国家热力发电现状及发展
摘要：人类的历史可以说是一个对能源开发和利用的历史，从蒸汽机时代到电力系统迅速发展的现在，乃至核能的投入运用，每一次能源革命都无不带来了人类社会的巨大飞跃和发展，给人类的生存及文明的传承发展提供了丰富的物质基础。随着社会的飞速发展，世界各国对能源的需求将会日益的增长，因此在能源资源日渐枯竭的当今，完善能源系统体系，提高能源的有效利用，不仅是我国，甚至是全世界关注的焦点问题。电力资源作为人类生产生活的主要能源物资，对社会发展和进步起着举足轻重的作用。随着科学技术的快速发展，国家对环保和节能的要求不断提高，热力发电行业发生了前所未有的巨大变化，以适应当代能源战略发展的需求。
关键字：能源 热力发电 节能
动力机械及工程学科以燃气轮机、汽轮机、内燃机和正在发展中的其它新型动力机械及其系统为对象，研究如何把燃料的化学能和流体动能安全、高效、低污染地转换成动力的基本规律和过程，研究转换过程中的系统和设备，以及与此相关的控制技术。它涉及能源、交通、电力、航空、农业、环境等与国民经济、社会发展及国防工业密切相关的领域。因此热力发电是以动力机械及工程学科为基础的能源产业。热力发电厂以煤为燃料，煤在锅炉内燃烧，将锅炉里的水加热生成蒸汽，然后将来自锅炉的具有一定温度、压力的蒸汽经主汽阀和调节汽阀进入汽轮机内，依次流过一系列环形安装的喷嘴栅和动叶栅而膨胀做功，将其热能转换成推动汽轮机转子旋转的机械能，通过联轴器驱动发电机发电。膨胀做功后的蒸汽由汽轮机排汽部分排出，排汽至凝汽器凝结成水，再送至加热器、经给水送往锅炉加热成蒸汽，如此循环。也就是蒸汽的热能在喷嘴栅中首先转变为动能，然后在动叶栅中再使这部分动能转变为机械能。 工作原理就是一个能量转换过程，即热能--动能--机械能--电能。最终将电发送出去。
我国热力发电厂种类划分及概述
一次能源转化为洁净、方便的二次能源的工厂。电厂的形式大致可以这样分类：
一、按供出产品品种分类 (一)发电厂
只生产电能向外供给的工厂，即凝汽式发电厂。根据国家的能源政策，今后建设的发电厂的单机容量必须在125MW以上，单机容量50MW及以下的现役常规火电
机组将在2003年底以前逐步停止运行，关停确有困难的个别机组，关停时间可适当推迟，但必须经国家经贸委批准。对单机容量100MW的机组国家正在研究停运意见和措施。
我国发电厂的主力机组也将由目前的单机容量300MW逐步转移到600MW。 国家鼓励综合利用煤矸石(发热量12550kJ／kg以下)、煤泥、石煤、垃圾等低热值燃料和利用余热、余压、生物质能、沼气、煤层气、高炉煤气等综合利用资源的发电工程，其单机容量不受限制。 (二)热电厂
既向外供电、也向外供热(热水、蒸汽)的工厂。根据国家计委、经贸委、原电力部等部委规定，建设热电厂应符合下列指标： 1．电厂总热效率年平均大于45％；
2．单机容量50MW以下的热电机组，其热电比年平均应大于100%； 3．单机容量50~200MW以下的热电机组，其热电比年平均应大于50％； 4．单机容量200MW及以上抽汽凝汽两用供热机组，在采暖期其热电比应大于50％。
二、按主要设备品种分类 常规火力发电厂
由常规煤粉炉、凝汽式汽轮发电机组为主要设备组建的发电厂，这是火力发电厂的基本类型。
它由热力系统，燃料供应系统，除灰系统，化学水处理系统，供水系统，电气系统，热工控制系统，附属生产系统组成。
热力系统：
是常规火电厂实现热功转换热力部分的工艺系统。它通过热力管道及阀门将各热力设备有机地联系起来，以在各种工况下能安全经济、连续地将燃料的能量转换成机械能。
联系热力设备的汽水管道有主蒸汽管道、主给水管道、再热蒸汽管道、旁路蒸汽管道、主凝结水管道、抽汽管道、低压给水管道、辅助蒸汽管道、轴封及门杆漏汽管道、锅炉排污管道、加热器疏水管道、排汽管道等。
热力系统除联系热力设备的汽水管道外，还有煤粉制备系统。它是为提高锅炉效率和经济性能，将原煤碾磨成细粉然后送进锅炉炉膛进行悬浮燃烧所需设备和有关连接管道的组合，常简称为制粉系统。 燃料供应系统：
是接受燃料、储存、并向锅炉输送的工艺系统，有输煤系统和点火油系统。 煤的最主要的运输方式是火车，沿海、沿江电厂也多采用船运。当由铁路来煤时，卸煤机械大型电厂选用自卸式底开车、翻车机，中、小型电厂选用螺旋卸煤机、装卸桥。贮煤设施除贮煤场外，尚有干煤棚和贮煤筒仓，煤场堆取设备一般选用悬臂式斗轮堆取料机或门式斗轮堆取料机。皮带机向锅炉房输煤是基本的上煤方式。 点火油系统除点火时投入运行外，在锅炉低负荷时投油以保证其稳定燃烧。 除灰系统：
是将煤燃烧后产生的灰、渣运出、堆放的系统。除灰系统的形式是选厂阶段、可行性研究阶段考虑方案最多的专业之一。系统的选择要根据灰渣量，灰渣的化学、物理特性，除尘器型式，排渣装置形式，冲灰水质、水量，发电厂与贮灰场的距离、高差、地形、地质和气象等条件，通过技术经济比较确定。
除灰系统按输送介质分为水力除灰和气力除灰系统。水力除灰分低浓度灰渣分除系统，低浓度灰渣混除系统，高浓度灰渣混除系统，高浓度输灰、低浓度(或汽车)输渣分除系统；气力除灰系统分负压气力除灰系统和正压气力除灰系统。除渣可按需要选用于式或水力输送。 化学水处理系统：
为了保证热力设备安全，防止热力设备结垢、腐蚀、积盐，用化学方法对不同品质的原水，对热力系统循环用水进行处理的系统。尤其是随热力设备参数的提高和容量的增大，对作为热力循环介质的水的要求也越来越高，火电厂化学水处理的任务就越来越重。
锅炉补给水处理是对热力系统汽水循环过程中，因各种汽水损失而需向锅炉补给的水处理技术。锅炉补给水处理方式的选择与锅炉参数、原水水质有关。高压参数以上的锅炉补给水几乎都采用离子交换的除盐方式．但都要进行预处理，除去水中的悬浮物及有机物，因此锅炉补给水处理系统一般由预处理及除盐系统组成；中低压锅炉一般采用钠离子交换剂对水作软化处理。
预处理是因天然原水不能直接补人热力循环系统，要经过混凝、澄清、过滤或反渗透、电渗析处理达到合格的品质作为补充水进入系统。对不同品质的原水处理的方式也不尽相同。
流经凝汽器的循环水会因铜管泄漏而进入热力系统的凝结水中，凝结水精处理也是用化学方法使其凝结水中的含盐量符合规定。另外，对循环水要进行防垢处理和防生物污染处理，对给水、炉水用化学方法除去其残余氧和盐，以保证热力设备安全。 供水系统：
向热力系统凝汽器提供冷却用循环水及补充水的系统。电厂的供水主要用于下面一些方面：凝结汽轮机的排汽；供给汽轮发电机组的冷油器、空气或其他气体冷却器：冷却辅助机械的轴承；补充厂内外的汽、水损失；水力除灰及其他生产和生活上的需要等。其中凝汽器的冷却水量约占总冷却水量的95％以上。 火电厂的供水基本上有两种不同的形式：由大海、江河、湖泊取水冷却凝汽器后直接排放的直流供水系统，或称开式供水系统；具有冷却水池、喷水池或冷水塔的循环供水系统，或称闭式供水系统；有时也可将两种方式结合起来运行，叫做联合供水系统或混合供水系统。
在缺水地区采用空气凝汽系统，空气凝汽系统的特点是取消了中间热介质——循环水或冷却水，用空气直按吸收汽轮机排汽的潜热并使排汽凝结。这种凝汽系统经常被称为干式冷却系统或空气冷却系统。空冷系统可分为直接空冷系统和间接空冷系统。 电气系统：
将发电机发出的电能升压以便远距离输送给用户，并提供可靠的厂用电的系统。它也是火力发电厂内电气设施的总称，包括从发电机开始到升压站电力送出和从厂用电源开始所有的用电设备的一次回路，以及相应的控制、测量、保护和安全自动装置等二次回路，提供交直流操作和重要用电设备电源的直流、交流不停电电源和柴油机保安电源系统，保证设备安全的过电压、接地和火灾消防报警系统，照明、电缆、通信等厂内公用设施。 电厂自动化系统：
利用各种自动化仪表和电子计算机等装置对火力发电厂生产过程进行监视、控制和管理，使之安全、经济运行的技术。由于对电厂运行的监视及控制系起源于对热力系统的热力过程，故也习惯上称热工控制系统。随着技术的进步，现已发展
到对电气系统、辅助生产系统等全厂生产的监视及控制，现称电厂自动化系统更为准确。
随着机组容量的增大、参数的提高，在人工控制方式下是无法实现机组安全经济运行的，自动化装置已成为发电厂不可缺少的重要组成部分。自动化的主要目的是：保证机组安全起停，正常经济运行；提高适应电网调度和负荷变化的能力；提高综合判断、处理事故的能力；减轻劳动强度，改善劳动条件，减少运行人员。 火电厂自动化的功能主要通过以下自动化系统来实现：数据采集及处理系统；模拟量控制系统；顺序控制系统；保护连锁系统；电气控制系统；辅助设备及辅助系统的控制系统。 附属生产系统：
它是保证火力发电厂安全、经济运行必不可少的附属生产项目，各自相对独立，不同的工程差别
又比较大。如电厂起动用锅炉房，发电机冷却用氢气的制氢站，仪用及检修用空压机站，各种废水处理及烟气连续监测的环保工程．各种实验室及车间检修设备等。
燃气—蒸汽联合循环(GAS)发电厂
气体或液体燃料在燃气轮机的燃烧室燃烧后进人燃机透平(3～4级)作功，带动发电机发电，燃料燃烧所需空气由进气装置经过滤后引入与燃气透平同轴的压气机压缩升压，进入环绕燃气轮机主轴的十几个燃烧室参与燃烧，这就是单循环燃气轮机发电厂。由于此时的排烟温度高达500～600℃，为回收热量，提高机组效率，同时也为减少热污染，在排烟道中增设余热锅炉，生产蒸汽，带动汽轮发电机组发电，这就是燃气一蒸汽联合循环发电厂。
燃气一蒸汽联合循环发电厂的特点是：热效率高、建设周期短、运行灵活、有害物排放量少、电厂占地少、耗水量少、定员少、投资少、高的可靠性与可用率、适用液体及气体等多种不同燃料，但环境温度对出力影响较大、厂址海拔对出力影响大、发电成本高。由于燃气蒸汽联合循环发电的优点，西气东输工程的实施，引进技术及合作生产的实现，燃气一蒸汽联合循环电站工程必将得到更快的发展。
由于燃机燃用的油或气比煤要贵很多，因而发电成本较高，这是我们在项目可行性研究时必须认真考虑的问题。
整体煤气化燃气一蒸汽联合循环(IGCCC)发电厂
IGCC发电的基本原理是将经过适当处理的煤送入气化炉，在一定温度和压力下通过气化剂(氧气和蒸汽)的加入，转化成燃料气体——即煤气，气化后的煤气经除尘和脱硫后再到燃气一蒸汽联合循环系统发电。达到以煤代油(或天然气)的目的，这样，就能间接地实现在供电效率很高的燃气一蒸汽联合循环中燃用固体燃料——煤的愿望。
显然，在这种发电技术中，燃气轮机、余热锅炉以及蒸汽轮机都是常规的成熟技术，所不同的主要是煤的气化和粗煤气的净化。人们希望通过这种发电方式，既能提高燃煤电站的供电效率，又能解决燃煤所带来的环境污染问题。因而它特别适用于燃用高硫煤，它是煤的清洁燃烧技术之一，是本世纪燃煤发电的一种发展方向。
循环流化床锅炉(CFB)发电厂
循环流化床锅炉是从鼓泡床沸腾炉发展起来的一种新型燃煤锅炉技术。它的工作原理是：将煤破碎成10mm以下的颗粒后送人炉膛，同时炉内存有大量床料(炉渣或石英砂)，由炉膛下部配风，使燃料在床料中呈“流态化”燃烧，并在炉膛出口安装旋风分离器，将分离下来的固体颗粒通过飞灰送回装置再次送人炉膛燃烧。
循环流化床锅炉的运行特点是燃料随床料在炉内多次循环，有足够的时间烧尽，使飞灰含硫量下降，燃烧效率提高。
循环流化床锅炉运行的最大特点是脱硫效果好，是煤的清洁燃烧技术之一，且燃烧效率高，燃料适应性广，燃烧热强度大，负荷调节性能好，“闷炉”24h之内能快速起动，故在电厂建设中得到广泛选用。但其初投资大，厂用电率高，受热面易受磨损与腐蚀。
增压流化床燃烧联合循环(PFBC)发电厂
所谓PFBC(增压流化床联合循环)技术就是把燃气轮机的燃烧室与产生蒸汽的增压锅炉燃烧室集成为一体。锅炉采用增压燃烧方式，强化燃料燃烧，同时，锅炉内的换热系数提高，传热过程加快，使锅炉的换热面减小。燃烧产生的燃气经过
部分吸热后进入燃气轮机内作功；在增压锅炉中产生的过热蒸汽则供到蒸汽轮机中去作功，从而形成燃气一蒸汽联合循环，达到进一步提高电站热效率的目的。 由于PFBC技术具有燃气一蒸汽联合循环效率高的优点，而燃用的却是十分普通的煤炭，它同时又具有各种污染物排放量极低的CFB锅炉的种种优点。面对这一清洁的燃烧技术和我们这个环境日益恶化的地球，面对地球上优质燃料——天然气、石油只够用数十年，而普通的煤炭却可以再开采200~300年的现状，PFBC燃烧技术当然地具有巨大吸引力，它在未来的热力发电中必将占据一席之地。
原子能发电厂
某些重元素的原子核(如235U)在与中子发生相互作用时要发生核裂变，利用核裂变时所释放出的大量的裂变能转变为热能发电的电站就是核电站。目前技术上比较成熟、具有较高安全性、经济上有较好竞争力的商用核电厂的堆型有压水堆、沸水堆和重水堆，高温气冷堆和快中子增殖堆也是很有发展前途的堆型。 压水堆是目前核电厂最主要的堆型。压水堆核电厂由两个回路组成，一回路为核岛，二回路为常规岛。一回路与二回路系统完全隔开，各自为一密闭的循环系统。它的原理流程为：主泵将高压冷却剂送入反应堆，带出核燃料放出的裂变能，冷却剂流出反应堆后进入蒸汽发生器，通过其数千根传热管，把热量传给管外的二回路的介质——水，使之沸腾产生蒸汽。冷却剂流经蒸汽发生器后，再由主泵送入反应堆，如此循环不已，不断地将反应堆中的热量带出和转换蒸汽，蒸汽再冲 转汽轮发电机组发电。
在核电厂中把由蒸汽转换成电能的部分统称为常规岛，其主要原理和组成与常规火电厂的相应部分基本相同。但进入汽轮机的蒸汽参数比火电站的要低得多(蒸汽压力小于7.0Pa)，且是湿度约为O.44％的饱和蒸汽。如与同样功率的火电站相比，则核电厂的汽轮机等设备外形要比常规火电站的大得多。
核电厂的再热器是汽-汽换热器，它布置在汽轮机运行层的机组两侧，这是与常规火电站的又一区别。
由于核电厂的建设成本与发电成本逐步下降，核电安全性的提高，核电在世界范围内得到迅速发展，并已成为一些国家的主要发电方式。 地热电站
地球本身是一个巨大的热源体，地面下的温度是每百米约增加3℃，地核的温度据估计约为5000℃。火山爆发是地热能源释放的典型表现，温泉浴是地热能源利用的最原始方法。地热发电也是利用水为载体的热力发电，蒸汽的搜集方式有如下几种：直接利用蒸汽法，减压扩容法，汽水分离法，低沸点工质法。地热发电非常具有吸引力，但由于地域及资源的限制，装机容量较小，装机速度也较慢。西藏羊八井地热发电厂是我国第一座地热电站，使我国的地热发电技术在世界上占了一席之地。 垃圾电站
垃圾发电方式迅速、无害、自动化程度高，但要求垃圾平均低位热值不低于3344kJ／kg，否则焚化成本会大大增加。而随着我国城市燃料结构的改变，垃圾成分也在变化，垃圾中可燃成分越来越多，达到这一热值要求是不难的。 垃圾电站属环保产业，有的称“垃圾无害化处理工厂”，也有称“垃圾焚烧厂”，因而财务评价与一般电站是有区别的。目前城市的垃圾处理费可支付给垃圾电站，即主要燃料不但不花钱，还可得到补贴，城市维护建设税可减免；企业增值税、所得税也可减免，在这些优惠条件下建设的垃圾电站，其财务评价和国民经济评价的效益都会非常好。由于建设垃圾电站利国、利民、也有利于企业，建设垃圾电站的城市也越来愈多。
