联合循环的热力学原理

【专家解说】：瓦特的和现在舰用的蒸汽机,在锅炉部分的原理是一样的,只是当时烧柴和煤,现在烧油而已;但高温高压高热的水蒸气只是功质,它后面可以用来推动往复机,也可是涡轮机,象现在用的往复机是曲柄连杆和活塞组件;是上下运动,有很大的震动而涡轮机是由多组叶片形成的同心圆状风扇,是回旋运动,震动极小;这就是他们的不同于区别全称叫蒸汽涡轮发动机（Steam turbine）是一种撷取（将水加热后形成的）水蒸汽之动能转换为涡轮转动的动能的机械。相较于原由詹姆斯·瓦特发明的单级往复式蒸汽机，涡轮蒸汽机大幅改善了热效率，更接近热力学中理想的可逆过程，并能提供更大的功率，至今它几乎完全取代了往复式蒸汽机。涡轮蒸汽机特别适用于火力发电和核能发电，世界上大约80%的电是利用涡轮蒸汽机所产生。　　老式船舰中也有不少使用，但是在现代化船舰中已经被燃气涡轮引擎全面取代，只有少数特例如现代级还使用蒸汽涡轮。　　燃气－蒸汽轮机联合循环，是把燃气轮机和蒸气轮机这两种按不同热力循环工作的热机联合在一起的装置，有时也简称为联合循环。为了提高热机的效率，应该尽可能地提高热机中的加热温度和降低排热温度。但蒸汽轮机和燃气轮机的热力循环都不能很好满足上述要求。如把它们结合起来，以燃气轮机的排热来加热蒸汽，就可以同时取得燃气轮机加热温度较高和蒸汽轮机排热温度较低的双重优点。　　联合循环的理论基础早已建立。热力学奠基人之一卡诺就提出过联合循环的概念。但是直到２０世纪中叶，才开始有实用的联合循环动力装置。发展联合循环的关键是要研制出高温、高性能、大功率的燃气轮机。为了适应石油短缺的形势，在燃气轮机中有效烧煤也是一项关键技术。目前，世界各先进工业国家均已有定型联合循环机组产品。其中功率最大的已超过６０万千瓦，最高热效率已高达４７％以上。它作为热电并供机组使用，燃料利用率可高达８０％左右，单机组最长运行时间已超过１０万小时。热机的热效率要提高１％都是非常困难的，而联合循环却只要把燃气轮机和蒸汽轮机结合起来就可以大幅度节约能源。　　由于蒸汽轮机具有功率大的优点，因此在现代大型军舰上依然有广泛应用。例如大型航母，核潜艇均使用蒸汽轮机作为动力。燃气轮机由于功率不足，目前仅在中型军舰和小、中型航母上运用。对于要求高航速的大型舰船，蒸汽轮机或蒸汽轮机-分散电机-电机动力系统依然是唯一选择。