发电厂的水和蒸汽回路

发电厂的水和蒸汽回路（也称为水-蒸汽循环或热力循环）是电厂的核心系统之一，尤其是在火力发电厂（如燃煤、燃气、核能）中最为关键。这个回路的主要作用是通过加热水产生高温高压的蒸汽，推动汽轮机发电，然后再将蒸汽冷凝成水回收利用，实现闭式循环。

一、总体概述：水-蒸汽回路的四个主要过程

我们可以将发电厂的水和蒸汽回路理解为一个“闭合的四步循环”：

1. 加热水 → 蒸汽（锅炉/蒸汽发生器）
2. 蒸汽做功 → 发电（汽轮机）
3. 蒸汽冷凝 → 水（冷凝器）
4. 水加压回送 → 再次加热（给水泵）

这个循环通常称为兰金循环（Rankine Cycle）。

二、各环节详细解释

1. 锅炉（或蒸汽发生器）——水变蒸汽

• 功能：将给水加热至饱和或过热状态，生成高温高压蒸汽。
• 加热方式：
  • 燃煤电厂：燃烧煤炭产生热能。
  • 核电站：核反应堆产生热量。
  • 燃气电站：燃气轮机尾气或辅助锅炉提供热源。
• 锅炉结构：
  • 省煤器（Economizer）：回收烟气余热，预热进水。
  • 汽包（Drum）：分离饱和蒸汽与水。
  • 过热器（Superheater）：将饱和蒸汽加热成过热蒸汽。

🔁 关键点：只有高温高压的干燥蒸汽（过热蒸汽）才能高效推动汽轮机。

2. 汽轮机 —— 蒸汽推动叶片发电

• 功能：利用蒸汽的动能和热能推动汽轮机旋转，驱动发电机发电。
• 结构：
  • 高压缸 → 中压缸 → 低压缸
  • 蒸汽逐级膨胀，压力逐渐下降
• 功率输出：
  • 蒸汽推动叶轮，带动转轴转动
  • 转轴连接发电机，输出电能

🔁 蒸汽的热能转化为机械能，再转为电能。

3. 冷凝器 —— 蒸汽冷却成水

• 功能：将做完功的低压蒸汽冷却成液态水，便于回收利用。
• 冷却方式：
  • 通常使用循环冷却水（河水、海水、冷却塔水）
  • 蒸汽与冷却水不直接接触，通过换热器（表面冷凝器）传热
• 真空环境：
  • 冷凝器维持低压状态（接近真空），有利于蒸汽完全膨胀做功

🔁 这个环节回收了大量凝结水，减少资源浪费。

4. 给水泵 —— 把水送回锅炉

• 功能：将低温低压的凝结水加压后送回锅炉进行加热。
• 设备组成：
  • 凝结水泵（Condensate Pump）：冷凝器 → 低压加热器
  • 锅炉给水泵（Boiler Feedwater Pump）：高压送入锅炉
• 辅加设备：
  • 加热器（Feedwater Heater）：利用抽汽预热给水，提高效率

🔁 水回到锅炉，循环往复，实现闭式运行。

三、系统流程图

四、辅助系统补充

• 除氧器：去除给水中的溶解氧，防止锅炉腐蚀。
• 加热器（热力加热器）：用部分汽轮机抽汽预热水，提高整体热效率。
• 汽水分离器：确保进入汽轮机的是干蒸汽，避免水击损坏设备。

五、总结：发电厂水蒸汽回路的核心目标