火力发电与环境-论文内容.doc

一、火力发电过程 火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气等燃料的化学能产生出电能的工厂。按其功用可分为两类，即凝汽式电厂和热电厂。前者仅向用户供应电能，而热电厂除供给用户电量外，还向热用户供应蒸汽和热水，即所谓的“热电联合生产”。火电厂的容量大小各异，具体形式也不尽相同，但就其生产过程来说却是相似的。下图是凝汽式燃煤电厂的生产过程示意图。凝汽式燃煤电厂的生产过程示意图燃煤，用输煤皮带从煤场运至煤斗中。大型火电厂为提高燃煤效率都是燃烧煤粉。因此，煤斗中的原煤要先送至磨煤机内磨成煤粉。磨碎的煤粉由热空气携带经排粉风机送入锅炉的炉膛内燃烧。煤粉燃烧后形成的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动，放出热量，最后进入除尘器，将燃烧后的煤灰分离出来。洁净的烟气在引风机的作用下通过烟囱排入大气。助燃用的空气由送风机送入装设在尾部烟道上的空气预热器内，利用热烟气加热空气。这样，一方面除使进入锅炉的空气温度提高，易于煤粉的着火和燃烧外，另一方面也可以降低排烟温度，提高热能的利用率。从空气预热器排出的热空气分为两股：一股去磨煤机干燥和输送煤粉，另一股直接送入炉膛助燃。燃煤燃尽的灰渣落入炉膛下面的渣斗内，与从除尘器分离出的细灰一起用水冲至灰浆泵房内，再由灰浆泵送至灰场。 在除氧器水箱内的水经过给水泵升压后通过高压加热器送入省煤器。在省煤器内，水受到热烟气的加热，然后进入锅炉顶部的汽包内。在锅炉炉膛四周密布着水管，称为水冷壁。水冷壁水管的上下两端均通过联箱与汽包连通，汽包内的水经由水冷壁不断循环，吸收着煤爱燃烧过程中放出的热量。部分水在冷壁中被加热沸腾后汽化成水蒸汽，这些饱和蒸汽由汽包上部流出进入过热器中。饱和蒸汽在过热器中继续吸热，成为过热蒸汽。过热蒸汽有很高的压力和温度，因此有很大的热势能。具有热势能的过热蒸汽经管道引入汽轮机后，便将热势能转变成动能。高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形成机械能。汽轮机的转子与发电机的转子通过连轴器联在一起。当汽轮机转子转动时便带动发电机转子转动。在发电机转子的另一端带着一太小直流发电机，叫励磁机。励磁机发出的直流电送至发电机的转子线圈中，使转子成为电磁铁，周围产生磁场。当发电机转子旋转时，磁场也是旋转的，发电机定子内的导线就会切割磁力线感应产生电流。这样，发电机便把汽轮机的机械能转变为电能。电能经变压器将电压升压后，由输电线送至电用户。 释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出，称为乏汽。乏汽在凝汽器内被循环水泵送入凝汽器的冷却水冷却，从新凝结成水，此水成为凝结水。凝结水由凝结水泵送入低压加热器并最终回到除氧器内，完成一个循环。在循环过程中难免有汽水的泄露，即汽水损失，因此要适量地向循环系统内补给一些水，以保证循环的正常进行。高、底压加热器是为提高循环的热效率所采用的装置，除氧器是为了除去水含的氧气以减少对设备及管道的腐蚀。以上分析虽然较为繁杂，但从能量转换的角度看却很简单，即燃料的化学能蒸汽的热势能机械能电能。在锅炉中，燃料的化学能转变为蒸汽的热能；在汽轮机中，蒸汽的热能转变为轮子旋转的机械能；在发电机中机械能转变为电能。炉、机、电是火电厂中的主要设备，亦称三大主机。与三大主机相辅工作的设备成为辅助设备或称辅机。主机与辅机及其相连的管道、线路等称为系统。火电厂的主要系统有燃烧系统、汽水系统、电气系统等。 二、火力发电运行时燃煤对环境的污染人类在生产和生活中都离不开燃料，火力发电厂生产也主要是利用燃料燃烧产生的化学能转变成热能，热能在煤汽轮机内转变成机械能带动发电机生产电能。火力发电厂所用燃料主要是煤，煤燃烧后从烟筒中排出的粉尘、SO2、NOx、CO、CxHy、CO2等气体对大气环境造成了严重污染和破坏，排放到大气环境中70%的粉尘，90%的SO2，70%的NO2、71%CO，43%CxHy和85%的CO2来自于煤的燃烧据统计，1990年燃煤向大气中排放了8.2106吨粉尘，13.5106吨SO2，2.7106吨NOx和47.9106吨CO2，对大气环境带来了相当严重的污染。粉尘按粒径大小分为降尘和飘尘两种，直径为10um以上的称为降尘，小于10um的称为飘尘，影响人体健康的主要是飘尘。我国煤炭储存量中含硫在2%以上的高硫煤占25%左右。燃煤产生的SO2对大气的污染十分严重。二氧化硫是一种无色有臭味的窒息性气体，对人体健康危害很大，会引发各种恶性疾病。多年的监测和研究表明，我国酸雨污染的范围已从西南局部地区扩大到长江以南大部分城市和乡镇，有进一步向北发展的趋势。由16位全国知名的酸雨问题专家提交的中国酸雨问题专家报告中说，中国的pH值小于5.6（作为酸雨的判断标准）的降水面积在近8年中大大增加，从175万km2扩大到280万km2，1986年pH值低于4.5的重酸雨区仅为重庆、贵阳等城市，而到1993年已扩大到川、贵、湘、鄂、赣、桂、粤、闽、浙等省。专家报告指出在：中国的酸雨主要是由于燃烧煤排放的二氧化硫所引起的。到1998年我国酸雨污染的情况变得更加严重，酸雨控制区已达11.4%，酸雨面积区已达40%。且酸雨严重地区已从北向南转移。据统计全国因酸雨污染带来的经济损失多达1100亿元。目前我国对治理SO2污染还缺乏价廉、有效的技术并存在财政上的困难，因此酸雨的污染还有进一步恶化的趋势。氮氧化物（NO，NO2）总称NOx。氮氧化物主要来自于煤炭和其它化石燃料的高温燃烧。目前，我国的酸雨属于硫酸型，但随着汽车数量的增加和燃煤电站的发展，NOx对酸雨的作用会越来越大。另外，NOx与CxHy化合物在强烈阳光作用下生成一种浅蓝色光的化学烟雾，对人体健康产生极大的危害。对燃烧化石燃料烟气中NOx的脱除，其技术难度比清除SOx要大，其费用比清除SOx更高。N2O也是一种氮氧化物，它是煤低温燃烧下生成的一种有害气体，俗称笑气。N2O如同NOx、CO2气体一样，是一种温室效应气体。在大气中N2O的浓度比CO2小得多，但它吸收红外线的能力是CO2的100倍以上。如果以目前的年增0.18%0.26%的速度增加，过50年之后，N2O的温室效应就会等于CO2的温室效应。N2O还是一种破坏大气圈中臭氧层的气体。N2O在同温层与臭氧反映生成NO，消耗了臭氧。臭氧层有很强的吸收太阳光中紫外线的能力，从而阻止了紫外线对人类的照射，保护了人类的安全。研究表明，同温层中臭氧层每减少1%，人类皮肤癌患者可增加3%。美国环保局估计，由于臭氧层的破坏，下一个50年，美国死于皮肤癌的将增加20万人。CO2是一种最主要的温室效应气体，它主要来自于化石燃料的燃烧。我国动力工业主要是以煤作为燃料。所以，在我国CO2主要来自于煤的燃烧。目前，我国CO2的排放量占世界第二位，为11.8%，仅次于美国。控制CO2的排放量的主要的措施是改变能源生产结构，大力发展水电、核电，利用生物质燃料和各种新能源，减少化石燃料发电。另外，发展先进的清洁煤燃烧技术，如整体煤气化联合循环发电，燃料电池联合循环发电，加压循环硫化床联合循环发电的方式，可以减少单位发电量的CO2排放量。目前，正在研究的热门课题，纯氧、CO2循环燃烧发电浓缩处理CO2的新技术，有望实现对CO2的处理。该技术的发展对SO2和NOx的排放控制也十分有利，CO2的排放控制还处在认识和探索研究阶段，要走的路还很长，其技术难度和耗资与脱除SOx和NOx相比更巨大。 碳氮化合物烷烃、烯烃和芳烃、多环芳烃有机化合物的产生同样来自于化石燃料的燃烧，含有苯及苯的同系物甲苯、二甲苯、三甲苯的有机化合物及其有芘、蒽等多环芳烃也主要来自于化石燃料的燃烧。这些碳氢化合物排入大气中，严重污染环境，是强致癌物质。对这些致癌物质的排放控制目前还是难题。煤燃烧过程中微量重金属元素的排放也会对环境带来污染。煤碳中一般均含有微量重金属元素,如Hg、Cd、pb、Cr、As等。这些微量重金属元素在煤燃烧过程中随着粉尘和炉渣排入大气环境中，因而对大气环境带来危害。这些微量重金属元素一是附在0.0110um的微细粉尘上，通过人的呼吸系统吸收，对身心健康造成危害；或是通过雨水侵入水源对人类健康带来损害。这些微量重金属对人类和生物的危害还未被人们认识和重视。但人们已认识到心血管病，癌症与日益恶化的环境有关。 三、解决火力发电对环境污染的一些措施（一）大气污染的防治火力发电厂是主要大气污染源之一，污染源又主要是由燃料燃烧带来的，因此火力发电厂应主要控制燃料燃烧带来的污染。防治方法有选用合适的燃料、烟气净化等。1.选用合适的燃料煤是化石燃料中排放污染物最多的燃料，而火力发电厂又以燃煤为主，因而要尽量选用低灰和低硫分的优质煤，并尽可能的对美进行净化处理。2.烟气净化烟气净化是指对排放的烟气进行净化处理，主要对烟气除尘和烟气脱硫。（1）烟气除尘。从烟气中将颗粒物分离出来并加以捕集、回收的过程称为除尘，用于除尘的设备器。除尘器结构示意图1）机械式除尘器除尘。机械式除尘器是利用重力、惯性、离心力等方法将粉尘从气流中分离出来，达到除尘的目的。机械式除尘器包括重力沉降室惯性除、尘器和旋风除尘器。其中最简单、廉价、和易于操作维修的是沉降室。携带尘粒的气流由管道进入宽大的沉降室时，气流速度降低，较大颗粒因重力而沉降下来。常用的沉降室有单层重力沉降室和多层重力沉降室。另一种被广泛应用的除尘器是旋风除尘器，它的原理是利用烟气以切线方向高速进入器内旋转产生离心力，风尘被甩至除尘器的内壁上，并沿周边下落，倍净化的废气则从中心圆管向上部逸出。 旋风除尘器效率较高，对大于5微米以上颗粒具有较好的去除效率。他适用于对非粘性及非纤维性粉尘的去除，且可用于高温烟气的除尘净化，广泛用于锅炉烟气除尘。2）湿法除尘器除尘。湿法除尘器除尘的方法是将废气从装置底部进入向上流动，装置的顶部向下喷淋细小水流将粉尘淋下，气体从上部排出。该除尘器在除尘的同时还除去某些可溶性气态污染物，除尘效率较高，投资比达到同样效率的其他除尘设备低；可处理高温废气及黏性的尘粒和液滴。但湿法除尘器用水量大，废气中的污染物从气相中清除后，产生的废水必须进行处理和回收，否则会造成水源的浪费，如废水直接排放就会造成二次污染。）湿法除尘系统还要注意防止腐蚀性气体的侵蚀。 湿法除尘设备样式很多，常用的有喷雾塔式、填料塔式、文丘里式洗涤式、冲击式除尘器和水膜除尘器等，净化效率较高。在湿式除尘器后都附有脱水装置，以脱除残余的水滴。3）电除尘器除尘。电除尘是利用高压电场产生的静电，作用于固体粒子或液体雾沫使之与气流分离。如电除尘气可使浮游在气体中的 粉尘颗粒带电，在电场力的驱动下朝集尘极作定向运动，到达集尘极表面尘粒放出电荷后沉积其上，积聚的 粉尘可用机械振打等方式将粉尘除去。 工业上广泛应用的电除尘器是管式电除尘器。前者的集尘器是圆管状的，后者的 集尘极是 平板状的。电除尘器是一种高效除尘器，除尘效率可达百分之99以上，能捕集粒径达0.005微米，并可按要求获得任意除尘效率。电除尘器阻力小，实际能耗低，能在250到500摄氏度范围内操作。但该设备庞大，投资高，只有处理净化要求高的时候，才能显示出优势。目前电力系统已广泛应用电除尘器。 （2）.烟气脱硫方法。烟气脱硫指从烟道气或其他工业废气中除去硫氧化物(SO2和SO3) 。当前应用的烟气脱硫方法，大致可分为俩类，即干法脱硫和湿法脱硫。湿法以石灰石石膏法应用最普遍，也可以根据实际情况采用氧化镁、氨水、纯碱、强碱等作为吸收剂。干法吸收剂应用最多的是熟石灰粉（或从生石灰消化）。 1）干法脱硫。使用粉状 ，粒状吸收剂，吸附剂或催化剂去除废气中的 二氧化硫。主要有吸附法，吸收法。 a.吸附法。目前应用最多的吸附剂是活性炭，在工业上已有较成熟的应用并获取相应产品。活性炭在有氧气和水蒸气共存的情况下，对二氧化硫具有较高的吸附能力，脱硫效率可达百分之九十以上，脱硫副产品为稀硫酸。硅胶、分子筛、离子交换树脂等也对二氧化硫有较强的吸附。 b.吸收法。它是用氧化锰等金属氧化物固体颗粒或将相应金属盐类负载于多孔载体后对二氧化硫进行吸收。常用的金属氧化物有氧化锌、三氧化二铁、氧化铜、和三氧化二锰，以三氧化二锰的吸收效果最好，当温度约为350摄氏度是吸收速度最快。吸收了二氧化硫的三氧化二锰可以通过氨和压缩空气进行再生，产品是活性氧化锰和硫氨溶液。该法脱硫率在百分之九十以上。当烟气中的二氧化硫含量仅为0.11时，仍可去除90以上，且吸收剂不容易失去活性。其他的金属氧化物脱硫效率一般较低，应用较少。干法的最大优点是治理中无废水，废酸排出，减少二次污染；缺点是脱硫效率较低，设施庞大，操作要求高。 2）湿法脱硫。这是采用液体吸收剂如水或硫溶液洗涤含二氧化硫的烟气，通过吸收法去其中的二氧化硫。湿法脱硫主要包括碱液吸收法、氨吸收法和石灰吸收法等。 a. 碱吸收法。它是用碳酸钠或氢氧化钠作吸收剂，反应后生成亚硫酸钠。 b. 氨吸收法。它是用氨水作为吸收剂，反应后生成亚硫酸氢氨，吸收率可达93-97。亚硫酸氢氨可以加硫酸生成硫酸铵，释放出高浓度的二氧化硫，用于生产液体产品二氧化硫，也可以用于亚铵法造纸。 c.石灰乳法。它是用石灰浆作吸收剂，直接喷人废气中，与二氧化硫生产亚硫酸钙，再进一步氧化为石膏。湿法脱硫所用设备较简单，操作容易，脱硫效率较高。由于可获得副产品而加以利用，是世界各国研究得最多的方法。但湿法脱硫后烟气温度较低对烟囱排烟扩散不利。（3）烟气除氮氧化物。氮氧化物可在气相中加触媒将它还原成氮气，再向大气排放，可消除氮氧化物对大气的污染。当温度在250-425摄氏度，氨气与一氧化氮的摩尔比稍大于1时，一氧化氮、二氧化氮在铂、铑催化下会被氨气还原成氮气，脱硝率可达90以上。（二）水源污染的防治水污染的防治措施主要是减少和消除污染源排放的废水量，全面规划、合理布局加强监测管理，制定法律和控制标准，进行区域性综合治理。火电厂