第1章-发电厂电气部分

1、第1章 能源和发电,1.1 能源和电能 1.2 火力发电厂 1.3 水力发电厂 1.4 核能发电厂,第一章 能源和发电,能源：是能量的来源或源泉，即指人类取得能量的来源。 能源形式多样，有如下四种分类方法：,1、按获得的方法分,一次能源：自然界中现成存在，可直接取用。如煤、石油、水能、风能、太阳能等,二次能源：指由一次能源经过加工而转换成的另一种形态的能源。,常规能源：已经被人们广泛利用的能源 新能源：,用新发展的技术开发，并采用先进的方法加以广泛利用的能源。,2、按被利用的程度分,1.1 能源和电能,可再生能源：不断再生并有规律地得到补充的能源,3、按能否再生分,非再生能源：随人类的利用而越

2、来越少，总有枯竭之时的能源。,含能体能源：可以直接储存的能源， 如煤、石油、天然气等。,4、按能源本身的性质,过程性能源：无法直接储存的能源， 如水能、风能、电能等。,1.1 能源和电能,我国的能源资源情况,1.煤炭资源：按探明可采储量看位居世界第三位，但人均占有量低（人均占有量约为234.4t，而世界人均占有量为312.7t，美国人均占有量更高达1045t）。 2.水能资源：不论是蕴藏量（6.76亿kw），还是可能开发量（3.78亿kw，年发电量1.92x104亿kw.h）在世界各国中均居第一位。 3.石油资源：截至2002年年底，石油累计探明可采储量63.95亿吨居世界第12位，人均石油剩

3、余可采储量1.87吨，相当于世界人均水平的7.8%，属“贫油大国”。,1.1 能源和电能,4、天然气资源：可采储量居世界第17位，仅相当于世界人均水平的5%，属于名副其实的“贫气大国”。 5、核能资源：可供4000万KW核电厂运行30年（2006年已投780万KW ，2020年可达4000万KW ）,1.1 能源和电能,我国的能源资源情况,电能是一种二次能源，是在各种发电厂内由其它 能源（比如煤、水等天然能源）转换而来的。,电能：,电能的特点：,便于大规模生产和远距离输送 方便转换和易于控制 损耗小 效率高 无气体和噪声污染,1.1 能源和电能,发电厂是把各种天然能源，如煤炭、水能、核能等 转

4、换成电能的工厂。,根据发电厂所使用的一次能源的不同，发电厂可分 为：,发电厂,-能量转换站,火力发电厂 水力发电厂 核发电厂,1.1 能源和电能,1. 一次能源（燃料）,主要是煤，还有石油、天然气。,2. 主要设备,锅炉、汽轮机、发电机及各种辅机。,3. 生产过程,燃料在锅炉里燃烧使水变成蒸汽推动汽轮机转子旋转带动发电机转子旋转发电机产生电能 化学能热能机械能电能,用煤、石油和天然气作为燃料的发电厂。,1.2 火力发电厂,火电厂的分类,按燃料分类：,按蒸汽压力和温度分类,燃煤电厂、燃油电厂、燃气电厂、余热电厂,中低压电厂： 蒸汽压力3.92MPa，温度450 ，单机小于25MW 高压电厂： 9

5、.9MPa，540 ，小于100MW 超高压电厂： 13.83MPa，540/ 540 ，小于200MW，中间再热锅炉 亚临界压力电厂： 16.77MPa，540/ 540 ，300 1000MW 超临界压力电厂： 21.11MPa，550/550 ，600、800MW及及以上,1.2 火力发电厂,按原动机分类,按输出能源分类,按装机容量分类,凝汽式汽轮机电厂 燃气轮机电厂 内燃机电厂 蒸汽-燃气轮机电厂,凝汽式发电厂（效率30%40%） 热电厂（效率60%70%）,小容量电厂: 单机100MW以下 中容量电厂: 100250MW 大中容量电厂: 2501000MW 大容量电厂: 1000MW

6、以上,火电厂的分类,1.2 火力发电厂,1.凝汽式汽轮机发电厂（主力电厂）,容量大，靠近燃料产区（坑口、矿口），燃烧劣质煤。 电能经高压或超高压线路送往负荷中心。单纯供电。,特点：,效率低：3040,1.2 火力发电厂,水循环使用，即在汽轮机内作功后，蒸汽全部排入凝汽器冷却成水，又重新送回锅炉。蒸汽中含有的大量热量被浪费。,凝汽式汽轮机发电厂,2.热电厂（几十到几百MW的机组）,容量中小，靠近城市和负荷中心。电能在满足地方需求后，经高压线路送进电网。既供电又供热。,在汽轮机中段抽出已作功蒸汽，或直接供热给热用户（化工、纺织、造纸、制药、公用事业和居民取暖等），或送给水加热器将水加热供给用户。,

7、效率高：,1.2 火力发电厂,特点：,可达6070。但运行方式不如凝汽式电厂灵活，因为需根据热需求调整出力。,内蒙古乌海热电厂,3.燃气轮机发电厂,用燃气轮机或燃气-蒸汽联合循环中的燃气轮机和汽轮机驱动发电机的发电厂 。 可燃用液体燃料或气体燃料。 燃气轮机的工作原理与汽轮机相似，不同的是其工质不是蒸汽，而是高温高压气体 。,1.2 火力发电厂,燃气轮机发电厂,火电厂的生产设备及原理,主要设备：,1.2 火力发电厂,锅炉 汽轮机 发电机 各种辅机,矿物燃料的化学能-热能-机械能-电能,输煤系统,输煤皮带,输煤栈道,磨煤机,给粉机,汽轮机管道,汽轮机,控制台,操作系统,锅炉,晾水塔,锅炉,送风机

8、,机炉控制室,发电机,发电机,单元控制室,保护屏,模拟屏,电气系统,变电站,互感器,网控室,主变压器,装机容量430万kW的发电厂，煤耗率按360g/(KWh)计，每天需用标准煤10368t。,煤粉由可调节的给粉机，按锅炉需要送入一次风管，同时由旋风分离器送来的气体，由排粉风机提高压力后作为一次风将进入一次风管的煤粉经喷燃器喷入锅炉炉膛内燃烧。,悬浮燃烧炉：将煤粉喷入锅炉炉膛内，火焰呈旋转状燃烧上升。 自然循环汽包炉：靠炉外冷水下降而炉内水冷壁管中热水自然上升的锅炉。 强制循环锅炉：当压力高到（亚临界）16.6617.64MPa时，在自然循环回路中加装循环泵。 直流锅炉：当压力超过18.62

9、MPa时（超临界或超超临界）。,煤从原煤仓落入煤斗，由给煤机送入磨煤机磨成煤粉，并经空气预热器来的一次风烘干并带至粗粉分离器； 在粗粉分离器中，将不合格的粗粉分离返回磨煤机再磨制，合格的细煤粉被一次风带入旋风分离器，使煤粉与空气分离后进入煤粉仓。,一、燃烧系统的作用及组成,为了将汽轮机中作过功后排入凝汽器中的乏汽冷却凝结成水，需由循环水泵从凉水塔抽取大量的冷却水送入凝汽器。冷却水吸收乏汽的热量后再回到凉水塔冷却，冷却水是循环使用的。,在汽水循环过程中，难免有汽、水泄漏等损失，为维持汽水循环的正常进行，必须不断地向系统补充经过化学处理的软化水，这些补充给水一般补入除氧器或凝汽器中。,二、汽水系统

10、的作用及组成,三、电气系统的作用及组成,机械能变为电能,优点： 布局灵活，装机容量的大小可按需要决定； 一次投资较小，建设周期较短。 缺点： 耗煤量大，发电成本高； 动力设备繁多，控制操作复杂，运行费用高； 启动时间长(几小时到十几小时)，启停费用高； 担负调峰、调频时，煤耗增加、事故增多； 对空气和环境的污染大。,火力发电厂优缺点,1.3 火力发电厂,深圳妈湾电厂,埃迪斯通电厂（美）,尼德奥森电厂（德）,1. 一次能源,水的位能或动能,2. 主要设备,压力水管、水轮机、发电机,3. 生产过程,高处的水经压力水管推动水轮机转子旋转带动发电机转子旋转发电机发出电能 位能或动能机械能电能,把水的势

11、能和动能转换成电能的工厂 水轮机为原动机,1.3 水力发电厂,水力发电厂发电原理,1.3 水力发电厂,计算公式：,水电厂的发电容量,1.3 水力发电厂,堤坝式 引水式 混合式,坝后式 河床式,水电站的分类,水电厂,按集中落差方式分类：,按径流调节的程度分类：,水电厂,有调节水电厂,无调节水电厂,日调节水电厂,年调节水电厂,多年调节水电厂,1.3 水力发电厂,堤坝式,坝后式,河床式,建在河水中上游山区峡谷地段。单独筑坝，坝身高，水位高，厂房建在坝后，不承受水压。 特点：形成蓄水库，以调节流量，引用流量大，电站规模大，综合效益高。 三门峡、刘家峡、白山、丹江口水电站,适用于平原上河床平缓地区，落差

12、小，厂房和坝建在一起，构成拦河建筑物的一个组成部分。厂房承受上游水的压力，起挡水作用。 特点是：水头低（小于3040米）；挡水建筑物长。 葛洲坝、西津水电厂,1.3 水力发电厂,混合式,根据河流特点建造的兼有堤坝式和引水式两种特点的水电厂。,引水式,在河流上游，当河床坡度较大时，可以借助坡降较小的引水道（修建隧洞和渠道）引水，用以集中水头，以获取最大落差。 特点是：水头较高（最高为1020米），流量小，无蓄水池调节流量；综合利用价值低，电站规模也较小。,1.3 水力发电厂,(1)坝后式水电厂,发电机厂房建在坝后，全部水头的压力由坝体承受，水库的水由压力水管引入厂房，推动水轮发电机发电。,压力管

13、道通过坝体，适用于高、中水头。,1.3 水力发电厂,坝后式在我国应用较多，如三门峡、刘家峡、白山、丹江口等水电厂均属此类。,特点：形成蓄水库，以调节流量，引用流量大，电站规模大，综合效益高。,三峡水电站,三峡大坝采用混凝重力坝，坝长(2309m，坝顶总长3035m，总投资约2039亿。,三峡电站,26台700MW的水轮发电机组，总装机容量18200MW。 三峡电站分为左岸和右岸电站，左、右岸电站又各分为两个电厂。 其中，左一电厂装机8台，出线5回；左二电厂装机6台，出线3回；右一、右二电厂装机均为6台，出线分别为4回和3回。,三峡左岸厂房外部全貌,三峡左岸电站厂房全貌,(2)河床式水电厂,发电

14、机厂房和挡水堤连成一体，厂房也起挡水作用。由于厂房修建在河床中，故称河床式。,特点是：水头低（小于3040米）；挡水建筑物长。,1.3 水力发电厂,河床式水电厂,葛洲坝水电厂、西津电厂属于这一类。,2.引水式水电厂,建在山区水流湍急的河道上或河床坡度较陡的地段，由引水渠道提供水头，一般不需要修建堤坝，或只修低堰，适用于水头比较高的情况。,由引水系统将天然河道的落差集中进行发电的水电站 。,特点：水头较高（最高为1020米），流量小，无蓄水池调节流量；综合利用价值低，电站规模也较小。,1.3 水力发电厂,工作原理： 以一定水量作为能量载体，通过能量转换向电力系统提供电能。 必须兼备抽水和发电两类

15、设施。,3. 抽水蓄能式水电厂,利用深夜或丰水期剩余电力，使水轮机以水泵方式工作，将下游的水抽到高水位蓄水池内，再在需要时用来发电，作负荷调峰之用。,1.3 水力发电厂,抽水，蓄能： 在电力负荷低谷时（或丰水期） 将下游水库中的水抽到上游水库，以位能形式储存起来,1.3 水力发电厂,抽水蓄能电站工作原理,放水，发电： 在电力负荷高峰时（或枯水期） 将上游水库中的水放出来，驱动水轮发电机组发电，并送往电力系统，这时用以发电的水又回到下游水库。,1.3 水力发电厂,抽水蓄能电站工作原理,抽水蓄能电站的功能及作用,在系统中的作用,调峰 填谷 备用 调频 调相,功能,降低电力系统的燃料消耗 提高火电设

16、备利用率 可作为发电成本低的峰荷电源 对环境没污染且能美化环境 可用于蓄能,1.3 水力发电厂,十三陵抽水蓄能电站,2003年，十三陵蓄能电站经过进一步的技术改造，实现了无人值班。,2008年北京奥运会期间，十三陵抽水蓄能电站再次发挥巨大作用。,优点： 发电成本低 对环境没有污染 运行灵活方便，调峰、调频和紧急备用 可防洪、灌溉、航运等 缺点： 一次投资大 建设周期长 受水文气象影响 淹没土地、移民搬迁等,1.3 水力发电厂,基本原理同火力发电厂，只不过是用核反应堆和蒸发器代替了火力发电厂的锅炉设备。,一个1000MW的火电厂一天燃煤9600t，同样大的核电厂只要3.3kg的U235。,一座1

17、00万kW的火电厂，每年约需300400万t原煤，采用3%的浓缩铀-235作燃料仅需28t。,1.4 核能发电厂,1. 一次能源,核能（核蒸汽发生系统代替锅炉生产蒸汽系统）,2. 主要设备,核反应堆、蒸汽发生器、汽轮机、发电机,3. 生产过程,核燃料在核反应堆中裂变产生热能产生蒸汽推动汽轮机转子旋转带动发电机转子旋转发电机发出电能 原子能热能机械能电能,1.4 核能发电厂,核能发电厂分类,核能,裂变能：一定能量的中子撞击重金属元素的核（铀、钚）,聚变能：不同氢元素的原子核进行聚合（氘、氚）,反应堆,热中子反应堆：铀235为燃料，低中子撞击。,快中子反应堆：铀238、钚239为燃料，高速、高能

18、中子撞击，效率高。,1.4 核能发电厂,按减速剂分,轻水堆（86%）,压力堆（PWR）：3/4,沸水堆（BWR）,重水堆,石墨冷却堆,秦山核电站（30+2*60+2*70万kW） 国家自己设计制造 大亚湾（2*90万kW） 引进技术,核能发电厂分类,1.4 核能发电厂,压水堆核电厂：,用高压轻水作慢化剂、冷却剂，一回路系统和二回路系统分开,1.4 核能发电厂,一回路系统,一回路系统中压力为15MPa的高压水被冷却剂主泵送进反应堆，吸收燃料元件的释热后，进入蒸汽发生器下部的U形管内，将热量传给二回路系统的水，再返回冷却剂主泵入口，形成一个闭合回路。,1.4 核能发电厂,二回路系统的水在U形管外部

19、流过，吸收一回路系统的水的热量后沸腾，产生的蒸汽进入汽轮机的高压缸做功； 高压缸的排汽经再热器再热提高温度后，再进入汽轮机的低压缸做功； 膨胀做功后的蒸汽在凝汽器中被凝结成水，再送回蒸汽发生器，形成一个闭合回路。,二回路系统,1.4 核能发电厂,沸水堆核电厂：,1.4 核能发电厂,中央那个立式设备就是反应堆压力容器，四个躺着的是蒸汽发生器，后面那个立式设备是稳压器，四个露头的是主泵。,1.4 核能发电厂,大亚湾核电站,优点: 可节省煤、石油和天然气及运输费用； 无需空气助燃，可建在地下、水下、山上； 核电比火电寿命长30年。 缺点: 投资大； 核电 ：1.11.65万元/kw；火电：4000元/kw 建设周期长。 核电：70个月；火电：30个月,1.4 核能发电厂,太阳能发电 风力发电 潮汐发电 地热发电 生物质能发电 磁流体发电,1.5 新能源发电,1、太阳能发电,太阳能光热发电,太阳能光发电,用反光镜集热产生蒸汽，再用汽轮机来发电,用光电效应直接把太阳能转化为电能,1.5 新能源发电,太阳能利用,太阳热