浅谈提高火电效率的方法

一、

现行火力发电原理都是：煤炭化学能经燃烧转化为水蒸气动能，水蒸汽推动汽轮做功，在磁场中金属导体产生电能，这一过程中，导体输出的电能由汽轮机动能决定，而汽轮机动能又由水蒸气压强(P)决定，因而要想输出的电功率多，就得尽可能增大工质压强。同时，在这过程中，热能会有较大流失，也就是说有很大一部分热能不能转化为水蒸汽动能(或压强)。而流失的热能与工质(水蒸汽)的热力学温度(T)有关，T越大，热能越易流失，所以，在尽可能提高工质压强的情况下，还得减少温度T，也就是说，要想办法提高压温比(P/T)，什么情况下工质的压温比最高?显然是气态快转化为液态的临界状态。因为气体越高压，越低温，越易液化，压温比提高到临界状态，就基本不能再升了(再升就成液体，不能做功了)，而目前许多火电厂都是在超超临界状态工作，所以，他们凭经验已做这一点，从这方面说，火电效率不能再提升了。

从另一方面来说，水蒸汽的初始压强经汽轮机做功发电后，压强减小到比开始小很多的程度，因而想利用乏气循环发电也是不现实的，另外，可证明，磁流体发电效率也不可能达到或高过现有火电效率水平。

因而，要想提高效率，得从各个过程入手。首先，我们可得出热能有三种转移方式：做功、热传递、热辐射。这三种方式中，我们想要的是尽可能增大热能做功部分，而减少热传递和热辐射。在锅炉中，水蒸汽因有高温，还是会与外界有热传递。要减少热传递，可利用杜瓦瓶原理绝热，即对装水容器安装两层夹板，两板之间抽成真空再密封，这样，热传递而流失的能量大部分都会得到收集。另外，根据斯特藩一玻尔兹曼定律，热辐射与容器面积和T4成正比。因而，可通过增大容器的体积和面积之比来减小热辐射所占比例，从而帮助热能利用。同样，这种升高体积/面积的做法也对减少热传递的影响有意义，这也是为什么大型火电厂比小火电厂效率高的原因。

二、

但是，以上两种思路虽然有助于提高火电效率，但提高程度不大，因而其现实意义较小，我们可观察到，在热电转换过程中，热能最主要的流失是水蒸汽推动汽轮机做功后向外界排出的乏气中还含有大量热能，这部分热能没被利用，因而现行火电效率不高。

那么，要想使这部分热能得到利用，就得想法使它转化为气体的定向动能(热能是杂乱，各向均匀同性的，无法推动汽轮机做功)。而较现实的思路是参照节流制冷原理，使水蒸气在经汽轮机之前就让它通过多孔性隔板，这样，通过后的水蒸汽温度有所降低，而流速增大，有利于增大定向动能所占比例，从而有利于水蒸气做功。

因为实验表明，先前流速较低的气体通过缩口式阀门过后，流速增大，温度降低，相当于把热能转化为气体的定向动能。从理论上分析，由于气体的压强(决定定向动能)可看作是由温度(决定热能)产生，则压强可认为是动能，热能是势能，气体通过小孔后，流速会增大，就是动能增大，根据能量守恒，则势能一定会减小，即温度会降低。而这节流过程就是把不做功的热能转化为能做功的定向动能，从而降低乏气带走的热能，增大做功的比例，提高火电效率。

现实中可先对封闭的水蒸汽不断加热，待其压强高到一定值时再让水蒸汽通过多层多孔性隔板，多次节流，从而较大降低其温度。同时保持节流后的水蒸汽动能和现行情况大致相等(这需要节流前压强比现在升高)，然后控制火力，使燃烧输给水蒸汽的能量和节流后水蒸汽定向动能相平衡。但是，现实中还需要考虑多种因素，限于篇幅，本文从略。本文只是从理论上对提高火电效率在这方面指出的一条思路，至于实际操作，各火电厂还要进行多次调试。

三、

另外，火力发电过程中，各机件运动的能量也能量消耗的原因。如汽轮机和磁极转动，它们本身也有能量，它们也是靠热能提供，有一部分不能转化为电能。因此，还得尽量减小这些机件的质量或密度。如汽轮机厂可把汽轮机的叶片尽可能做薄或用轻材料(如钛铝合金)代替钢铁部分。对旋转磁极，作者也有办法让其减小质量。当然，各生产线可综合各种情况，具体改进，从而提高火电效率。