[发明专利]一种蒸汽乏汽再生装置及工作方法

说明书

技术领域

本发明属于蒸汽动力循环领域，具体涉及一种蒸汽乏汽再生装置及工作方法。

背景技术

朗肯循环（英语：Rankine Cycle）也被称为兰金循环，是一种将热能转化为功的热力学循环。郎肯循环从外界吸收热量，将其闭环的工质（通常使用水）加热，实现热能转化做功。朗肯循环理论虽然诞生于19世纪中期，但即便到了今天，郎肯循环仍产生世界上90％的电力，包括几乎所有的太阳能热能、生物质能、煤炭与核能的电站。郎肯循环是支持蒸汽机的基本热力学原理。

因为郎肯循环诞生的年代也有必然的历史局限性，那个时代研究热力学的机械条件、流体力学理论和现在差距很大，难免存在一些缺陷和不足。

朗肯循环实现工质水的闭环循环，大幅减少水资源的消耗，但是为了实现闭环，除了将水蒸气冷凝为水，然后再把几乎不能被压缩的液态工质加压，才能使之进入下一个压力循环。对于不可压缩流体的压缩过程效率很高，所以整个循环中水泵的作用至关重要，但是能耗往往忽略不计。

实现蒸汽直接利用的常用方法是机械再压缩，由于工作过程中需要消耗机械能，通过直观的能量守恒定律分析，实际应用中均没有采用这种技术来实现蒸汽再循环。

当时不考虑热回收，形成凝汽环节的大量热量必须以低温形态散失。另外，水的凝结热几乎是常见工质中最大的，工作温段也偏高，但是综合考虑当时的条件，从成本、安全性、环保等综合因素考虑，直到现在，也只有水是最理想的工质。

目前传统朗肯循环理论应用中多用回热、再热等改进循环方式提高效率，还采用增加蒸汽温度、压力的临界、超临界工作模式来提高效率。这些方法根本的思路都是尽可能提高有效功在全部消耗热能中的比例。

还有其它的方法主要的出发点则是设法采用消耗少量热能、机械能的方式，直接、间接对排放的低温废热进行再利用，用于工业热水制备、生活采暖等环节，实现余热利用来提高有效功在全部消耗热能中的比例。

上述两种方法在成本、安全性、提高比例、应用便捷可行性等方面都受到诸多限制，很难实现热能利用效率的大幅度提高，特别是难以实现热电转换效率的大幅度提高。

流体力学里面有些基本原理，具有一定的“特殊”功能，在流体流动过程中，作为流体的物质属性本身，也会附带实现热传导交换、物质传输、物质压缩等效果。唯一的特点，就是几乎都是在不需要机械装置运动的情况下，仅仅在空间变化、热能传递、流动过程就能实现。

气体放大器原理：当高压气体通过气体放大器 0.05～0.1毫米的环形窄缝后,向一侧喷出，通过科恩达效应原理及气体放大器特殊的几何形状，另一侧最大10~100倍的低压气体可被吸入，并与原始高压气体一起从气体放大器同侧吹出。近两年来气体放大器（空气放大器）应用领域迅速扩展，常用大比例节约压缩空气，并且利用压缩空气实现吹尘、吸尘、物料运送等工业应用。技术成熟稳定。

如果被吸入的气体是低温、低压蒸汽，驱动气流是高温、高压过热蒸汽，在高温蒸汽从环形喷口喷出时，会膨胀、降温、降压，同时与低温、低压蒸汽混合，达到热量、动量平衡，最终气流是中温、中压混合蒸汽，从出口排出。

在蒸汽流动速度不大的时候，以下定律都适用：

波义耳定律：温度恒定时，一定量气体的压力和它的体积的乘积为恒量。数学表达式为：pV = 恒量（n、T恒定）或p1V1 = p2V2（n1 = n2、T1 = T2）。

查理-盖吕萨克气体定律：压力恒定时，一定量气体的体积（V）与其温度（T）成正比。

根据上述两条定律，分析朗肯循环中没有提及蒸汽传输过程中的气体气动、热力学问题，仅仅把蒸汽按照理想状态去研究，存在一定的局限性。

在火电厂、化工厂、轮胎厂等高耗能环境大量使用蒸汽，这些蒸汽在释放出温度或压力后变成温度较低的蒸汽，此蒸汽称之为乏汽。目前乏汽再生的难度很大，限于已有理论，乏汽再生如果考机械能进行增压、补，则成本非常高，所以普遍不采用机械能加压来实现机械能的再利用。

目前火电厂普遍还采用实用了一百多年的郎肯循环，其中最耗能的一个环节是乏汽再生，采用的是通过凝汽器将乏汽凝结为冷凝水，把冷凝水通过水泵从低压环节压入高压环节，然后在高压环节实现等压补热增焓，这个环节由于是在低温的条件下释放大量热能，给冷却带来很大负担，同时释放的大量温度较低的热量很难再利用，浪费了大量热量，也造成火电厂的效率始终在百分之三十五到百分之四十二左右，很难有大的突破。