前幾天做兩化融合時，有個老師問出了這個問題，剛過兩天，又在知乎發(fā)現(xiàn)這個問題，這個想法很有道理，節(jié)約能源、高效利用嘛，發(fā)電以后的乏汽非要被水冷卻一下才往鍋爐里面送，大量的氣化潛熱被送到冷卻水里，占了整個蒸汽工質(zhì)焓值的一半，實在可惜。所以提出把乏汽直接送入鍋爐的想法絕對是好的，是有思想的。但是花時間把《工程熱力學(xué)》、《熱力發(fā)電廠》、《汽輪機原理》重新囫圇吞棗了一遍，也沒有找到關(guān)于這一問題的直接論述，尤其對于有人提到的朗肯循環(huán)仔細地重新學(xué)習(xí)，但也沒找到答案，所以沿著題主的思路，新問題產(chǎn)生了——如果將汽輪機的乏汽直接送到鍋爐里會發(fā)生什么情況？如何盡可能地減少熱量損失？1、直接用壓氣機將乏汽提壓送到鍋爐里。
百十年來，用水蒸氣做為工質(zhì)的熱機基本都是一個模式，做功后的乏汽進入換熱器被冷卻成凝結(jié)水，然后用水泵打到鍋爐里重加熱�，F(xiàn)在我們試試用壓氣機將未經(jīng)冷卻的乏汽直接送到鍋爐里看結(jié)果是怎樣：
具有壓力p1溫度t1的水蒸汽進入汽輪機做功，汽輪機排出的乏汽壓力為p2溫度為t2，p1>p2,t1>t2，現(xiàn)在我們用壓氣機將乏汽壓力提高到p1，看看會發(fā)生什么情況（下面要用到工程熱力學(xué)的有關(guān)知識，沒有這方面姿勢的直接看結(jié)果就行了。）（另：不要問我為什么非要將壓力提高，為什么不能讓乏汽通過一根管子直接塞進鍋爐里，就好比問為什么水不能直接流到高處一樣，這屬于另外一個智商領(lǐng)域的問題，我拒絕回答）。從焓熵圖上看，乏汽從點（p2,t2）經(jīng)壓氣機壓縮到達p1等壓線某點（p1,t’），很顯然，不管熵增大小，t’都遠遠大于t2，壓縮提壓過程的焓增都遠遠大于汽輪機做功過程的焓降。也就是說乏汽不經(jīng)冷卻而提壓進入鍋爐，所付出的代價將遠遠大于汽輪機的輸出功。2、用帶有中間冷卻的壓氣機將乏汽提壓實際工程上采用的壓縮機基本都帶中間冷卻，哈哈，我一個熱動專業(yè)的畢業(yè)生怎么會不知道氣體被壓縮之后溫度會上升呢。（BTW：很多科普文章把飛船返回大氣層遇到的高熱解釋為摩擦生熱，其實是高速運動的物體壓縮了前面的空氣造成溫度急劇上升，行話叫絕熱滯止過程，摩擦算個毛�。┫旅娣治鲆幌抡�常的、工程上用的、帶中間冷卻的壓氣機將乏汽提壓的情況，前提是冷卻過程中水蒸氣不能變成水、工質(zhì)不損失氣化潛熱，否則這個討論就沒有意義了。
簡單分析：1）提壓幅度過大，從汽輪機的乏汽壓力0.0053MPa提升到鍋爐壓力十幾、二十幾兆帕，過程壓縮級數(shù)過多，效率高不到哪兒去。2）壓縮過程從點（p2,t2）沿著x=1干度線到達p1等壓線，你發(fā)現(xiàn)壓縮過程的終點p1對應(yīng)的飽和溫度離t1已經(jīng)沒多遠了，鍋爐加熱過程的焓升空間已經(jīng)沒多少，也就是說基本上沒鍋爐什么事。你做的功大多數(shù)是用來驅(qū)動壓氣機的。整個系統(tǒng)凈輸出較低。3）從溫熵圖上簡單勾了幾筆，發(fā)現(xiàn)無法和朗肯循環(huán)進行比較，因為無法定性比較兩種循環(huán)的平均放熱溫度和平均吸熱溫度比值T2/T1，后來在準備用實際參數(shù)在溫熵圖上進行圖上作業(yè)，求出兩種循環(huán)的T1和T2，剛畫了一筆忽然醒悟朗肯循環(huán)是個理想循環(huán)，你拿實際參數(shù)比個毛啊，所以最終放棄，題中有人提到“此時朗肯循環(huán)的熱效率相當?shù)停ㄊ謾C不好配圖，見諒）”，還請指點。從實際出發(fā)，如果想盡可能利用乏汽的熱量，不丟失氣化潛熱，現(xiàn)有的蒸汽輪機設(shè)計必須改變：1）選擇一種工作溫度遠遠高于飽和溫度的工質(zhì)，采用多級壓縮中間冷卻。2）盡可能提高t1，提高系統(tǒng)效率，否則不劃算。3）和蒸汽輪機一樣，再熱、回?zé)嵫�環(huán)同樣可以利用到新的輪機上。3、燃氣輪機情況根據(jù)以上的分析，我們考慮燃氣輪機的情況，顯然燃氣輪機符合以上所說的三個條件。等等，燃氣輪機排出的廢氣還能再灌到燃機里面去嗎？氧氣減少了燃氣怎么燃燒呢？哼哼，燃氣輪機就一定要用燃氣嗎？直接看看萬能的百度——燃氣輪機循環(huán)-閉式循環(huán)：“工質(zhì)循環(huán)使用，由透平排出的工質(zhì)，不再在大氣中作等效冷卻，而是經(jīng)冷卻器冷卻后重新被壓氣機吸入，再次參加循環(huán)過程（圖5）（原文如此，我不知道圖在哪兒）。壓縮后的氣體工質(zhì)在氣體鍋爐（或加熱器）中被加熱。閉式循環(huán)中，工質(zhì)可用空氣或其他氣體。閉式循環(huán)的主要缺點是包括氣體鍋爐在內(nèi)的換熱器尺寸大、成本高和T3 溫度低等，因而應(yīng)用不多。若采用氣冷反應(yīng)堆作為加熱氣體工質(zhì)（用He或N2等）的熱源，就組成了核動力閉式循環(huán)裝置，其效率可高于采用汽輪機的核動力裝置。”4、總結(jié)1）乏汽不經(jīng)冷卻直接送往鍋爐（加熱器）是不可行的，因為氣體經(jīng)壓縮后回到初始壓力，其付出的代價遠遠高于其對外輸出的功。2）乏汽經(jīng)冷卻但不丟失氣化潛熱（不凝結(jié)成水）是可以的。但對于目前大規(guī)模應(yīng)用的、工質(zhì)為水蒸氣的蒸汽輪機不適合。目前最合理的辦法仍然是將乏汽冷凝成水用泵升壓送入鍋爐。3）閉式循環(huán)氣冷堆燃氣輪機（氦氣輪機）接近題主所說的設(shè)想，最大限度地保留了乏汽的熱量，但仍然需要將乏汽冷卻，冷卻的目的是為了將氣體壓縮。4）人們很早就認識到乏汽把氣化潛熱扔到水里的問題，采取的措施就是采用回?zé)嵫�環(huán)，用做過功的乏汽去加熱鍋爐給水，盡量減少乏汽冷凝成水的量，減少損失。