第3讲火力发电原理与设备

1、火电厂基本知识火力厂锅炉设备火力厂汽机设备火电厂热力系统及辅助设备现代能源及其发电设备现代能源及其发电设备 第三讲第三讲 火力发电原理与设备火力发电原理与设备第一章 火电厂基本知识火电厂生产过程概述热工转换基本原理热力学第二定律水蒸气的形成过程蒸汽动力循环火电厂生产过程火力（燃煤）发电的主要过程输煤系统燃煤运输及预处理卸煤装置煤棚混煤罐输煤栈桥除铁器碎煤机制粉系统将原煤磨制成煤粉输煤皮带烟风系统原煤斗进风口 送风机空气预热器 磨煤机 排粉机 燃烧器炉膛 水冷壁 过热器1过热器2再热器省煤器空气预热除尘器 / 脱硫设备 引风机烟囱大气水火力（燃煤）发电的主要过程及设备汽水系统省煤器汽包下降管水冷

2、壁汽包过热器1过热器2水和蒸汽温度进一步升高汽轮机高压缸温度压力下降再热器汽轮机中压缸温度升高汽轮机低压缸湿蒸汽凝汽器低压加热器除氧器给水泵高压加热器饱和水温度升高温度升高并除氧温度进一步升高火力（燃煤）发电的主要过程及设备输电系统发电机出线主变压器高压电器输电铁塔控制系统测量仪表、传感器、分布式控制系统（DCS）：TSI、MCS、CCS、ECS 等其他系统除灰系统、除渣系统、脱硫系统、制水系统、燃油系统、消防系统、汽轮机调节保护系统热工转换基本原理状态参数3平衡态变化到另一个平热工转换基本原理热力学第一定理描述：热功可以互相转换，但能量守恒QW系统的内能=系统吸收的热量+对系统做功QU+W（

3、kJ，J ）任何处于平衡态的热力学系统都有一个状态参数U（内能）。系统从一个系统吸热内能上升+系统对外界做功衡态时，内能等于系统吸收的热量和系统对外做功之和。任何处于平衡态的热力学系统都有一个状态参数U（内能）。系统从一个平衡态变化到另一个平衡态时，内能增加等于系统吸收的热量减去系统对外做功。系统吸热为正，对外做功为正，内能增加为正内能是构成物质的微观分子运动的动能和势能总和内能宏观表现是温度（K）的高低，反映了分子运动的激烈程度平衡状态的概念绝对温标的概念Q热工转换基本原理开口系能量系统在时间内有mkg工质进出系统，有热量Q进入系统，系统对外做功W压力为p，截面积为A，比容为v，速度为c，内

4、能为U，高度为h截面1: U1p1A1l1 1/2 c12 h1g Q对于1kg： u1p1 v1 1/2 c12 h1g q截面2: u2p2A2l2 1/2 c22 h2g wU1Wp1p1A1l1c1h1h2热工转换基本原理焓q在时间内有1kg工质进出系统w焓是开口系直接取决于热力状态的能量蒸汽及水的焓需要从蒸汽性质图表中查到热工转换基本原理状态参数图与熵状态参数的特点膨胀做功 p是动力, v是深度热交换 T是动力, s是深度Pw pdvv单位： J/kgN/m2*m3/kgTq TdssJ/kg=K*J/(kg*K)功量和热量的大小、方向均可在状态参数图上形象地表达热力学第二定律两种表

5、达克劳修斯说法不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化开尔文 普朗克说法不可能从单一热源吸取热量使之完全转变成功而不产生其他影响ColdHot热力学第二定律能量的品质和传递反方向能量不仅有量的多少，还有质的高低。热力学第一定律只说明了能量在量上要守恒，并没有说明能量在“质”方面的高低。自然界进行的能量转换过程是有方向性的。不需要外界帮助就能自动进行的过程称为自发过程，反之为非自发过程。自发过程都有一定的方向热力学第二定律能量贬值原理热能不能全部转变为功热在转变为功的过程中必须有一部分热能排到环境中（转变废能），即必须有冷源热能的品质与其状态有关（温度t，压力p）任何状态的工质的热能都

6、包含了有用能和无用能q1wq2热力学第二定律热力循环绝热无摩擦膨胀与压缩等温吸热与放热（温差无限小）高温热源与低温热源（冷源）热能的最大做功能力（热机的最大效率）两个热源（q1和q2 ）间的热效率w q1 （q1-q2）q1T1wT2热力学第二定律卡诺循环法国工程师卡诺（S.Carnot）在深入考察了蒸汽机工作的基础上，于1824年提出了一种理想的热机工作循环卡诺循环。设一热机中有一定量的工质，工作在温度分别为T1和T2的两个恒温热源间。卡诺循环由两个可逆的定温过程和两个可逆的绝热过程（定熵）组成1796-1832Pv1 4Ts4热力学第二定律卡诺循环的组成1-2定温吸热过程：工质在定温T1下

7、，从高温热源吸热Q1并作膨胀功Wo2-3定熵膨胀过程：工质在可12逆绝热条件下膨胀，温度由T1降到T23-4定温放热过程：工质在定温T1下被压缩，过程中将热量Q2传给低温热源 4-1定熵压缩过程；工质在可逆绝热条件下被压缩，温度由T2升高至T1144233123热力学第二定律卡诺循环的效率在整个循环中，气体对外界做的净功为W = Q1 - Q2 =1234所包围面积根据定义，卡诺热机的循环效率为 W /Q1 （Q1 - Q2 ）/Q1 1- Q2 /Q1因为 Q1 T1 s ， Q2 T2 s所以 1- T2 / T1热力学第二定律卡诺定理在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆卡诺

8、循环，其效率都相等，而与工作物质无关在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切其效率都不可能大于可逆卡诺循环的效率说明的问题要实现卡诺循环，必须有高温和低温两个热源卡诺循环的效率只与高、低温热源的温度有关，而与工质性质无关提高效率的途径是提高高温热源的温度或降低低温热源的温度（后一种办法受到环境的限制）由于 T1和T20都不可能达到，因而卡诺循环的效率总是小于1的，单一热源热机不可能热力学第二定律等效卡诺循环及平均吸热温度等效卡诺循环回热循环平均吸（放）热温度任何循环都可以找到平均吸（放）热温度平均吸（放）热温度和循环热效率的关系TsTs水蒸气的形成过程1kg水在0，p压力下从过冷水到过热

9、蒸汽的形成过程T1过冷水2饱和水3湿蒸汽4饱和蒸汽5过热蒸汽1 234 5sT一点水蒸气的性质临界点：374.15 ，225.16ata两线饱和水线，饱和蒸汽线三区未饱和水区，湿蒸汽区，过热蒸汽区五点见图六个概念饱和温度过热度与过冷度超临界（超超临界）1 234 5s汽化与凝结干度与湿度定压吸热的计算q=h (kJ/kg)蒸气动力循环 朗肯循环的组成T41T413-4，水在水泵中绝热压缩4-1，水在锅炉中定压吸热至饱和水继续在锅炉中3232定压吸热至过热蒸汽1-2，蒸汽在汽轮机中绝热膨胀2-3，蒸汽在凝汽器中定卡诺循环s朗肯循环s压（定温）放热蒸气动力循环 朗肯循环的效率T4312对于1kg蒸

10、汽：s1发电机汽轮机锅炉4凝汽器32T蒸气动力循环 提高朗肯循环途径原则：提高平均吸热温度降低放热温度减小不可逆损失s提高蒸汽压力，但受到排汽湿度的限制（汽轮机不容许）提高蒸汽的温度，但受到材料的限制降低排汽压力（温度），但受到环境的限制采用再热采用回热减小不可逆损失蒸气动力循环 回热循环Ti 0从汽轮机中将一部分做功后的蒸汽抽出来加热给水t3i 3t 2i2t 1i1t nin多级回热可以使进入锅炉的温度进一步提高回热使朗肯循环进一步接近卡诺循环，效率得到明显提高现代化火力发电广泛采用回热t s 3t s1sT蒸气动力循环 再热循环i0（热段）irh平均吸热温度提高提高蒸汽压力而不受到排汽湿

11、irc（冷段）度的限制in存在一个最佳再热压力采用多次再热目前已经广泛采用再热循环s第三章 火力发电厂汽轮机设备汽轮机级内工作过程多级汽轮机汽轮机的构造汽轮机的调节与保护汽轮机级内工作过程基本概念汽轮机级内工作过程蒸汽在喷嘴中的流动喷嘴参考速度与焓降的关系：渐缩喷嘴多级汽轮机多级汽轮机的优点国产汽轮机的型号汽轮机的损失汽轮机的功率及效率多级汽轮机：由多个级组成，重复级的工作过程。流经各级的蒸汽压力不断降低，比容不断增大汽轮机的结构汽轮机静止部分喷嘴、隔板、汽缸轴承、盘车转子汽轮机转动部分转子、叶轮、动叶片汽封通流部分汽封、轴封、轴封系统配汽机构高压主汽门、高压调节汽门、中压联合汽门（主汽门调节

12、汽门）汽轮机高、中压缸模型汽轮机低压缸模型法兰螺栓孔内缸外缸2.喷嘴叶栅和隔板隔板的作用：固定喷嘴叶栅，隔板的固定：直接固定在汽缸内壁，或固定在隔板套上，隔板套再固定在汽缸内壁上隔板喷嘴叶栅隔板汽轮机的转动部分转子根据加工和装配方式分整锻转子、套装转子和焊接转子；包括轴、叶轮和动叶片。高中压转子的吊装叶顶叶型：叶片的工作部分，构成汽流通道叶根：连接叶片和叶轮枞树型叶根围带拉筋围带和拉筋的作用：使叶片连接成组，增强叶片的刚度，并改扇振动情况第三章 火力厂热力系统及辅助设备原则性热力系统凝汽器真空泵回热加热器除氧器原则性热力系统i0irc（热段）（冷段）irhin凝汽器冷却水管（双/单流程）水室热

13、井排汽进口真空泵水环式真空泵广泛应用安全、经济、可靠紧凑、检修方便回热加热器汽机房运行层上的加热器加热器内部管束除氧器 热力除氧原理亨利定律当液体表面的某气体与溶解于液体中该气体处于进、出动态平衡时bo （mgL）道尔顿混合气体的全压力等于各组成气体的分压力之和is （MPa）1s严格将水加热到饱和温度，水蒸气的分压力不多加及时排除水中逸出的气体使水面的总压力等于水蒸气的分压力气体水蒸气除氧器：加热给水，除去锅炉给水中的氧气和其它不凝结气体氧气的危害：腐蚀金属；增加换热热阻除氧头除氧器水箱冷却水系统循环水（冷却水）供水方式：开式方式（江河湖），闭式方式（冷却塔）开式冷却水及 闭式冷却水系统开式冷却水系统闭式冷却水系统练习题举例说明热力学第一定律、第二定律的意义。火电厂为何不用卡诺循环而采用朗肯循环，画图（Ts图和系统图）说明朗肯循环由