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－329－第十章电力工业清洁生产第一节电力工业概述随着人类社会的发展，人们越来越感到环境、资源和人口是日益突出的三大问题，它将决定着地球上人类生活的质量。而能源与三者之间有着密切的关系，能源的消耗取自于资源，服务于人类，因此如何更好、更合理地开发和利用能源对国民经济的发展和环境的改善具有重大意义。一．能源的分类能源，也就是“能量的源泉”，是指可以给我们提供大量能量的物质和自然过程，因此能源的种类是形形色色的。对能源进行分类，可以帮助我们了解各种能源的基本性质和它们之间的相互关系。（一）按来源进行分类，见表10－1。表10－1根据能源的来源分类表第一类能源（来自地球以外）太阳辐射级煤、石油、天然气、油页岩、草木燃料、沼气和其他由于光合作用而固定的太阳辐射能。风、流水、海流、波浪海洋热能直接的太阳辐射宇宙射线、流星和其它星际物质带进地球大气中的能量第二类能源（来自地球内部）地球热能地震、火山活动地下热水和地热蒸汽（包括温泉）热岩层原子核能铀、钍、氢等第三类能源（来自地球和其它天体的作用）潮汐能第一类是来自地球以外的天体的能量。其中最主要的是太阳辐射能，此外，还有其它恒星或天体发射到地球上的各种宇宙射线的能量。第二类是地球本身蕴藏的能量。如海洋和地壳中储存着的原子核能以及地球内部的热能。第三类是由于地球和其它天体相互作用而产生的能量，如潮汐能等。（二）按“一次能源”和“二次能源”进行分类，表10－2。－330－表10－2“一次能源”和“二次能源”一次能源再生能源风、流水、海流、海洋热能、潮汐能草木燃料、直接的太阳辐射、地震、火山活动地下热水、地热蒸汽（包括温泉）、热岩层非再生能源化石燃料（煤、石油、天然气、油页岩）核燃料（铀、钍、氢）二次能源电能、氢能、汽油、煤油、柴油、火药、酒精、甲醇、丙烷、苯胺、硝化棉和硝化甘油等等以现成的形式存在于自然界中的能源一般称为“一次能源”，需要依靠其它的能源来制取或产生的能源则称为“二次能源”。对于“一次能源”而言，火电厂是消费者，但是，相对于其它能源使用部门来说，它又是一个能源的供应者，所以通常把电能列为“二次能源”。“一次能源”还可以按照能否“再生”而进一步分类。所谓“再生能源”就是不会随着它本身的转化或人类的利用而日益减少的能源。随着人类的利用逐渐减少的能源称为“非再生能源”。当然，“再生”和“非再生”之间的区别只是相对的。（三）按“含能体能源”和“过程性能源”分类，表10－3。表10－3“含能体能源”和“过程性能源”含能体能源草木燃料、化石燃料、核燃料、地下热水和地热蒸汽高水位水库氢能过程性能源风、流水、海流、潮汐地震直接的太阳辐射电能能量比较集中的“含能体”是“含能体能源”，能量比较集中的“能量过程”则是“过程性能源”。各种化石燃料（或矿化燃料）和核燃料、地下热水和蒸汽等都是“含能体能源”，风、流水和潮汐等则是“过程性能源”。从某种意义和角度来说，能源是人类生命之根本，是人类进行生产和生活赖以维持和发展的物质基础。纵观历史，人类学会和掌握了钻木取火技术，从而籍助火的作用驱除猛兽毒蛇，并从菇毛饮血向以熟食转化，这可以说是利用能源的起始，这大大加强了人类生存和延息的能力。人类对能源的认识和利用，经历了漫长的发展过程。每次新能源的开发利用和变革，不论从柴薪转向煤炭，还是由煤炭转向石油，可进行裂变和聚变反应的物质，都伴随着生产技术的重大突破，使生产力获得巨大发展。实践表明，人类对能源资源的开发利用的历史，也就是人类认识、改造和征服自然的历史。－331－随着科学技术的发展，以及能源状况的改变，世界能耗的结构特点也不断地发生变化。今天，石油、煤、天然气、水力和裂变原子能，构成了现代世界“一次能源”的五大支柱。展望未来，石油、煤、天然气相对来说将愈来愈少的用作能源，而愈来愈多的当作宝贵的化工原料来使用，地热能、裂变能以及太阳能等将构成未来世界新的能源支柱。地球上能量的储存是巨大的，但能量的消耗数字也是十分惊人的，而且能耗的增长，特别是近三十年来，极为迅速。按照目前的能耗水平，自然界几十亿年生成的矿化燃料——煤、石油、天然气，人类几个世纪就可以把它们消耗掉，因为消耗速度比大自然生长它们的速度要快千万倍。勘探资料表明，目前使用的核燃料的储存量也是很有限的。以上四种燃料现在约占界能源消费的94%。其中煤提供了27%，石油提供了45%。地球上能源的分布情况很不均匀，不同国家的人均能源消费的数量相差也很悬殊。目前占人口不到四分之一的工业发达国家消费的能源占全世界总能耗的80%，这种不公平的现象也加剧了南北国家之间矛盾。一些国际性机构指出，地球的总人口中尚有近三分之一的人没有使用电能，但是，西方工业化国家的人均能源消耗量却达到了很高的数值。如果所有国家的人均能源消耗量都像美国、加拿大、瑞典那样高，世界的能源早就枯竭了。印度需要新建数千座五百兆瓦的发电厂，其人均电能消耗量才能达到上述国家的水平。工业化国家大量地消耗地球上有限的能源，而产生有害物质的污染却远远超过其本国的范围，是极不合理和不道德的现象，现在已成为国际上一个非常严重的问题。我国能源消费总量（不包括农村非商品能源）1979年为5.86亿吨标准煤，居世界第三位，但平均到每个人的能源消费量只有1.14吨。这个数字是非常小的，仅为世界平均水平2.3吨的二分之一。同世界上发展中国家相比，属于中等偏低水平。一些工业发达国家1978年的相应数字（吨标准煤/人·年）是：美国苏联德国日本12.86.66.34.7四个现代化建设需要大量的能源，但我国目前的能源利用效率和取得的经济效果与国外相比尚有较大差距。以1980年为例，每创造一个美元国民生产总值，美国消费能源为零点九二吨标准煤，苏联消费一点二二吨标准煤，日本消费零点三五吨标准煤，印度消费零点七九吨标准煤，而我国则消费二吨左右标准煤，是世界平均消费水平零点八四吨标准煤二点五倍左右。这说明我国在节约能源方面有很大的潜力。当前，我国的能源问题：一是能源的开发，一是能源的节约。但是，由于能源开发受到多种因素的限制，在短期内不大可能大幅度增长。对我国能源供需进行预测，工农业生产（翻两番）所需能源有相当一部分须依靠节能解决。我国节能的途径应当是：将节能政策以法律形式固定下来，也就是制订相应的节能法，节能与当代最先进的科学技术结合起来，不断地探索和开发新能源，以满足国民经济发展的需要。三．电力工业在国民经济中的作用电能是能源中最主要的能源之一，它是一种极“灵活”的能，它可以很方便地转变成其它形式的能：如机械能、热能、光能、声能、化学能以及粒子的动能等等；而其它形式的能也可通过一定方式转变成电能。自然界中许多“含能体能源”和“过程性能源”都蕴藏着极为丰富的能量，这为电能的大量生产提供了充分的物质基础。电能便于传输，通过升压设备和输送线路可将强大的电源按照人们的要求送至数十公里、数百公里、甚至数千公里处的用户，而线路损失较小。此外，电能的生产，输送和使用能够进行有效而精确的控制。由于以上原因，电能已成为最广泛的一种能量。－332－电能作用于一些物质所引起的效应，往往被认为是很奇妙和用其它方法所不能获得的。随着科学技术的发展和对电能本质的深入研究，电能的“奥秘”将愈来愈多地被提出。到目前为止，电能在机械加工、化学、生物农业、医疗和药物，以及国防等各方面的应用中，有的已显示出独特的优点，产生了巨大的效果，有的则展露出一些苗头，从发展上来看，其中某些方面将对科学研究和生产技术带来某些根本性的变革。因此，电能在人类社会的各个领域中必将发挥更大的作用。十八世纪中叶以前，人类对电还没有正确的认识。1752年7月，北美一个普通的印刷工人本杰明·富兰克林（1706—1790），在一个雷雨交加的荒野上，冒着生命危险，利用风筝做了一次震动世界的吸取“天电”的实验。他把闪电引到地上点燃了酒精，破除了对“天火”的迷信，打开了近代电学研究的大门。接着，由于库仑、法拉第、麦克斯韦尔、爱迪生等许许多多科学家的努力，多少年来一直捉摸不定、视若神鬼的电，终于成为人类手中驯服的动力。如果说，火是人类发展史上的一个路标，电则是人类征服自然的又一个里程碑。从火到电经历了五十万年的时间，然而从利用电能到现在的二百年多一点的时间内，则又开发和利用了许多新的能源，这标志着生产水平和科学技术前进的步伐由于电能的利用而大大地加快了。电能的应用，今天已深入到社会生产和人们生活的各个方面，与二百年前相比，今日的世界在生产水平、建设规模和科研成就，在社会的物质文化生活的各个方面，都发生了极大的变化，这是与电能日益广泛地被应用分不开的，电气化的程度已成为国民经济现代化的一个重要标志。电力工业是为国民经济各个领域提供电能的部门，它能否高速发展，对整个国民经济的发展有着直接的影响。世界各国发展国民经济正、反两方面的经验都证明了：电力工业必须以更快的速度向前发展，国民经济才有可能迅速的发展，也就是说电力应当先行。第二节火力发电厂的基本生产过程火力发电厂的主要生产系统包括汽水系统、燃烧系统及电气系统，其生产过程分述如下：一．汽水系统火力发电厂的汽水系统，如图10－1所示。图10－1汽水系统流程－333－汽水系统包括由锅炉、汽轮机、凝汽器及给水泵等组成的汽水循环和水处理系统、冷却水系统等。水在锅炉中加热后蒸发成蒸汽，经过热器进一步加热成为过热蒸汽，然后经管道送入汽轮机。在汽轮机中，蒸汽不断膨胀，高速流动的蒸汽冲动汽轮机的转子，带动发电机发电。在膨胀过程中，蒸汽的压力和温度不断降低，最后排入凝汽器。在凝汽器中，汽轮机的乏汽被冷却水冷却，凝结成水。凝汽器下部的凝结水由凝结水泵升压后流经低压加热器和除氧器，提高水温并除去水中的氧（以防止腐蚀炉管等），再由给水泵进一步升压，然后经高压加热器打回锅炉（给水泵以后的凝结水称为给水）。汽水系统中的蒸汽和凝结水总有一些损失，必须不断向系统补充经过化学处理的水或蒸镏水。补给水通常加入除氧器中。锅炉的燃烧系统，如图10－2所示。图10－2燃烧系统流程（煤粉炉）燃烧系统包括锅炉的燃烧部分及输煤、除灰系统等。煤由皮带输送到锅炉房煤斗，进入磨煤机中磨成煤粉，然后和经过预热的空气一起喷入炉内燃烧，烟气经脱硫、除尘后由引风机抽出，经烟囱排入大气。炉渣和除尘器下部的细灰通常由灰渣泵排至灰场。三．电气系统电气系统，如图10－3所示。－334－图10－3发电机发出的电除电厂自用部分外，一般由主变压器升高电压后，经高压配电装置和输电线路向外供电。电厂自用部分通常由电厂用变压器降低电压后，经厂用配电装置和电缆供厂内各种辅机及照明等用电。大、中型火电厂消耗的燃料和排出的灰渣等，数量相当大，一座20万瓩火电厂的一些主要生产数据，如表10－4所示。表10－420万瓩水电厂生产技术数据单位：项目高温高压电厂中温中压电厂说明烧煤量约110吨约140吨按发热量5000大卡/公斤的普通煤计算排灰量约15～20吨约20～25吨按煤的灰分为15～20%计算冷却水量3～4万吨（约9立方米/秒）4～5万吨（约12立方/秒）冬季用水量可以减少40～50%补给水量/h30～40吨35～50吨化学处理水或蒸馏水，补难率按5%计算（国外一般为1%左右）供电量/h约18.2万度约18.4万度发电20万度，电厂自用按8～9%计算（国外燃油电厂为4%左右，燃煤电厂为6%左右）。－335－火电厂生产过程中，各个环节都有能量损失。如果以电厂锅炉燃用煤的发热量作为100%，则各种参数电厂的能量损失和发电效率大致如表10－5所示。表10－5电厂的能量损失和发电效率项目中温中压电厂高温高压电厂超高压电厂（中间再热）超临界压力电厂（中间再热）说明锅炉热损失（%）汽轮机的机械损失（%）发电机损失（%）管道系统损失（%）11111100.50.51.090.50.50.580.50.50.5这四项损失主要与机组容量有关，较大的机组损失的百分数较小，表中所列数据为粗略的平均值汽轮机排汽热损失（%）61.557.552.550.5主要决定于蒸汽参数总损失（%）发电效率（%）75.524.569.530.563376040这里的汽轮