火力发电厂

火力发电厂

火力发电厂简称火电厂，是利用可燃物（例如煤）作为燃料生产电能的工厂。它的基本生产过程是：燃料在燃烧时加热水生成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。

原动机通常是蒸汽机或燃气轮机，在一些较小的电站，也有可能会使用内燃机。它们都是通过利用高温、高压蒸汽或燃气通过透平变为低压空气或冷凝水这一过程中的压降来发电的。

基本原理

汽水系统

火力发电厂的汽水系统是由锅炉、汽轮机、凝汽器、高低压加热器、凝结水泵和给水泵等组成，它包括汽水循环、化学水处理和冷却系统等。水在锅炉中被加热成蒸汽，经过加热器进一步加热后变成过热的蒸汽，再通过主蒸汽管道进入汽轮机。由于蒸汽不断膨胀，高速流动的蒸汽推动汽轮机的叶片转动从而带动发电机。为了进一步提高其热效率，一般都从汽轮机的某些中间级后抽出做过功的部分蒸汽，用以加热给水。在现代大型汽轮机组中都采用这种给水回热循环。

此外，在超高压机组中还采用再热循环，即把做过一段功的蒸汽从汽轮机的高压缸的出口将做过功的蒸汽全部抽出，送到锅炉的再热汽中加热后再引入汽轮机的中压缸继续膨胀做功，从中压缸送出的蒸汽，再送入低压缸继续做功。在蒸汽不断做功的过程中，蒸汽压力和温度不断降低，最后排入凝汽器并被冷却水冷却，凝结成水。凝结水集中在凝汽器下部由凝结水泵打至低压加热器加热再经过除氧器除氧，给水泵将预加热除氧后的水送至高压加热器，经过加热后的热水加入锅炉，在过热器中把水加热到过热蒸汽，送至汽轮机做功。这样周而复始不断的做功。在汽水系统中的蒸汽和凝结水，由于疏通管道很多并且还要经过许多的阀门设备，这样就难免产生跑、冒、滴、漏等现象，这些现象都会或多或少地造成水的损失，因此我们必须不断地向系统中补充经过化学处理过的软化水，这些补给水一般都补入除氧器中。

燃烧系统

燃烧系统是由输煤、磨煤、粗细分离、排粉、给粉、锅炉、除尘、脱硫等组成。是由皮带输送机从煤场通过电磁铁、碎煤机送到煤仓间的煤斗内，再经过给煤机进入磨煤机进行磨粉，磨好的煤粉通过空气预热器来的热风，将煤粉打至粗细分离器，粗细分离器将合格的煤粉（不合格的煤粉送回磨煤机），经过排粉机送至粉仓，给粉机将煤粉打入喷燃器送到锅炉进行燃烧。而烟气经过电除尘脱出粉尘再将烟气送至脱硫装置，通过石浆喷淋脱出硫的气体经过吸风机送到烟筒排入天空。

发电系统

发电系统是由副励磁机、励磁盘、主励磁机（备用励磁机）、发电机、变压器、高压断路器、升压站、配电装置等组成。发电是由副励磁机（永磁机）发出高频电流，副励磁机发出的电流经过励磁盘整流，再送到主励磁机，主励磁机发出电后经过调压器以及灭磁开关经过碳刷送到发电机转子。发电机转子通过旋转其定子线圈感应出电流，强大的电流通过发电机出线分两路，一路送至厂用电变压器，另一路则送到SF6高压断路器，由SF6高压断路器送至电网。

污染物

一、烟气

锅炉的烟气通过高烟囱排入大气，主要污染物有烟尘、SOX、NOX和CO2等。

(1)烟尘，指未被除尘器捕集下来的粉尘,其中，粒径小于10μm,称为飘尘（TSP），能长期飘浮于大气中,并作长距离传输,排放量视除尘效率而定。尘粒内部为铁/铝硅酸盐玻璃体,其表面沉积有硫酸盐,并富集多种微量金属元素和有机化合物,从而增加了烟尘的危害。

(2)二氧化硫，煤中含有可燃硫，例如有机硫、黄铁矿硫,二者均可燃烧。一般情况下其燃烧生成物为SO2。在适当的温度范围内,有一定的过量氧及烟气中的金属氧化物(如V2O5)的催化作用下可生成SO3。它们溶解于水分别生成亚硫酸和硫酸,均有强烈的腐蚀作用,排入大气中,会腐蚀机器设备和建筑物,将二者统称为SOX。SOX会危害人体健康，引起支气管炎、哮喘病、肺心病，甚至死亡。此外，它还会使农作物减产或植被枯萎。

(3)氮氧化合物(NOX)，氮有6种氧化物，氮存在于空气中,煤中通常亦含有少量氮约为0.5%～2%。NOX是NO和NO2的统称。

在燃烧过程中,燃料中所含的氮与氧化合生成的氮氧化合物NOX称为燃料型NOX。另外燃料在燃烧过程中送进炉膛内空气中所含的氮,在燃烧的高温条件下与足量的氧化合也会生成一部分NOX,称为高温型NOX。主要含NO，它在大气中会很快氧化成NO2，比NO的毒性大4～5倍。

NO有较强的毒性，它在大气中的含量达4ppm时，5分钟内可致人死亡。NO2与大气中OH-离子反应形成亚硝酸和硝酸,毒性高,腐蚀性极强。它所形成的亚硝酸盐是致癌物,NO2可加速SO2向SO3转化，同时可与SO3形成“气溶胶”造成光化学烟雾,损害人的中枢神经系统，NOX的毒性及腐蚀性比SOX更强。氮氧化合物的危害还在于它会破坏大气中臭氧层,从而使紫外线透过大气层辐射人体，使皮癌的发病率增高。NOX也是造成酸雨的元凶之一。

(4)碳氧化合物(CO2、CO)

化石燃料燃烧后的主要生成物CO2一直认为对环境无害的。植物的光合作用会吸收CO2，合成能量，释放氧气形成碳循环。近年来,由于过量燃烧化石燃料以及森林和植被的破坏,大气中CO2浓度上升。在最从而影响地表散热,形成温室效应，使大气温度不正常上升，CO2也被认为是温室气体,是有害的。此外碳的不完全燃烧产物CO是一种可致命的气体。

粉尘及SOX、NOX、N2O、CO2和CO等由烟气带出,造成火电厂排放的地区环境污染。

二、粉尘

生产性粉尘是指在生产中形成的，能较长时间飘浮在作业场所空气中的固体微粒。对于火电厂，主要有输煤系统作业场所漂浮的煤尘，锅炉运行中产生的、锅炉检修中接触的锅炉尘，干式除尘器运行、干灰输送系统及粉煤灰综合利用作业场所的粉尘，电焊操作产生的电焊尘，采用湿法、干法脱硫工艺的制粉制浆系统产生的石灰、石灰石粉尘及石膏干燥系统、脱硫废渣利用抛弃系统产生的粉尘。

硅尘一般是指游离二氧化硅的粉尘，以石英为代表的硅尘是电力行业危害性最严重且危害面较广的一种职业性有害因素。火电厂的煤尘一般是含有10%以下游离二氧化硅的粉尘（国家规定最高容许排放质量浓度为10 mg/m3），尘粒分散度高 ，直径小于5 μm的占73%。锅炉尘一般是含有10%～40%游离SiO2的粉尘（国家规定最高容许排放质量浓度为2 mg/m3），尘粒分散度高，直径小于5 μm的占73%。焊接尘是在焊接作业时，由于高温使焊药、焊接芯和被焊接材料熔化蒸发，逸散在空气中氧化冷凝而形成的颗粒极细的气溶胶，焊接气溶胶再冷凝后形成极细的尘粒，其中1 μm以下的尘粒约占90%以上。电焊尘主要由铁的氧化物组成，当使用高锰焊条时，空气中的二氧化锰的含量远远超过氧化铁的含量。除尘器、干灰输送系统及粉煤灰等综合利用作业场所的粉尘，也是含有10%～40%游离SiO2的粉尘，粒径一般在15 μm以下，5 μm以下的占有相当份额。脱硫装置制粉系统的粉尘一般是含10%以下游离SiO2的粉尘。其主要成分为CaO、CaCO3或其他脱硫剂（脱硫剂的品位一般要求纯度为90%或95%）。脱硫装置石膏处理或废渣处理系统的粉尘一般是含10%以下游离SiO2的粉尘，其主要成分为CaSO4.H2O或其他脱硫废渣。

粉尘的分散度越高，即粉尘粒径越小，其在空气中的稳定性越高，在空气中悬浮越持久，工人吸入的机会越多，对人体危害越大。呼吸性粉尘可沉淀在呼吸性的支气管壁和肺泡壁上。长期吸入生产性粉尘易引起以肺组织纤维化为主的全身性疾病，即尘肺病，属国家法定职业病。其中硅肺、煤尘肺、电焊工尘肺、石棉肺和水泥尘肺等均属于以胶原纤维增生为主的尘肺。职工长期高浓度吸入含量大于10%的游离SiO2粉尘（即硅尘），会引起硅肺病。肺组织胶原纤维性变是一种不可逆转的破坏性病理组织学改变。当前尚无使其消除的办法。对于这一种尘肺，尤其是硅肺的治理，主要是对症治疗和积极防治并发病，以减轻患者痛苦，延缓病情发展，努力延长其寿命。火电厂生产性粉尘73%以上是粒径小于5 μm的呼吸性粉尘。因此一定要重视粉尘危害后果的严重性，做好粉尘防治工作，防止尘肺病的发生，保护职工健康。

三、废渣

燃煤电厂要排放大量的灰渣,它由几部分组成。大部分是除尘器收集到的细微颗粒,称为粉煤灰,另一部分是锅炉燃烧室底部收集到的炉渣,二者由灰浆泵经压力除灰管道送往灰场。各种锅炉的煤灰渣主要含有氧化硅、氧化铝和氧化铁等成分,并含有微量元素如砷、镉、铝及硒等,大面积的灰会占去大片农田,同时因刮风等灰场的积灰扬起,发生二次污染。微量元素和放射性元素会引起人体中毒,甚至致癌。 [4] 

四、废水

火电厂排放的废水中含有酸碱、油脂、悬浮物、有机物、富营养物和微量元素等。废水的来源有化学废水、含有废水、冲灰水及生活污水等。酸碱使水体水质逐渐酸化或碱化,降低水体自净化能力; 含有废水使水体溶氧减少,导致鱼类死亡;冲灰水中的悬浮物主要是煤灰及不溶盐类,它们使水的浑浊度增高,沉积在水底淤塞水道;有机污染物造成水中溶氧减少,影响鱼类的生存。

保护与运行

电厂环保设施应包括除尘、脱硫、脱硝设备,烟囱,灰场防飞灰、防渗设施,废水污水处理、回收系统,消声器,绿化设施,环境监测系统及环境监测站。这些设施必须与主体工程同时设计、同时施工,同时投产。“八五”期间及以后的新、扩建电厂,除脱硫、脱硝外的其他环保设施基本都齐全,环保设施占工程总投资10%以上,这足以表明电力工业在环境保护工作方面所做的努力是很大的。而在电力企业,主要环保设施的运作与机组基本是同步的,投入率达95%以上。

燃煤电厂在环保设施方面的大投入已在污染治理方面取得了明显成效,烟尘、废水、噪声等各项污染指标基本上符合国家规定排放标准。