化学与能源

化学与能源

水工31 南熠

一、引言

我的家在陕西省渭河边上的一个发电厂里，离电厂不远就有一个煤场，从小我每天都能看到有货车把煤运到电厂里，然后经过那些神奇的机器的处理，变成了我们日常生活中用的电，当时我就一直很好奇，其貌不扬的煤是如何变成对于我们的生活至关重要的电的呢？后来，随着我年龄的增长，我学到了能源这个词，也明白了那些货车里拉着的黑色的东西对于人类而言是非常重要的，那就是化石燃料。再后来，当我接触到了化学这门课，我也逐渐解决了小时候的困惑。可以说，从小到大，我都对能源有一种独特的兴趣，在本文中我将从火电厂这一角度切入，谈谈在我眼中化学与能源的关系。

二、目录

1.回答小时候的问题——火力发电厂与化学

2.审视现在——世界能源现状

3.放眼未来——能源开发与化学

三、正文

1、火力发电厂与化学

燃烧是每一个学习化学的人所接触到的第一类化学反应，而火力发电厂，顾名思义，可以说是以燃烧燃料为基础的，自然也就与化学有着千丝万缕的联系，与之相应地，每个火力发电厂也都有一个专门的分厂叫作化学分厂，由此可见化学对于火力发电厂之重要。那么化学究竟在火电厂中究竟起着怎样的作用呢？

（1）发电原理简介

根据我们在高中时物理学过的电磁感应的知识可以知道，磁通量的改变可以产生电流，发电机就是根据这一原理发明的。而发电机都是现成的，所以火电厂做的事情实际上是通过燃烧燃料，带动发电机工作从而发电，那么发电机又是怎么通过燃烧燃料被带动起来的呢？心存这一疑惑，我查阅了相关的资料，也对这一过程有了进一步的了解。

A．发电厂三大主要设备

任何一个火力发电厂都是由锅炉、汽轮机、发电机以及相应的辅助设备组成的，它们通过管道或线路相连构成生产主系统，即燃烧系统、汽水系统和电气系统。

B．燃烧系统

燃烧系统主要包括锅炉的燃烧部分和输煤、除灰和烟气排放系统等。在这一系统中，煤由皮带输送到锅炉车间的煤斗，进入磨煤机磨成煤粉，然后与经过预热器预热的空气一起喷入炉内燃烧，将煤的化学能转换成热能，烟气经除尘器清除灰分后，由引风机抽出，经高大的烟囱排入大气。炉渣和除尘器下部的细灰由灰渣泵排至灰场。

在这一过程中，化学起到了一个提供热量的作用，其主要过程为：

2C + O2 —2CO + Q

2CO + O2 —2CO2 + Q

在化学课中，这可能是最简单的方程式之一了，而它却在火电厂的整个发电过程中起到了一个最基础的作用，化学与能源关系之紧密、化学对于生活的作用之重大也由此可见一斑。

C. 汽水系统

汽水系统包括锅炉、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。在这一系统中水在锅炉中加热后蒸发成蒸汽，经过热器进一步加热，成为具有规定压力和温度的过热蒸汽，然后经过管道送入汽轮机。

在汽轮机中，蒸汽不断膨胀，高速流动，冲击汽轮机的转子，以额定转速（3000r／min）旋转，将热能转换成机械能，带动与汽轮机同轴的发电机发电。

在膨胀过程中，蒸汽的压力和温度不断降低。蒸汽做功后从汽轮机下部排出。排出的蒸汽称为乏汽，它排入凝汽器。在凝汽器中，汽轮机的乏汽被冷却水冷却，凝结成水。

凝汽器下部所凝结的水由凝结水泵升压后进入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，然后进入高压加热器，回到锅炉，完成水—蒸汽—水的循环。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在循环过程中总有一些损失，因此，必须不断向给水系统补充经过化学处理的水。补给水进入除氧器，同凝结水一块由给水泵打入锅炉。

在这一过程中，化学的作用同样不容小觑，因为有一个流程叫化学水处理。水处理在如今是化学的一个比较重要的应用，主要包括天然水及水质预处理、阴阳离子交换、电渗析等，其中超滤、反渗透以及EDI 也是几门非常重要的工艺。

D. 电气系统

电气系统包括发电机、励磁系统、厂用电系统和升压变电站等。在这一系统中，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，当发电机转子通过旋转其定子线圈便感应出电流，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。

（2）脱硫过程简介

能源与环境可以说是当今人类发展面临的两大问题，很多时候，这两者从某种意义上讲是不可得兼的，以火电厂为例，由于火电厂燃烧的煤中含有硫元素，故如果不加控制，火电厂在发电的同时，会排放出大量的二氧化硫，为了有效地缓解这一问题，火电厂采取的措施主要有：燃用低硫煤、煤炭洗选、洁净煤燃烧技术和烟气脱硫。脱硫的技术和方案五花八门，有很多种。总的说来，包括湿法和干法。考虑运行成本，技术成熟度，脱硫产物的善后处理等因素，电厂烟气脱硫主推钙基湿法脱硫-双碱法脱硫。我家所在的电厂采用的是湿法石灰石－石膏烟气脱硫法，这也是如今最常用的脱硫技术，下面对其作一定的介绍。

A. 概述

该法具有脱硫效率高、运行稳定、运行费用低、无二次污染等特点。所以，湿法脱硫工艺应用最为广泛。脱硫剂以CaCO3最为普及。湿法脱硫系统的效率都很高，正常情况下都在95％以上。湿法(石灰石－石膏法)脱硫系统，它包括烟气换热系统、吸收塔脱硫系统、脱硫剂浆液制备系统、石膏脱水系统和废水处理系统。湿法脱硫系统可加装于锅炉的尾部，对现有的锅炉系统包括除尘系统没有任何影响。

B. 主要系统

a. 烟气换热系统：用原烟气的热量加热脱硫后的干净烟气，不仅可以增加烟气的排放温度，同时也

减少了脱硫装置尾部的腐蚀，并且提高了环保效益。脱硫负荷可以通过启停循环泵的数目来灵活调节。

b. 脱硫系统：一般还装有除雾器，以除掉脱硫后烟气中的液滴，进一步减轻尾部的腐蚀。

c. 石膏脱水系统：一般分为离心式和真空式两种，离心式的脱水率可达95%，而真空式的脱水率一

般在90%左右。为了平衡整个脱硫系统的Cl`离子浓度，必须要有一部分石膏浆液逸出脱硫系统至废水处理系统，进行处理。

C. 处理工艺

包括中和反应和絮凝沉淀，该工艺可降低外排废水的pH值和悬浮物的含量。化学表达式如下：