人类怎样利用煤发电的

煤利用能量转化的原理发电；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。

煤炭的用途十分广泛，可以根据其使用目的总结为三大主要用途：动力煤、炼焦煤、煤化工用煤，主要包括气化用煤，低温干馏用煤，加氢液化用煤等。

煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料。构成煤炭有机质的元素主要有碳、氢、氧、氮和硫等，此外，还有极少量的磷、氟、氯和砷等元素。

煤炭是世界上分布最广阔的化石能资源，主要分为烟煤和无烟煤、次烟煤和褐煤等四类。世界煤炭可采储量的60%集中在美国（25%）、苏联加盟共和国（23%）和中国（12%），此外，澳大利亚、印度、德国和南非4个国家共占29%，上述7国或地区的煤炭产量占世界总产量的80%，已探明的煤炭储量在石油储量的63倍以上，世界上煤炭储量丰富的国家同时也是煤炭的主要生产国。

利用煤、石油、天然气等固体、液体、气体燃料燃烧时产生的热能，通过发电动力装置（包括电厂锅炉、汽轮机和发电机及其辅助装置）转换成电能的一种发电方式。在所有发电方式中，火力发电是历史最久的，也是最重要的一种。由于地球上化石燃料的短缺，人类正尽力开发核能发电、核聚变发电以及高效率的太阳能发电等，以求最终解决人类社会面临的能源问题。最早的火力发电是1875年在巴黎北火车站的火电厂实现的。随着发电机、汽轮机制造技术的完善，输变电技术的改进，特别是电力系统的出现以及社会电气化对电能的需求，20世纪30年代以后，火力发电进入大发展的时期。火力发电机组的容量由200兆瓦级提高到300～600兆瓦级（50年代中期），到1973年，最大的火电机组达1300兆瓦。大机组、大电厂使火力发电的热效率大为提高，每千瓦的建设投资和发电成本也不断降低。到80年代后期，世界最大火电厂是日本的鹿儿岛火电厂，容量为4400兆瓦。但机组过大又带来可靠性、可用率的降低，因而到90年代初，火力发电单机容量稳定在300～700兆瓦。

火力发电按其作用分单纯供电的和既发电又供热的。按原动机分汽轮机发电、燃气轮机发电、柴油机发电。按所用燃料分，主要有燃煤发电、燃油发电、燃气发电。为提高综合经济效益，火力发电应尽量靠近燃料基地进行。在大城市和工业区则应实施热电联供。

火力发电系统主要由燃烧系统（以锅炉为核心）、汽水系统（主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成）、电气系统（以汽轮发电机、主变压器等为主）、控制系统等组成。前二者产生高温高压蒸汽；电气系统实现由热能、机械能到电能的转变；控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。

火力发电的重要问题是提高热效率，办法是提高锅炉的参数（蒸汽的压强和温度）。90年代，世界最好的火电厂能把40％左右的热能转换为电能；大型供热电厂的热能利用率也只能达到60％～70％。此外，火力发电大量燃煤、燃油，造成环境污染，也成为日益引人关注的问题。

热电厂为火力发电厂，采用煤炭作为一次能源，利用皮带传送技术，向锅炉输送经处理过的煤粉，煤粉燃烧加热锅炉使锅炉中的水变为水蒸汽，经一次加热之后，水蒸汽进入高压缸。为了提高热效率，应对水蒸汽进行二次加热，水蒸汽进入中压缸。通过利用中压缸的蒸汽去推动汽轮发电机发电。从中压缸引出进入对称的低压缸。已经作过功的蒸汽一部分从中间段抽出供给炼油、化肥等兄弟企业，其余部分流经凝汽器水冷，成为40度左右的饱和水作为再利用水。40度左右的饱和水经过凝结水泵，经过低压加热器到除氧器中，此时为160度左右的饱和水，经过除氧器除氧，利用给水泵送入高压加热器中，其中高压加热器利用再加热蒸汽作为加热燃料，最后流入锅炉进行再次利用。以上就是一次生产流程。

利用燃料（煤）发热，加热水，形成高温高压过热蒸汽，推动气轮机旋转，带动发电机转子（电磁场）旋转，定子线圈切割磁力线，发出电能，再利用升压变压器，升到系统电压，与系统并网，向外输送电能。

煤作为一种燃料，早在800年前就已经开始。煤被广泛用作工业生产的燃料，是从18世纪末的产业革命开始的。随着蒸汽机的发明和使用，煤被广泛地用作工业生产的燃料，给社会带来了前所未有的巨大生产力，推动了工业的向前发展，随之发展起煤炭、钢铁、化工、采矿、冶金等工业。煤炭热量高，标准煤的发热量为7000大卡/千克。而且煤炭在地球上的储量丰富，分布广泛，一般也比较容易开采，因而被广泛用作各种工业生产中的燃料。

煤炭是一种化石燃料，由保存在水体和泥沙的生态体系中以前死亡的植物生成，死亡的植物在这种环境中可以使其避免被氧化和生物降解，因此可以把其中的碳固定下来。煤炭是一种易于燃烧的黑色或黑褐色岩石，它是一种沉积岩，但并不太坚硬，如褐煤可以被认为是一种变质岩，因为它形成后曾经遭受过高温和高压的影响。煤炭的主要成分是碳和氢，以及少量的其他元素，比较显著的是硫。煤炭是全球发电业应用得最多的燃料，也是最大的二氧化碳排放源，当然，也是气候变化和全球变暖的重要元凶。就二氧化碳的排放而言，煤炭的排放量略高于石油，约为天然气的一倍。煤炭采自地下的煤矿，既可深入地下开采也可以开放式矿坑（露天开采）进行开采。

燃煤发电站

煤炭主要用作发电的固体燃料，通过燃烧产生热量。全球每年的煤炭消耗量资料来源：《WER》，2006；维基百科，2007。约为62亿吨，其中约75%用于发电。2007年，中国的煤产量为28.5亿吨，印度的煤产量约为5.367亿吨，中国电力中的68.7%来源于煤炭发电。美国每年消耗10.53亿吨煤炭，其中90%用于发电。2007年，全球煤炭总产量为68.1亿吨。在用煤炭发电时，首先要将煤炭碎成粉末，然后在锅炉内燃烧。炉子内所产生的热量将锅炉里的水加热成为蒸汽，接着用其驱动涡轮发电机产生电力。在过去的几年中，这一过程的热动力效率已经得到了较大的提高。标准的蒸汽涡轮机的技术远未达到令人满意的程度。在上述过程中，热动力效率才达到35%，这意味着所燃烧的煤炭有65%的热量被排放到周围的环境中——被白白地浪费掉了。老式的燃煤发电站的热动力效率更低，被浪费掉的热能也更高。

从理论上讲，温度与压力的增加可能会获得更高的热动力效率，因此超临界涡轮机概念的出现展现了一种热动力效率可达46%的极高温的锅炉。利用煤炭的另一种有效方式是组合循环式发电机，即热电联供，以及一种MHD顶级循环式发电机。全球大约40%的电力是由燃煤产生的。用已有的技术可以开采出的这种沉积岩（煤炭）的总量可供以目前的消费水平使用300年以上，包括污染大、能量强度低的煤炭种类（如褐煤和沥青煤），而在几十年内，全球的煤炭生产就会达到最大值。

用煤炭发电的一种更具能量效率的方式是使用一氧化物燃料电池或熔融的碳酸盐燃料电池（或任何氧离子转换基电池，在它们燃烧氧时，这些电池的燃料之间没有什么区别）。用这些方式，可以使热动力效率达到60%～85%（直接发电+废热蒸汽涡轮机）。目前，这种燃料电池技术仅仅能利用气体燃料，而它们对硫中毒十分敏感。在用煤炭获得大规模商业成功之前，仅靠这种技术是不够的。随着气体燃料研发的进展，有一种观点认为，可以用氮气作为携带者输送煤炭粉末。另一种观点认为，用水将煤气化，在这种方式中，将氧引入电解液燃料一侧可能会降低燃料端的电压，但也可能极大地简化碳的回收。