關于火力發(fā)電的熱效率

1、.關于提高火力發(fā)電的熱效率一、 前言火力發(fā)電過程中的清潔生產(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，相應的減少了污染物的產(chǎn)生，從源頭削減了污染，達到清潔生產(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，將貯藏的化學能轉換為熱能，熱能通過發(fā)電裝置又可轉化為電能，即火力發(fā)電?；鹆Πl(fā)電的簡單過程是：化石燃料通過在鍋爐中燃燒大約將90%的化學能轉換為熱能，并將熱能傳遞給鍋爐水管中的水分，使其加熱蒸發(fā)，水蒸氣通過蒸汽管流向渦輪機并沖擊葉片轉動，渦輪機則把4

2、0%的熱能轉換成機械能，發(fā)電機把所能得到的機械能的99%轉換成電能，然后通過輸出系統(tǒng)將電能輸送到用戶。由熱能轉換成電能的總效率等于鍋爐效率渦輪機效率發(fā)電機效率。若每個裝置以目前最大效率運行，則 總效率=0.880.460.99100%=40%以上所述表明，一個火力發(fā)電站所消耗的熱能只有40%轉換成電能，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出來的熱蒸汽經(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、：煤炭化學能經(jīng)燃燒轉化為水蒸氣動能，水蒸汽推動汽輪做功，在磁場中金屬導體產(chǎn)生電能，這一過程中，導體輸出的電能由汽輪機動能決定，而汽輪機動能又由水蒸氣壓強(P)決定，因而要想輸出的電功率多，就得盡可能增大工質壓強。同時，在這過程中，熱能會有較大流失，也就是說有很大一部分熱能不能轉化為水蒸汽動能(或壓強)。而流失的熱能與工質(水蒸汽)的熱力學溫度(T)有關，T越大，熱能越易流失，所以，在盡可能提高工質壓強的情況下，還得減少溫度T，也就是說，要想辦法提高壓溫比(P/T)，而在氣態(tài)快轉化為液態(tài)的臨界狀態(tài)時，工質的壓溫比最高。因為氣體越高壓，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，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，得從各個過程入手。首先，我們可得出熱能有三種轉移方式：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，可通過增大容器的體積和面積之比來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)實意義較小，在熱電轉換過程中，熱能最主要的流失是水蒸汽推動汽輪機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，就得想法使它轉化為氣體的定向動能(熱能是雜亂，各向均勻同性的，無法推動汽輪機做功)。而較現(xiàn)實的思路是參照節(jié)流制冷原理，使水蒸氣在經(jīng)汽輪機之前就讓它通過多孔性隔板，這樣，通過后的水蒸汽溫度有所降低，而流速增大，有利于增大定向動能所占比例，從而有利于水蒸氣做功。實驗表明，先前流速較低的氣體通過縮口式閥門過后，流速增大，溫度降低，相當于把熱能

6、轉化為氣體的定向動能。從理論上分析，由于氣體的壓強(決定定向動能)可看作是由溫度(決定熱能)產(chǎn)生，則壓強可認為是動能，熱能是勢能，氣體通過小孔后，流速會增大，就是動能增大，根據(jù)能量守恒，則勢能一定會減小，即溫度會降低。而這節(jié)流過程就是把不做功的熱能轉化為能做功的定向動能，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)實中可先對封閉的水蒸汽不斷加熱，待其壓強高到一定值時再讓水蒸汽通過多層多孔性隔板，多次節(jié)流，從而較大降低其溫度。同時保持節(jié)流后的水蒸汽動能和現(xiàn)行情況大致相等(這需要節(jié)流前壓強比現(xiàn)在升高)，然后控制火力，使燃燒輸給水蒸汽的能量和節(jié)流后水蒸汽定向動能相平衡。2.4 改善機件另

7、外，火力發(fā)電過程中，各機件運動的能量也能量消耗的原因。如汽輪機和磁極轉動，它們本身也有能量，它們也是靠熱能提供，有一部分不能轉化為電能。因此，還得盡量減小這些機件的質量或密度。如汽輪機廠可把汽輪機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、思考從總量來看，我國是一個煤炭能源比較豐富的國家，但由于人口眾多，無論人均能源占有量或人均能源消費量都很低。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前，而且在今后較長時間內將是主要能源。提高煤炭資源在發(fā)電過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，相應的，產(chǎn)生較少的污染物SO2、粉煤灰、廢水、廢氣等，達到清潔生產(chǎn)的目的?；鹆Πl(fā)電過程中，由于燃燒大量的煤炭資源，產(chǎn)生大量的污染物，污染物的排放對環(huán)境產(chǎn)生了極大的影響，我們在致力于如何處理、處置污染物的同時，更應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)、服務和產(chǎn)品使用過程中污染物的產(chǎn)生和排放，以減輕或者消除對人類健康和環(huán)境的危害。清潔生產(chǎn)是環(huán)境保護戰(zhàn)略由被動反應向主動行動的一種轉變，是工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必要途徑。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電力這種清潔能源的使用量也將大幅度增加，這就要求我們在大力生產(chǎn)電力能源的同時，必須引導電力企業(yè)開展清潔生產(chǎn)，使清潔生產(chǎn)有組織、有計劃