火力發(fā)電過程改進(jìn)的幾點(diǎn)設(shè)想

煤炭火力發(fā)電過程改進(jìn)的幾點(diǎn)設(shè)想工學(xué)院熱能與動力工程專業(yè)曾越學(xué)號:11310049摘要：發(fā)電廠是把各種動力能源的能量轉(zhuǎn)變成電能的工廠?；鹆Πl(fā)電占我國發(fā)電總量的百分之七十，所以現(xiàn)階段，只要對火力發(fā)電的過程有所改進(jìn)，所節(jié)約的能量都是一筆不容小視的數(shù)目。仔細(xì)研究了傳統(tǒng)火力發(fā)電的流程后，我認(rèn)為內(nèi)燃機(jī)的效率高于蒸汽機(jī)，應(yīng)該用內(nèi)燃機(jī)代替蒸汽機(jī)火力發(fā)電，另外，效率低下部分原因是大部分能量轉(zhuǎn)變成熱量散失了，所以把這部分本會散失的熱量利用起來就能大大節(jié)能。關(guān)鍵詞：火力發(fā)電工質(zhì)內(nèi)燃機(jī)熱量煤炭火力發(fā)電過程改進(jìn)的必要性火力發(fā)電(thermalpower，thermoelectricitypowergeneration)是扌旨利用煤炭、石油、天然氣等固體、液體、氣體燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能，通過熱能來加熱水，使水變成高溫產(chǎn)生高壓水蒸氣，然后再由水蒸氣推動發(fā)電機(jī)繼而發(fā)電的一種發(fā)電方式1。在所有的發(fā)電方式中，火力發(fā)電的發(fā)展歷史最久，因而比起其他發(fā)電方式來說技術(shù)也比較成熟?；鹆Πl(fā)電所用的燃料可以有煤炭、石油、天然氣、瓦斯氣等各種固體、液體、氣體燃料。但就我國基本國情而言，煤的儲量巨大而豐富，1990年產(chǎn)煤10.9億噸，其中發(fā)電用煤僅占12%。因此我國的火力發(fā)電主要指煤動力發(fā)電，其所占中國總裝機(jī)容量約在70%以上2。■規(guī)崇■廿丹n無想氣?曲電，■規(guī)崇■廿丹n無想氣?曲電，長rfc.亂電圖表1 2007年我國能源結(jié)構(gòu)圖能、波浪能、氫能等新能源看起來清潔環(huán)保，但是十二五的目標(biāo)是爭取實(shí)現(xiàn)新能源和可再生能源占整體用能比例2%,也就是說現(xiàn)在所有新能源加起來的比重還不到中國整體用能的2%,在現(xiàn)階段僅僅把節(jié)能的希望放在新能源的不斷開發(fā)和加大規(guī)模上是不現(xiàn)實(shí)的。因此，對于占中國總裝機(jī)容量約在70%火力發(fā)電來說，因為一項小小的技術(shù)革新帶來的能源節(jié)約就不容忽視了。這說明了火力發(fā)電技術(shù)革新在節(jié)能進(jìn)程中所起的重要作用和必要性。火力發(fā)電的基本過程能量轉(zhuǎn)換：火力發(fā)電中存在著三種型式的能量轉(zhuǎn)換過程：在鍋爐中煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?；在汽輪機(jī)中熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能；在發(fā)電機(jī)中機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的主要設(shè)備一一鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，被稱為火力發(fā)電廠的三大主機(jī)，而鍋爐則是三大主機(jī)中最基本的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。從理論上看雖然火力發(fā)電完成了能量從化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)化，但是它的能量轉(zhuǎn)化經(jīng)歷了燃料化學(xué)能T蒸汽熱能T機(jī)械能T電能這好幾個過程。實(shí)際上，能量轉(zhuǎn)化的過程越多，轉(zhuǎn)化過程中損失的能量就越多。即使每一個環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)化效率有90%，但是經(jīng)歷了三次轉(zhuǎn)化后總體效率也只有72.9%，何況實(shí)際上每個環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)低于90%。90年代，世界最好的火電廠能把40%左右的熱能轉(zhuǎn)換為電能。還有60%能量如果不加利用，就被白白浪費(fèi)了?；鹆Πl(fā)電的基本過程：采用煤炭作為一次能源，利用皮帶傳送技術(shù)，向鍋爐輸送經(jīng)處理過的煤粉，煤炭在鍋爐內(nèi)燃燒放出的熱量，將水加熱成具有一定壓力和溫度的蒸汽，然后蒸汽沿管道進(jìn)入汽輪機(jī)中不斷膨脹做功，沖擊汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。在汽輪機(jī)中做完功的蒸汽排入冷汽器中并凝結(jié)成水，然后被凝結(jié)水泵送入除氧器。水在除氧器中被來自抽氣管的汽輪機(jī)抽汽加熱并除去所含氣體，最后又被給水泵進(jìn)一步升壓送回鍋爐中重復(fù)參加上述循環(huán)過程，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電經(jīng)變壓器升壓后輸入電網(wǎng)3?；鹆Πl(fā)電過程的分析與改進(jìn)：在可再生能源緊缺和環(huán)境污染的雙重壓力下，我們必須要提高煤炭火力發(fā)電效率,為了改進(jìn)煤炭火力發(fā)電的環(huán)節(jié)，我們必須逐步分析能量的去向，修改能量流動的路徑。1、 我們的初始能源是儲藏在煤、石油、天然氣等化石能源中的化學(xué)能，在第一步轉(zhuǎn)化中化學(xué)能轉(zhuǎn)變成了內(nèi)能。在這個過程中，能量損失主要在于燃料的不完全燃燒、機(jī)械上的摩擦損失、與周圍環(huán)境中的熱交換散失了熱量。煤的完全燃燒主要取決于燃料和周圍空氣的接觸面積以及空氣量。因此，要想提高煤的燃燒效率，一方面我們要增大煤的表面積，比如把煤研成粉末。另一方面要控制空氣的量在一個最合適的范圍內(nèi)，保證燃料和空氣保證在一個燃效最高的比例?？諝馓贂?dǎo)致燃料的不完全燃燒，降低能量轉(zhuǎn)換率?？諝獾牧刻?，雖然煤可以充分燃燒，但是過多的空氣不僅沒有參加化學(xué)反應(yīng)放出熱量，反而會帶走很多熱量，同樣也會降低能量利用率。對于機(jī)械上的摩擦損失，那就要從維持機(jī)械表面光滑度和磨合程度著手，定期涂抹潤滑油，清理水垢等。2、 由于傳統(tǒng)的火力發(fā)電采用的是煤燃燒加熱水，利用水蒸氣驅(qū)動渦輪，其工作原理和瓦特時代的蒸汽機(jī)類似，無論現(xiàn)在鍋爐的工藝多么先進(jìn)，也難以逾越蒸汽機(jī)自身的局限性。因此在煤燃燒的過程中有大量的熱散失到空氣中，造成了極大的浪費(fèi)。一方面化石能源越來越緊缺，另一方面我們又在夸張地浪費(fèi)著這些熱量。我們要解決這個矛盾，不僅要開源，還要節(jié)流。如何節(jié)流？首先應(yīng)該把原來的“蒸汽機(jī)”換成各種內(nèi)燃機(jī)，從根本上提高燃料的效率。其次，要把散失的那部分熱量好好利用起來。在北方，冬天的時候可以利用這部分熱量來供暖，但是到了夏天或者對于南方的火電站，這部分熱量有沒有更好的利用方法呢？這個還有待進(jìn)一步思考。3、水通過加熱變成過熱蒸汽后，蒸汽沿管道進(jìn)入汽輪機(jī)中不斷膨脹做功，沖擊汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。在汽輪機(jī)中做完功的蒸汽排入冷汽器中并凝結(jié)成水，然后被凝結(jié)水泵送入除水4.2X1Q還有待進(jìn)一步思考。3、水通過加熱變成過熱蒸汽后，蒸汽沿管道進(jìn)入汽輪機(jī)中不斷膨脹做功，沖擊汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。在汽輪機(jī)中做完功的蒸汽排入冷汽器中并凝結(jié)成水，然后被凝結(jié)水泵送入除水4.2X1Q3干泥土0.34X103酒精2.4X103稠0.39X103冰2.1X103鋁0.88X103煤袖2.1X103鉛0.13X103水銀0.14X1Q3砂石0.92X103幾種物質(zhì)的比熱容表応城些?圖表2注解4氧器。水在除氧器中被來自抽氣管的汽輪機(jī)抽汽加熱并除去所含氣體，最后又被給水泵進(jìn)一步升壓送回鍋爐中重復(fù)參加上述循環(huán)過程，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電經(jīng)變壓器升壓后輸入電網(wǎng)。對于這一個過程，我想要提出疑問的是，第一，它使用的工質(zhì)是水，在常見的工質(zhì)中，水的比熱容是最大的，也就是說在達(dá)到沸點(diǎn)的過程中它要比其他的工質(zhì)吸收更多的熱量，在做完功后冷凝過程中它要比其他的工質(zhì)釋放更多的熱量。從這兩方面看水作為工質(zhì)都是不合適的。第二，水的沸點(diǎn)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下是100攝氏度，在鍋爐內(nèi)高壓的條件下沸點(diǎn)會更高。如果我們選用另一種沸點(diǎn)不那么高的工質(zhì)，我們就不用提供那么多熱量使之氣化?；谝陨蟽牲c(diǎn)，我認(rèn)為應(yīng)該換用一種沸點(diǎn)低、環(huán)保、廉價、壓縮易液化的新工質(zhì)。是社擷電廠生產(chǎn)過程天意圉點(diǎn)擊文驅(qū)域可粉轉(zhuǎn)到相應(yīng)丈宇俞紹 -‘高壓加熱器￡22^.嚨氣器引鳳81惺庭1機(jī)煤粉歸是社擷電廠生產(chǎn)過程天意圉點(diǎn)擊文驅(qū)域可粉轉(zhuǎn)到相應(yīng)丈宇俞紹 -‘高壓加熱器￡22^.嚨氣器引鳳81惺庭1機(jī)煤粉歸綜合以上考慮，我在此提出自己的想法。改變我國大量用煤直接燃燒發(fā)電的能源結(jié)構(gòu)，采用天然氣、瓦斯氣或者把煤氣化后改用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。直接把內(nèi)燃機(jī)的曲柄連桿和發(fā)電機(jī)相連發(fā)電。內(nèi)燃機(jī)的效率高于“蒸汽機(jī)”，而且啟動和停止非常方便，有利于靈活根據(jù)用電需求調(diào)整發(fā)電量。選用合適的工質(zhì)，設(shè)計密閉系統(tǒng)使工質(zhì)在內(nèi)循環(huán)。增加一個小型電動壓縮機(jī)，改進(jìn)冰箱中制冷劑的循環(huán)過程，使工質(zhì)能夠在內(nèi)燃機(jī)上吸熱劇烈氣化，一來可以

為內(nèi)燃機(jī)降低溫度，二來可以充分利用這部分本會用冷卻水來吸收而后浪費(fèi)的熱量，這種低沸點(diǎn)工質(zhì)吸熱膨脹后可以沿用原來汽輪機(jī)發(fā)電的過程。示意圖如下2、/v