第01课时单元电厂热力设备及运行第00章绪论2012

,华北电力大学环境科学与工程学院,电厂热力设备及运行,任课教师：杨官平,二一一年一月,封面,课程名称：火电厂动力工程课程类型：专业基础课总学时：64讲课学时：64实验学时：0教材：电厂热力设备及其运行，王加璇、姚文达合编，中国电力出版社，1997,课程教学安排及参考书,参考教材1.锅炉原理，樊泉桂，阎维平主编，中国电力出版社，2004。2.汽轮机原理，翦天聪，水利电力出版社，1992。3.热力发电厂，郑体宽，水利电力出版社，1992。任课教师：杨官平手机话：7539831,参考教材,我国电力生产的现状电力生产技术发展的主要方向电力生产对环境保护的影响发电厂类型和特点火电厂生产过程火电厂主要经济指标,绪论,至2012年底，全国发电设备容量11.4491亿千瓦，同比增长7.8%。火电8.1917亿千瓦，占总容量71.5%，同比增长8.53%。水电装机2.4890亿千瓦,占总容量21.7%。风电并网总容量0.6083亿千瓦。核电0.1257亿千瓦。并网太阳能发电容量0.0328亿千瓦。,一、我国电力生产的现状,二、电力生产技术发展的主要方向,洁净煤燃烧技术燃气-蒸汽联合循环发电技术超临界和超超临界技术节水技术环境保护枝术核电及新能源技术动态优化设计技术,1.洁净煤燃烧技术,燃烧前处理（源处理）：指从开采到用户使用前这一阶段煤的处理方法。洗选处理：去除煤中的硫、灰和煤矸石等。型煤加工：用一种或数种煤粉与一定比例的粘结剂或固硫剂在一定压力下加工形成型煤。水煤浆：将煤和水按一定的比例混合制成水煤浆。煤炭液化：指煤经化学加工转化成烃类液体燃料和化工原料。,燃烧中净化技术：是指燃料在燃烧过程中提高效率减少污染排放的技术。先进的燃烧器：循环流化床技术（CFBC）：增压流化床联合循环技术（PFBCCC）：整体煤气化联合循环技术（IGCC）：直接燃用超净煤粉的燃气蒸汽联合循环技术（CENCC）（下一页有详细介绍）燃烧后清洁处理（烟气净化）：包括除尘、脱硫、脱硝、废水处理及零排放，废水资源化和干除渣、灰渣分除及综合利用。,燃烧中净化技术,2.燃气-蒸汽联合循环发电技术,定义：使燃气轮机循环与蒸汽轮机循环以一定的方式组合成为一个整体的热力循环，统称为“燃气-蒸汽联合循环”，简称为“联合循环”。工艺流程：燃料（油或天然气等）被送到燃气轮机燃烧室燃烧，产生的高温烟气驱动燃气轮机做功发电；做了功的烟气经燃气轮机排到余热锅炉加热给水并产生高温蒸汽，高温蒸汽被送到蒸汽轮机发电，从而完成燃气-蒸汽联合循环发电。特点：联合循环能够合理地梯级利用能源，具有提高机组效率、同时增大其功率的功能，它是当今能源利用方式中比较先进的技术。,主要优点：热效率高，目前为55%58%。低污染，环保性能好。运行灵活，可靠性高，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l00300美元kW，汽轮发电机组为6001000美元kW，而联合循环发电机组为280530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6070额定负荷。节约水，为同容量常规电站用水量的13。,主要优点,3.超临界和超超临界技术,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%,供电煤耗可降低到279g/Kw.h)，可靠性好，环保指标先进。可复合变压运行，调峰性能好：（1）在低负荷时效率高；（2）具有良好的启动性能；（）具有良好的负荷适应性。运行灵活，可靠性高，可日启停、调峰性能好。蒸汽压力高,蒸汽比容小，汽轮机叶片短，加之级间压差大,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。,超临界机组关键技术新钢种的研究开发技术：新钢种的开发与应用；调峰运行问题；材料的研究与国产化。超临界压力锅炉的关键技术:在设计和制造上都有高难技术，如材料的选择、水冷壁系统及其水动力安全性、受热面布置、二次再热系统汽温的调控等。超临界压力汽轮机的关键技术：蒸汽冷却、防固体颗粒侵蚀、关键部位结构设计、防止汽流激振的技术其它关键技术：汽水化学工况；辅助设备；自动控制技术；运行技术。,超临界机组关键技术,超临界机组发展概况世界第一台：1959年（美国），125MW，31MPa,621/566/566。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（美国西屋公司制造）：325MW，34.3MPa，649/566/566,二次再热,1959年投产。欧洲几大发电集团正合作攻关蒸汽温度为700的燃煤机组。2015将达到40MPa/700/720。我国华能玉环电厂：1000MW，蒸汽参数为26.25Pa,600/600，效率高达45.4%（国内燃煤电厂平均热效率在33.5%）。供电煤耗仅为283.2克/千瓦时,比2006年全国平均供电煤耗(366克/千瓦时)低82.8克/千瓦时。,超临界机组发展概况,4.节水技术,火力发电需要耗用大量的淡水资源，而我国淡水资源短缺，人均占有量仅为世界平均水平的1/4，且分布不均，其中煤炭资源丰富的华北和西北属严重缺水地区。可采用以下措施实现节水，如：,在富煤地区研究开发超临界和超超临界直接空冷机组。优化城市中水处理技术，利用其作为电厂补给水。提高湿式冷却塔浓缩倍率。优化循环排污水净化技术，实现污水“零排放”等。,5.环境保护枝术,除尘技术：袋式除尘技术，电袋复合式除尘。脱硫技术：完善面向大机组的主流湿法脱硫技术、面向中小机组的高性价比脱硫技术。脱硝技术：低NOx燃烧技术、选择性催化剂烟气脱硝法和电子束烟气脱硫脱硝法。废水处理及零排放，废水资源化。干除渣、灰渣分除及综合利用。,6.核电及新能源技术,2010年10月18日国务院发布关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定（以下简称决定），包括新能源在内的七大战略性新兴产业的纲领性文件正式在中央层面浮出水面。决定对其发展方向作了这样的表述：,积极研发新一代核能技术和先进反应堆，发展核能产业。加快太阳能热利用技术推广应用，开拓多元化的太阳能光伏光热发电市场。提高风电技术装备水平,有序推进风电规模化发展。加快适应新能源发展的智能电网及运行体系建设。因地制宜开发利用生物质能。,7.动态优化设计技术,在满足发电设备总体要求下，对其结构、强度、刚度、振动、稳定性等成套优化设计技术和商业软件（如大型水轮机水力设计与计算、结构稳定性、强度与刚度，超临界机组气流激振特性等）进行研究开发，使发电设备具有优良的动态特性，保证其运行稳定、安全可靠、噪声低。,三、电力生产对环境保护的影响,火电厂：硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳、一氧化碳、粉尘、废渣、废水。核电厂：核废料、废气。我国核燃料处理技术取得重大突破，铀利用率至少提高60倍，我国已探明铀资源从大约只能用50-70年，提升到可以使用3000年。风电厂：噪声、视觉污染。太阳能发电:废弃的蓄电池有可能会对环境造成一定污染;太阳能光伏发电的主要原材料多晶硅在生产过程中如果处理不当,四氯化硅不加以回收加工，的确会产生较为严重的环境污染。水电厂：水土流失、水质污染、影响生态平衡。,四、发电厂类型和特点,发电厂：把各种天然资源如煤炭、水能、原子能等转换成电能的工厂。根据所利用的能源形式可分为：火电厂水电厂核电厂风电厂,1.火电厂,火电厂：利用煤、石油和天然气等作为燃料的发电厂称为火电厂。火电厂分类按功用分：凝气式电厂：单纯用来发电的电厂。热电厂：既发电又兼供热的电厂。按机炉配合分：单元机组电厂：一炉配一机非单元机组电厂：非一炉配一机,按容量分：小型发电厂：1000MW按原动机分：汽轮机电厂燃气轮机电厂燃气蒸汽轮机电厂内燃机发电厂,按容量分类,按蒸汽压力和温度分：中低压发电厂：蒸汽压力3.92MPa,温度450,单机功率22.11MPa,常用的蒸汽参数为23.526.5MPa，温度538543/538566,单机功率600MW。超超临界压力发电厂：蒸汽压力24.228MPa,温度580600,单机功率600MW,按蒸汽压力和温度分类,按燃料分：燃煤发电厂：煤燃油发电厂：渣油或重油燃气发电厂：天然气、煤气等余热发电厂：工业余热生物发电厂：桔杆、生物肥料按供电范围分：区域性发电厂：在电网内运行，承担一定区域性供电的大中型发电厂。孤立发电厂：不并入电网内，单独运行的发电厂。自备发电厂：由大型企业自己建造，主要供本单位用电的发电厂（一般也与电网相连）。,按燃料分类,火电厂特点优点：布局比较灵活，装机容量大小可按需要而定。建设初投资较水电厂小。缺点：火电厂的主要燃料为煤炭，属于消耗性能源，火电的电能生产成本远比水电高。火电厂动力部分设备较为复杂,厂用电量消耗也大，运行费用比较高。汽轮发电机组操作控制比较复杂,开停机时间长。火电厂的排烟、排灰等造成空气和环境的污染。,火电厂特点,2.水力发电厂,水电厂：利用江、河、湖、泊所蕴藏的水能资源而生产电能的工厂称为水电厂。水电厂能量转换的基本过程:水能机械能电能典型的水力发电厂葛州坝水电站富春江水电站万家寨水电站三峡坝水电站,图0-1葛州坝水电站,图0-2富春江水电站,河床厂房,坝后厂房,图0-3万家寨水电站,图0-4三峡水电站,优点：使用的能源是水能,属于再生性能源,电能成本较低。水力发电机组效率高，易于实现全盘自动化，运行灵活，从机组启动到带满负荷只需几分钟,能够适应电力系统负荷变动,可担任系统调频、调峰及负荷备用。水电厂运行费用低，厂用电量小。缺点：不会产生对空气和环境的污染，但水电厂的建设对生态环境有较大影响。水电厂多建筑在江河湖泊峡谷地带，远离城市和负荷中心，电能通过高压输电传送，增大输变电投资，同时水工建设设施投资也高、工期长，甚至可能因修建调节水库而引起淹没村镇、耕地，涉及居民搬迁和交通改道等问题。水电厂的工况受水文条件限制较大，分洪水期、平水期和枯水期，虽有水库调节，但也有一定限度。因此水电厂的发电量将受到水文和气象条件的一定制约。,水电厂特点,3.核电厂,核电厂：利用原子核内的变化所释放的核能转变为电能的工厂称为核电厂，又称原子能电厂。核电厂能量转换的基本过程：原子能热能机械能电能典型的核电厂秦山核电站（中核）广东大亚湾核电站（中广核）岭澳核电站（中广核）田湾核电站（中核）宁德核电站（中广核）,优点：大量节省煤、石油等燃料。核能比化学能大得多。一座容量为50万KW的火电厂，每年至少要燃烧150万吨煤，而同容量的核电厂每年只消耗20吨铀燃料就够了。相应也减少了大量燃料运输。核电厂在核裂变时不需要空气助燃，因此选址不受限制，也可以建设在地下、山洞、水下和空气稀薄的高原地区。缺点：铀的浓缩、重水制造和燃料的处理在技术上较复杂、投资大，电厂建设工期较长，因此造价比火电厂更高，但电能成本比火力发电厂要低30%40%，装机容量越大则单位KW平均投资越经济。正常运行时对大气没有化学污染和粉尘污染，但放射性污染使人们关注，电厂用过的废燃料目前多采取集中密封存放在海底或深埋地下。此外对退役的电厂处理等问题尚待进一步研究妥善措施。核电厂在电力系统中最适宜担任基荷部分。发电机维持恒定的处理更能充分发挥技术经济效益。,核电厂特点,五、火电厂生产过程,1.凝汽式电厂工作原理,图0-5凝汽式电厂工作原理图,2.凝汽式电厂生产过程,图0-6凝汽式电厂生产过程简图,锅炉：燃料的化学能烟气热能蒸汽热能汽轮机：蒸汽热能机械能发电机：机械能电能生产过程：燃料的化学能热能机械能电能,3.凝汽式燃煤电厂生产过程,图0-7凝汽式电厂生产过程示意图,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风烟系统（风）吸风口冷风道送风机空预器热风道磨煤机粗粉分离器细粉分离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除尘除渣系统（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冲灰沟灰渣泵输灰管灰场,燃料、燃烧系统,给水锅炉过热蒸汽汽轮机凝汽器凝结水泵低压加热器除氧器给水泵高压加热器给水送入锅炉。,汽水系统,六、火电厂主要经济指标1.电厂效率（%）,电厂效率：发电厂发出的电能与同一时期内所消耗的燃料总能量之比。,电厂效率,锅炉效率,锅炉总有效利用热量,锅炉送入热量,管道效率,汽轮机理想做功量,锅炉总有效利用热量,（0-1）,（0-2）,（0-3）,汽轮机相对内效率,汽轮机实际做功量,汽轮机理想做功量,循环热效率,汽轮机理想做功量,循环吸热量,汽轮机机械效率,有效功率或轴端功率,内功率或汽轮机实际做功量,发电机效率,输出电功率,有效功率或轴端功率,循环热效率,（0-4）,（0-5）,（0-6）,（0-7）,2.热耗率（kj/kw.h）热耗率：每发一度电所需要的热量。3.煤耗率b（kg煤/kw.h）煤耗率：每发一度电所需要的煤量。4.标准煤耗率bb（kg标准煤/kw.h）标准煤：低位发热量为29307kj/kg（7000kcal/kg）的煤。(GB/T25892008)标准煤耗率：每发一度电所需要的标准煤量。标准煤耗率是火电厂一个非常重要的技术经济指标，它反映了火电厂设计设备状况和运行管理水平。5.厂用电（kw.h）厂用电：火电厂的辅助设备（给水泵、磨煤机、送引风机等）和照明器具所用的电。,6.厂用电率（%）厂用电率：厂用电量与火电厂发电量的比值。,凝汽式电