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[铁路] 超临界二氧化碳锅炉的兴起,会不会导致蒸汽机车的复兴?

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CDer:001202172
发表于 2021-01-13 10:13 | 显示全部楼层 |阅读模式

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蒸汽机被淘汰,根本原因是其的热效率太低了。根据科学计算与实践,蒸汽机的实际热效率,不会超过10%,中国的前进型蒸汽机车的实际热效率只有8%。

但对蒸汽机车的热效率进行分析,就会发现,导致其热效率低的根本原因,是使用水作为工质导致的。水从液体经加热后,产生相变,从液体变为气体(水蒸汽),再推动活塞,产生运动。然后,蒸汽温度和压力降低,被排出。

水--》加热--》相变--》蒸汽--》推动活塞--》蒸汽压力下降--》蒸汽排出--》蒸汽遇空气变冷--》相变--》水蒸汽变成水。

在上述流程中,水加热变为水蒸汽,产生了相变,消耗了大量的能量。蒸汽排出后,遇冷相变,还原成液态水,释放出大量的相变能量,但水的相变能量没有得到利用,是导致蒸汽机车热效率低下的根本原因。

随着科技水平的发展,超临界二氧化碳锅炉开始兴起,这种锅炉利用超临界状态的二氧化碳作为工质,避免了相变能量的损失,大幅提高了热效率。如果把水蒸汽替换为超临界二氧化碳,将使得蒸汽机车效率得到大幅提升,甚至可能导致蒸汽机车的复兴。
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CDer:000329643
发表于 2021-01-13 10:56 | 显示全部楼层
你这个锅炉用什么燃料?
石油提炼品如汽柴油?那为什么不直接用内燃机燃烧汽柴油?多过一道手,效率再高也不行了。
用煤炭?那只能发电厂了,毕竟同热值的煤炭比石油重太多了,放在运动器件上很少。
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CDer:001197751
发表于 2021-01-15 21:00 | 显示全部楼层
效率能达到50%一切好说
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CDer:000265647
发表于 2021-01-15 22:03 | 显示全部楼层

RE: 超临界二氧化碳锅炉的兴起,会不会导致蒸汽机车的复兴?

hjfgcx 发表于 2021-01-13 10:56
你这个锅炉用什么燃料?
石油提炼品如汽柴油?那为什么不直接用内燃机燃烧汽柴油?多过一道手,效率再高也 ...

烧煤炭也就是多挂一节运煤的车而已,如果是用于不方便架电网的线路倒也不是不能接受。
毕竟煤比石油多得多,从节约资源角度来看是有利的。

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CDer:000329643
发表于 2021-01-15 22:46 | 显示全部楼层

RE: 超临界二氧化碳锅炉的兴起,会不会导致蒸汽机车的复兴?

水果派派88 发表于 2021-01-15 22:03
烧煤炭也就是多挂一节运煤的车而已,如果是用于不方便架电网的线路倒也不是不能接受。
毕竟煤比石油多得 ...

火车已经几乎没有烧油的了,为什么说煤代油?
汽车是不可能挂一节油的,因为汽车太小,不太可能挂一个沉重的锅炉,再说,电动汽车不香?
当电用于火车汽车的时候,这玩意只能去火电厂。
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CDer:000265647
发表于 2021-01-15 23:18 | 显示全部楼层

RE: 超临界二氧化碳锅炉的兴起,会不会导致蒸汽机车的复兴?

hjfgcx 发表于 2021-01-15 22:46
火车已经几乎没有烧油的了,为什么说煤代油?
汽车是不可能挂一节油的,因为汽车太小,不太可能挂一个沉 ...

现在可还没有动力用电池的火车头。
至于架空电网也有限制。比方说前两年南方冻雨停电的时候,就还需要内燃机车出来应急。所以保留一定比例的不用电的机车还是有需要的。
和燃气直接做功相比,烧锅炉更容易设计排放处理装置、满足环保要求。而且煤也比燃油更容易获得和储藏。
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CDer:000925279
发表于 2021-01-16 02:29 | 显示全部楼层

RE: 超临界二氧化碳锅炉的兴起,会不会导致蒸汽机车的复兴?

水果派派88 发表于 2021-01-15 23:18
现在可还没有动力用电池的火车头。
至于架空电网也有限制。比方说前两年南方冻雨停电的时候,就还需要内 ...

接触网结冰多年才遇一次,平时各种和谐、韶山机车跑的可欢实了
内燃机车本身就被我国大批量封存,足够应对这些不时之需
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CDer:001129273
发表于 2021-01-17 09:36 超大游击队员 | 显示全部楼层
蒸汽机车是烧开水,发电厂也是烧开水(主要方式),而后者效率比前者高的多。而且污染小的多。
所以,电力驱动还是王道。
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CDer:000661210
发表于 2021-01-17 11:04 | 显示全部楼层
本帖最后由 反坦克壕 于 2021-01-17 11:08 编辑

我们的国家重点研发计划课题就是超高压(200-400MPa)二氧化碳超临界流体作功发射技术,研制的32mm二氧化碳相变能空气炮的初速、炮口动能基本达到常规火炮的水平。也想过利用超临界二氧化碳相变做功发电代替现有的压缩空气储能发电系统。
但空气炮是一次作功,储能发电或蒸汽机车是连续作功,就要攻克3项关键技术:①电致热相变激发技术;②超高压大流量可控空气阀技术;③液态二氧化碳精确填充控制技术。
从空气炮总的作功比例看,发热药柱贡献了30%,二氧化碳相变做功贡献了70%
所以要用二氧化碳相变做功能量驱动机车,也需要大功率电源支持相变激发
楼主的意思是不是用液态二氧化碳相变产生的高压气体直接驱动气缸-曲轴驱动?

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CDer:001169940
发表于 2021-01-17 21:20 | 显示全部楼层
只要有“超临界”三个字,工作温度至少在374度以上,工作压力至少在230个大气压以上,管道壁厚非常厚,只能用于大型火电厂,不太可能用在移动的机车上。
顺便说一句,蒸汽机车都是火管锅炉,不是水管锅炉,火管锅炉的管道壁厚不能太厚。
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CDer:001202172
 楼主| 发表于 2021-01-18 09:47 | 显示全部楼层

RE: 超临界二氧化碳锅炉的兴起,会不会导致蒸汽机车的复兴?

嵇成龙 发表于 2021-01-17 21:20
只要有“超临界”三个字,工作温度至少在374度以上,工作压力至少在230个大气压以上,管道壁厚非常厚,只能 ...

二氧化碳在温度高于临界温度Tc=31.26℃,压力高于临界压力Pc=72.9atm的状态下,会处于超临界状态。这个压力应该是73个大气压了,比常规的蒸汽机车的压力确实要高不少。
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CDer:000260116
发表于 2021-01-19 03:28 | 显示全部楼层

RE: 超临界二氧化碳锅炉的兴起,会不会导致蒸汽机车的复兴?

嵇成龙 发表于 2021-01-17 21:20
只要有“超临界”三个字,工作温度至少在374度以上,工作压力至少在230个大气压以上,管道壁厚非常厚,只能 ...

航母上的蒸汽轮机就是这个原理吧?
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CDer:000260116
发表于 2021-01-19 03:31 | 显示全部楼层

RE: 超临界二氧化碳锅炉的兴起,会不会导致蒸汽机车的复兴?

这个热效率能达到多少?
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CDer:000030034
发表于 2021-01-19 08:01 超大游击队员 | 显示全部楼层
这个用气体代替水做工作介质,不就和以前传的沸沸扬扬的高压气冷堆一样吗
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CDer:000354172
发表于 2021-01-21 22:04 | 显示全部楼层

RE: 超临界二氧化碳锅炉的兴起,会不会导致蒸汽机车的复兴?

嵇成龙 发表于 2021-01-17 21:20
只要有“超临界”三个字,工作温度至少在374度以上,工作压力至少在230个大气压以上,管道壁厚非常厚,只能 ...

您说的这是超临界水的参数,二氧化碳比这要低得多
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CDer:000260116
发表于 2021-01-21 22:22 | 显示全部楼层

RE: 超临界二氧化碳锅炉的兴起,会不会导致蒸汽机车的复兴?

德国鱼雷99 发表于 2021-01-15 21:00
效率能达到50%一切好说

潍柴的柴油机刚刚达到50%
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CDer:000160980
发表于 2021-01-21 23:37 | 显示全部楼层
蒸汽轮机+煤气发生器不好吗?放着这么多煤不烧进口油来烧
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CDer:001200712
发表于 2021-01-22 12:40 | 显示全部楼层
蒸汽机的效率不如蒸汽轮机,你说的8%的热效率实在是太低了。目前超超临界蒸汽轮机的效率能够达到45%。而现在研制的超临界CO2涡轮机组的效率能够超过50%。遗憾的是,CO2机组的功率还是比较小,大约是蒸汽轮机的1%。
碳达峰和碳中和的压力还是很大。CO2机组肯定是个有潜力的技术方案。
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CDer:000468782
发表于 2021-01-22 14:01 | 显示全部楼层
火车可不是一直在铁轨上跑的,会在车站上停的,特别是单线铁路,如果是货车还经常要在会让站等会让或同向客车超车,那这时的二氧化碳作为工质就可能有问题了:
锅炉的燃烧不可能因停靠站而迅速降下来,即燃烧的热能不可能迅速降下来。
即输入基本不变,而输出(对车轮做功)没有,只有管道(含散热片)小部分散热,热量会积蓄的。

二氧化碳的比热可远小于水,这里的水指的是液态(还额外包括汽化热),因为蒸汽机携带的是液态的水,只有一部分才受热转化为蒸汽,当蒸汽过热时,可加水补充,吸收热量,如果再不行,可以排放部分蒸汽,带走热量。

当二氧化碳则升温很快,相应的运行机构也随之升温,咋办?
排放部分二氧化碳带走热量?二氧化碳的补充可不像水那么容易补充,是纯损失的。
蒸汽机带的是补充容易的液态的水,况且携带的液态水折算成蒸汽,那工质的量比二氧化碳多十几二十条街啊。

发电厂是持续工作发电的,没有火车时不时要停下来的问题,发电厂拿二氧化碳做工质没问题,不等于火车没问题。
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