卡琳娜动力循环技术简述.doc

卡琳娜（Kalina）动力循环技术介绍 
卡琳娜循环: 一个利用氨和水混合物作为工作介质新奇、 高效动力循环系统。
卡琳娜循环电厂能够向诸如温度为300-400ºF（149-204ºC）地热低能级热源提供效率比前者高出50%循环效率。对诸如直燃式锅炉和燃气-蒸汽联合循环电厂中燃气轮机废气等高温热源, 循环效率约可提升20%。
标准上, 卡琳娜循环是在朗肯循环基础上一个“改善”。这种重大改善表现在对朗肯循环循环过程改变 —— 将“纯”循环介质（通常为水）变成了氨同水“混合物”。
这种从朗肯循环至卡琳娜循环改善包含了专门系统设计, 该设计能最大程度表现了氨水混合物优点,在系统设计上也有诸如再热、 再生式加热、 超临界压力、 双压设计等多个选择。在具体电厂设计中, 可将上述选择进行不一样组合使用。
朗肯循环（现在最常见蒸汽动力循环）
在朗肯循环中, 水在锅炉（或余热锅炉）中被加热, 产生高温和高压蒸汽。该蒸汽流过汽轮机时急剧膨胀后冷却至低温、 低压尾气, 该汽轮机驱动一台发电机发出电力。从汽轮机排出尾气被含有环境温度空气, 或被来自冷却水池或冷却塔中冷却水冷却成水。我们把这种含有环境温度空气, 或冷却水池称之为热井。凝结水接着被泵入锅炉反复上述过程。这种简单朗肯循环框图如图一所表示。

 朗肯循环电厂效率较差, 即使是容量最大、 采取朗肯循环最新型燃煤电厂, 通常来说其循环效率都超不过35%（译者注: 现在中国亚临界参数燃煤电厂循环效率已达38%, 超临界和超超临界参数燃煤电厂循环效率分别可达40和43%左右）, 也就是说燃料燃烧产生总热量中仅有35%被转换成了热能。
这65%能量损失是因为一系列原因造成。其中约15%能量损失是因为燃料中水分、 炉墙热辐射、 排烟损失和自耗电所造成。对另外50%进行分析。基础上, 这一损失能量都蕴藏在汽轮机排气中。尽管这股蒸汽中蕴藏着巨大能量, 不过因为它们温度和压力较低。这部分热量关键经过循环冷却水带走。
在汽轮机排气侧, 存在着一个基础上是恒温热井, 它被水或空气这些无限冷却介质冷却。这些冷却介质伴随从汽轮机排气端蒸汽吸热, 温度升高。反过来, 蒸汽被冷凝时也是在恒温条件下完成。

图4为一幅愈加正确朗肯循环过程图。图4A中面积表示了在给定热源和热井条件下系统可能作功。而图4B则表示了该朗肯循环实际作功效力。朗肯循环实际作功几乎只有可能作功二分之一。  
氨-水混合物
氨-水混合物物理特征既不一样于纯水, 又不一样于纯氨。这两种工质混合物物理特征就像是一个全新物质。它有下面四种基础特点:
首先, 氨-水混合物沸点和凝结点温度是不固定。反之, 纯水和纯氨沸点和凝结温度是固定。
其次, 氨-水混合物热物理特征能随氨浓度改变而改变。反之, 纯水和纯氨物理特征却是固定不变。
第三, 氨-水混合物有一个在热容量不改变情况下, 混合物温度会升高或降低热物理特征。若没有能量改变, 纯水和纯氨温度是不会改变。
最终一个差异并非基础特征真正改变, 不过确实是流体特征关键改变, 即冰点温度。纯水冰点温度为相对较高32ºF（0ºC）, 而纯氨却为-108ºF（-78ºC）。氨-水混合物溶液冰点温度非常低。
卡琳娜循环基础出发点是在任何给定压力条件下, 氨-水混合物沸腾或凝结都是在“变温”条件下完成。这和水这类纯工质在“恒定”温度条件下沸腾/凝结是截然不一样。
相对于水来说, 氨沸腾和凝结温度要低得多。所以, 当氨和水相混合后, 氨更轻易从这二者混合物中挥发出来。这意味着当氨-水混合物被加热时, 大部分氨会先沸腾并挥发出来。反过来, 当氨-水混合物蒸汽被冷却时, 大部分水分会首先凝结出了。
这种独一无二特点在图5相变图中被表示。该图是当压力为0.552MPa时, 氨-水混合物中氨浓度和对应温度之间关系。（每一个相变图都是在某一个特定压力条件下绘制）。

 位于312ºF（156ºC）点1是纯水饱和温度。当压力为80psig(552KPa)时, 纯水会沸腾, 水蒸汽会凝结。类似情况发生在点2, 该点是纯氨温度为44.4ºF（6.9ºC）, 压力为80psig(552KPa)时饱和温度点。
底下曲线代表了饱和液态, 或不一样浓度氨-水混合物沸点。这时, 氨-水混合物被加热, 蒸发过程开始发生, 或氨-水混合物被冷却时, 完全凝结开始发生。
相变图能为在卡琳娜循环中采取、 含有过冷度、 含液氨量为70%氨-水混合物蒸发和凝结过程提供很多信息。如图中工作点3所表示, 当该混合物被加热时, 它在温度为70ºF（21ºC）时开始蒸发, 若继续受热, 伴随温度升高, 更多混合物蒸发, 其中大部分氨首先蒸发。
改变着沸点温度
如前所述, 电厂中向工质提供热量热源是有限。所以, 伴随向工质释放热量, 热源温度会下降。
因为沸点温度改变, 在逆流式热交换器中氨-水混合物温度上升曲线会更靠近有限热源温度下降直线。
改变凝结温度
在朗肯循环中水蒸汽和在卡琳娜循环中氨-汽混合物蒸汽都会从凝汽式汽轮机在靠近其饱和温度工作条件下被排出。然而, 凝汽器中冷却水温是恒定, 所以氨-水混合物蒸汽压力和温度要比水蒸汽高很多。
压力越高越能造成氨比水挥发百分比大, 温度越高则越能表现氨-水混合物凝结温度是改变特点。