第七十七节 水管锅炉与过热器

    面对这个问题，李志坚再一次的打开金手指，立刻就明白了原因。

    这个原因其实不难，就从高压锅开始讲起吧。高压锅是法国人德尼帕潘在1681年发表文章介绍蒸煮器时开始进入现代社会的。他当时介绍这个东西，是为了让水煮骨头软化。或者说，当时他从法国来到英国，身为科技**丝，自然是没多少钱的。加上英国的食物又是欧洲出名的难吃，所以他就鼓捣出了这个玩意儿，用来自己做好吃的解馋。

    这个中国人民喜闻乐见的好朋友，它的原理在现代的中国真是妇孺皆知。那就是低压地区水不到100度就沸腾，唯有高压锅可以让锅内的水沸点超过100度，这样子就煮的快了。

    这个简单的自然原理不仅关系着人类的吃喝问题，更关系到人类社会的能源利用问题。

    根据我国标准的数据，现代压力锅的压力等级在170K千帕，180千帕和190千帕三个标准。这个数值换算成大气压，就是1.7个，1.8个和1.9个大气压。可是你们想过，这些压力下，水的沸点具体是多少度呢？150度？200度？

    这就需要查阅一个数据，名字叫做水的“相位图”。因为水存在着“气体液体”共存的温度，是一种相位变化复杂的物质，所以要特别制作一个相位图来描述它的沸点不定的行为。

    所以有两种图：第一种是三相图，描述了从冰，水到水蒸汽的三种相位变化。这张图的横坐标是温度，竖坐标是压力。查阅这张图，可以看到在100摄氏度，1个大气压，到374度，221个大气压之间，是水和水蒸汽共存的区间。换言之，在这个压力和温度之下，锅炉里的水不会全部转化为水蒸汽。

    这就解释了老黄头的简易高压锅的水蒸汽温度不足的原因。因为压力只有10个大气压，在这个压力下，水在190度左右开始沸腾，多余的热量只会产生更多的水蒸汽，而不会让汽水混合物的温度升高。

    如果要产生更高温度的蒸汽，就要想办法超越这个临界点：374度，221个大气压。这个临界点，常常用来区分火力发电厂锅炉的性能。现代火电厂的主要动力工质就是水蒸汽，主要能源转化的场所，就是锅炉的燃烧室和汽轮机的叶片。如果锅炉产生的主蒸汽的压力高于这个临界点的压力，这个机组就叫做超临界机组。

    在欧美发达国家的主蒸汽参数已经高达310个大气压，蒸汽温度530度。我国的超临界机组的国产化，直到2004年才由华能沁北电厂（河南省济源市）实现。它的单机容量是600兆瓦。值得指出的是，虽然都是中国制造，可是设计和技术，都是使用的日本技术。以日本人的秉性，卖给你20年前的技术，都已经算“给你面子”了。相比之下，国外的亚超临界机组在八十年代以前的装机容量也超过了800兆瓦。因此在很多方面还是有差距的。

    那亚超临界机组，是不是就只能产生临界点温度以下的蒸汽了呢？不是的，比如德国贝司巴赫电厂870兆瓦机组的主蒸汽参数，是190个大气压，530度。这个参数是不是……有点奇怪，并不在这个临界点以内。

    没错，这样的蒸汽，叫做“过热蒸汽”。它是在一级加热过程，由锅炉产生的汽水混合物的一级蒸汽，再进入过热管加热来实现超过沸腾温度的。所以在结构图上，可以看到攻击水的管道，在火焰上加热以后，要再次通过一个弯曲的管道回到烟道上方，再次加热。

    为什么要这么麻烦呢？就是因为之前的计算说明，热机的效率主要是高低温度的比决定的。如果不使用这个过热器的话，这个10个大气压的水蒸汽如果直接以190度的温度去工作，那个效率就低的有点可怕了。它的理论热效率就只有19%。

    这也是为什么现代蒸汽热电厂的热效率可以接近甚至超过50%，而蒸汽机车的车头的热效率却不超过10%的理论上的原因：主蒸汽参数太低。

    但是，面对这个过热器的制造，可就让人犯了难。老黄头的这个锅炉的“压力锅”，是使用铸铁铸造的，因此才能承压。

    如果要制造过热器的话，那必然要使用弯曲的管道来容纳大量的水蒸汽（设计为每秒约9升）通过，这些管道也必须是能够承受压力和密封的。

    如果靠铸造，没法铸造出中空又弯曲的细管。如果靠钢条锻打，那这个接缝的密封程度，又成了一个大问题。这还仅仅是一个过热器，就要不下十根弯管。如果要大批量制造，或者制造更大的容量，这个制造就成了一个大问题。

    这也是锅炉的两大造型：水管和火管锅炉的区别了。

    火管锅炉的主体，就是一个密封的大水箱，里面通过很多根管子，让燃烧的烟气通过。早期的蒸汽机车，就是使用这样的锅炉。因为这样的锅炉的管子是用来通过“火”的，所以叫做火管锅炉。

    相应的，水管锅炉的主体就是一个大的燃烧室，水是通过水管进来加热形成蒸汽再流出锅炉的。

    这两个锅炉那一个好呢？早期的锅炉，以及火车头用的锅炉，都是火管锅炉。一般的锅炉是火管锅炉也就算了，因为它构造简单，花费的钢材少，因此轻便便宜。要实现同样的蒸汽产量，水管锅炉的管道要多的多。

    考虑到此时的状况，同时也不至于太打击老黄头他们的信心，李志坚决定就在他们的“高压锅”的锅炉构造上进行修改，让它成为“水管火管”混合式的锅炉。

    李志坚指着这个随意放在炉火上的圆滚滚的水箱，比划着说：

    “这个水箱靠下的地方多开一个口，然后打造四根根粗铁管，把它们这样接起来。”

    “在粗铁管侧面再开一个口，再打造四根粗铁管，从上往下走。汇集在一起。”

    “这个出口才是最后的蒸汽出口。记得把这四周用薄铁皮围住，让煤炭燃烧的烟气正好穿过这些铁管子。加热的重点不是这个水箱，而是后面的铁管。”

    完了，李志坚又拍这老黄头的肩膀说：

    “你们做的很好。这样的表现已经难能可贵了。”

    以他们的工作，40%的效率是达不到的，但是就算最后只有10%的效率，那也是要逆天。这可是人类历史上第一种大规模实现能量转换的工具。

    在这之前，人类的机械能，可是都是靠的线粒体啊！（流水提供的能量差不多也算直接的机械能，不能叫转换，只能叫传递。水锤泵的原理也是传递能量。势能和机械能的简单转换就不要给自己贴金说是能量转化了吧）

    “实现蒸汽动力，不是一日之功，也不是一个物件，一个步骤就能实现的。以后，我们这个团队，还要处理很多觉得蛋疼，想到头疼，干到手疼的问题。可是，你们正在实现对抗自然，逆天而为的大事。任何一个古代的圣贤，做的事情，都没有你们伟大。”

    老黄头他们只是睁大了通红的眼睛，被李志坚的叙述所震惊。

    “你们相信我，能够做出这种神话中都没有出现过的机械。那么我也相信你们，我们一定能够成功。所以，你们现在放假两天，休息好了，再把这个锅炉的问题解决！”

    “李录事。我们不休息，我们现在就干！”老黄头激动的一撸袖子，就要拿锤子开工。身后两个学徒赶紧拉住：“黄师傅，等等，等等。你都一天没合眼了！”

    “老黄，听我一句话。以后要干的事情还多着呢，眼下的这点小问题，真不值得干的这么累！赶紧回家休息，别把身体弄垮了！你要是生病了，谁给我做关键的零件啊！”

    李志坚只得柔声相劝。

    完了又加一句狠话：“你要是不听我的命令，我就把你打发到庙里听高僧念经！一个月不许来作坊！”

    一天不干活就身子不爽的工作狂老黄头听到这个可怕的威胁，不仅身子一颤，赶紧服软：“我听你的，马上就回去。”

    一行人都走了。李志坚看见一团乱的做坊内散落的各色零件，通过了压缩空气验证运行的单流式蒸汽机本体（现在看上去仍然是几个气缸，一个主轴，和一堆细细的连杆勉强拼凑在一起的乱糟糟的玩意），不仅丑的让人绝望，更是看上去随便一个错误，就会让这些细杆子自己插在一起互相折断掉。

    可是这样正在一点一点实现的宏伟前景，才是理工男真正想要的！