介绍
背景
电力是现代文明的重要组成部分。虽然可再生能源逐渐取代传统能源（不可再生能源：化石燃料和核燃料）大规模发电，但传统能源可能会用于发电多年。2019年，常规能源在发电中的份额为73.6%（63.2%为化石燃料，10.4%为核燃料），其余26.4%来自可再生能源。1 2018 年，欧盟的 2030 年可再生能源在最终能源消费中的目标份额设定为 32%，根据 2020 REPowerEU 计划，这一比例可能会修订为 45%。2美国发电的大部分来自使用化石燃料、核燃料、生物质、地热能和太阳能热能的蒸汽轮机。3这些数字表明，尽管有加强可再生能源的雄心，但传统能源和传统发电（与本研究主题相关）预计不会在不久的将来停止。
发电厂发电的技术之一是使用蒸汽动力循环（朗肯循环）。术语“循环”或“热力循环”在此指的是应用于工作介质的一系列过程（变化），其中最终状态与初始状态相同。其他热力循环用于制冷，例如蒸汽压缩循环，其中工作介质可以是氢氟碳化物(HFC)制冷剂流体，例如R134A。4蒸汽动力循环（其中蒸汽用于旋转蒸汽轮机）可以与布雷顿动力循环（其中燃烧产物气体用于旋转类似的燃气轮机）相结合。利用这种双循环系统的发电厂被称为联合循环发电厂。5
蒸汽（或热水蒸气）可以多种形式存在，所有这些形式统称为“蒸汽”。为了进一步区分这些形式，使用了专门术语。当液态水沸腾并转化为气相刚刚产生蒸汽时；一旦最后一滴液体在热作用下蒸发，所产生的蒸汽被专门称为“饱和蒸汽”或“干蒸汽”。6如果这种新形成的热水蒸气在气相时进一步加热，则称为“过热蒸汽”，前提是其压力不超过称为水临界压力的特殊值，该值是一个物理常数，等于到 220.6 bara, 7，这大约是大气压的 217.7 倍。8如果水在加热的同时也被压缩（加压）到高于水临界压力的高压，使其温度超过另一个称为水临界温度的水特定常数，即 374.0°C 9；这种水被描述为“超临界水”或“超临界流体”。10这种形式的水的独特之处在于它在恒定温度下不会表现出液体到蒸汽或蒸汽到液体的相变。相反，它代表液体和蒸汽之间的中间状态。11它可以被视为非常轻的液体，或非常稠密的蒸气。超临界水并不纯粹被归类为液体或蒸气，并且它不是液体-蒸气混合物（而是均质流体介质）。由于获得了额外的热量，过热蒸汽比饱和蒸汽具有更多的能量。由于压力升高，超临界水比过热蒸汽具有更多的能量，这也意味着每单位质量的水含有更多的能量。因此，在发电厂中使用过热蒸汽比使用饱和蒸汽更好，因为它可以从相同质量的加热气态水中提取更多的能量。同样，使用超临界水优于使用饱和蒸汽，也优于使用过热蒸汽，12当涉及到水作为能量载体的有用性时。在本研究中，术语“过热蒸汽”实际上也指超临界水，而不仅仅是过热蒸汽。这简化了结果的呈现。然而，读者应该意识到，当这里报告的一些模拟案例中的临界压力和温度都超过时，“超临界水”一词更适合用来指代水。在此处的所有模拟案例中，在建模蒸汽循环的锅炉部分之后，水的临界温度都被超过。因此，在这些模拟中，超过锅炉压力就足以在锅炉部分之后（这意味着在涡轮部分之前）产生超临界水。13当水被送到涡轮机部分进行电力提取时，水没有被压缩到超过水的临界压力的水平。当水在亚临界朗肯循环中处于峰值温度和压力时，它要么是饱和蒸汽，要么是过热蒸汽（但不是超临界流体）。在本研究中，在涡轮部分之前的亚临界朗肯循环中（因此，当水处于其峰值压力和温度时），水始终是过热蒸汽（而不是饱和蒸汽）。另一方面，当水被压缩和加热到足以超过被发送到涡轮部分时的临界压力和临界温度时（因此，水作为临界流体进入涡轮），则该蒸汽循环被指定为作为超临界循环。
在蒸汽动力循环中，工作介质是水，在闭环中反复改变其状态。在此蒸汽动力循环期间，使用一个或多个水泵将水压缩，然后在锅炉（或其他设备，例如太阳能聚光器或热回收蒸汽发生器，HRSG）中加热至热水蒸汽状态（蒸汽），然后在一台或多台蒸汽涡轮机中膨胀以产生机械轴能（轴旋转）。该旋转稍后用于驱动一台或多台发电机。14使用一个或多个冷凝器，膨胀的蒸汽返回到其原始状态（作为饱和液态水）。然后它再次被发送到泵部分，并且重复该循环。蒸汽循环中的热源可以来自化石燃料，15，16核燃料， 17、18生物质， 19或集中太阳能发电系统，收集太阳辐射并将其用作清洁热源。20 , 21例如，最近的一项研究22分析了乌兹别克斯坦塔什干发电厂通过抛物面槽式聚光器（用于收集和反射太阳辐射并将其集中到一个小区域的曲面镜元件）对可再生太阳能的使用情况。塔什干发电厂的发电能力为2240兆瓦。它同时使用蒸汽轮机和燃气轮机。过热蒸汽压力为 140 bara，温度为 545°C。在他们提出的太阳能-化石燃料混合发电厂概念的计算机建模和模拟中，蒸汽循环所需的热量部分来自化石燃料的燃烧，部分来自太阳能加热。该发电厂用于产生蒸汽的化石燃料是天然气。尽管热源具有这种灵活性，
蒸汽循环的设计和运行涉及各种参数的选择，这些参数会影响循环的性能。通过研究优化蒸汽发电厂的一些参数或组件有助于减少所需的输入热能，从而减少消耗的燃料（在燃料燃烧是产生所需热能的方法的情况下）用于操作蒸汽循环）以产生相同量的电力输出。23
蒸汽循环的设计参数包括过热蒸汽的温度和压力（即蒸汽离开锅炉并进入蒸汽轮机时的温度和压力）。此处将过热蒸汽温度称为“过热温度”。假设锅炉具有恒定压力。因此，过热蒸汽压力也可称为“锅炉压力”。过热温度是整个朗肯循环中的峰值温度值。同样，锅炉压力是整个朗肯循环中的峰值压力值。
卡雷尔等人。24进行了一项参数研究，通过该研究，他们检查了过热蒸汽压力对给水加热器 (FWH) 有效性的影响，该数值模型对应于马来西亚 Manjung 燃煤发电厂 1 号机组，该发电厂使用蒸汽功率循环，标称电力容量为700兆瓦。给水加热器是蒸汽动力循环中的辅助部件，用于在液态水被送到锅炉进行主加热阶段之前对其进行部分加热。在他们的方法中，他们使用了工程方程求解器 (EES) 商业软件25在他们的计算模型中。尽管他们考虑的蒸汽循环比这里考虑的更复杂（例如，这里的单个蒸汽轮机在他们的模型中被四个蒸汽轮机取代），但令人高兴的是，他们预测的 100 bara 的热循环效率接近 42.4%，这与当前研究中获得的值 (41.15%) 为 100 bara。他们还检查了所消耗煤炭的质量流量以及蒸汽循环提供的功率的变化。检查压力范围为 100–200 bara。在他们的研究中，他们还研究了过热温度（蒸汽离开过热器时的高温，这是循环内蒸汽的峰值温度）在 539.8°C–580°C 范围内的影响。尽管他们的工作提供了宝贵的信息，
在另一项研究中，26EES 软件用于检查马来西亚 Manjung 燃煤电厂 1 号机组的涡轮机入口温度 (TIT)、环境温度和冷凝器压力的多重影响。涡轮入口温度是过热蒸汽离开过热器时的峰值温度。发电厂的蒸汽模型具有三个连续的涡轮级（高压级、中压级和低压级）。涡轮机入口温度范围为 540°C–360°C。环境温度范围约为23°C–63°C，冷凝器压力范围为0.03–0.2 bara。结论是，将冷凝器压力从 0.03 bara 增加到 0.20 bara 会导致蒸汽循环的功率输出减少 1.53%（从 594.799 MW 到 585.676 MW）。在当前的研究中，冷凝器压力为 0.125 bara，在他们研究的检查范围内。本研究中它是一个固定参数，重点关注TIT和峰值蒸汽压力的影响。冷凝器压力似乎影响有限；它的可能值范围很窄，因为它的理论下限为 0 bara。
研究目标
本研究的目的是调查朗肯循环性能的改进，这是由于将循环中使用的蒸汽的峰值温度或峰值压力提高到超过参考基值而引起的。当前研究中的基础过热温度为 600°C，27 – 29，当前研究中的基础锅炉压力为 50 bara。30 , 31
其他固定操作条件是冷凝器压力，设置为 0.125 bara。32冷凝器在饱和条件下工作，这意味着指定恒定的压力值也意味着冷凝器内水的指定恒定温度，水从液汽混合状态逐渐转变为全液体（饱和液体）状态。因此，设定冷凝器的压力值，自动确定冷凝器内水的温度值，即50.24℃。这种饱和液态水在泵部分内被压缩，假设该部分是等熵的（因此，通过它的比熵没有变化）。因此，可以唯一确定在指定锅炉压力下离开泵部的压缩液态水（过冷液态水）的温度。
过热温度的研究范围为600℃（基本情况）至900℃，间隔为50℃。因此，总共研究了七个温度值，包括参考基本情况。锅炉绝对压力的研究范围为 50 bara（基本情况）至 400 bara，间隔为 50 bar。因此，总共研究了八个压力值，包括参考基本情况。
为了正确量化过热温度或锅炉压力对蒸汽动力循环性能的影响，选择了一些定量标准化（因此不依赖于运行规模和发电量）响应变量作为循环性能的指标。这些性能响应变量是：
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循环热效率（数值越高，性能越好）
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汽轮机出口蒸汽品质（数值越高，性能越好）
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输入热量（每公斤水添加的热量）
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比净输出轴功（每公斤水的净输出机械轴功）
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产生1GW电力所需的水的质量流量，假设轴功率转换为电力时损失10%（值越低，性能越好）
上述列表中的第三和第四性能变量（比热和比净输出功）单独不足以评估循环的性能，因为单独具有更高的输入热并不一定意味着性能更好。这两个响应变量的比率（给出循环效率）形成了有意义的卓越衡量标准。尽管如此，这两个特定值仍然被呈现并包含在研究中，因为检查它们有助于解释循环效率的变化。第五个性能变量是辅助结果，不是核心分析的一部分。然而，它仍然是表达发电厂实际用水需求（而不是孤立的蒸汽循环）的有用方法。由于该估计的水流量需求与电力之间的线性关系，可以方便地缩放该第五性能变量的值以适应除了所选择的1GW的参考值之外的功率水平。例如，如果感兴趣的功率是 0.5 GW (500 MW) 电力而不是 1 GW，则应考虑所呈现的水质量流量的一半。
除了循环热效率之外，还提出了另一个衍生效率，即发电厂效率。它表示利用蒸汽循环的发电厂的假设电力输出除以该蒸汽循环的输入热量的结果。虽然这种辅助发电厂效率并未用于建模分析本身（而是后处理导出的量），但对于关注蒸汽循环以外的发电厂技术（例如风能）的读者来说可能会更方便。在这种情况下提供的发电厂效率可以进行基准测试。当前研究中的发电厂效率（η p）假设与循环热效率（η c）根据简单的乘法损耗因子，或能量转换效率（η v），选择为 90%。33这意味着假设净输出轴功率在转换为电力时会损失 10%。损失的来源可能是发电机损失、意外的传热损失34和摩擦。

文章结构
下一节将介绍研究方法。接下来，提供另一部分来描述水状态和所采用的控制方程。然后，总结了有关基本案例的一些细节。此后，提供并检查过热温度对蒸汽循环性能的影响。随后，提供并检查了锅炉压力对蒸汽循环性能的影响。最后，提出结论性意见。

问题陈述和主要目标
本研究解决的问题是希望通过开发的数学拟合模型定量研究峰值压力和峰值温度对典型蒸汽动力循环性能的独立影响，以便设计人员在选择蒸汽动力系统时可以考虑到这一点设计点。这是当前调查工作的主要目标。

研究方法
楷模
本研究的结果是通过数学热力学建模得出的，将开放系统能量平衡方程应用于朗肯循环的四个设备（泵、锅炉、蒸汽轮机和冷凝器），然后进行全循环分析。借助从计算机应用程序获得的水特性进行数值分析。

水源性质
蒸汽循环的分析需要循环内不同状态的水的特性。这四种状态分别是1：凝汽器后、泵前、2：泵后、锅炉前、3：锅炉后、汽轮机前、4：汽轮机后、凝汽器前。所需的主要热力学性质是比焓。分析过程中需要的另一个补充属性是比熵，作为关联等熵过程末端的两个状态（即状态 1 和 2，以及状态 3 和 4）的方法。在某些情况下，这些属性是使用斯派莎克有限公司（一家从事蒸汽领域的英国公司）提供的在线蒸汽计算器获得的。35该网络应用程序由其所有者免费提供。它用于基本情况和过热温度逐渐增加的情况。尽管该在线蒸汽计算器提供了广泛的详细信息，但其压力范围使其不适合在当前研究中检查锅炉压力的影响。特别是，当状态 2（在泵之后）尝试使用 150 bara 的绝对压力时，由于允许压力值范围的限制，没有返回任何结果。因此，在研究锅炉压力的影响时，使用了另一个蒸汽计算器。这里使用的第二个水特性来源是迷你 REFPROP 软件程序，该程序由 NIST（美国国家标准与技术研究所）免费提供。36这里使用的版本是10.0。两个 Steam 计算器之间有很大的一致性。例如，使用斯派莎克的在线计算器，在过热蒸汽的基础温度（600°C）和基础压力（50 bara）下，得出比焓为 3666.330 kJ/kg，比熵为 7.26064 kJ/kg .K. 另一方面，相同条件下的 NIST 离线蒸汽计算器给出的比焓为 3666.839 kJ/kg，比熵为 7.26051 kJ/kg.K。这两对值几乎相同。比焓的相对差异低于 0.014%，比熵的相对差异低于 0.0018%，使得偏差近似为零。NIST 计算器的优点是可以处理更宽的压力范围，包括超临界值（超过 220.6 bara）。

参考文献的选择
这项工作的参考文献的选择是由于需要支持当前研究中提出的各种数据元素，无论是通过进行的模拟直接生成的结果，还是此处提到的第三方信息。优先考虑分析中使用的文献来源，因为这些文献在证明所执行的计算模型的合理性方面具有更大的作用。然后，优先收录相关知名期刊上的档案文章。尽管有些参考资料是在线资源的形式，但这些网页属于国际知名组织（例如国际可再生​​能源机构）。因此，这些信息来源被认为是可靠的，特别是最近访问过它们。

控制方程
水状态
图 1说明了朗肯蒸汽循环中的四个过程和四个设备。泵需要输入轴功（例如来自耦合电动机），而蒸汽轮机产生更大的轴功（以轴旋转运动的形式）。区别在于输出轴的净功。锅炉在加热过程中将热量传递给水，将水从压缩液态水转变为过热蒸汽（或超临界流体）。当液-汽水混合物在冷凝器内冷凝时，冷凝器释放废热。

在当前的研究中，过热蒸汽的温度 (T 3 ) 和压力 (p 3 ) 是两个可控设计变量，从一个模拟到另一个模拟都会逐渐变化。结果，前一个状态（状态2）和后一个状态（状态4）的条件也可以变化。另一方面，状态1的条件是固定的。
当过热温度作为设计变量变化时（同时压力保持在 50 bara 的基本值），无论温度如何，蒸汽循环都保持在亚临界状态，因为状态 3 不能处于超临界状态，因为亚临界压力值（小于水的临界压力）。在这些情况下，过热蒸汽温度 (T 3 ) 高于水的临界温度T cr  = 374.0°C, 40，但压力低于水的临界值p cr  = 220.6 bara。41如图 2所示，它在温度比熵 (Ts) 图中显示了亚临界朗肯蒸汽循环的过程路径和状态。当锅炉压力作为设计变量变化时（同时温度保持在 600°C 的基础值），蒸汽循环从亚临界（对于绝对压力 p 3 = 50、100、150 和 200 bara）变为超临界（绝对压力 p 3 = 250、300、350 和 400 bara）。在超临界蒸汽循环中，状态3代表超临界水，其中温度和压力均高于临界值，并且无法实现从蒸气到液体或从液体到蒸气的相变。图3显示了超临界朗肯蒸汽循环的 Ts 图。尽管状态发生了这种变化（从亚临界到超临界），但在所提出的分析中，亚临界蒸汽循环或超临界蒸汽循环的数学建模过程是相同的。

能量平衡
当忽略水中动能和势能的变化时，能量平衡仅限于蒸汽循环中每个设备内水的比焓的变化。42 , 43每个设备都被视为一个稳态开放系统（控制体积），具有单个入口和单个出口。在这种配置中，通过假设循环的所有阶段的质量流量均匀，可以简单地满足质量平衡方程。

结果
基本情况
表 1总结了基本情况下的水状态和导出的循环性能变量。这些结果与相同条件下的类似研究结果一致，但使用建模软件包“Cantera”进行分析，该软件包开发用于作为 Python 编程语言中的扩展库，以实现热力学、化学或热力学的计算机建模。多组分混合物传输问题。该软件包有自己的水特性数据库。52 – 54这是对此处获得的结果的验证。例如，这里预测的蒸汽热循环效率为 38.60%，通过使用建模工具 Cantera 进行的独立分析，该效率是准确的（精确到 4 位有效数字）。同样，此处预测的具体净输出轴功为 1332.111 kJ/kg，使用 Cantera 获得的值为 1331.95 kJ/kg。差异仅为 0.161 kJ/kg，几乎为零；使得两个预测值几乎相同，相对差异为0.012%。这里预测的比输入热（到锅炉部分）为 3451.466 kJ/kg。使用 Cantera 报告的值为 3450.93 kJ/kg。差异仅为 0.536 kJ/kg。

根据此处给出的结果，与涡轮机输出功相比，泵输入功非常小（仅 0.376%）。因此，与涡轮机功相比，忽略泵功是合理的。冷凝器的废热很大，是循环效率（而不是必要的泵功）的主要限制因素。泵部分的压缩几乎是等温的，尽管压力大幅增加，但温度的增加非常小。汽轮机出口蒸汽干度约为89%，尚可。表中列出的数据是使用在线蒸汽计算器（由斯派莎克制造）获得的。

过热温度升高时的性能
本小节专门介绍当过热蒸汽温度逐渐增加到 600°C 基础值以上时五个性能响应变量的变化。每个响应变量都显示在单独的图中。对于每个响应变量，在图中添加线性回归模型，包括 R 平方 (R 2 ) 值作为拟合优度的度量，其中 R 2 = 1 意味着回归线完美地通过每个数据点，因此响应变量的方差完全由控制变量（即当前分段中的过热蒸汽温度）解释。55在当前的研究中，在选择拟合曲线时，首先尝试更简单的曲线（线性），然后再尝试更复杂的曲线（例如二次曲线或三次曲线）。对于此处涵盖的所有五个响应变量，当过热温度为控制变量时，简单的线性回归模型令人满意。
图5显示了随着过热温度的升高循环热效率的变化以及估计发电厂效率的变化。任一效率随温度的变化几乎是线性的，具有正斜率。循环效率从 38.60%（基本情况，600°C）到 43.67%（900°C）不等。这意味着增长了 5.07 个百分点 (pp)。对于估计的发电厂效率，从 34.74%（600°C 时）增加到 39.30%（900°C 时）。在所考虑的温度范围内，线性回归模型对于该响应变量来说几乎是完美的，表明循环热效率的平均温度敏感系数为 0.0169 %/°C。因此，平均而言，过热温度每升高 100°C，循环热效率就会提高 1.69 个百分点 (pp)。

锅炉压力增加时的性能
本小节专门介绍由于过热蒸汽压力增加到超过 400 bara 基础值而导致的五个性能响应变量的变化。每个响应变量都显示在单独的图中。对于每个响应变量，都会在图中添加回归模型，包括 R 平方值作为拟合优度的度量。选择拟合曲线时，先尝试较简单的曲线（例如线性曲线），然后再尝试较复杂的曲线（例如二次曲线或三次曲线）。如果发现低阶拟合令人满意，则不会尝试高阶拟合曲线。除了比输入热量外，非线性回归模型对于数据点的良好拟合也是必要的。R 2非线性回归情况下的值没有其完​​整的解释（在解释响应变量的方差方面）和线性回归情况下的有用性。56然而，仍然可以谨慎地使用它来指示回归模型重现离散数据点的能力。57 , 58
图10显示随着绝对锅炉压力增加，循环效率的变化以及估计发电厂效率的变化。任一效率随压力的变化几乎遵循三次函数。循环效率从 38.60%（基本情况，50 bara）到 44.60%（400 bara）不等。这意味着增加了 6.00 个百分点。对于估计的发电厂效率，从 34.74%（50 bara 时）增加到 40.14%（400 bara 时）。非线性变化表明最初随着压力的增加而快速增加，随着压力的进一步增加而下降。特别是，350bara至400bara之间的循环热效率仅增加了0.15个百分点，而50bara至100bara之间的循环热效率增加了2.55个百分点。

膨胀过程后汽轮机出口处的蒸汽质量（干度）随着锅炉绝对压力的增加而变化。这种变化几乎类似于二次函数，其中质量随着锅炉绝对压力的增加而降低。蒸汽质量从 89.00%（基本情况，50 bara）到 72.11%（400 bara）不等。这是提高锅炉压力的不利影响，因为这意味着由于与形成的液滴的高速碰撞，汽轮机的最后部分会受到更多的侵蚀。特别是，这种低质量值使得对于高于基本情况的所有压力所分析的蒸汽循环设计实际上不合适。解决这个问题并使涡轮机出口质量恢复到相当高的值的一种方法是提高过热温度。另一种补救措施是应用再热改进，其中实施基本朗肯蒸汽循环的改进版本，使得蒸汽在发生任何冷凝之前在初始涡轮机（高压涡轮机）中膨胀到中间压力和温度水平。然后膨胀的蒸汽再次被加热成为过热蒸汽（但处于中压水平），然后被送到后续的汽轮机（低压汽轮机），再热蒸汽在汽轮机中膨胀到低压极限，然后进入冷凝器。这种再热改进有助于提高涡轮机出口蒸汽质量，但代价是增加循环的复杂性。其中实施了基本朗肯蒸汽循环的修改版本，使得蒸汽在发生任何冷凝之前在初始涡轮机（高压涡轮机）中膨胀到中间压力和温度水平。然后膨胀的蒸汽再次被加热成为过热蒸汽（但处于中压水平），然后被送到后续的汽轮机（低压汽轮机），再热蒸汽在汽轮机中膨胀到低压极限，然后进入冷凝器。这种再热改进有助于提高涡轮机出口蒸汽质量，但代价是增加循环的复杂性。其中实施了基本朗肯蒸汽循环的修改版本，使得蒸汽在发生任何冷凝之前在初始涡轮机（高压涡轮机）中膨胀到中间压力和温度水平。然后膨胀的蒸汽再次被加热成为过热蒸汽（但处于中压水平），然后被送到后续的汽轮机（低压汽轮机），再热蒸汽在汽轮机中膨胀到低压极限，然后进入冷凝器。这种再热改进有助于提高涡轮机出口蒸汽质量，但代价是增加循环的复杂性。然后被送到后续的汽轮机（低压汽轮机），再热蒸汽在进入冷凝器之前膨胀到低压极限。这种再热改进有助于提高涡轮机出口蒸汽质量，但代价是增加循环的复杂性。然后被送到后续的汽轮机（低压汽轮机），再热蒸汽在进入冷凝器之前膨胀到低压极限。这种再热改进有助于提高涡轮机出口蒸汽质量，但代价是增加循环的复杂性。

讨论
本节提供了有关先前已提供的结果的一些评论。第一个注释是一些响应变量是相关的。例如，循环效率可以从特定的净输出轴功和特定的输入热量导出。61尽管如此，每个响应变量的行为可能不同。此外，检查单个变量的变化概况可以帮助解释另一个因变量的变化概况。在检查锅炉压力的影响时，这一点很明显。因此，单独研究这些响应变量是合理的。

第二点是关于分析中实施的简化。研究的循环是理想化的，有一些被忽略的损失，并且只有四个过程。例如，没有给水加热器。62建模的这种简单性具有减少不确定性和进行更公平评估的优点。例如，如果包括不可逆损失，则模型中会出现额外的未知数，例如涡轮机等熵效率，63这是要假设的参数。因此，尽可能消除此类任意因素是优选的。这项研究的价值不在于所提供的特定数值结果，而在于过热蒸汽条件变化时的性能趋势。响应变量的定性行为通过有代表性的定量结果来证明。所使用的建模方法的简单性也使得结果易于被其他人重现和验证。这也使得这项研究很适合纳入有关热力学或发电厂的大学课程内容，学生可以在这些课程中接触到在发电厂中应用热力学原理的示例。
第三点是关于一些审查条件的实用性。据了解，考虑到目前可用的材料和专用合金（ 64 – 68，尤其是温度）的经济可行性，此处检查的温度和压力范围的上限可能不现实。尽管如此，这里所做的预测仍然可以作为理论预期有用。这里提出的循环效率的预期收益以及其他响应变量的变化可以作为材料科学和蒸汽技术研究人员的输入，以帮助评估合成专用合金或方法的可行性，以达到目前尚不可用的更严格的操作条件。

第四点是关于当前研究的局限性。应该澄清的是，这里提出的数学拟合模型并不旨在普遍适用。相反，它们对应于特定的冷凝器压力，作为固定值。尽管如此，选择的值似乎是合理的，使得所呈现的结果仍然有用。当前分析的另一个局限性是它不包括经济方面，例如能源平准成本 (LCoE) 和生命周期成本 (LCC) 69这些都超出了当前工作的范围。这项工作从工程设计的角度考虑性能，例如估计的发电厂效率。例如，当前的分析可以提供以下问题的答案：对于与此处研究的配置类似的蒸汽发电厂，哪种变化预计会导致更多发电，将峰值蒸汽温度从 600°C 提高到650°C，或将峰值蒸汽压力从 50 bara 增加到 100 bara？根据发现的结果可以得出答案：将峰值蒸汽压力从 50 bara 增加到 100 bara 是首选，因为电厂效率预计将从 34.74% 增加到 37.03%，同时将峰值蒸汽温度从 600° 增加C 至 650°C 预计将使发电厂效率从 34 提高。48 . 然而，目前的研究无法回答这样的问题：改造与此处研究的配置相似的蒸汽发电厂，将峰值蒸汽温度从 600°C 提高到 650°C，或提高蒸汽发电厂的成本，哪个改变成本更高？峰值蒸汽压力从 50 bara 到 100 bara？

第五条评论是关于所提出的研究和结果的价值。该研究分析描述了理想蒸汽动力循环中的重要性能变量如何随峰值温度（高达 900°C）变化。该研究分析描述了理想蒸汽动力循环中的重要性能变量如何随峰值蒸汽压力（高达 400 bara）变化，涵盖蒸汽的亚临界和超临界状态。该研究定量地说明了循环效率对峰值压力的非线性依赖性，这提醒了此类热力学动力循环的设计者，在选择峰值蒸汽压力时需要特别小心。这与峰值蒸汽温度不同，研究表明，可以将其设置为尽可能高的值（取决于所涉及的设备的耐受性），以便更好地利用蒸汽发电厂。该研究包括对两种不同的用于计算蒸汽特性的免费工具（斯派莎克计算器和 mini-REFPROP）的验证，表明它们之间存在一致性。该研究还表明，这两种工具与用于计算蒸汽属性的第三个免费工具（Cantera）在分析蒸汽循环时之间存在一致性，尽管它在当前的研究中没有直接使用。

结论
考虑四过程、四设备朗肯蒸汽循环，检查过热蒸汽温度（过热温度）的影响和过热蒸汽压力（锅炉压力）的影响。过热温度从 600°C 变化到 900°C，同时保持锅炉绝对压力固定在 50 bara 的基本值。锅炉绝对压力从 50 bara 变化到 400 bara，同时保持过热温度固定在 600°C 的基础值，从而涵盖亚临界和超临界状态。冷凝器压力固定在 0.125 bara 的合理值。
提高过热温度作为控制变量（同时保持锅炉压力恒定）会导致循环热效率、汽轮机出口蒸汽质量、特定净输出轴功以及所需的水质量流量（以达到给定的电力容量）。热效率从600℃时的38.60%提高到900℃时的43.67%。这鼓励了对特殊金属合金和技术的研究，这些合金和技术可以在如此高的温度下持续运行，同时使这种操作在经济上可行。
增加锅炉压力作为控制变量（同时保持过热温度恒定）对循环性能显示出不同的影响。循环热效率似乎有接近 45% 的上限，进一步增加压力并不会产生显着的改善。热循环效率从 50 bara 时的 38.60% 增加到 200 bara 时的 43.30%，然后增加到 400 bara 时的 44.60%。这表明将锅炉绝对压力保持在 200 bara 附近可能是一个合理的选择。这是高压条件，但仍处于亚临界状态内，尽管它接近超临界状态。由于汽轮机出口处的蒸汽品质降低，仅增加​​锅炉压力的想法并不实用，蒸汽品质远低于 88%。
当转换效率（定义为电功率输出除以机械净输出轴功率）为90%时，本研究得出结论，在600°的基本情况下需要834.10 kg/s的循环水/蒸汽流量C峰值蒸汽温度和50 bara峰值蒸汽压力，才能实现1 GW的发电量。如果蒸汽峰值温度提高到 900°C，则需水量可降低至 610.94 kg/s。相反，得出的结论是，减少用水需求的另一种方法是将峰值蒸汽压力增加到约 200 bara，其中每 1 GW 电力输出所需的水质量流量为 775.55 kg/s。这进一步得出结论，蒸汽温度是比蒸汽压力更有效的设计变量。
在当前的工作中，峰值蒸汽温度（涡轮入口温度）和峰值蒸汽压力彼此独立地变化。这意味着当一个变量改变时，另一个变量保持不变。这种方法可以更好地体现每个变量单独的影响。作为扩展当前研究的一种可能方法，可以制作性能变量的二维图，其中允许两个变量一起变化。这可以实现更好的优化操作条件。
当前研究的一些主要结论总结如下：
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在简单的朗肯蒸汽循环中增加峰值蒸汽压力会导致循环效率逐渐降低。
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增加简单朗肯蒸汽循环中的峰值蒸汽压力会导致比输入热量减少，但会导致特定净输出轴功的土堆形状。
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提高简单朗肯蒸汽循环中的峰值蒸汽温度可以使循环效率线性增加。
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提高简单朗肯蒸汽循环中的峰值蒸汽温度会导致比输入热量以及比净输出轴功线性增加。
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蒸汽计算工具（斯派莎克计算器和迷你REFPROP程序）似乎非常一致。
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Python 包 Cantera 似乎非常有能力对蒸汽动力循环进行建模。
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鼓励材料领域的研究，使汽轮机能够维持接近1000°C的超热蒸汽，以实现蒸汽电厂的潜在收益。