關(guān)于火力發(fā)電的熱效率

1、.關(guān)于提高火力發(fā)電的熱效率一、 前言火力發(fā)電過(guò)程中的清潔生產(chǎn)，除了SO2、粉煤灰等污染物的處理外，提高火力發(fā)電的熱效率，減少能耗，也是清潔生產(chǎn)中必不可少的一部分，在生產(chǎn)相同電量的情況下，減少能源的使用量，相應(yīng)的減少了污染物的產(chǎn)生，從源頭削減了污染，達(dá)到清潔生產(chǎn)的目的。二、 正文1 熱效率現(xiàn)狀目前能源的很大一部分是用于發(fā)電，而且多采用礦物燃料加熱燃燒，將貯藏的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能，熱能通過(guò)發(fā)電裝置又可轉(zhuǎn)化為電能，即火力發(fā)電?；鹆Πl(fā)電的簡(jiǎn)單過(guò)程是：化石燃料通過(guò)在鍋爐中燃燒大約將90%的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能，并將熱能傳遞給鍋爐水管中的水分，使其加熱蒸發(fā)，水蒸氣通過(guò)蒸汽管流向渦輪機(jī)并沖擊葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪機(jī)則把4

2、0%的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，發(fā)電機(jī)把所能得到的機(jī)械能的99%轉(zhuǎn)換成電能，然后通過(guò)輸出系統(tǒng)將電能輸送到用戶。由熱能轉(zhuǎn)換成電能的總效率等于鍋爐效率渦輪機(jī)效率發(fā)電機(jī)效率。若每個(gè)裝置以目前最大效率運(yùn)行，則 總效率=0.880.460.99100%=40%以上所述表明，一個(gè)火力發(fā)電站所消耗的熱能只有40%轉(zhuǎn)換成電能，其余60%熱能以熱的形式損失掉了。其中從鍋爐燃燒過(guò)程煙氣的排放帶走一部分熱量使大氣增溫，另外大部分是從汽輪機(jī)出來(lái)的熱蒸汽經(jīng)冷卻器冷去后形成水，冷凝水用泵打回鍋爐重復(fù)使用，而冷卻器中的冷卻水則增溫外排，流入河流或其他水體，形成所謂的熱污染。2 提高熱效率的方法2.1 提高壓溫比現(xiàn)行火力發(fā)電原理都是

3、：煤炭化學(xué)能經(jīng)燃燒轉(zhuǎn)化為水蒸氣動(dòng)能，水蒸汽推動(dòng)汽輪做功，在磁場(chǎng)中金屬導(dǎo)體產(chǎn)生電能，這一過(guò)程中，導(dǎo)體輸出的電能由汽輪機(jī)動(dòng)能決定，而汽輪機(jī)動(dòng)能又由水蒸氣壓強(qiáng)(P)決定，因而要想輸出的電功率多，就得盡可能增大工質(zhì)壓強(qiáng)。同時(shí)，在這過(guò)程中，熱能會(huì)有較大流失，也就是說(shuō)有很大一部分熱能不能轉(zhuǎn)化為水蒸汽動(dòng)能(或壓強(qiáng))。而流失的熱能與工質(zhì)(水蒸汽)的熱力學(xué)溫度(T)有關(guān)，T越大，熱能越易流失，所以，在盡可能提高工質(zhì)壓強(qiáng)的情況下，還得減少溫度T，也就是說(shuō)，要想辦法提高壓溫比(P/T)，而在氣態(tài)快轉(zhuǎn)化為液態(tài)的臨界狀態(tài)時(shí)，工質(zhì)的壓溫比最高。因?yàn)闅怏w越高壓，越低溫，越易液化，壓溫比提高到臨界狀態(tài)，就基本不能再升了(再升

4、就成液體，不能做功了)，目前許多火電廠都是在超超臨界狀態(tài)工作，所以，從這方面說(shuō)，火電效率不能再提升了。2.2 減少熱傳遞和熱輻射要想提高效率，得從各個(gè)過(guò)程入手。首先，我們可得出熱能有三種轉(zhuǎn)移方式：做功、熱傳遞、熱輻射。這三種方式中，我們想要的是盡可能增大熱能做功部分，而減少熱傳遞和熱輻射。在鍋爐中，水蒸汽因有高溫，還是會(huì)與外界有熱傳遞。要減少熱傳遞，可利用杜瓦瓶原理絕熱，即對(duì)裝水容器安裝兩層夾板，兩板之間抽成真空再密封，這樣，熱傳遞而流失的能量大部分都會(huì)得到收集。另外，根據(jù)斯特藩一玻爾茲曼定律，熱輻射與容器面積和T4成正比。因而，可通過(guò)增大容器的體積和面積之比來(lái)減小熱輻射所占比例，從而幫助熱能

5、利用。2.3 利用乏氣中的熱能以上兩種思路雖然有助于提高火電效率，但提高程度不大，因而其現(xiàn)實(shí)意義較小，在熱電轉(zhuǎn)換過(guò)程中，熱能最主要的流失是水蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)做功后向外界排出的乏氣中還含有大量熱能，這部分熱能沒被利用，因而現(xiàn)行火電效率不高。要想使這部分熱能得到利用，就得想法使它轉(zhuǎn)化為氣體的定向動(dòng)能(熱能是雜亂，各向均勻同性的，無(wú)法推動(dòng)汽輪機(jī)做功)。而較現(xiàn)實(shí)的思路是參照節(jié)流制冷原理，使水蒸氣在經(jīng)汽輪機(jī)之前就讓它通過(guò)多孔性隔板，這樣，通過(guò)后的水蒸汽溫度有所降低，而流速增大，有利于增大定向動(dòng)能所占比例，從而有利于水蒸氣做功。實(shí)驗(yàn)表明，先前流速較低的氣體通過(guò)縮口式閥門過(guò)后，流速增大，溫度降低，相當(dāng)于把熱能

6、轉(zhuǎn)化為氣體的定向動(dòng)能。從理論上分析，由于氣體的壓強(qiáng)(決定定向動(dòng)能)可看作是由溫度(決定熱能)產(chǎn)生，則壓強(qiáng)可認(rèn)為是動(dòng)能，熱能是勢(shì)能，氣體通過(guò)小孔后，流速會(huì)增大，就是動(dòng)能增大，根據(jù)能量守恒，則勢(shì)能一定會(huì)減小，即溫度會(huì)降低。而這節(jié)流過(guò)程就是把不做功的熱能轉(zhuǎn)化為能做功的定向動(dòng)能，從而降低乏氣帶走的熱能，增大做功的比例，提高火電效率?，F(xiàn)實(shí)中可先對(duì)封閉的水蒸汽不斷加熱，待其壓強(qiáng)高到一定值時(shí)再讓水蒸汽通過(guò)多層多孔性隔板，多次節(jié)流，從而較大降低其溫度。同時(shí)保持節(jié)流后的水蒸汽動(dòng)能和現(xiàn)行情況大致相等(這需要節(jié)流前壓強(qiáng)比現(xiàn)在升高)，然后控制火力，使燃燒輸給水蒸汽的能量和節(jié)流后水蒸汽定向動(dòng)能相平衡。2.4 改善機(jī)件另

7、外，火力發(fā)電過(guò)程中，各機(jī)件運(yùn)動(dòng)的能量也能量消耗的原因。如汽輪機(jī)和磁極轉(zhuǎn)動(dòng)，它們本身也有能量，它們也是靠熱能提供，有一部分不能轉(zhuǎn)化為電能。因此，還得盡量減小這些機(jī)件的質(zhì)量或密度。如汽輪機(jī)廠可把汽輪機(jī)的葉片盡可能做薄或用輕材料(如鈦鋁合金)代替鋼鐵部分。三、思考從總量來(lái)看，我國(guó)是一個(gè)煤炭能源比較豐富的國(guó)家，但由于人口眾多，無(wú)論人均能源占有量或人均能源消費(fèi)量都很低。在能源需求量日益增大的今天，有限能源不斷減少，特別是石油資源日益緊張的情況下，使得煤炭資源不僅在當(dāng)前，而且在今后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)將是主要能源。提高煤炭資源在發(fā)電過(guò)程中能量的充分利用，既提高了能源的利用效率，緩減能源壓力，又使得在生產(chǎn)相同電量的情

8、況下，燃燒較少的煤炭，相應(yīng)的，產(chǎn)生較少的污染物SO2、粉煤灰、廢水、廢氣等，達(dá)到清潔生產(chǎn)的目的?；鹆Πl(fā)電過(guò)程中，由于燃燒大量的煤炭資源，產(chǎn)生大量的污染物，污染物的排放對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了極大的影響，我們?cè)谥铝τ谌绾翁幚?、處置污染物的同時(shí)，更應(yīng)該注重減少污染物的產(chǎn)生，而清潔生產(chǎn)正是從源頭削減污染，提高資源利用效率，減少或者避免生產(chǎn)、服務(wù)和產(chǎn)品使用過(guò)程中污染物的產(chǎn)生和排放，以減輕或者消除對(duì)人類健康和環(huán)境的危害。清潔生產(chǎn)是環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略由被動(dòng)反應(yīng)向主動(dòng)行動(dòng)的一種轉(zhuǎn)變，是工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必要途徑。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力這種清潔能源的使用量也將大幅度增加，這就要求我們?cè)诖罅ιa(chǎn)電力能源的同時(shí)，必須引導(dǎo)電力企業(yè)開展清潔生產(chǎn)，使清潔生產(chǎn)有組織、有計(jì)劃