2×125mw火电厂设计

绪 论 在高速发展的现代社会中，电力工业在国民经济中的作用已为人所共知，不 仅全面的影响国民经济及其它部门的发展，同时也极大地影响人民的物质和文化 生活水平的提高，影响整个社会的进步。火电厂是电力系统的重要组成部分，担 负着电能生产和电能转换、重新分配的重要任务，对电网的安全和经济运行起着 举足轻重的作用。火电厂是接受电能、变换电压和分配电能的，实现电能的远距 离输送，将电能分配到用户，将发电机电压进行多次变换，由电力变压器、配电 装置和二次装置构成。按火电厂的性质和任务不同，分为去区域火电厂和地方火 电厂。按地位和作用不同分为枢纽火电厂、地区火电厂和用户火电厂。随着国民 经济的持续发展，人民的生活质量和生活水平不断提高家用电器越来越多的进入 千家万户，人们对用电质量的要求越来越高。并且电力系统的发展电网结构越来 越复杂。需准确掌握电网和火电厂的运行情况。并逐步采用无人值班管理模式。 传统火电厂一般都采用常规设备。各个断路器的控制与信号回路、各事故信号和 预告信号均采用独自的信息传送通道，主要是从被监控的一次设备到主控室。信 号传送距离长，使电压互感器和电流互感器的测量精度降低，并且电缆用量巨大。 无自动电压调节功能。所以，常规装置结构复杂，可靠性低，维护工作量大。因 此，实现火电厂综合自动化是全面提高火电厂的技术水平和管理水平的重要目标。 本次设计的为 110kV 火电厂，主要是一次部分有火电厂总体分析和负荷分析、 火电厂主变压器的选择、电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选择、配电 装置及电气总平面布置设计，在设计中发现所用数据不够准确，特别是在电气设 备选择计算中，存在很大缺陷，力求在以后的设计中能够逐步趋于完善，相信不 久能实现无人值班高度自动化以弥补传统火电厂的缺陷。 2 河南机电高等专科学校毕业设计/ 论文 3 第 1 章 概 述 1.1 概述 此为河南某地区火电厂的设计，担负着向河南某地区及市郊工农业生产和居 民生活用电的任务，承担着河南某地区的输变电任务。根据电力系统技术规程 中的有关部分，火电厂的设计应在国家计划经济的指导下，在审议后的中期、长 期电力规划的基础上，从电力系统整体出发，进一步研究提出系统设计的具体方 案；应合理利用能源，合理布局电源和网络，使发、输、变电及无功建设配套协 调，并为系统的继电保护设计，系统自动装置设计及下一级电压的系统等创造条 件。设计方案应技术先进、过度方便、运行灵活、切实可行，以经济、可靠、质 量合格和充足的电能来满足国民经济各部门与人民生活的需要。设计水平可为今 后第五年至第十年的某一年，并应对过度年进行研究（五年内逐年研究） ，远景 水平可为第十年至第十五年的某一年，且宜与国民经济计划的年份相一致。系统 设计经审查后，二至三年进行编制，但有重大变化时，应及时修改。 此设计 110KV 火电厂是地区性城市火电厂，它与系统 1 和系统 2 相连，同时 向该地区供电，系统总容量为： 与系统联系较为紧MVASS21,50 密，在整个系统中占有重要地位。 1.2 本次设计的内容 火电厂是联系发电厂和用户的初始环节，起着生产和输送电能的作用。这就 要求火电厂的一次部分设计必须经济合理，再加上安全可靠的二次部分设计，这 样火电厂才能正常的运行工作，满足该河南某地区的人民生活的需要。 设计内容主要包括火电厂总体分析、电力系统分析、锅炉、汽轮机的选择、 电气主接线的选择、主变压器的选择、所用变的选择、短路电流的计算、电气设 备的选择、配电装置和防雷保护等内容。本部分设计主要参考了电气一次部分 设计手册 、 电气一次部分设备手册等，按照有关的技术规程和工程实例进行 的。 1.3 本次设计的任务 本次设计的主要任务是河南某地区 110KV 的火电厂的设计，设计的任务是电 气的一次部分的设计和计算。在一次部分中，首先要对电力系统和火电厂进行总 体分析；再进行负荷分析和短路电流的计算，然后选择主变压器；下一步是电气 主接线的型式的设计，选择合理的电气设备的选择。在具体计算后，进行配电装 置及电气总平面的布置设计，使建站合理化，并进行防雷设计，保证安全。 4 第 2 章 火电厂设计分析 2.1 电力系统分析 根据火电厂设计规范规定：火电厂的设计应根据工程的 510 年发展规 划进行做到远，近期结合。以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系， 适当考虑扩建的可能。必须以全出发，统筹兼顾。按照负荷性质，用电容量，工 程特点和地区供电条件，综合国情合理地确定设计方案。必须坚持节约用地的原 则。符合现行的国家有关标准和规范的规定。 本次设计 110KV 火电厂是地区性城市火电厂，向河南某地区及附近工厂企业 以及生活用电供电，它由系统 1（容量为 2500MVA）和系统 2（容量为MVA）供 电，同时向火电厂甲和火电厂乙供电，与系统联系紧密。 2.2 火电厂分析设计步骤 2.2.1 编制依据及说明 一、编写依据 1.己批准的计划任务书、初步设计及有关图纸资料； 2.国家己下达的计划文件，工程的规划容量和规划建设年限，以及国家计划 对本工程的投产要求； 3. 主要工程量及概算投资； 4. 设备清册和主要材料清册； 5. 上级主管部门的有关本项目建设的指示文件； 6. 现场情况调查资料。 二、资料收集 1. 选厂报告及厂区测量报告(可行性研究报告)； 2. 厂区的水文、地质、地震、气象资料； 3. 施工地区情况及现场情况； 4. 主要材料、设备、施工机具的技术资料和供应状况； 5. 类似工程的施工方案及工程总结资料； 6. 其它必须收集的资料。 三、参考文献 1.电力建设工程施工技术管理制度 2.建筑工程施工组织设计编写手册 3.建筑工程项目建设工期定额 4.火电施工质量检验及评定标准 5.电力建设安全施工规定 6.电力建设施工机械设备管理规定 河南机电高等专科学校毕业设计/ 论文 5 2.3 火电厂总体分析 2.3.1 工程概述 该火电厂规划容量为 2125MW 凝汽式机组，工程建设规模 2125MW，与主 电网联络，对电网的安全、经济稳定运行具有举足轻重的作用。 一、地形地貌 火电厂厂址位于河南某地区，属于平原地形。 二、地下水 该地区的地下水在 40m 以下，地下水资源丰富。火电厂各建、 构筑物基础设计人饮用可不考虑地下水影响。 三、不良地质现象 厂区地表自然地面 1.0m 深度范围内，主要为中硫酸盐 渍土，1.0m 以下为弱硫酸盐渍土。 四、场地类别 本火电厂厂址场地构造性好，属中硬场土地，建筑场地类别 为 II 类，为建筑抗震有利地段，适宜建厂。 五、厂址地震基本烈度为 6 度。 六、气象条件 厂址离城市较远，且靠近山谷较近。厂址气象资料有关数为： 年平均气温 14.8 年极端最高气温 37 年极端最低气温 10.0 年平均极端最高气温 37.0 年平均降水量 65 8.0mm 年平均蒸发量 319.7mm 年最大积雪厚度 48.0mm 年平均相对湿度 60% 最大冻土深度 150cm 年平均日照时数 6d 年平均沙尘暴日数 5d 年平均风速 5.0m/s 主导风向 东南风 七、水文情况 境内有大河，该河由于没有详细的实测洪水资料，只能根据 调查的洪水资料分析。该河水文站从 1957 年至今己有 40 年实测洪峰流量资料。 最大洪峰流量只有 234m3/s。该河后沟道班河段洪峰流量为 80O m3/s。本工程位 于本地较高处上，百年一遇河道洪水并没有威胁厂址。 2.3.2 建站必要性及选址概况 为了满足河南某地区生产和生活的供电要求，决定要新建一所 2*125MW 火电 厂。火电厂的站址选择在河南某地区内部，靠近负荷中心，有利于系统运行性能 的提高，降低损耗，提高经济效益；该厂设在煤矿附近解决了能源问题。站址选 择北部附近有公路，铁路穿越，交通运输便利，同时也为火电厂职工的生活提供 了方便：该厂 3 公里初有许多废矿井和山沟，可做储灰场使用。该地地下水资源 丰富，有充足的水源条件，满足生产和生活用水的需要；火电厂所处区域地势平 坦、土质为黏土，有利于线路架设和电气设备的安装；海拔 200 米，有利于火电 6 厂的经济运行，地震烈度为 6 度降低对防雷保护装置的要求；火电厂选址避开了 工业电力负荷：如冶炼厂、纺织厂、农机厂、制药厂等污染企业的影响，此外， 火电厂位于南部，主导风向为东南风，避免了将火电厂设在污染源的下风口（冬 季主导风向为东南风） ，否则将会发生污闪事故和沿面放电，影响电力系统的运 行性能；火电厂东部没有重要的电力负荷，这为进出线提供了广阔的线路走廊， 还有利于火电厂的扩建 ；另外，火电厂选址还考虑了火电厂与附近设施的影响。 因此，火电厂选址不当，必将影响企业供电系统的主接线方式，送电线路的规格 和布局，电网损失及投资的大小，还可能引起电力倒流，产生严重后果。所以站 址的选择要从多方面考虑。 2.3.3 建站的规模 新建火电厂是 110KV 的降压火电厂，出线 4 回及备用 2 回，火电厂的规模比 较大。110KV 的配电室建设分为屋内式和屋外式。屋内式运行维护方便，占地面 积少，在选择型式时应考虑环境条件因地制宜技术经济合理时优先选用户内式总 体布置的结构合理，便于设备操作、搬运、检修、试验、巡视和发展。适当安排 建筑物内各房间的相对位置。由电力系统的 结构简图可知，火电厂在电力系统 中的位置十分重要，属于地区火电厂。如果该火电厂出现问题，将会引起所处地 区全部停电，影响工农业经济的发展，给人民群众的生活带来极大的干扰和影响。 2.4 负荷分析 表 2-1 电厂负荷资料 最大负荷 （MW） 负荷组成 ()电压等级 线路名称 一期 终期 一级 二级 负荷性质 自然力率 线路长度 （km ） 新热线 25 30 60 25 城市用电 0.75 20 新甲线 40 45 15 65 城市工业 0.75 30 新线 35 40 25 45 煤矿 0.78 20 新丙线 35 40 25 45 县城 0.8 30 发展 1 35 25 45 矿区 0.8. 45110kV 发展 2 30 40 20 110KV 侧负荷分析：负荷有市甲线、市系线市系线通过电源 S 、S 和甲 火电厂连接环网，而且各条线路的最大穿越功率不同，对电力系统造成的破坏程 度也有所不同。如果发生故障将严重影响系统运行的稳定性，降低供电可靠性， 所以有双电源供电，保证不间断供电。 通常根据负荷的用电程度不同将电力负荷分为三级：一级负荷，二级负荷， 三级负荷。在 110KV 侧：负荷分为工业电力负荷和非工业电力负荷两种。其中工 业电力负荷有水厂、冶炼厂、仪表厂、制药厂、农机厂、纺织厂等城市工业；非 工业电力负荷有市政、医院等城市用电及煤矿、县城、矿区等非工业电力负荷。 一级负荷中断供电将造成人身伤亡,在政治经济上造成重大损失如重要交通 枢纽通信枢纽经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所,还使设备损坏,产品 河南机电高等专科学校毕业设计/ 论文 7 报废重要负荷中断供电将发生爆炸,火灾或中毒等给人民的生活带来影响;二级负 荷中断供电在政治经济上造成较大损失使连续的生产过程被打乱,需长时间才能 恢复,使企业减产影响重要单位的正常工作使公共场所秩序混乱;三级负荷:中断 供电后无重大影响。所以,要求一级负荷应有两个电源供电,当一个电源发生故障 时另一个不会受到损坏,有时对特别重要的负荷设有应急电源,保证对它的供电。 应急电源有独立于正常电源的发电机组,干电池,蓄电池,专门的反馈线路。二级 负荷的供电系统应能做到当电力变压器故障或电力线路常见故障时不致中断供电 或中断后能迅速恢复,在负荷小或地区供电条件困难时可用专用的架空线路供电 当采用电缆字配电所配电时需采用两根电缆,每一根能承受 100%的二级负荷且互 为热备用。而三级负荷对电源无特殊要求。 8 第 3 章短路电流的计算 3.1 短路电流的计算 在电力系统中,短路故障造成发电机功率不平衡而失去同步,给系统带来很大 危害.其中短路的形式分为三相短路,两相短路,单相短路接地,两相短路接地,在 四种短路形式中,三相短路时短路电流最大.短路故障使电源供电回路的总阻抗减 小,产生暂态过程,电流增加超过额定电流值很大,短路点产生电弧烧坏电气设备, 并引起电力网络中电压降低，在靠近短路点部分用户的用电设备破坏.功率发生 变化,当机械功率大于输出的电磁功率时,发电机的转速增加,破坏电力系统的稳 定性,引起大片地区的停电. 3.2 计算目的及基本情况 计算短路电流的目的是选择电气设备的依据,是比较选择电力系统接线图的 依据,所以可确定加装电抗器来限制短路电流. 3.2.1 短路电流计算的基本情况 一、电力系统中所有电源均在额定负荷下运行，相位角相等，频率相同在短 路前电力系统的电势和电流是对称的； 二、以变压器为理想变压器，铁心处于饱和状态，电抗值不随电流的变化而 变化； 三、输电线路的分布电容可省略不计； 四、应考虑对短路电流值有影响的所有元件，不考虑短路点的电弧电阻； 五、采用平均电压，这样在计算短路电流时，可减小误差，计算发电机，变 压器，线路等元件的电抗； 六、简化时在电源短路点很近的情况下，发电机由于特性不同将对短路电流 的变化规律有决定的影响，不能将不同类型的发电机合并，如果发电机与短路点 之间的电气距离较大时，不同类型的发电机引起的短路电流变化规律的差异受到 极大的削弱，这时可将不同类型的发电机合并。 3.3 计算过程 在母线上确定两个短路电流点 f1、f2。其中 f1 位于 110KV 母线上,f2 位于 10KV 母线上，两台主变压器并列运行的短路点。 河南机电高等专科学校毕业设计/ 论文 9 图 3-1 (1)画出等值电路图简网络： 图 3-2 (2)选择基准容量，算出电抗： kvUMVASavb150187.0153.2.48.01*21* SnXbTTG 在计算的时忽略甲变与已变对短路计算的影响，查供用电实用手册910 架空线路钢芯铝绞线的电抗值：各线型的单位电抗分别是： 10 LGJ-150 X1=0.422/KM LGJ-185 X2=0.409/KM LGJ-240 X3=0.407/KM 所以可把电抗值 X=0.4/KM 计算各线路的阻抗值 03.1524.01X03.514.08.226726*5LLS (3) 化简网络 化简结果如图 5-3 的 转 移 阻 抗点分 别 求 出 电 源 相 对 短 路 1f 图 3-3 045.19.298165029318X 即为 G12 的转移阻抗， 即为系统 S1 的转移阻抗， 即为系统 S2 的1X0 7L 转移阻抗。 (4) ：如图 5-4：求 出 电 源 的 计 算 电 抗 河南机电高等专科学校毕业设计/ 论文 11 图 3-4125.67.*32*10GjsijSijsXbI时 的 短 路 电 流 标 幺 值得 出查 汽 轮 发 电 机 运 算 曲 线 tt,4, ：时.1ijs371.04.28*1*10ffffIttI时时时时 所以： 185.03. 185.039.*14*210UsIsIUIfIfIfIf ：时.2ijsX 12 3.4.20*1*1ffffIttI时时时时 ：时125.6*2ijsX 所以： 019.3.019.3.*14*210UsIsIUIfIfIfIf 则： =0.019+16.6+0.189=16.808KAf 8.250.65. 7642shIi 短路电流计算如表 3-1： 表 3-1 短路电流计算列表 短路点 （KAfI ） （KA/I ） （KAtkI ） （K2/tkI A） （KA） I（KAshI ） （KAshi ）1f 16.808 16.809 16.809 16.8 16.0 25.38 42.786 38.:04.:*1*210ffffIttI时时时时 .3.6.13.1*421*0UIsIUsIfIfIfIf 河南机电高等专科学校毕业设计/ 论文 13 第 4 章 锅炉汽轮机系统概述及选择 火力发电厂简称火电厂，火力发电厂是利用化石燃料燃烧释放的热能发电的 动力设施，包括燃料燃烧释热和热能电能转换以及电能输出的所有设备、装置、 仪表器件，以及为此目的设置在特定场所的建筑物、构筑物和所有有关生产和生 活的附属设施。 锅炉是利用燃料或其他能源的热能，把水加热成为热水或蒸汽 的机械设备。其能量转换过程是：燃料的化学能-热能-机械能-电能。 火电厂的生产过程就是化学能转化为电能的过程，其可分为四个系统：燃烧 系统、汽水系统、电气系统、控制系统。燃烧系统是由运煤系统、磨煤系统、燃 烧系统、风烟系统、灰渣系统等组成。 4.1 锅炉系统概述及选择 锅炉设备是火力发电厂的主要热力设备，其作用是使燃料通过燃烧将其化学 能转化为热能，并以热能加热给水以生产具有一定规范的过热蒸汽。 锅炉设备是锅炉本体及其辅助设备的总称。锅炉是由“锅”和“炉”两部分 组成的，所谓的锅是指锅炉的汽水系统，由气泡、下降管、集箱、导管及各热交 换受热面等承压部件组成，用以完成水变为过热蒸汽的吸热过程。炉是指锅炉的 燃烧系统，由炉膛、燃烧器、烟道、炉墙构架等非承压部件组成，用以完成煤的 燃烧放热过程。将两者有机的结合起来的整体称锅炉。锅炉的辅助设备主要包括 供给空气的送风机、排除烟气的引风机、煤粉制备系统以及除渣、除尘设备等。 锅炉承受高温高压，安全问题十分重要。因此，对锅炉的材料选用、设计计算、 制造和检验等都制订有严格的规定。 4.1.1 锅炉规格与种类 一、锅炉的规格 锅炉规格表示锅炉生产蒸汽或加热水的能力及水平。蒸汽锅炉的规格以单位 时间内产生蒸汽的数量及蒸汽参数表示，热水锅炉的规格以单位时间内水的吸热 量及热水参数表示。 蒸汽锅炉每小时所产生蒸汽的数量称为锅炉的蒸发量，也 称锅炉的容量或出力，通常以符号“D”表示，单位为 th（吨时） 。锅炉铭牌 上的蒸发量通常为额定蒸发量，即锅炉在规定的蒸汽参数和给水温度下，连续运 行时所必须保证的最大蒸发量。 热水锅炉的容量是单位时间内水在锅炉里的吸 热量，单位为 MW（兆瓦） ，其额定值称额定热功率或额定供热量。 锅炉产汽及介 14 质吸热的多少与锅炉受热面的多少直接相关。受热面是锅炉中隔开烟气与水汽、 并把热量由前者传给后者的金属壁面，通常为管子或圆筒壁面。 蒸汽锅炉的蒸 汽参数以锅炉主汽阀出口处蒸汽的压力（表压）和温度表示。热水锅炉的介质参 数以额定出水压力（表压）及额定出水进水温度表示。压力和温度分别以符号 “p”、 “t”表示。 二、锅炉分类 可以从不同角度出发对锅炉进行分类： 1.按结构形式可分为锅壳锅炉（火管锅炉） 、水管锅炉和水火管锅炉； 2.按用途不同可分为电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉等； 3.按容量大小可分为大型锅炉、中型锅炉和小型锅炉；习惯上，蒸发量大于 4.按蒸汽压力大小可分为低压锅炉（p2.5MPa） 、中压锅炉 （2.5MPp5.9MPa） 、高压锅炉（p9.8MPa） 、超高压锅炉（p13.7MPa）等； 5.按燃料和能源种类不同可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、废热 （余 热）锅炉等； 6.按燃料在锅炉中的燃烧方式可分为层燃炉、沸腾炉、室燃炉； 7.按工质在蒸发系统的流动方式可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直 流 锅炉等。 三、锅炉自动控制系统 给水液位控制回路、主蒸汽的温度控制回路、主蒸汽的压力燃烧控制回路、 炉膛负压引风控制回路、氧量送风控制回路、除氧器的液位和压力控制回路、减 温减压器的温度和压力控制回路、锅炉房自用汽的压力控制回路。 4.1.2 系统简介 一、热力系统 火电厂本工程安装两台 125MW 超高压、一次中间再热、凝汽式汽轮发电机组。 机组采用双缸两排汽，高、中压合缸且采用双层缸结构，该机型在设计技术及加 工制造水平、运行经验上都很成熟，汽轮机回热系统采用两高、四低、一除氧共 7 级不调整抽汽加热系统，该系统具有成熟可靠，热效率高的特点。锅炉为超高 压、一次中间再热、双钢架悬吊式、型布置、管式空气预热器、固态排渣、四 角切圆燃烧、自然循环、汽包煤粉炉。本工程机组采用复合变压运行方式，主蒸 汽与给水系统采用单元制系统，除必须的公用母管外，其余均按单元制系统设计。 在燃烧器等设计上，制造厂充分考虑了锅炉的低负荷稳燃、防止炉膛结渣、降低 NOx 燃烧产物排放量等措施。 二、制粉系统 本工程制粉系统采用正压直吹式系统。每台炉配备 4 台 MP1410 型中速磨煤 机，4 台密封风机，2 台一次风机。锅炉燃烧方式为四角喷燃切圆燃烧，每角燃 烧器设置四层一次风喷嘴。中速磨煤机采用静态分离器，加载系统采用先进的液 压变加载系统，可调节磨煤机出力及煤粉细度，更加有利于机组调峰运行。每台 锅炉设置 4 座钢制圆筒仓型原煤仓(内径 5.2m)，下接双曲线金属小煤斗，每座原 河南机电高等专科学校毕业设计/ 论文 15 煤仓的几何容积为 23Om3。 本工程每台中速磨煤机配置 1 台耐压称重式皮带给煤机，其计算出力均不小 于磨煤机计算出力的 110%。锅炉的预热器采用管箱式预热器，一、二次风机分别 设置受热面管箱，采用管箱式空预器，一、二次风分置可大大降低其漏风率。缺 点是空气流动阻力较三分仓回转式空气预热器稍大一些。每台中速磨煤机设置一 台专用密封风机。磨煤机干燥剂为一次风机出口经空气预热器加热的热风，并采 用一次风机出口的压力冷风作为介质温度调整。 三、燃料供应 该火电厂位于重要产煤区，可作为火电厂的煤源。本工程采用该区燃煤，火 电厂锅炉燃煤厂外运输为铁路运输。 火电厂本期工程建设两座 200m3的点火油罐及相应的油泵房，油品的运输采 用铁路运油方式。 四、输煤系统 本工程输煤系统按最终容量设计，分期建设，满足 2 125MW 机组设施。厂 外来煤方式均为铁路来煤运输进厂，燃煤考虑组织社会运力承运。本工程厂内输 煤系统设计为带宽 100O mm，带速 1.6m/s 的双路胶带机系统，其出力为 40Ot/h，胶带机选用 DTII 型固定式带式输送机。 五、除渣系统 本工程除灰渣系统按照力求系统简单、技术成熟、安全可靠、节约用水、为 灰渣综合利用创造条件的原则，系统拟定为灰渣分除、即脱水排渣，正压气力除 灰系统。锅炉排渣为每台炉底单侧布置一台刮板捞渣机，连续排渣，炉渣自渣井 落入刮板捞渣机上槽体内，槽内充满冷却水，红渣冷却裂化，经刮板提升脱水后 排出，落入碎渣机破碎后，排入低压冲渣沟，自流冲至渣浆泵前池，经渣浆泵升 压，通过输渣管送入脱水仓。 六、除灰系统 正压气力除灰系统主要分为气力输送、灰库储存两部分，通过输灰管道连成 一体。即在除尘器每个灰斗下安装一台小型输灰发送罐，以压缩空气为动力，周 期性地输送除尘器灰斗内的干灰。本工程除尘器为双室三电场静电除尘器，每台 炉静电除尘器设有 12 个灰斗，每台炉省煤器灰斗 2 个，每个灰斗排灰口下部配 一个发送罐(仓泵)，一静电场灰斗下设 4 台，规格为 1.5m3，二静电场灰斗下设 4 台，规格为 1.Om3，三静电场灰斗下设 6 台，规格为 0.6m3。每台炉设置 2 条输 灰管道，为普通无缝钢管，并采用逐级放大管径以降低流速，一静电场及省煤器 输灰设一条管道进粗灰库，二、三电场设一条管道进细灰库。2 42O/锅炉 共用 2 座平底灰库，一个粗灰库，一个细灰库。每座灰库为：直径 12 米，容积 约为 150Om3，可满足 2125MW 机组 72 小时贮灰量。输灰管道在灰库顶上设有气 动分路阀，可进入任意一座灰库，2 座灰库可以互相切换使用。每座贮灰库下设 两个卸料口，一路安装一台湿式搅拌机将干灰加适量水后拌湿，用自卸汽车运送 到灰场进行碾压堆放，另一路安装一台干灰散装机装车供外部综合利用。为了改 善灰的流动性和排灰条件及锅炉启动阶段或低负荷投油时除灰器灰斗物料不易流 动，灰库底部还设有加热气化系统，相应设置了专用灰斗气化风机罗茨风机 、 空气加热器，在电除尘器与烟气流垂直的两侧灰斗壁上装设气化极，供灰斗内的 灰充分流态化，达到安全卸灰目的。两座灰库共设 2 台气化风机，2 台空气电加 热器。 16 本工程设有干灰运灰罐车两台，湿灰运灰罐车两台。并建一座输灰用空压机 房进行集中供气，内设 3 台排气量 20m3/min、排气压力 0.7MPa 的螺杆式空气压 缩机，其中 2 台运行，一台备用。对应配置了 3 台冷冻式干燥机及 2 台 8m3的储 气罐，使输送空气品质达到：压力露点温度为+2、含油量5ppm。电除尘器下 的仪用控制气源由全厂仪用空压机供给。 七、热工控制系统 本工程主厂房内锅炉、汽机、除氧给水、电气设备在运转层的控制室单元控 制，单元控制室设在主厂房内 9m 运转层 B 列柱-K3 框架间、C 列柱-Kl 柱及号柱 之间，主要控制设备位于控制室内。通过控制室内的控制设备实现对锅炉、汽机、 除氧给水等设备进行监测控制，对化学水处理车间在就地或就地值班室内设监测 控制盘，除灰系统在就地设值班室，采用程序控制方式。其他的辅助系统采用就 地控制。 本工程以 DCS 为主要监视和控制手段，主次分明。即集控、就地盘及就地控 制三层和按不同的功能及相对独立的系统分组。各控制系统间的通讯与接口。 DAS、MCS、SCS 为 DCS 的功能站，采用数据通讯，共享信息。DCS 与其他独立的 控制系统的接口采用硬接线方式。DCS 选用在大型火电机组上有成功运行经验， 适合国内电站特点且性能价格较好的产品，分散控制系统（DCS） ，DEH 控制系统， 重要机柜和继电器柜等采用两。路电源并为备用，一路来自交流 220V 电气中央 屏，一路来自单相交流 220V UPS。 4.1.3 锅炉选择 该火电厂设计选用锅炉为：DG-420/13.7-II 型、7320 吨、一次中间再热、 四角喷燃、自然循环汽包式锅炉。 4.2 汽轮机系统概述及选择 汽轮机主要由静叶片和紧连着轴转动的动叶片组成。具有一定温度和压力的 蒸汽喷嘴，在喷嘴中膨胀，将其热能释放出来，动叶片带动转轴变成机械能。汽 轮机的转轴连接发电机转轴。使发电机的轴转动带动磁场转动，切割磁力线，从 而产生工农业和其他各行业所需的电能。汽轮机分为高、中、低压三个缸，里面 的空气为负压，高压缸内由于气压较高，一般采用双层缸，为的是减小壁厚，在 两层中间通有蒸汽，使内外膨胀同步，提高了机器的安全性。气轮机的转轴和发 电机的转子同为一体，在润滑油系统的由膜上运行。电站汽轮机的功率一般较大， 蒸汽压力较高，总焓降大效率要求也高。为了保证输出电流频率不变，电站汽轮 机始终稳定在同一个转速下工作，通常为 3000r/min. 高压旁路系统的主要功能:改善机组冷态、温态、热态的启动特性,缩短启动 时间；能够适应机组定压和滑压运行的要求.启动期可控制新汽压力和中压缸进 汽压力;正常运行时,监视锅炉出口的压力和高压旁路后温度,防止超高压。 4.2.1 汽轮机工作原理及其分类和型号 一、凝汽设备的工作原理 河南机电高等专科学校毕业设计/ 论文 17 凝汽设备在汽轮机热力循环中起着冷源的作用，用来降低汽轮机排汽，气轮 机常见故障与诊断要求自动化程度较高，有一套较为完善的自动参数越线报警、 危险停车系统。故障诊断是利用已知的检测参数、故障现象，结合经验知识找到 发生故障的原因。气轮机的故障诊断属于机械设备故障诊断所研究的范畴，由于 其结构较复杂，各子系统间的联系较为密切，当子系统发生故障或某一零件失效 后，将导致燃机停机。为保证机组安全、可靠运行，有必要对燃气轮机实施一套 参数监测和故障诊断系统。常见故障为飞车、断油、水冲击、动静之间产生摩擦 等。水冲击的故障现象为蒸汽温度连续下降 50 度左右，冒白气，噪声增大，振 动增大等。常用的监视仪表有：真空表、油压表、水位表、气温表、振动表等 图 4-1 二、汽轮机的分类和型号 汽轮机历史较久，用途广泛，类型繁多，可以从不同的角度将汽轮机进行分 类： 1.按工作原理可分为 （1)冲动式汽轮机 由冲动级组成，蒸汽主要在喷嘴中膨胀，在动叶栅中只 有少量膨胀。 （2)反动式汽轮机 由反动级组成，蒸汽在喷嘴和动叶中膨胀程度相同，由 于反动级不能做成部分进汽，故调节级采用单列冲动级或复速级。 2.按热力特性可分为 （1)凝汽式汽轮机 排汽在高度真空状态下进入凝汽器凝结成水。有些小汽 轮机没有回热系统，称为纯 凝汽式汽轮机。 （2)背压式汽轮机 排汽直接用于供热，没有凝汽器。当排汽作为其它中低 压汽轮机的工作蒸汽时，称 为前置式汽轮机。 （3)调节抽汽式汽轮机 从汽轮机某级后抽出一定压力的蒸汽对外供热，其 余排汽仍进入凝汽器。由于热用 户对供热蒸汽压力有一定要求，需要对抽汽供 热压力进行自动调节，这称为调节抽汽。 根据供热需要，有一次调节抽汽和两 次调节抽汽。 （4)抽汽背压式汽轮机 具有调节抽汽的背压式汽轮机 （5)中间再热式汽轮机 进入汽轮机的蒸汽膨胀到某一压力后，被全部抽出 送往锅炉的再热器进行再热，再 返回汽轮机继续膨胀做功。 （6)混压式汽轮机 利用其它来源的蒸汽引入汽轮机相应的中间级，与原来 的蒸汽一起工作。通常用于 工业生产的流程中，作为蒸汽热能的综合利用。 3.按汽流方向可分为 （1)轴流式汽轮机 （2)辐流式汽轮机 18 4.按用途可分为 （1)电站汽轮机 用于拖动发电机，汽轮发电机组需按供电频率定转速运行， 故也称为定转速汽轮机， 主要采用凝汽式汽轮机。也采用同时供热供电的(抽汽 式、背压式)汽轮机，通常称它们为 热电汽轮机或供热式汽轮机。 （2)工业汽轮机 （3)船用汽轮机 （4)凝汽式供暖汽轮机 5.按进汽参数可分为 （1)低压汽轮机 新蒸汽压力小于 1.5Mpa （2)中压汽轮机 新蒸汽压力为 24Mpa 4.2.2 汽轮机选择 该火电厂选用：汽轮机为上海汽轮机厂生产的超高压、中间再热、高中压 合缸、双缸双排汽、凝汽式汽轮机，型号： N125-135535535QFC-125-2 型 2 台。 4.3 主要建构筑物及安装系统设计简介 工程主厂房按125超高压中间再热机组布置。 4.3.1 主要建构筑物设计简介 一、按汽机房、除氧煤仓间、锅炉房顺序排列。除氧煤仓间为单框架结构。 主房布置主要尺寸如下： 主厂房柱距 8m 汽机房跨距 33m 汽机房前披屋跨距 3.9m 除氧煤仓间跨距 13.5m 主厂房运转层标高 9.Om 给煤机层标高 11.5m 煤仓间及除氧器层标高 19.5m 输煤胶带层标高 1.5m 汽机房屋架下弦标高 24.5m A 排柱距烟囱中心线距离 179.5m 汽轮发电机组横向布置，机头朝向 B 排柱，发电机尾部靠 A 柱，侧墙开门， 以便于发电机抽转子。锅炉采用紧身封闭布置方式，炉前封闭高度为 25.5m。化 学水综合楼布置在锅炉房固定端，宽度为 6.8m，长度为 41.70m。电气综合楼布 置在两炉之间，两机组共用一个，共三层。零米层布置有蓄电池室、高低压厂用 配电室。5.20m 层布置了电缆夹层和通风机室。9.00m 层布置了电子设备间、锅 炉配电室。 二、汽机房 汽机房跨度为 33m，轴距 8m，建 12 档，两台机中部设连接档，间距 1.2m， 河南机电高等专科学校毕业设计/ 论文 19 汽机房总长 97.2m，汽轮发电机组横向布置。两台机组设一部 75/2Ot 电动双梁桥 式起重机，其轨面标高为 20.0m，汽机房 A 排柱披屋外墙靠近检修场地处设大门， 供检修时运输设备之用，另外在汽机房固/扩端靠 B 排柱侧还开有大门，也可用 于运行维护及检修运输之用，面积约为 42Om2，完全可以满足机组检修之用。 两台机组共设 4 台电动调速给水泵，4 台给水泵组均横向布置于两机之间靠 B 列柱处。两台机组对称布置，其加热器平台位于两机之间，高压加热器为落地 式布置，低压加热器为腰部支撑方式，置于加热器平台 5.0m 层。每台机组装两 台射水泵，一座钢筋混凝土射水箱，布置于汽机房机尾 A 排柱侧。每台机组的凝 结水泵布置于位于加热器平台外侧的凝结水泵坑内，以便于凝结水泵的检修起吊。 汽轮发电机组油系统设备布置于机尾靠近 A 排柱侧，主油箱容积为 23m3，支 撑于 5.0m 层砼楼板上。油净化装置、高压调速油泵和交、直流润滑油泵均布置 于附近的 0.00m 地平上。供油系统设备及管道远离高温区域，以利于运行人员维 护巡视通行。 三、煤仓框架 本工程除氧间与煤仓间合并成为单框架结构，其跨度 13.5m，共 12 档，总长 97.2m。在固定端柱外设置门厅及楼梯间专用披屋，扩建端外设室外钢制消防 梯。 除氧煤仓间零米布置两台锅炉所需的 8 台 MPS140 型中速磨煤机，每台中速 磨煤机布置在 1 档内，8 台共布置 8 档。为实现磨煤机的正常检修，确定给煤机 层标高为 11.5m。两台炉的中速磨煤机在地面一轴之间共两档，布置电气高 压厂用配电装置。厂低变及低压配电装置布置在两炉之间，两台机设一个机炉单 元控制室，布置于煤仓间中部 9m 运转层。单控室下的 6m 层为电缆夹层，8 台耐 压计量胶皮带式给煤机布置在高度 11.5m 的给煤机层上。同时厂用蒸汽联箱也布 置在此层。 每台炉设置 4 座钢制圆筒仓型原煤仓，原煤仓内径 5.2m，支撑于 19.5m 层钢筋混 凝土楼板上。同时该层还布置有两台高压除氧器及水箱，两台除氧器横向布置于 煤仓框架中部，两台连排扩容器也布置在此层。输煤皮带层标高为 31.5m，其上 布置有宽 1000mm 的输煤皮带两条。 四、锅炉房 锅炉采用紧身封闭，一、二期两台锅炉中心线相距 49.2m。锅炉钢架为全钢 结构，Zl 柱距框架 C 排柱距离 9.5m。每台锅炉房零米两侧各布置一台送风机及 一次风机。锅炉房底层靠固定端侧布置两台疏水箱，两台疏水泵及疏水扩容器。 在锅炉房 E 排柱外固定端及扩建端各布置一台定期排污扩容器。在锅炉房零米层 两台炉的排渣口下布置一台可变速的水浸式刮板捞渣机。其上部设有渣井及关断 门，下部设有碎渣机与冲渣沟。零米地面均设推出轨道，以便捞渣机推出检修， 两台炉冲渣沟出锅炉房汇合后自流至渣浆泵房前池。两台炉之间零米层布置电气 变压器室及蓄电池室，9.0m 层布置热控电子设备间。两台炉合用一部载重为 lt 的客货两用电梯与锅炉各层平台相连。 五、炉后布置 本工程选用两台双室三电场(214O m2)电除尘器，炉后预留扩建电除尘第 四电场的位置，引风机房布置于电除尘后面，其内布置有 4 台离心式引风机，每 炉两台。本工程合用一座高 150m，出口直径 4.5m 的烟囱。 20 河南机电高等专科学校毕业设计/ 论文 21 第 5 章主变选择及电气主接线设计 5.1 主变压器的选择 一期工程电气接线采用发电机一变压器组单元接线。在正常工作时除去向本 机组的厂用负荷供电外，将剩余功率送入 110kV 系统，在起/停机或事故情况下 均可从 110kV 系统引接可靠的电源。 一期工程 2l25MW 机组以 11OkV 电压等级接入系统。主变压器采用两相无 载调压变压器， 一、发电机采用交流励磁一静子整流励磁方式。 变压器是火电厂中重要一次设备，可以用来向电力系统和用户输送功率，还 用于两种电压等级之间的功率交换，所以变压器的选择在火电厂中是比较重要的。 5.1.1 变压器台数和容量选择 变压器的容量、台数直接影响到火电厂的电气主接线形式和配电装置的结构。 如果变压器的容量选择过大，台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也 增加了运行电能的损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选的过小，将可能满足 不了火电厂的电力负荷的需要，这在技术上是不合理的在进行主变压器的选择之 前，应该了解变压器的选择原则，主要包括变压器容量、台数的确定原则: 一、主变压器的台数、容量应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运 行方式等条件综合考虑； 二、在有一级，二级负荷的火电厂中，应该装设两台主变电压器。当技术经 济比较合理时主变压器的台数也可以多于两台。如果火电厂可由中、低压侧电力 网中取得足够能量的备用电源时，可以装设一台主变压器。 根据火电厂的所处位置的情况,位于河南某地区中心,含有大量的一级,二级 负荷,而且占地面积较大所以选择两台变压器,参考110500KV 火电厂设计技术 规程第 4.1.1 条:一般凡装有两台及以上的主变压器的火电厂当其中一台停运 后,另一台主变应保证该所全部负荷的 60%。根据综合最大计算负荷的计算公式： %1cos1maxpksniiti 其中： 单位为 KVA/MVA 各出线的最大负荷；axi 同时系数 10KV 侧取 0.85；tk 自然力率；icos 线损率， 取 5%.% 计算远期的最大负荷 =242MVA%518.035.4805.8.03isS S=2420.6=145 MVA170MW 22 所以选择主变压器的容量 =150MVA 满足要求。近nS 5.1.2 相数、绕组数和绕组连接方式的选择 根据相应的规程规定站制该火电厂站址所处地势开阔并且交通运输方便而且 容量不是太大所以宜选择三相变压器在电力工程电气设计手册和相应的规程 中指出在两种电压的火电厂中如果通过主变压器的功率达到该变压器的容量，自 耦变压器的两侧绕组间不仅有磁的耦合而且还有电的联系为消除由于铁心饱和所 引起的三次谐波其低压绕组一般采用三角形,110KV 可选择自耦变压器但出保护装 置简单的考虑选择双绕组变压器。 在电力工程电气设计手册和相应的规程中指出变压器各侧阻抗值选择必 须从电力系统稳定,潮流方向,无功分配,短路电流,系统内的调压手段和并列运行 等方面考虑.变压器的主抗选择实际上是指绕组在主变压器铁心中缠绕的位置.为 限制短路电流采用降压变压器这样可以不加限流电抗器可以减少电抗值.变压器 的连接方式必须和系统电压一致,否则不能并列运行.连接方式有星型和三角型两 种我国 110KV 火电厂及以上的电压等级为大电流接地系统为取得中性点，所以选 择 Y 型而低压侧选择型所以联接组别号为 YN,d11。变压器的冷却方式有自然风 冷,强迫油循环风冷, 强迫油循环水冷,强迫导向油循环等一般情况.110KV 火电厂 中变压器选用自然风冷。 5.1.3 变压器的电压绕组材料的选择 作为电源侧,为保证向线路末端供电的电压质量在有 10%电压损失情况下线路 末端的电压应保证在额定值,所以电源侧的主变压器电压按 100%额定电压选择,降 压变压器作为末端可以按额定电压选,110KV 侧应选 121KV，低压侧应选 13.8KV 变压器的绝缘水平也称绝缘强度由设备绕组最高相间电压有效值 Um决定.绕组的 材料为铜线. 经查阅电气设备实用手册 ，选择 SF7-2000/110 系列的电力变压器，其主 要的技术参数如表 5-1 所示 表 5-1 主变的技术参数 型号 额定容量 (KV) 额定电压(KV) 联接 组别 阻抗 电压 损耗(KW) 空载电流% 高压 低压 空 空 载 负 负 载SFP10-170000/110 170000 1211 2.5 13.8 YN,d11 13.0% 1 07 5 47 10.6 5.1.4 工作厂用变压器的选择 河南机电高等专科学校毕业设计/ 论文 23 利用换算系数法可求工作厂用变压器技术参数如表 5-2 所示得 表 5-2 工作厂用变压器技术参数 机组容量 MW 工作厂用变压器 KVA 备用厂用变压器 KVA 125 16000KVA/13.8KV 16000KVA/110 5.2 电气主接线设计 电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的 电路，成为传输强电流，高电压的网络，它要求用规定的设备文字和图形符号， 并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置全部基本组成和连接关系， 代表该变电站电气部分的主体结构，是电力系统结构网络的重要组成部分。 5.2.1 电气主接线设计的基本原则 以设计任务书为依据，以国家的经济建设方针、政策、技术规定、标准为准 绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提 下、兼顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，就近取材，力争设备元件和设计 的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。 5.2.2 电气主接线设计要求 从电气主接线的基本要求可靠性、灵活性、经济性考虑，让变电站电气主接 线更趋合理化，应尽量满足以下要求：电气主接线应具有足够的灵活性，能适用 多种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便，调度灵活、检修 安全、扩建发展方便；电气主接线的可靠性应综合考虑，辩证统一，在满足各项 技术要求的前提下，尽可能投资省、占地面积小、电能损耗少、年费用为最小。 主接线的设计需要根据市区将要新建的变电站的负荷资料数据及其对负荷的分析 情况，决定变电站的电气主接线形式。因为负荷的发展和增长受政治、经济、工 业水平和自然条件等方面的影响。如果设计时只依据负荷计划数字，而投产时实 际负荷小了，就等于积压资金；否则，电源不同，就影响其他工业的发展，因此， 首先考虑当前电气主接线的质量并应考虑 510 年内质量可靠性。 5.2.3 主接线设计步骤 电气主接线的选择原则是根据国家规定现行的“安全可靠、经济适用、符合 国情”的电力建设与发展方针，按照技术规定和标准，结合实际的特点步骤： 一、原始资料分析根据任务书的要求，在分析基本资料的同时各级电压可拟 订数个主接线方案 二、对拟订的方案进行技术经济比较选出最佳方案 三、绘制电气主接线图 根据设计任务书的要求及其对负荷的分析情况，现将各电压级可能采用的可 24 行性方案列出，进而以优化组合的方式，确定最佳的电气主接线形式。 110KV 出线回路数为 4 回，备用 1 回，为了使进出线断路器在检修时不停电， 经过初步考虑采用单母线接线、双母线接线形式、单母线分段接线三种电气主接 线形式比较确定最佳的接线方式。 5.3 电气主接线形式的确定 在比较各种电气主接线方式的优劣时，应考虑其可靠性、灵活性、经济性三 个方面。 一、断路器检修时，能否不影响供电； 二、线路、断路器或母线故障时以及母线或隔离开关检修时，停运出线回路 数的多少和停电时间的长短