动力工程二课件

第四节火电厂对环境的影响及防止措施火力发电采用的是化石燃料，其化学成分非常复杂，燃烧产物的排放不可避免会对环境造成污染，其中常规燃煤电厂的污染最为严重。按元素分析，煤的成分有碳(4590)、氢(1.56)、氧(0.530)、氮(0.33.5)、硫(0.52)，加上水分(250)以及燃烧后剩下的不可燃灰分(1050)，其中可燃成分是碳、氢、硫，相应的燃烧产物为二氧化碳(不完全燃烧时还有一氧化碳)、水、二氧化硫、三氧化硫，同时高温下氮与氧化合生成氮氧化物(主要是NO和NO2)，,而火电厂用的液体燃料(主要是重油、渣油)和气体燃料(天然气、高炉和焦炉煤气、合成煤气)的成分与煤相同，只不过水分、灰分低得多。因此，火电厂生产时的污染排放主要是烟气污染物排放、灰渣排放、废水排放，其中烟气中的粉尘、硫氧化物和氮氧化物通过烟囱排入大气，这些一次污染物通过在大气中的迁移、转化生成二次污染物，会给环境造成更大的危害。,例如一座2400MW燃煤电厂，每年需消耗约750万吨煤，即使以煤中含硫量1和除尘效率99.5计，每年排放的SO2，也有14万t，飘尘0.68万t，NO7万t，灰渣180万吨左右。另外，还有约55的热量(相当每年400多万t煤的燃烧热量)作为废热由循环冷却水带出排放。因此，常规火电厂对环境的污染相当严重。我国是以煤为主要一次能源的国家，并且煤炭资源相对丰富，已探明的煤炭保有储量100707亿t，占一次能源的90以上，同时常规燃煤火力发电设备技术成熟，在今后几十年内以燃煤火力发电为主生产电能的方式不会有太明显的变化。因此，加快洁净煤技术在常规火电机组中的应用，减少对环境的污染，又符合我国自身能源结构的特点。,表1燃烧系统排放物及其对环境的影响,采取策略：洁净煤技术洁净煤技术是以较少的污染和提高煤炭利用效率为宗旨,也即是煤炭洗选加工,燃烧,转化和烟气净化等技术的总称.,（1）燃烧前净化(1)重介质选煤：用密度介于煤与矸石之间的液体作为分选介质的选煤方法选煤(2)跳汰选煤：是我国应用最普遍的常规分选方法，使用跳汰机(3)浮选：依据矿物表面润湿性的差别，分选细粒煤(0.5mm以下)的选煤方法(1)民用型煤：蜂窝煤和煤球型煤(2)工业型煤：节煤率可达24%27%,烟尘减少排放率74%90%,固硫率56%74%,（2）燃烧中净化a煤粉炉内直接喷钙脱硫技术b循环流化床燃烧(CFBC)脱硫技术燃烧中脱硫c增压流化床燃烧(PFBC)脱硫技术d型煤燃烧技术a低过量空气燃烧b空气分级燃烧c燃料分级燃烧燃烧中脱硝e烟气再循环f低NOx燃烧器g流化床锅炉低NOx排放方法h炉膛喷射脱硝燃烧中脱硫/脱硝：同时脱硫脱硝的低NOx燃烧器,(3)燃烧后烟气净化a干法烟气脱硫石灰石/石灰抛弃法石灰石/石灰石膏法双碱法b湿法烟气脱硫韦尔曼-洛德法烟气脱硫氨肥法氧化镁法海水烟气脱硫c电子束烟气脱硫d脉冲等离子脱硫e烟气循环流化床脱硫烟气脱硝主要采用SCR法,目前电厂主要采用燃烧后烟气脱硫（烟气脱硫技术）：其原理是将烟气排入大气前，用氢氧化物，氨，石灰石粉，活性炭，钒触煤等物质吸收或吸附烟气中的SOx，使之转化为石膏，硫酸铵，硫酸或硫。还有可在燃烧过程中加入适量的石灰石等碱性吸收剂(如炉内喷钙、流化床燃烧技术)来控制排烟中硫氧化物的含量。,第五节蒸汽一燃气联合循环一、燃气轮机基本原理及组成燃气轮机是以空气及燃气为工质将热能转换为机械能的旋转式动力机械，其原理类似古老的走马灯(依靠燃气带动纸人纸马旋转的装置)。图127是一个单轴简单的开式循环燃气轮机的系统原理图。压气机1从大气吸入空气，将它压缩到规定的压力同时温度也升高然后送入燃烧室4；燃料泵3将燃料送入喷嘴5并喷入燃烧室内，燃料和空气进行混合和燃烧，生成高温高压的燃气；高温燃气进入透平8膨胀做功，推动透平转子转动；做功后燃气的温度和压力降低，直接排入大气。如此，完成从燃料化学能到旋转机械能的能量转换全过程。,压气机、燃烧室和透平是燃气轮机不可缺少的三大主要部件。(1)压气机：利用旋转的动叶对空气做功，把输入转子的机械能转换为空气的压力势能和热能的叶轮机械。目前应用广泛的是轴流式压气机，由转子(主轴、叶轮和动叶)、静子(气缸和静叶)、气封和轴承等主要部件组成。,(2)燃烧室：装于压气机与燃气透平之间，结构非常紧凑。目前主要燃用液体燃料(煤油、柴油、重油、渣油和原油)或气体燃料(天然气、焦炉煤气、高炉煤气、液化石油气、炼油厂气和合成煤气)。燃烧室有使用油或气单一燃料的，也有使用油和气双燃料的，后者既可以烧油，也可以烧气，或者油气混烧。(3)燃气透平：用来驱动压气机和发电机的叶轮机械，工作原理与汽轮机相似，但工质是具有压力和温度不可凝结的气体，工质在燃气透平的叶栅中进行膨胀，将部分热能转换为动能，推动动叶和转子旋转做功。目前应用最广的是轴流式。,单轴燃气轮机；透平既拖动压气机，同时又拖动外负荷，三者是共轴的。分轴燃气轮机；压气机由高压透平(又称压气机透平)拖动，发电机则由低压透平拖动，这两个转子是彼此独立的。与蒸汽轮机相比：燃气轮机具有重量轻、体积小、设备简单、启动快、自动化程度高、单机功率较大(可达300MW等级)、热效率可达3641.7等特点，因此已大量应用在电力系统或热电联产电厂。,燃气轮机燃气温度高、压力低、体积流量很大，单机功率比不上汽轮机；燃气透平的焓降小，级数比汽轮机少；燃气温度高且有腐蚀成分，叶片、转子和气缸需冷却并采用耐腐蚀材料。二、燃气一蒸汽联合循环第一章指出，工质的加热温度越高，放热温度越低，热效率就越高。目前，燃气轮机的燃气初温已达126014270C，但其放热温度也甚高，一般为4256000C，致使大量热能随排气进入大气而损失掉，因而简单循环燃气轮机的净热效率只有35一41，,目前单纯用燃气轮机驱动发电机的发电装置主要用于电力调峰或紧急备用电源；而水蒸气动力循环的初温一般不超过6000C，放热温度在300C左右比较接近环境温度。若将燃气轮机的排气余热作为对蒸汽循环的加热，产生高温高压的蒸汽，送到汽轮机中去做功，这样，就可以在不多耗燃料的前提下，额外地获得一部分机械功，使热效率提高。这就构成燃气一蒸汽联合循环，有燃气一蒸汽联合循环的净热效率已达5660。,常规的联合循环机组主要有余热锅炉型、补燃余热锅炉型、增压锅炉型和排气助燃锅炉型4种以上形式中余热锅炉型为主要的发展形式,余热锅炉型联合循环图128(a)：这是比较简单、用得最多而且早已成熟的方案。温度高达425600的燃气轮机排气被引到装在其后的余热锅炉中去加热给水，使其产生蒸汽，送到汽轮机中去做功。这是以燃气轮机为主，汽轮机为辅的联合循环。机组的总功率约为燃气轮机功率的1.31.5倍。汽轮机功率和蒸汽参数取决于燃气轮机的功率和排气温度。在燃气透平的排气侧可设置旁通烟囱，这样就可使燃气轮机单独运行。余热锅炉没有安装补燃设备，无辐射受热面，有自然循环和控制循环两种型式。,余热锅炉分卧式和立式布置，对流受热面对应作垂直布置和水平布置，使烟气横向冲刷管束，它的结构简单、造价也低。联合循环中的汽轮机不能单独工作，一般按滑压方式运行，其蒸汽参数和功率将随燃气轮机的功率而改变。目前，余热锅炉型联合循环的净热效率已达5660。燃用重质液体燃料时，由于燃气轮机初温受到限制(一般为11000C左右)，净热效率略低，约50左右。这种联合循环还可用于对现有的蒸汽动力发电厂的改造。,余热锅炉型联合循环的优缺点净热效率很高目前已达50一60，最终有望达到70。单机容量大单机容量已经达到350MW以上，若采用多台燃气轮机的联合循环，容量可增至1000MW左右，可与目前大容量的汽轮机抗衡。建设周期短一年内可以建成功率为23总容量的燃气轮机发电机组，先行发电，两年内可建成整个联合循环。,单位容量投资费用低在国外工程的总投资费用只有同容量尾气带脱硫装置的燃煤电厂的l223。洁净发电方式天然气是较清洁的能源，与煤相比燃烧后烟气中粉尘几乎没有，SOx非常低，NOx含量只有燃煤的一半左右；同时用地和用水少，因此对环境污染的影响比较小。自动化程度高容易控制，运行维护人员少，可以每天起停，以适应电网负荷变化幅度大的需要。起动机功率较小。,余热锅炉型联合循环的缺点主要是目前只能燃用气体燃料和液体燃料，发电成本比较高；其次是燃气轮机需要依靠进口，投资成本高。另外在部分负荷运行时效率较低。,发展蒸汽一燃气联合循环的发电方式的意义随着国内天然气资源的开发利用和燃煤对环境的污染严重的压力，加上电网峰谷差越来越大。因此，以天然气为燃料的蒸汽一燃气联合循环发电，用作电网调峰，以及作为分布式电站小范围内进行热电联产或热、电、冷三联供，在经济发达的大城市有一定的发展空间和合理性。但是，我国天然气资源匮乏，大规模采用以天然气为燃料的联合循环发电方式终将受到限制，而以煤炭为燃料结合蒸汽燃气联合循环的发电方式，符合我国自身能源结构的特点，其前景更加广阔。,第六节洁净煤发电技术简介一.洁净煤技术(CleanCoalTechnology)概念洁净煤技术是指煤炭从开发到利用全过程（加工、燃烧、转化）中，采用高新技术以减少污染物排放，提高燃料利用效率。它将经济效益、社会效益与环保效益结合为一体，成为能源工业中国际高新技术竞争的一个主要领域。洁净煤技术按其生产和利用的过程分类，大致可分为：第一类：指在燃烧前的煤炭加工和转化技术。包括煤炭的洗选和加工转化技术，如型煤、水煤浆