发电厂生产流程及原理.ppt

发电 第一部分电力工业在国民经济中的作用第二部分发电产分类第三部分火电厂基本知识第四部分发电产原则性热力系统第五部分发电厂的热经济性第六部分提高发电厂热经济性的途径第七部分发电厂的主要经济指标第八部分纯凝汽式发电厂的主要经济指标第九部分高效发电新技术第十部分火电厂自动控制系统 song 1 song 2 第一部分电力工业在国民经济中的作用 能源 是泛指人类利用自然界能量资源的总称 一次能源 是指以原始状态存在于自然界中 不需要经过加工或转换过程就可直接供热 光或动力的能源 如石油 煤炭 天然气 水力 原子能 风能 地热能 海洋能等 二次能源 一次能源经过加过 转化生成的能源称为二次能源 电能是优质的二次能源 song 3 电力工业在国民经济中的作用 电力弹性系数 指电力工业的年增长速度与国民经济总产值年增长速度的比值 当经济发展过程中高电耗的重工业和基础工业的比重增大时 电力总消费量增长率会不断增大 电力弹性系数呈现大于1的趋向 当经济发展过程中基本上保持原来结构和原有技术水平时 代能里弹性系数接近于1或等于1 当产业结构和产品结构向节能型方向发展 使得单位产值电耗降低时 电力弹性系数就会小于1 song 4 电力系统的可靠性指标 机组可用系数AF非计划停运系数UOF等效可用系数EAF非计划停用次数 song 5 第二部分发电厂 简介 电厂 electricpowerplant 是将某种形式的原始能 例如水力 蒸汽 柴油 燃气 转化为电能以供固定设施或运输用电的动力厂 核能发电厂 风力电厂 太阳能电厂等 分类 1 火力发电火力发电是利用燃烧燃料 煤 石油及其制品 天然气等 所得到的热能发电 火力发电的发电机组有两种主要形式 利用锅炉产生高温高压蒸汽冲动汽轮机旋转带动发电机发电 称为汽轮发电机组 燃料进入燃气轮机将热能直接转换为机械能驱动发电机发电 称为燃气轮机发电机组 火力发电厂通常是指以汽轮发电机组为主的发电厂 火力发电厂主要由四大关键部件组成 即锅炉 汽轮机 凝汽器 发电机 燃料燃烧将化学能转换为热能加热锅炉中的水成蒸汽 然后蒸汽热能推动汽轮机做功 将热能转化为机械能 然后机械能通过发电机转化为电能 从而完成整个发电过程 2 水力发电水力发电是将高处的河水 或湖水 江水 通过导流引到下游形成落差推动水轮机旋转带动发电机发电 以水轮发电机组发电的发电厂称为水力发电厂 水力发电厂按水库调节性能又可分为 径流式水电厂 无水库 基本上来多少水发多少电的水电厂 日调节式水电厂 水库很小 水库的调节周期为一昼夜 将一昼夜天然径流通过水库调节发电的水电厂 年调节式水电厂 对一年内各月的天然径流进行优化分配 调节 将丰水期多余的水量存入水库 保证枯水期放水发电的水电厂 多年调节式水电厂 将不均匀的多年天然来水量进行优化分配 调节 多年调节的水库容量较大 将丰水年的多余水量存入水库 补充枯水年份的水量不足 以保证电厂的可调出力 3 核能发电核能发电是利用原子反应堆中核燃料 例如铀 慢慢裂变所放出的热能产生蒸汽 代替了火力发电厂中的锅炉 驱动汽轮机再带动发电机旋转发电 以核能发电为主的发电厂称为核能发电厂 简称核电站 根据核反应堆的类型 核电站可分为压水堆式 沸水堆式 气冷堆式 重水堆式 快中子增殖堆式等 4 风力发电利用风力吹动建造在塔顶上的大型桨叶旋转带动发电机发电称为风力发电 由数座 十数座甚至数十座风力发电机组成的发电场地称为风力发电场 5 垃圾发电厂垃圾发电作为火力发电的一种 截至2007年底 中国垃圾焚烧发电厂总数已达75座 其中建成50座 在建25 垃圾焚烧发电厂的收益稳定 运营成本低廉并享有一定的税收优惠政策 能给投资者带来稳定的收益 但是垃圾发电带来的环境问题不容忽视 6 其他新能源发电例如地热发电厂 潮汐发电厂 太阳能发电厂等 song 6 第三部分火力发电厂生产基本常识 song song 7 主要内容 一 火力发电厂生产概述二 锅炉设备及组成三 汽轮机设备及组成 song 8 火电厂 火力发电厂简称火电厂 是利用煤 石油 天然气作为燃料生产电能的工厂 它的基本生产过程是 燃料在锅炉中燃烧加热水使成蒸汽 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 song 9 火电厂建设开发流程 项目建议书 可行性研究报告 电厂选址 用地预审 水资源论证 水土保持方案 初设计 电力规划设计总院审查 电网公司同意购电 省发改委立项 项目环评报告 临建准备工作 song 10 火电厂的分类按燃料分类 燃煤发电厂 煤 燃油发电厂 石油提取了汽油 煤油 柴油后的渣油 燃气发电厂 天然气 煤气等 余热发电厂 工业余热 垃圾或工业废料 生物发电厂 桔杆 生物肥料 按原动机分类 凝汽式汽轮机发电厂燃汽轮机发电厂内燃机发电厂蒸汽 燃汽轮机发电厂按供出能源分类 凝汽式汽轮机发电厂 只供电 热电厂 同时供电和供热 注意 火力是指烧煤发电 热电是指烧煤或油或天然气 来供工业用或取暖用气 为了提高效率节省能源 一般是发电与供热联合方式 也就是说火力发电厂主要是用来发电的 热电厂 主要是提供热能的 也可是火力发电厂的副产品 火电厂简介 一 11 火电厂的分类按总装机容量分类 小容量发电厂 总装机容量1000MW 按蒸汽压力和温度分类 中低压发电厂 蒸汽压力3 92MPa 温度450度 单机功率22 11MPa 温度550度 单机功率 600MW 超超临界压力发电厂 蒸汽压力 33 5MPa 610 630 单机功率 600MW 杂谈 坑口 路口 港口 发电厂 负荷中心发电厂 基本负荷发电厂 中间负荷 腰荷 发电厂 调峰发电厂 区域性发电厂 企业自备发电厂 移动式 如列车 发电厂 未并入电网的孤立发电厂 火电厂简介 二 song 12 火电厂的系统构成 1 汽水系统 由锅炉 汽轮机 凝汽器 水泵 加热器及其管路组成 2 燃料 燃烧系统 包括 输煤系统 制粉系统 烟风系统和除灰除尘系统 3 其它辅助热力系统 4 电气 控制 系统 song 13 火电厂公用辅助控制系统 煤系统输煤系统含煤废水处理系统含油污水处理系统燃油泵房控制系统水系统化学补给水系统凝结水精处理系统循环水处理系统汽水取样及加药系统化学废水与净水处理系统生活污水和灰水回收处理系统反渗透 预脱盐 灰系统除灰 除渣系统电除尘系统脱硫系统 石粉厂 脱硝 脱氮 锅炉吹灰系统锅炉定排系统氢系统 氢冷机组 ETSFSSS暖通空预器胶球清洗旋转滤网斗轮机卸船机 船运煤 翻车机 火车运煤 升压站 电气 石灰水 处理中水 启动锅炉热网 song 14 song 15 火电厂生产过程示意图 song 16 燃料 燃烧系统 输煤及燃运系统 运输 卸煤装置 煤场 碎煤机 皮带 原煤仓 制粉系统 原煤仓 给煤机 磨煤机 粗粉分离器 细粉分离器 煤粉仓 给粉机 燃烧器 炉膛 song 17 火电厂的三大系统之一燃烧系统包括输煤 磨煤 锅炉与燃烧 风烟系统 灰渣系统等环节 火电工艺介绍 风烟系统 风 吸风口 冷风道 送风机 暖风器 空预器 热风道 磨煤机 粗分器 细分器 排粉机 燃烧器 炉膛 烟 炉膛 屏过 对流过热器 省煤器 空预器 除尘器 引风机 烟囱 大气 song 18 制粉系统 原煤斗中的煤经过给煤机均匀地进入磨煤机中磨制 送风机把冷空气送进空气预热器加热成热空气后 一部分作为二次风经燃烧器喷入炉膛 另一部分作为干燥剂送入磨煤机对煤进行干燥 同时携带着磨成的煤粉离开磨煤机进入粗粉分离器 粗粉分离器把不合格的过粗煤粉分离出来 经回粉管又返回到磨煤机重新磨制合格的煤粉由干燥剂携带被排粉机送入一次风管 并通过燃烧器喷入炉膛燃烧 制粉系统 主设备 磨煤机低速磨煤机及其制粉系统 低速磨煤机 15 25r min 多为球磨机单进单出筒式球磨机双进双出筒式球磨机中速磨煤机及其制粉系统 中速磨煤机 60 300r min 平盘磨 碗式磨 MPS磨 MPF磨 E型磨高速磨煤机及其制粉系统 高速磨煤机 400r min 风扇式磨煤机竖井磨煤机上述一般可分成 直吹式制粉系统和储仓式制粉系统 火电工艺介绍 制粉系统 1 ATV58 68 song 19 制粉系统 球磨机 火电工艺介绍 制粉系统 2 song 20 制粉系统 球磨机 球磨机筒体 热风进口 煤粉出口 进煤管 双进双出筒式球磨机 火电工艺介绍 制粉系统 2 song 21 制粉系统 辅助设备给煤机 磨煤机前 作用 调节送入磨煤机的煤量种类 刮板式给煤机电磁振动式给煤机皮带给煤机 调速 称重 粗粉分离器 磨煤机后 作用 把磨煤机来的煤粉进行粗细分离 不合格的送回磨煤机重磨 种类 离心式粗粉分离器回转式粗粉分离器细粉分离器 旋风分离器 作用 把粗粉分离器来的煤粉气流进行风粉分离 不合格的送回磨煤机重磨 给粉机 作用 按照锅炉负荷需要 把煤粉仓中的煤粉均匀地送入一次风管 种类 叶轮式给粉机最为常用通过调节电机转速 调节给粉量的大小 火电工艺介绍 制粉系统 3 song 22 火电工艺介绍 制粉系统 4 给煤机示意图 通过改变给煤机转速和闸板位置调节给煤量 缺点是 占地大 煤压实后易被异物卡住断煤 可称重 通过改变皮带速度调节给煤量 大型锅炉机组中常用 ATV58 68 song 23 火电工艺介绍 制粉系统 5 给煤机示意图 通过改变圆盘电机转速和内套管位置调节圆盘上的给煤量 缺点是 遇高水分的煤易堵煤和打滑 ATV58 68 song 24 火电工艺介绍 制粉系统 6 给粉机示意图 一般采用直流电机 通过改变电机转速调节给粉量 缺点是 不均匀 易出现煤粉自流 一般采用电磁调速异步电机 通过改变电机转速调节给粉量 均匀 煤粉不自流 ATV58 68 song 25 火电工艺介绍 制粉系统 7 给粉机示意图 叶轮给煤机 沈阳电力机械总厂 沈阳电站辅机厂 沈阳华能电力燃煤机械总厂山西电力设备厂电磁振动给煤机 沈阳电力机械总厂 沈阳矿山机械集团有限责任公司刮板给煤机 沈阳电力机械总厂环式卸煤机 电力部机械设计研究所 犁煤 卸煤 变频器控制 武汉电力设备厂沈阳电力机械总厂 主要设备生产厂家 song 26 电厂汽水系统 电厂基本汽水系统流程 朗肯循环 给水 锅炉 过热蒸汽 汽轮机 凝汽器 给水泵 给水送入锅炉 锅炉 汽轮机 给水泵 发电机 凝汽器 汽水系统示意图 song 27 除氧器 提高水温并除去水中的氧 以防止腐蚀炉管等 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 汽水系统 火力发电厂的汽水系统是由锅炉 汽轮机 凝汽器 高低压加热器 凝结水泵和给水泵等组成 也包括汽水循环 化学水处理和冷却系统等 水在锅炉中被加热成蒸汽 经过热器进一步加热后变成过热的蒸汽 再通过主蒸汽管道进入汽轮机 由于蒸汽不断膨胀 高速流动的蒸汽推动汽轮机的叶片转动从而带动发电机 为了进一步提高其热效率 一般都从汽轮机的某些中间级后抽出作过功的部分蒸汽 用以加热给水 在现代大型汽轮机组中都采用这种给水回热循环 此外 在超高压机组中还采用再热循环 既把作过一段功的蒸汽从汽轮机的高压缸的出口将作过功的蒸汽全部抽出 送到锅炉的再热汽中加热后再引入气轮机的中压缸继续膨胀作功 从中压缸送出的蒸汽 再送入低压缸继续作功 在蒸汽不断作功的过程中 蒸汽压力和温度不断降低 最后排入凝汽器并被冷却水冷却 凝结成水 凝结水集中在凝汽器下部由凝结水泵打至低压加热再经过除氧气除氧 给水泵将预加热除氧后的水送至高压加热器 经过加热后的热水打入锅炉 再过热器中把水已经加热到过热的蒸汽 送至汽轮机作功 这样周而复始不断的作功 在汽水系统中的蒸汽和凝结水 由于疏通管道很多并且还要经过许多的阀门设备 这样就难免产生跑 冒 滴 漏等现象 这些现象都会或多或少地造成水的损失 因此我们必须不断的向系统中补充经过化学处理过的软化水 这些补给水一般都补入除氧器中 song 28 song 29 火电厂的三大系统之二汽水系统由锅炉 汽轮机 凝汽器 除氧器 加热器等构成主要包括 给水系统冷却水系统补水系统 火电工艺介绍 主蒸汽系统及再热蒸汽系统 主蒸汽 锅炉主汽门 或集汽联箱 主蒸汽管 汽机自动主汽门之前 再热蒸汽 汽机高压缸出口 再热器冷段管 再热器 再热器热段管 汽机中压缸进口 song 30 锅炉容量 锅炉每小时所产生的蒸汽量 锅炉分类 几个术语 按蒸汽参数分类 中压 高压 超高压 亚临界 超临界蒸汽参数 锅炉出口过热蒸汽压力和温度容量 t h 蒸汽参数汽机功率 MW 炉型42013 8Pa 540 540 125煤粉炉67013 8Pa 540 540 200煤粉炉102516 8Pa 540 540 300煤粉炉 引 200816 8Pa 540 540 600煤粉炉按容量分类 220t h小型锅炉 220 410t h中型锅炉 670t h大型锅炉 按燃烧方式分类 悬浮燃烧锅炉 燃料在炉膛内悬浮燃烧沸腾燃烧锅炉 固体燃料颗粒在炉排上呈沸腾状态燃烧 流化床锅炉 按循环方式分类 自然循环锅炉 靠炉外冷水下降 炉内冷水壁管中热水自然上升的锅炉 强制循环锅炉 当压力在16 66 17 64MPa时 水 汽重度差变小 需在循环回路中加装循环泵的锅炉 控制循环锅炉 直流锅炉 当压力 18 62MPa时 应采用直流锅炉 复合循环锅炉 主要生产厂家 哈尔滨锅炉厂 上海锅炉厂 东方锅炉厂 武汉锅炉厂 杭州锅炉厂 火电工艺介绍 锅炉 1 song 31 锅炉设备 锅炉本体燃烧设备 包括 炉膛 燃烧器 空气预热器 烟道等 汽水系统 包括 汽包 水冷壁 下降管 联箱 过热器 再热器 省煤器等 锅炉附件炉墙及构架锅炉辅机 火电工艺介绍 锅炉 4 锅炉汽水系统 主给水管 给水操作台 省煤器 汽包 下降管 下联箱 水冷壁 汽包 过热器 锅炉主汽门 或集汽联箱 出口 song 32 2 锅炉热效率与锅炉型号 锅炉热效率 蒸汽在炉内吸热量占燃料发热量的百分比 电站锅炉一般在90 以上 锅炉型号 如HG670 13 7 540 540 7HG 哈尔滨锅炉厂 DG 东锅 SG 上锅 WG 武锅 BG 北锅锅炉分类 按水循环方式 自然循环炉 强制循环炉 复合循环炉等 song 33 自然循环锅炉 强制循环锅炉 控制循环锅炉 直流锅炉 火电工艺介绍 锅炉 2 四种锅炉的示意图 song 34 锅炉机组基本工作过程 燃料经制粉系统送入炉膛中燃烧 使燃料的化学能变为热能 高温烟气由炉膛经水平烟道进入尾部烟道 最后从锅炉中排出 锅炉排烟再经过烟气净化系统处理 由引风机送入烟囱排入大气 烟气在锅炉内流动的过程中 热量传递方式为 在炉膛中以辐射方式将热量传给水冷壁 在炉膛烟气出口处 以半辐射 半对流方式将热量传给屏式过热器 在水平烟道和尾部烟道以对流方式传给过热器 再热器 省煤器和空气预热器 锅炉给水便经过省煤器 水冷壁 过热器变成过热蒸汽 并把汽轮机高压汽缸做功后抽回的蒸汽变成再热蒸汽 水在锅炉中 经过预热 蒸发 过热三个阶段变成过热蒸汽 汽轮机高压缸中蒸汽送回锅炉加热 再送回汽轮机低压缸中继续做功 这是第四个阶段 再过热阶段 锅炉中的受热面 省煤器 水冷壁 过热器 再热器 空气预热器 火电工艺介绍 锅炉 3 song 35 火电工艺介绍 锅炉汽水系统设备 汽包 锅筒 是工质加热 蒸发 过热三个过程的连接枢纽 接收省煤器来水 进行汽水分离 向循环水路供水 向过热器输送饱和蒸汽 水冷壁 敷设在锅炉炉膛四周内壁 吸收热量 产生正气 保护炉墙 过热器和再热器 过热器 将从汽包出来的饱和蒸汽加热成具有额定温度的过热蒸汽 它利用高温烟气的热量加热饱和蒸汽 再热器 将从汽轮机高压缸中膨胀做功后的蒸汽再次引入布置在锅炉中的再热器中受热升温 再送回汽轮机中压缸中去做功 若采用二次再热 则再将中压缸排汽再热后送回低压缸去做功 省煤器 economizer 利用锅炉排烟加热给水的受热部件 分为 铸铁式和钢管式 沸腾式和非沸腾式 大型锅炉常用 song 36 火电工艺介绍 锅炉 5 汽包 水冷壁 song 37 火电工艺介绍 锅炉 5 锅炉汽包 饱和蒸汽引出管 给水管 song 38 火电工艺介绍 锅炉 6 水平烟道 尾部烟道 炉膛 song 39 火电工艺介绍 锅炉 7 锅炉给水自动控制系统 是使给水量适应锅炉的蒸发量 并维持锅筒水位在允许范围内的自动控制系统 锅筒水位过高和过低 对锅炉和汽机安全运行影响严重 给水调节对象的动态特性 锅筒水位是锅炉内储水量和水面下汽泡体积的反应 当给水量阶跃增加时 水位响应有一定的延迟和惯性 然后不断上升 当蒸汽阶跃增加时 锅筒水位一开始快速上升 然后下降 在响应初始阶段的这种水位变化称为 虚假水位 现象 锅炉控制的三种方式 单冲量给水控制系统 只根据锅炉水位H变化控制给水阀门开度 双冲量给水控制系统 根据锅炉水位H变化 蒸汽流量信号D组成的控制系统 三冲量给水控制系统 根据锅炉水位H 蒸汽流量信号D 给水流量W三个信号调节给水流量的控制系统 锅炉控制 song 40 火电工艺介绍 锅炉 8 单冲量给水控制系统 主要问题 当蒸汽负荷增加时 由于锅炉水中汽泡量增加产生 虚假水位 而使给水调节阀动作减少给水量 加剧蒸汽流量和给水流量的不平衡 而后使水位快速下降 产生较大的水位偏差 适用于 根据水容量较大 蒸汽负荷较稳定的小容量锅炉 song 41 火电工艺介绍 锅炉 9 双冲量给水控制系统 主要问题 当蒸汽负荷变化时 蒸汽流量信号D使给水调节阀动作增加给水量 抵消 虚假水位 影响 但不能及时反映和补偿给水扰动 如给水压力变化引起的给水流量增减 适用于 蒸汽负荷经常变化的锅炉 song 42 火电工艺介绍 锅炉 10 三冲量给水控制系统 1 单级 2 串级 单级三冲量给水控制系统 锅筒水位H是主要控制信号 给水流量W是水位控制的辅助反馈信号 蒸汽流量D是水位控制的前馈信号 当蒸汽流量D变化时 调节器立即动作 适当改变给水流量W 当给水流量W变化时 调节器也立即动作 使给水流量W恢复到原来的数值 串级三冲量给水控制系统 主调节器以锅筒水位H为主要控制信号 去控制副调节器 副调节器除接收主调节器控制信号外 还接收给水流量W和蒸汽流量D 主调节器通过副调节器对水位进行校正 使其保持在给定值 当蒸汽流量D扰动时 副调节器立即动作 改变给水流量W 使给水量与蒸汽量成适当比例 当给水流量W扰动时 副调节器立即动作 使给水流量保持不变 song 43 火电工艺介绍 锅炉吹灰控制 定义 锅炉均设有吹灰器 大型锅炉配50 100台 全部吹扫一遍要5 6小时 定期吹扫锅炉各部分受热面上的积灰 吹扫介质 常使用低压蒸汽 水 压缩空气 工艺情况 吹灰器常配电机 用于推进和退出操作 并驱动吹灰器作旋转运动 加强吹灰效果 锅炉各部分积灰不同 吹灰时间间隔也不同 距炉膛近的受热面 每4 8小时吹灰一次 距炉膛远的受热面 每8 24小时吹灰一次 控制过程 吹灰时 先启动吹灰汽源和疏水系统 要保持汽源的压力和温度 然后 依据不同吹灰器时间间隔依次成对启动吹灰器 使吹灰器伸入炉膛或烟道内吹灰 经过预定时间后退出炉外 当吹灰系统或汽源系统出现异常时 要中断吹灰 使所有吹灰器退出炉外 灰渣系统 炉渣 炉膛冷灰斗 除渣装置 冲灰沟 灰渣泵 输灰管 灰场 飞灰 除尘器 集灰斗 除灰装置 运灰车 灰加工厂 song 44 火电工艺介绍 锅炉定排控制 定义 按规定时间或根据锅水质量状况 周期性地排除锅炉下联箱内沉积的有杂质的锅水 控制过程 必须在汽包水位正常时 才允许定排 要求在定排过程中 如遇汽包水位低或排污门故障等异常情况时 立即停止排污 关闭全部排污门 主要控制对象是大量的阀门 song 45 火电工艺介绍 空气预热器 空气预热器分为 管式空气预热器 回转式空气预热器 作用 安装在锅炉尾烟道中 利用省煤器后烟气的热量加热燃烧所需的空气 以利于燃料的着火和燃烧 并可降低排烟温度 提高锅炉热效率 一般将空气加热到300 400度 常将燃烧用的空气分成一次风 二次风 一次风 携带煤粉或液体 气体燃料经燃烧器进入炉膛 为提供着火所需的那部分风量 占总风量的20 30 二次风 燃烧所需的其余75 80 风量是作为助燃的二次风 song 46 火电工艺介绍 燃烧器 1 直流煤粉燃烧器 点火油枪 一次风 煤粉 油嘴 song 47 火电工艺介绍 燃烧器 2 E煤粉层 一次风 D煤粉层 一次风 C煤粉层 一次风 B煤粉层 一次风 A煤粉层 一次风 燃烧器结构示意 燃烧器分为 直流式煤粉燃烧器 旋流式煤粉燃烧器 燃烧器分层设置煤粉气流在炉内切圆燃烧FSSS主要控制 总燃料跳闸 MFT 后切断部分或总燃料 点火前的炉膛自动吹扫监视燃烧器火焰 AB二次风层 BC二次风层 CD二次风层 DE二次风层 FF过燃风层 燃烧器 直流煤粉燃烧器 song 48 大型锅炉给水泵 给水泵起停控制 控制对象包括 给水泵电机 辅助油泵 泵出口阀门 在循环阀门 控制方式 泵启动时 要空载启动 即需先关闭出口阀门再启动 泵启动后 要保持一定流量的给水 以冷却泵体 在泵的出口阀门前设再循环阀门 在停泵时 先将水泵降低转速到最低 以便下次再启动水泵时电机可处于低负载下 在泵电机主轴上连接有主油泵 在泵电机运行时 为联轴器和轴承供油 在泵起停过程中必须启动辅助油泵 Boilerfeed waterpump song 49 火电厂的三大系统之三电气系统 火电工艺介绍 励磁装置 发电机 主变压器 厂用变压器 低压配电装置 配电装置 输电线路 厂用电系统 升压变电所 song 50 火电工艺介绍 发电机和电气控制系统 EMCS 包括 汽轮发电机控制系统 厂用电控制系统 直接送出线路或升压变电站控制系统 汽轮发电机控制系统 运行参数显示 功率 频率 电压 电流 功率因数等励磁调节 用于控制发电机电压 并保持电压基本稳定 并调无功 运行操作 并网和解列 并设有自动准同步装置 安全保护 接地保护 异常运行保护 后备保护 辅助保护等 厂用电控制系统 设有备用电源和紧急直流电源 确保厂用电不中断 song 51 汽轮机及辅助设备 song 52 汽轮机外观结构 song 53 汽轮机转子结构 song 54 汽轮机及辅助设备 1 汽轮机 将热能转换为机械能汽轮机设备包括 汽机本体 调速保护及油系统 辅助设备 热力系统等汽轮机分类 几个术语 按工作原理分类 冲动式 反动式按热力过程特性分类 凝汽式汽轮机N背压式汽轮机B中间再热式汽轮机调整抽汽式汽轮机cc按主蒸汽压力分类 低压汽轮机 主蒸汽压力22 15Mpa按机组轴数可分单轴和双轴汽轮机 按汽缸数目分单缸 双缸和多缸汽轮机 等等 song 55 汽轮机及辅助设备 2 汽轮机 将热能转换为机械能汽轮机设备包括 汽机本体 调速保护及油系统 辅助设备 热力系统等汽轮机主要生产厂家 哈尔滨汽轮机厂 四川东方汽轮机厂 上海汽轮机有限公司 高压缸 中压缸 低压缸 发电机 励磁机 song 56 汽轮机及辅助设备 3 song 57 发电机组组成 由发电机 励磁机 副励磁机 辅助设备组成发电机 基本组成 定子 转子 油冷却系统测温元件 监视发电机定子绕组 铁芯 轴承 冷却器等重要部件的温度 定子 定子绕组转子 转子绕组 阻尼绕组冷却方式 空气冷却 多采用轴向分段多流式通风系统氢气冷却 外冷 冷却效果好 风组和摩擦损耗小于空气 氢内冷 冷却介质氢直接接触绕组导体 大大提高冷却效果 水内冷 发电机的定子和转子均采用水内冷的发电机称为 双水内冷 或定子绕组水内冷 转子绕组氢内冷 通风系统采用氢气冷却的 水 氢 氢 冷却方式 容量可达1200MW 发电机主体 主励磁机 副励磁机 气体冷却器 song 58 汽轮发电机励磁系统组成 由励磁功率单元 励磁调节器 AVR 组成 励磁功率单元包括交流电源和整流装置 它向励磁绕组提供直流励磁电流 励磁调节器 AVR 根据发电机发出的电压和电流 自动调节励磁电流 满足系统运行需要 功能 根据发电机所带负荷变化 自动调整励磁电流 维持发电机端电压在给定额定电压值 当发电机并列运行时 使各发电机组所带无功功率稳定合理分配 在电力系统发生短路故障 发电机端电压严重下降时 能对发电机强行励磁 提高电力系统暂态稳定性 当发电机突然甩负载时 通过强行减磁 防止发电机电压过分升高 当发电机内部短路跳闸时 能快速灭磁 减小故障损坏程度 励磁方式 直流励磁机励磁系统 100MW以下机组 交流励磁机静止整流器励磁系统交流励磁机旋转硅整流器励磁系统自并励励磁 静止励磁 系统 song 59 汽轮机的热力系统定义 汽轮机和锅炉之间的汽水循环系统组成 凝汽冷却系统 组成 凝汽器 抽气设备 冷却塔 循环水泵 凝结水泵等作用 使汽机排汽口形成最佳真空 提高热能转机械能的效率 同时将汽机抛出的乏汽冷却 凝结为水 重新送回锅炉 回热加热系统 组成 低压加热器 除氧器 高压加热器 给水泵作用 利用汽轮机的抽汽 在各级加热器中将水加热到一定温度 在除氧器中除去氧气 旁路系统 用于中间再热式汽轮机 疏水系统 在各级加热器中凝结成的疏水可采用逐级自流系统或采用疏水泵的疏水系统 补充水系统 在锅炉和汽轮机之间的热力系统中 工质损失的补充 song 60 song 61 用于降低冷却水温度用循环使用的冷却水作为中间介质 将汽机排汽冷凝所释放的热量 经由流动的空气传到大气中 汽轮机的凝汽冷却系统 冷凝塔 song 62 汽轮机的凝汽冷却系统 凝汽器 抽气设备 蒸汽进口 冷却水出口 冷却水入口 热井 凝结水出口 凝汽器 真空度越高 产生的机械能越大 保证机组在最佳真空下运行十分重要 抽气设备 在汽轮机启动时建立真空 在运行时抽出漏入凝汽器的空气和未凝结的正气 维持凝汽器真空度 离心式真空泵水环式真空泵 song 63 汽轮机的回热加热系统 回热加热器 蒸汽进口 回热加热器 分立式和卧式两种 利用汽轮机的抽汽 加热各级给水 高压加热器低压加热器 给水出口 U型管束 给水进口 疏水进口 低压加热器 蒸汽进口 给水出口 U型管 给水进口 疏水进口 高压加热器 疏水出口 疏水出口 song 64 汽轮机的回热加热系统 除氧器 除氧器 分立式和卧式两种 除去锅炉给水中的各种气体 主要是水中的游离氧 妨碍传热 严重腐蚀金属 水膜式淋水盘式喷雾式 大型机组多用 分成喷雾淋水盘式和喷雾填料式两种 除氧器 凝结水 除氧水 喷雾除氧空间 深度除氧空间 凝结水 除氧水 song 65 回热加热系统简图 song 66 汽轮机的调速系统和保护装置作用 发电厂发电的电压和频率均有要求 电压可通过变压解决 供电频率则由发电机转速调节 汽轮机调速系统液压调速系统功率 频率电液调速系统 模拟电调系统 数字电液调速系统 DEH 组成 凝汽器 抽汽设备 冷却塔 循环水泵 凝结水泵等汽轮机保护装置通过控制高压油系统迅速关闭自动主汽门 切断汽轮机进汽使之停机 超速保护装置 在汽机转速超过额定转速10 20 时 使自动主汽门和调速汽门迅速关闭 使发电机与电网解列 盘车装置低油压保护装置低真空保护装置振动保护装置紧急脱扣装置汽轮机的油系统向汽轮发电机组提供轴承润滑用油 向调速保护装置提供压力油等 song 67 song 68 一 发电厂原则性热力系统的概念发电厂原则性热力系统表示工质流过时状态参数发生变化的各种必须热力设备及设备之间的主要联系 发电厂原则性热力系统图是以规定的符号表明工质在完成热力循环时必须流经的各种热力设备之间连接的线路图 故同类型同参数的设备在图上只表示一个 备用设备和管路 附属机构都不画出 除额定工况时所必须的附件 如定压运行除氧器进汽管上的调节阀 外 一般附件均不表示 第四部分发电厂原则性热力系统 song 69 原则性热力系统组成 主蒸汽及再热蒸汽系统 再热机组的旁路系统 主凝结水系统 除氧给水系统 回热抽汽系统 疏水系统 补充水系统 小汽轮机的热力系统 锅炉排污利用系统等 对于供热机组还包括对外供热系统 song 70 二 机 炉容量的配置 发电厂的机组容量应根据系统规划容量 负荷增长速度和电网结构等因素进行选择 根据电力负荷的需要 凝汽式发电厂宜采用一机一炉制 即单元制系统 不设备用锅炉 这就要求锅炉与汽轮机的容量和参数相匹配 汽轮机长时间 几千小时 连续运行的最大负荷称为额定负荷或最大连续负荷 MCR 把进汽阀门 VWO 全开或再加5 超压时的负荷作为最大可能负荷 最大可能负荷一般高出额定负荷约10 锅炉的最大连续燕发量基本上是汽轮机最大可能负荷时的汽耗量 song 71 song 72 三 原则性热力系统举例 N300 16 67 537 537型机组原则性热力系统 song 73 song 74 song 75 第五部分发电厂的热经济性 一 发电厂热经济性的分析方法 1 热量法2 做功能力法 song 76 热量法 热量法是以热力学第一定律为基础 以研究燃料燃烧热量的被利用程度对电厂热经济性影响的评价方法 可通过热效率指标来反映的 直观 易于理解 计算方便 应用广泛 song 77 做功能力法分析 供给的可用能 有效利用的可用能 用损 song 78 二 朗肯循环和循环热效率 song 79 朗肯循环的组成 蒸汽锅炉 汽轮机 给水泵和冷凝器 蒸汽动力装置的工作循环可以理想化为由两个可逆定压过程和两个可逆绝热过程组成的理想循环 song 80 0 1 定压吸热过程 1 2 绝热膨胀过程 2 3 定压放热过程 3 4 绝热加压过程 song 81 纯凝汽式发电厂 按朗肯循环工作 进入汽轮机的蒸汽膨胀做功后全部进入凝汽器的发电厂称为纯凝汽式发电厂 循环热效率 等于理想循环做功量与循环吸热量之比 song 82 三 凝汽式发电厂各种热损失和效率 1 锅炉效率 锅炉设备的输出的被有效利用的热量 锅炉热负荷 与输入热量 燃料在锅炉中完全燃烧时的放热量 之比 锅炉设备中的热损失主要有 排烟热损失 散热损失 化学未完全燃烧损失 机械未完全燃烧损失 排污热损失 灰渣物理热损失等 song 83 2 管道效率 为汽轮机组耗热量与锅炉热负荷之比 工质在管道中流动时既有节流损失又有散热损失 其中节流损失放在汽轮机相对内效率中考虑 而把散热损失放在管道效率中考虑 因此管道效率反映的是管道保温的完善程度 现代发电厂的管道效率可达99 左右 song 84 3 汽轮机内效率 汽轮机中蒸汽的实际焓降与理想焓降之比 汽轮机相对内效率反映汽轮机内部结构的完善程度 现代大型汽轮机相对内效率为87 90 song 85 汽轮机绝对内效率 又称为实际循环热效率 为汽轮机组的实际内功率与汽轮机组的热耗量之比 若忽略水泵耗功 则汽轮机组的绝对内效率 式中3600 电热当量 1KW h相当于3600KJ的热量 朗肯循环效率和汽轮机相对内效率分别反映的是理想冷源损失和附加冷源损失的大小 通常将这两项损失之和称为冷源损失 因此 汽轮机的绝对内效率反映了机组冷源损失的大小 其值为35 49 song 86 4 汽轮机的机械效率 为汽轮机轴功率与其内功率之比 现代大型汽轮机的机械效率大于99 song 87 5 发电机效率 为发电机输出的电功率与轴功率之比 发电机损失包括机械方面的轴承摩擦损失 通风耗功和电气方面的铜损 由于线圈具有电阻而发热 铁损 由于激磁铁芯产生涡流而发热 现代大型发电机效率 氢冷时为98 99 空冷时为97 98 双水内冷时为96 98 7 song 88 发电厂的总效率 发电厂有效利用的能量 即输出的电能 与其消耗的能量 即输入燃料完全燃烧时的放热量 之比 四 发电厂的热平衡 song 89 整个发电厂生产过程中能量转换是由六个环节顺序组成的 因而全厂总效率应等于各环节效率的连乘积 即 song 90 凝汽式发电厂的热平衡方程 song 91 G Qg b Qp Qm m g 3600Pe Qc Wi i cp p Qb Qo Qb Qcp song 92 Qb Qp 冷源损失 Qc Qm Qg 燃料的热量Qcp 3600Pe song 93 结论 发电厂效率很低 其主要原因是冷源损失太大 而冷源损失的大小取决于热力循环方式和蒸汽的初 终参数 因此 欲提高电厂的热经济性就要尽可能地减少冷源损失 其根本途径是提高蒸汽初参数 降低终参数 采用给水回热加热 蒸汽中间再热和热电联产等 song 94 第六部分提高发电厂热经济性的途径 1 提高蒸汽初参数 降低蒸汽终参数2 给水回热加热3 蒸汽中间再热4 热电联产 song 95 1 提高蒸汽初参数 降低蒸汽终参数 一 提高蒸汽初参数 温度和压力 1 提高蒸汽初参数对循环热效率的影响2 提高蒸汽初参数对汽轮机相对内效率的影响3 提高蒸汽初参数的限制 二 降低蒸汽终参数 排汽压力 1 降低排汽压力对循环热效率的影响2 降低排汽压力对汽轮机相对内效率的影响3 降低排汽压力的限制 song 96 我国发电厂的蒸汽初参数 设备参数 系锅炉带最大连续负荷 MCR 超压5 的压力值 song 97 2 给水回热加热 一 给水回热加热的意义和应用从汽轮机的某些中间级抽出部分蒸汽加热锅炉给水以提高给水温度 称给水回热加热 简称给水回热 具有给水回热加热的热力循环称为回热循环 1 提高循环热效率 1 提高给水温度 提高循环平均吸热温度 2 排汽量减少 减小了冷源损失 2 提高相对内效率 增大进汽量 增加高压部分叶片高度 减少高压部分漏汽损失 减少排汽量 减少了湿汽损失及余速损失 song 98 song 99 song 100 3 蒸汽中间再热 蒸汽中间再热 将蒸汽从汽轮机高压缸排汽的一部分引出进人再热器中加热 当温度提高后再引回汽轮机中继续膨胀作功 song 101 song 102 热经济性综合比较 song 103 第七部分 发电厂的主要经济指标 1 汽轮发电机组的汽耗率d0 机组每发1KW h的电所消耗的蒸汽量 200MW机组在3kg kw h左右 2 汽轮发电机组的热耗率q 机组每发1KW h的电所消耗的蒸汽量 200MW机组在8400kJ kw h左右 3 发电厂总效率 PL 电厂发出的电能与所消耗的燃料总能量 200MW机组在34 左右 song 104 4 发电煤耗率 发电厂每发1KW h的电所需的煤耗量 标准煤耗率 发电厂每发1KW h的电所需的标准煤耗量 我国在300 420g标煤 kw h 5 厂用电率 厂用电占总发电量的百分率 大约在5 10 之内 6 供电标准煤耗率 扣除厂用电的标准煤耗率7 提高电厂热效率的措施 song 105 第八部分 纯凝汽式发电厂主要经济指标 汽耗量 汽轮发电机组每小时所消耗的蒸汽量 汽耗率 每生产1kW h电能所消耗的蒸汽量 热耗量 发电机组每小时消耗的热量 热耗率 每生产1kW h电能所消耗的热量 一 汽轮发电机组的热经济指标 song 106 二 全厂经济指标全厂热效率 厂用电率 全厂煤耗量 全厂煤耗率 song 107 标准煤耗率和供电煤耗率标准煤耗率 供电煤耗率 song 108 现代凝汽式发电厂发电标准煤耗率为300 360g标准煤 KW h 供电标准煤耗率为307 410g标准煤 KW h 发电厂的厂用电率平均在6 8 song 109 第九部分高效发电新技术 继续提高超临界火电机组效率洁净煤技术燃气 蒸汽联合循环发电技术燃煤磁流体发电技术空冷发电技术火电厂计算机控制技术 song 110 9 1发展超临界参数的大容量火电机组国外第一台超临界机组投运至今 已有近40年的历史 目前超临界机组最大单机容量为1300MW 在美国 日本及俄国 超临界机组占火电容量的50 以上 欧洲的超临界机组在技术上也有其独特性和先进性 目前 国际上已经投运了单机在800MW以上火电机组的国家主要有美国 日本 原苏联和德国等 我国超临界机组现已投运或正在安装的有6000MW 有300MW 500MW及600MW机组共10台 都是进口设备 最大单机容量为800MW 正在设计的超临界机组电厂有5400MW 最大单机容量为900MW 也主要是进口设备 目前国内还不具备整套设计和制造超临界机组的能力 河南华能沁北电厂2 600MW工程作为国产超临界机组示范电站 主机招标锅炉由东方锅炉厂中标 汽轮发电机组由哈尔滨动力集团中标 该工程于2002年8月动工 目前正在进行施工设计 song 111 超临界机组发展简史 世界第一台 1956年德国 88MW 34MPa 610 570 570 目前单机容量最大 美国 1300MW 26 5MPa 538 538 共有六台 第一台1969投产 目前参数最高的是 美国 325MW 34 6MPa 649 566 566 1960投产 song 112 国内部分投产及在建超临界机组情况表 song 113 超临界 超超临界机组的特点 机组热效率高 与同容量亚临界火电机组比较 超临界机组可提高效率2 2 5 超超临界机组可提高效率约5 可靠性好 环保指标先进 可复合变压运行 调峰性能好 1 在低负伤时效率高 2 具有良好的启动性能 3 具有良好的负荷适应性 蒸汽压力高 蒸汽比容小 汽轮机叶片短 加之级问压差大 影响内效率 因而超临界及超超临界参数更适于大容量机组 song 114 9 2建设有大容量火电机组群的大电厂 世界上2000MW以上大型火电厂有82座 其中4000MW以上的5座 3001MW 4000MW的24座2501 3000MW的24座 2000 2500删的有29座 世界最大的燃褐煤和燃烟煤的火电厂分别是波兰的贝尔哈托夫电厂和南非的肯达尔电厂 最大的燃气和燃油电厂分别是俄罗斯的苏尔古特第二火电厂和日本鹿岛火电厂 其装机容量分别为4320MW 4116MW 4800MW和4400MW我国目前最大的火力发电厂 浙江北仑发电厂终于全面建成 该厂总装机容量达300万千瓦 共6台600MW机组 song 115 9 3燃气 蒸汽联合循环 CombinedCvcle 简称CC或GTCC 联合循环就是把在中低温区工作的蒸汽轮机的朗肯 Rankine 循环和在高温区工作的燃气轮机的布雷登 Brayton 循环的叠置 组成一个总能系统循环 由于它有很高的燃气初温 1200 1500 和蒸汽作功后很低的终温 30 40 实现了热能的梯级利用 使总的循环效率很高 song 116 燃油或燃气的联合循环的主要优点 热效率高 目前为50 55 2000年以后渴望达到60 61 低污染 环保性能好 运行灵活 可日启停 调峰性能好 单位容量投资较低 简单燃气轮机每千瓦投资为l00 300美元 kW 汽轮发电机组为600 1000美元 kW 而联合循环发电机组为280 530美元 kW 标准的模块化设计 建设周期短 可分阶段建设 一年内即可发出60 70 额定负荷 占地少 仅为PC FGD发电厂占地的1 3 节水 为同容量常规电站用水量的1 3 我国大陆以煤为主要发电一次能源 目前联合循环机组容量仅占全国发电容量的1 5 song 117 9 4多联产发电技术 9 4 1热电联产指的是火电机组在发电的同时 用抽汽或背压机组的排汽进行供热 由于实现了热能的梯级利用 其总的能源利用率为80 90 如果联合循环机组用于热电联产 即高作功能力的燃气 1000 以上 在燃气轮机中做功 其排气在余热锅炉中产生中等作功能力的蒸汽 500 以上 驱动汽轮机继续做功 其低作功能力的抽汽或排汽用于工业或生活用汽用热 形成联合循环热电联产 图 其总的能源利用率可达80 90 理论极限为93 热电联产比热电分产可节约能源30 左右 我国有50万台工业锅炉 年耗煤4亿吨 平均容量2 28吨 时 如果其供热量的一半由热电联产供给 则年可节煤1 2亿吨 song 118 9 4 2热电冷三联产 热电冷三联产指锅炉产生的蒸汽在背压汽轮机或抽汽汽轮机发电 其排汽或抽汽 除满足各种热负荷外 还可做吸收式制冷机的工作蒸汽 生产6 8 冷水用于空调或工艺冷却 热电冷三联产的优点 1 蒸汽不在降压或经减温减压后供热 而是先发电 然后用抽汽或排汽满足供热 制冷的需要 可提高能源利用率 2 增大背压机负荷率 增加机组发电 减少冷凝损失 降低煤耗 3 保证生产工艺 改善生活质量 减少从业人员 提高劳动生产率 代替数量大 型式多的分散空调 改善环境景观 避免 热岛 现象 song 119 9 4 3热 电 煤气三联产 煤中挥发份和部分固定碳受热后气化 产生城市煤气供万人城镇民用 焦碳送CFBC锅炉中燃烧产生蒸汽 用于热电联产 此外 在电厂中安装蓄热器回收排热或机组起停过程中排汽 可对热负荷移峰填谷 可增加尖峰发电力出力 提高能源利用率和机组稳定运行水平 还有一种双背压凝汽式汽轮发电机 是通过凝结水串联通过凝汽器的两个部分 形成两个不同的背压 由于改善了蒸汽热负荷的不均匀性 使其平均背压低于传统的单背压汽轮机的背压 可提高循环热效率 song 120 9 5燃气轮机高效热力循环 6 5 1程式双流体热力循环 回注蒸汽的燃气轮机热力循环 指余热锅炉产生的过热蒸汽 与压气机来的高温高压空气一起进入燃烧室 燃料燃烧产生的燃气和被加热到燃气初温的蒸汽 一起进入燃气轮机中作功 形成燃气 蒸汽在同一台燃机中膨胀作功的双流体热力循环 该循环燃机功率增大 循环效率提高 对燃气叶片冷却效果好 没有蒸汽轮机系统 使系统简化 可降低NOx排放 song 121 9 5 2湿空气透平 HAT 循环 蒸发 回热式双流体循环 指软化水经燃机排气加热后喷人压气机出口蒸发器中被高温高压空气蒸发 空气与水蒸汽混合物在回热器中被燃气排气加热后 供给燃烧室 产生的燃气 蒸汽混合物进入燃气轮机作功 由于燃机排气余热的充分利用 可大大提高循环效率 由于燃机工质流量增加 使机组功率也大大增加 由于没有了蒸汽轮机 使系统大为简化 造价仅为余热锅炉型联合循环的50 如果把整体煤气化产生的煤气经净化后供燃烧室燃烧 就形成IGHAT循环 也大大简化系统 节约投资 song 122 9 6煤炭洁净燃烧发电技术 我国预测煤炭资源总量为5 059万亿吨 1500米深度内的煤炭总资源量为4万亿吨 经济可采储量为1145亿吨 在我国 己探明的一次能源储量 折成标准煤 中 煤炭占92 洁净煤技术 CCT CleanCoalTechno1ogy 指的是在利用煤炭发挥一次能源最大作用的同时 污染环境的气 固 液态排放量最少 也可定义为减少污染 提高效率的煤炭开采加工 运输 转化 燃烧 污染控制 综合利用等技术的总称 它是以三E为目标 经济Economics 环境Enviroment 效率Efficieney 是先进 清洁的 绿色煤电 song 123 9 1煤炭清洁 高效利用方法分类 燃烧前处理 源处理 指在开采到用户使用前这一阶段煤的处理方法 燃烧中清洁利用 过程处理 主要指流化床燃烧技术 FBC Fluidized bedCombustion 整体煤气化蒸汽燃气联合循环 IGCC IntegratedGasificationCombinedCycle 整体煤气化燃料电池 IGFC IntegratedGasificationFuelCell 磁流体发电技术 炉内脱硫 炉内喷钙脱