縮性有關(guān)，也就是說壓力也會影響密度。公理 5 目前來看氣體儲存的潛在能量是由蒸汽加熱器和凝集器的壓力差決定的，這個壓力取決于氣體的完整性，即一相轉(zhuǎn)變氣體到液體狀態(tài)的完整性。眾所周知，在 Rakine循環(huán)中，水在蒸汽發(fā)生器沸騰后會造成壓力上升。產(chǎn)生的蒸汽在超加熱器上又加熱造成其壓力仍然很高?？紤]到渦輪中蒸汽處于凝集態(tài)，這會造成壓力降低至真空狀態(tài)。這樣產(chǎn)生的壓力差會使蒸汽以巨大的速度從高壓區(qū)域流向低壓區(qū)域。這樣的過程會在任意物體發(fā)生一相轉(zhuǎn)變是發(fā)生，使其在氣體與液體狀態(tài)間轉(zhuǎn)變。從提升熱電廠 的效率和其生態(tài)指標(biāo)的方面考慮，工作循環(huán)中使用低沸點的物質(zhì)如氫氣氦氣氮氣氧氣氖二氧化碳等氣體更有前途。這些氣體的沸點很低，這意味著不需燃料來供給氣體發(fā)生器，在這些物質(zhì)發(fā)生一相轉(zhuǎn)變的裝置內(nèi)液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)，這樣環(huán)境的熱能即可作為加熱源。例如，氮氣的沸點在零下 196攝氏度或 77開。試想一下如果使用氮氣來取代水來發(fā)電能取代節(jié)約多少燃料 ,來自環(huán)境中的熱量即可使液氮沸騰，而經(jīng)過燃燒傳統(tǒng)碳?xì)淙剂铣訜岷罂色@得更高的壓力值。我們假設(shè)使用 Rankine循環(huán)并采用水作為工作介質(zhì)的熱電廠的效率為 41%，運行中，熱電廠消耗 0.405k傳統(tǒng)燃料可產(chǎn)生 1kw電力。假設(shè)這樣的燃料消耗率，進入渦輪的蒸汽壓力的上升會部分造成水焓，蒸發(fā)熱等的上升?，F(xiàn)在，我們試想把水換成氮氣，蒸汽是三原子氣體熱容為 4R，則氮氣是雙原子氣體熱容為 3.5R。把蒸汽從 30攝氏度加熱刀 30攝氏度需要 894千焦每千克，而氮氣只需 782千焦每千克。正如公理 2闡述的，水蒸發(fā)后體積大了 1245倍，而氮氣只增加 640倍。為了計算方便，我們假定 Rankine循環(huán)中的氮氣質(zhì)量與水相比為原來兩倍。用這種方式， Rankine循環(huán)中用氮氣取代水，并采用碳?xì)淙剂鲜沟獨饧訜嶂?530攝氏度，可減少燃 料消耗 2.1倍即消耗0.19kg傳統(tǒng)燃料即產(chǎn)生 1kw電力，自然地有害氣體的釋放也減少 2.1倍。讓我們看看這種技術(shù)是否與熱力學(xué)的基本理論沖突。熱力學(xué)第一定律定義了熱和功的等式，即能量消耗定律。因此公式 1可這樣表述：熱機的效率不會超過 1，通過減少 2.1倍的傳統(tǒng)燃料的消耗可提高熱電廠效率 82%。熱力學(xué)第二定律，最早由Clausius提出：熱量不會自發(fā)地從溫度低的物體傳導(dǎo)到溫度高的物體上。假設(shè)用氮做熱力學(xué)循環(huán)的工作介質(zhì)。液氮的沸點是零下 196攝氏度，而環(huán)境溫度最近為零下 50攝氏度，因此，熱量會從溫度較高的環(huán)境傳導(dǎo)到 溫度低的液氮上使其沸騰。作用與 Carnot反轉(zhuǎn)熱機循環(huán)的熱力學(xué)第二定律可表示為公式 10，讓我們進行一個簡單的計算?？傻贸鰵怏w發(fā)生器中使用