第3次火力发电锅炉汽轮机

1、回顾水蒸汽动力循环,一、卡诺循环（属可逆循环）,组成： a-b工质从高温热源可逆定温吸热 b-c工质可逆定熵膨胀 c-d工质低温冷源可逆定温放热 d-a工质可逆定熵压缩,卡诺循环的热效率：,结论：1、卡诺循环的热效率取决于高温热源和低温冷源的温度。 2、卡诺循环的热效率总小于1。 3、当T1=T2时，卡诺循环的热效率等于0。 4、卡诺循环的热效率与工质的性质无关。 5 、卡诺循环的热效率最高,水泵,锅炉,1,2,3,4,郎肯循环 P1T1的高压高温蒸汽进入气轮机等熵膨胀到状态2，同时对外做功，2点状态为乏汽从汽轮机流出后进入冷凝器，乏汽在冷凝器中放出汽化潜热而变为该压力下的饱和水，放出的热量由

2、冷却水带走，达到状态3，饱和水经水泵升压到P1进入锅炉，在锅炉吸收热量，使工质变化到状态1，完成一个循环。,汽轮机,冷凝器,12 对应于汽轮机 23 冷凝器进行，在冷凝器里冷却水把工作介质的热量带走使其由气体转变为液体。 34水泵中进行 41 锅炉进行，水在锅炉中恒压加热。,1,2,2,3,4,S,T,水,（1）工质进汽轮机状态不同,（2）膨胀过程不同,（3）工质出冷凝器状态不同,（4）压缩过程不同,（5）工作介质吸热过程不同,郎肯循环：饱和水,郎肯循环：不可逆绝热过程，若忽略掉工作介质水的摩擦与散热，可简化为可逆过程。,郎肯循环：不可逆吸热过程，沿着等压线变化,卡诺循环：湿蒸汽,卡诺循环：等

3、熵过程,卡诺循环：气液共存,卡诺循环：等熵过程,卡诺循环：等温过程,郎肯循环与卡诺循环不同表现,郎肯循环：干蒸汽,郎肯循环：不可逆绝热过程,流体在换热器内的相对流动,顺流：两股流体平行同向流动。 逆流：两股流体平行逆向流动。 叉流：两股流体流动方向垂直。,第二章火力发电厂概论,火力发电厂 历史,1875年法国巴黎北火车站建成世界上第一座火电厂并开始发电，采用很小的直流电机专供附近照明用电。美国、俄国、英国也相继建成小火电厂。1886年，美国建成第一座交流发电厂。1882年，中国在上海建成一座装有1台12KW直流发电机的火电厂，供电灯照明用。,火力发电厂简称火电厂，是利用煤coal 、石油oil

4、、天然气natural gas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。,传统火力发电机组,火力发电,热力学第二定律的实质:热转换为功的不可逆性即不可能制造出从单一热源吸热,使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机(第二类永动机是不存在的)受限于热力学第二定律，人类迄今尚未能发明一种只会生产能量而不会产生废弃物的机器，这类废弃物就是空气、水及固体污染的来源。到目前为止我们也只能尽量做到把污染减少到最小的程度，此外废弃物的处理也应该在其源头处

5、进行，以避免污染的扩散。过去 50 年来的经验告诉我们，处理已扩散的污染物是件十分困难的工作，同时带给人们的伤害也最大。,火力发电,在美国，火力发电占总发电量的 65 以上，其中以煤做能源的发电量占火力发电总量的三分之二，要如何使火力发电变得更安全，环境污染降至最低的程度，更重要的是降低二氧化碳的排放量,火力发电,化石燃料无论是气体燃料、液体燃料或固体燃料，其燃烧后皆会产生不同程度的污染排放物，此污染排放物包括了硫氧化物、氮氧化物、悬浮粒状物、二氧化碳等。依目前的科技，已经可将上述污染排放物中的硫氧化物、氮氧化物、悬浮粒状物，藉不同设备予以大部份移除；然而，现今科技虽然已发展出移除二氧化碳的方

6、式，但是费用高，所以还是无法商业化。地球暖化还有温室效应是目前全世界最热门的话题，其真正原因不是因于二氧化碳排放量不断增加，而是如何抑低二氧化碳排放量之行动,火力发电所产生的硫氧化物、氮氧化物、悬浮粒状物之移除方式与运作上所衍生之困扰的问题。,火力发电及环境污染,若以煤做为火力发电的能源，主要的空气污染物是排放气体里的粉粒、二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳，还有废水及粉煤灰。排放气体中就没有二氧化硫及烟粉粒的成分。二氧化硫和氮氧化物是造成酸雨的主要原因，受到气流的带动，酸雨可以影响到几千公里以外的田园、湖泊及森林。美国中西部因为用煤来发电，已使东北部几州及加拿大南部的湖水酸度增加（pH 值减少），

7、在火力发电厂附近，酸雨及烟粉粒也会造成烟雾，会影响人的健康、酿成灾害。中国大陆有将近 70 的火力发电是用煤为燃料，空气污染成了环保上的一大问题，酸雨降雨区也渐渐增大。欧州中部像捷克、波兰等国，从前都是用煤发电，曾经造成重大的环境污染及灾害。,火力发电厂的污染,燃烧化石燃料，会产生大量烟尘和废气（部分有毒），造成空气污染。 二氧化硫等气体会和空气中的水分产生化学作用，其后随着雨水下降，形成酸雨，损害植物、水体及露天的人类文化遗产。 二氧化碳会在大气中累积，加强温室效应，令到全球气温上升，再产生连锁性的恐果，例如泛滥、岛国消失等。 相对而言，天然气的有害物质较少。 在其转换成液态处理过程中，硫、

8、氮、水分等不纯物质，已被尽数去除，所以燃烧时只产生少量的氮氧化物及二氧化碳。故此，天然气可以缓解能源紧缺，减少环境污染。,火力发电原理,原理是利用热能转换为电能, 燃料经过燃烧产生蒸气，推动涡轮机使发电机转动产生电能，火力发电的燃料主要是燃油、燃煤及天然气，各种燃料的发电成本为燃油1.34(元/度)、燃煤0.89(元/度)、燃天然气2.14(元/度),火力发电厂生产过程,燃煤，用输煤皮带从煤场运至煤斗中。大型火电厂为提高燃煤效率都是燃烧煤粉。因此，煤斗中的原煤要先送至磨煤机内磨成煤粉。磨碎的煤粉由热空气携带经排粉风机送入锅炉的炉膛内燃烧。煤粉燃烧后形成的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动，放

9、出热量，最后进入除尘器，将燃烧后的煤灰分离出来。洁净的烟气在引风机的作用下通过烟囱排入大气。助燃用的空气由送风机送入装设在尾部烟道上的空气预热器内，利用热烟气加热空气。这样，一方面除使进入锅炉的空气温度提高，易于煤粉的着火和燃烧外，另一方面也可以降低排烟温度，提高热能的利用率。从空气预热器排出的热空气分为两股：一股去磨煤机干燥和输送煤粉，另一股直接送入炉膛助燃。燃煤燃尽的灰渣落入炉膛下面的渣斗内，与从除尘器分离出的细灰一起用水冲至灰浆泵房内，再由灰浆泵送至灰场。,火力发电,火力发电厂是燃烧燃料产生水蒸气，来推动发电机的线圈转动，以产生电流。依燃料的不同可分为：燃煤火力发电厂、天然气火力发电、核

10、能火力发电厂和太阳能火力发电厂。水力和风力发电厂是利用流水由上而下的冲力或空气流动的风力，来推动发电机的线圈转动，以产生电流。太阳能、水力和风力发电是最干净的电力，但其发电量小而且不稳定。,火力发电(优点),(1)气力发电只要在海岸地带即可建造。 (2)如在厂地上无问题时，可设置任意容量且距负载地点较近。 (3)建设费用低廉， (4)因有储藏燃料，可以连续作额定输出运转。 (5)随着火力技术的进步，可制造大容量的发电机器，能因应电力需球之增大。 (6)燃料(化石燃料)取得方便。 (7)建厂容易。 (8)相较于核能，较无危险性及没有无法处理的辐射废,火力发电(缺点),(1)火力发电由高温、高压、

11、及高速的设备所构成，其运转与维护较难。 (2)火力发电在用水、燃料输送、环境保护等有其限制。 (3)火力用于高温、高压的蒸气，有机器上之热能限制，因此运用的融通性较低。 (4)输出变化速度，因锅炉有燃烧不安、汽轮机热应力的限制，所以变化极慢。 (5)起动和停止由于热应力的限制，需较长时间（停止30 小时需要23 小时）。 (6)因使用燃料，故运转成本较高。 (7)需要大气污染、温排水、噪音等保护环境不受过多污染的对策。 (8)效率对额定输出而言，输出愈低即其效率降低愈显着。 (9) 以化石燃料作为燃料，产生二氧化硫、悬浮微粒等，造成空 气污染及酸雨。 (10) 化石燃料其量有限，会有用完的一天

12、。 (11)燃烧产生废热及二氧化碳，加重温室效应。 (12)能源转换效能不高，约只有30%，浪费燃料。 (13)对员工肺部健康有损害之虞。,火力发电可概分为四种,1. 传统火力机组 2. 气涡轮机组 3. 复循环机组 4. 柴油机组,传统火力发电机组流程示,部分火电厂照片,元宝山火电厂,火力发电厂,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。主要有蒸汽动力发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂几种类型.,锅炉的作用及设备组成,一 、锅炉的作用,

13、1锅炉及锅炉房是供热系统中热源产生的主要设备 2锅炉是化工、石化、冶金、轻纺、造纸等工矿企业主要动力及供热设备 3锅炉是能源工业发展的主要组成部分火力发电站三大主机之一,火力发电厂中的锅炉按水循环方式可分为自然循环,强制循环,直流锅炉三种类型。 依靠工质的重度差而产生的循环流动称为自然循环。借助水泵压头使工质产生的循环流动称为强制循环。 自然循环形成:汽包、下降管、下联箱和上升管(即水泠壁)组成一个循环回路。由于上升管中的水在炉内受热铲生了蒸汽,汽水混合物的重度小,而下降管在炉外不受热,管中是水,其重度大,两者重度差就产生推动力,水沿下降管向下流动,而汽水混合物则沿上升管向上流动,这样就形成水

14、的自然循环流动。 强制循环锅炉的结构与自然循环基本相同,它也有汽包,所不同的在下降管中增加了循环泵,作为增强汽水循环的动力。,直流炉的结构与自然循环锅炉结构不同,它没有汽包,是依靠给水泵压力使工质锅炉受热面管子中依次经过省煤器,蒸发受热面和过热器一次将水全部加热成为过热蒸汽。现在一般只宜用于亚临界,超临界压力锅炉。 强制循环锅炉与自然循环锅炉比较: 优点:可适用于亚临界、超临界压力;由于工质在受热面中是强制流动,因而受热面的布置较灵活,受热均匀水循环好;起停炉快;水冷壁可使小管径、薄管壁(压力准许),相对汽包容积减小,节省钢材。 缺点:加装循环泵,系统复杂,投资高,检修困难。,锅炉主要系统,汽

15、水系统：锅炉的汽水系统的主要功用是接受燃料的热能，提升介质的热势能，增压增温，完成介质的状态转换。 烟风系统：提供锅炉燃烧的氧气，带动干燥的燃料进入炉膛，维持炉膛风压以稳定燃烧。 制粉系统：完成燃料的磨碎、干燥。使之形成具有一定细度和干燥度的燃料，并送入炉膛。 其它辅助系统：包括燃油系统、吹灰系统、火检系统、除灰除渣系统等，具体功能不做介绍。,一次风机：干燥燃料，将燃料送入炉膛，一般采用离心式风机。 送风机：克服空气预热器、风道、燃烧器阻力，输送燃烧风，维持燃料充分燃烧。 引风机：将烟气排除，维持炉膛压力，形成流动烟气，完成烟气及空气的热交换。 磨煤机：将原煤磨成需要细度的煤粉，完成粗细粉分离

16、及干燥。 空预器：空气预热器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所需空气的一种热交换装置。提高锅炉效率，提高燃烧空气温度，减少燃料不完全燃烧热损失。空预器分为导热式和回转式。回转式是将烟气热量传导给蓄热元件，蓄热元件将热量传导给一、二次风，回转式空气预热器的漏风系数在810。,炉水循环泵：建立和维持锅炉内部介质的循环，完成介质循环加热的过程。 燃烧器：将携带煤粉的一次风和助燃的二次风送入炉膛，并组织一定的气流结构，使煤粉能迅速稳定的着火，同时使煤粉和空气合理混合，达到煤粉在炉内迅速完全燃烧。煤粉燃烧器可分为直流燃烧器和旋流燃烧器两大类。,二 、锅炉基本结构,1. 锅炉本体 构成锅炉的基本组成部分称

17、为锅炉本体，由汽锅、炉子及安全附件组成。 1）汽锅锅炉本体中汽水系统，高温燃烧产物烟气通过受热面将热量传递给汽锅内温度较低的水，水被加热，沸腾汽化，生成蒸汽。 2）炉子锅炉本体中燃烧设备，燃烧将燃料的化学能转化为热能 3）安全附件水位计、压力表、安全阀 2锅炉辅机 给煤机、磨煤机、送风机、吸风机、给水泵、吹灰器、碎渣机、除尘器、灰浆泵。,三 、锅炉的工作过程,1. 燃料的燃烧过程 高温烟气 给煤斗 燃料（煤） 炉排面（燃烧室） 除渣板（入灰渣斗） 空气 在一定的燃烧设备内，正常燃烧应具备的条件： 1）高温环境 2）必需的空气量及空气与燃料的良好混合 3）燃料的供应及灰渣和烟气的排放,2. 烟气

18、向水（蒸汽等工质）的传热过程 辐射 辐射+对流 对流 高温烟气 水冷壁 过热器（凝渣管） 对流管束 对流 尾部受热面（省、空） 除尘 引风机 烟囱 3. 工质（水）的加热和汽化过程蒸汽的生产过程 1）给水：水 省煤器 汽锅 2）水循环：汽锅 下降管 下集箱 水冷壁 3）汽水分离,锅炉设备的基本特征,一 、锅炉的基本特性,1. 锅炉容量 1）蒸发量（产热量）：锅炉每小时所产生的蒸汽（热水）流量 2）额定蒸发量（产热量）：锅炉在额定参数（压力、温度）和保证一定热效率下，每小时最大连续蒸发量（产热量），符号D（Q），单位t/h（kJ/h，MW）。 2. 蒸汽（热水）参数 1）蒸汽参数 锅炉出口处蒸汽

19、的额定压力(表压)和温度，符号p，t；单位Mpa，。 2）热水参数 锅炉出口处热水的额定压力（表压）和温度及回水温度。,3. 受热面蒸发率、受热面发热率 1）受热面蒸发率 每m2蒸发受热面每小时所产生的蒸汽量，符号D/h；单位kg/m2h 2）受热面发热率 每m2受热面每小时所产生的（热水）热量，符号Q/h；单位kJ/m2h 4. 锅炉热效率 每小时送进锅炉的燃料（全部完全燃烧时）所能发出的热量中有有百分之几被用来产生蒸汽或加热水，以符号或表示。 5. 安全性指标 1）连续运行小时数 2）事故率 3）可用率,锅炉的分类和型号,一 、锅炉的分类,1.根据用途的不同分为： 电站锅炉在火电厂，蒸汽驱

20、动汽轮机组发电 工业锅炉用于工业及采暖 船舶锅炉 机车锅炉 2按载热工质的不同分为： 蒸汽锅炉 热水锅炉 特种工质锅炉,3按能源分为： 燃煤锅炉 燃油锅炉 燃气锅炉 混合燃料锅炉 特种燃料锅炉 余热锅炉 新能源锅炉 4按出口介质压力分； 低压（P2.5Pa）、中压（P3.9Pa）、高压（P10.8Pa）、超高压（P14.7Pa）、亚临界压力（P16.818.6Pa）、超临界及超超临界压力（P2540Pa）。 5按锅炉容量大小分； 小型锅炉、中型锅炉、大型锅炉,表1-1 典型电厂锅炉简况,6按燃烧方式分； 火床炉、室燃炉（煤粉炉、燃油锅炉、燃气锅炉）、旋风炉、流化床锅炉。,7按介质流动方式分；,

21、8按组装方式分； 散装锅炉、组装锅炉、快装锅炉 9按锅炉排渣的相态分； 固态排渣锅炉 、液态排渣锅炉 10按锅炉燃烧室内的压力分； 负压燃烧锅炉、压力燃烧锅炉,二 、锅炉的型号表示方法 1. 工业锅炉的型号表示方法 锅炉型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。,第一部分：表示锅炉型式，燃烧方式和蒸发量，共分三段： 第一段用两个汉语拼音字母代表锅炉本体型式； 第二段用一个汉语拼音代表燃烧方式； 第三段用阿拉伯数字表示蒸发量。 第二部分：表示蒸汽（或热水）参数，共分两段，中间一斜线分开。阿拉伯数字 第一段表示额定蒸汽压力或允许工作压力； 第二段表示过热蒸汽（或热水）温度。 第三部分：表示燃料种类

22、，以拼音字母和罗马字分别代表燃料类别和分类。,举例： SHL10-1.3-A: 双锅筒横置式链条炉排锅炉，额定蒸发量为10t/h，额定蒸汽压力为1.25MPa，出口为饱和蒸汽，燃用类烟煤。 QXS120-0.8/130/80-Y: 强制循环室燃热水锅炉，额定热功率为120MW，允许工作压力为0.8MPa，出水温度130，进水温度为80，燃料为油。,2. 电厂锅炉的型号表示方法 锅炉型号由四部分组成，各部分之间用短横线相连。 / 第一部分：表示锅炉制造厂家； 第二部分： 第一段表示锅炉容量， t/h； 第二段表示锅炉出口过热蒸汽压力， Mpa； 第三部分： 第一段过热蒸汽出口温度， ； 第二段再

23、热蒸汽出口温度， ； 第四部分：燃料代号。,火力发电厂其它系统介绍,输煤系统：运输燃料进入厂房，进行初步加工和燃料筛选工作，同时完成外加物质的混合工作。所包涵的主要设备有斗轮机、碎煤机、翻车机、输煤皮带等。 化学水系统：将天然水在进入汽水系统前先除去杂质。其流程一般为：天然水混凝沉淀过滤离子交换补给水。混凝沉淀是加入混凝剂，产生絮凝体。过滤处理是使用石英砂等滤料除去细小悬浮物。化学除盐是使用混床除去金属离子和酸根，常使用树脂除盐。 循环水系统：为机组提供冷却水源。工业生产过程中产生的废热，一般要用冷却水来导走。从江、河、湖、海等天然水体中吸取一定量的水作为冷却水，冷却工艺设备吸取废热使水温升高

24、，再排入江、河、湖、海，这种冷却方式称为直流冷却。当不具备直流冷却条件时，则需要用冷却塔来冷却。冷却塔的作用是将挟带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换，使废热传输给空气并散人大气。,单元机组集控运行,机组按照启动前所处温度状态可分为冷态启动和热态启动。按照冲转汽轮机的主蒸汽参数可分为额定参数启动和滑参数启动。 滑参数启动程序：启动前准备锅炉上水点火升压升温暖管冲转暖机升速并网、带负荷升负荷。 锅炉运行及监视因素：维持适应的蒸发量。均衡给水，维持汽包水位。保证汽水品质。控制蒸汽压力及温度。燃烧调整。减少热损失，提高锅炉热效率。 汽机运行及监视因素：主蒸汽压力及温度。再热蒸汽压力及温度。凝汽器真空

25、。轴向位移。机组振动。轴瓦温监测。汽轮机寿命管理。 单元机组的负荷调节：锅炉跟随的负荷调节方式，汽机跟随的负荷调节方式，机炉协调控制的负荷调节方式。,电厂经济技术指标,每千瓦投资造价：每千瓦所需要的资金投入量。用总投资额除以装机容量的总和。水电大约为700010000元，火电30-60万千瓦国产机组54006300元，风电场每千瓦造价约80009000元。,八大系统,热力系统 燃料供应系统 除灰系统 水处理系统 供水系统 电气系统 热工控制系统 附属生产工程,循环流化床锅炉 循环流化床锅炉：循环流化床燃烧是一种新型的高效、低污染的清洁燃煤技术，其主要特点是锅炉炉膛内含有大量的物料，在燃烧过程中大量的物料被烟气携带到炉膛上部，经过布置在炉膛出口的分离器，将物料与烟气分开，并经过非机械式回送阀将物料会送至床内，多次循环燃烧。由于物料浓度高，具有很大的热容量和良好的物料混合，一般每公斤烟气可携带若干公斤的物料，这些循环物料带来了高传热系数，使锅炉热负荷调节范围广，对燃料的适应性强。循环流化床锅炉采用比鼓泡床更高的流化速度，而不像鼓泡床一样有一个明显的界面，由于床内强烈的湍流和物料循环，增加了燃料在炉膛内的停留时间，因此比鼓泡床具有更高的燃烧效率，在低负荷下能稳