火力发电厂知识

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. 基本原理电磁感应理论：任何变化的电场都要在其周围空间产生磁场，任何变化的磁场都要在其周围空间产生电场。 热力学第一定律：热可以变为功，功也可以变为热，消耗一定热量时，必产生相当数量的功，消耗一定量的功时，必出现相应数量的热。 热力学第二定律：高温物体的热能可以自动传递给低温物体，而低温物体的热能却不能自动地传递给高温物体。机械能可以自动转化为热能，而热能却不能自动转化为机械能。 主要生产过程简述储存在储煤场(或储煤罐)中的原煤由输煤设备从储煤场送到锅炉的原煤斗中,再由给煤机送到磨煤机中磨成煤粉。煤粉送至分离器进行分离,合格的煤粉送到煤粉仓储存(仓储式锅炉)。煤粉仓的煤粉由给粉机送到锅炉本体的喷燃器,由喷燃器喷到炉膛内燃烧(直吹式锅炉 将煤粉分离后直接送入炉膛)。燃烧的煤粉放出大量的热能将炉膛四周水冷壁管内的水加热成汽水混合物。混合物被锅炉汽包内的汽水分离器进行分离,分离出的水经下降管送到水冷壁管继续加热,分离出的蒸汽送到过热器,加热成符合规定温度和压力的过热蒸汽,经管道送到汽轮机作功。过热蒸汽在汽轮机内作功推动汽轮机旋转,汽轮机带动发电机发电,发电机发出的三相交流电通过发电机端部的引线经变压 器什压后引出送到电网。在汽轮机内作完功的过热蒸汽被凝汽器冷却 成凝结水,凝结水经凝结泵送到低压加热器加热,然后送到除氧器除氧, 再经给水泵送到高压加热器加热后,送到锅炉继续进行热力循环。再热式机组采用中间再热过程,即把在汽轮机高压缸做功之后的蒸汽,送到锅炉的再热器重新加热,使汽温提高到一定(或初蒸汽)温度后,送到汽轮机中压缸继续做功。 锅炉本体锅炉设备是火力发电厂中的主要热力设备之一。它的任务是使燃料通过燃烧将化学能转变为热能，并且以此热能加热水，使其成为一定数量和质量（压力和温度）的蒸汽。由炉膛、烟道、汽水系统（其中包括受热面、汽包、联箱和连接管道）以及炉墙和构架等部分组成的整体，称为 “锅炉本体”。 锅炉主要设备按锅炉的蒸汽压力：可将锅炉分为低压锅炉（压力小于2.45MPa），中压锅炉（压力2.944. 90MPa），高压锅炉（压力7.8410. 8MPa），超高压锅炉（压力11.814. 7MPa），亚临界锅炉（压力15.719. 6MPa），超临界锅炉（压力15.7 19. 6MPa 22. 1MPa），超超临界锅炉（压力3031MPa）。 按锅炉蒸发受热面内工质的流动方式分类：自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉、复合循环锅炉。 按锅炉的整体布置分类：型结构锅炉、箱型结构锅炉、塔型结构锅炉。 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。 锅炉主要设备一次风机：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。 汽包：作用主要有：1：是工质加热、蒸发、过热三过程的连接枢纽，保证锅炉正常的水循环。2：内部有汽水分离装置和连续排污装置，保证锅炉蒸汽品质。3：有一定水量，具有一定蓄热能力，缓和汽压的变化速度。4：汽包上有压力表、水位计、事故放水、安全阀等设备，保证锅炉安全运行。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。 汽轮机本体汽轮机本体（steam turbine proper）是完成蒸汽 热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。 它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成。固定部分包括汽缸、 隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。转动部分包括主轴、 叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。 汽机主要系统主蒸汽系统：吹动汽轮机旋转，带动发电机做功，是发电厂主要的做功介质通过的系统。 再热蒸汽系统：辅助主蒸汽系统做功，提高机组热效率。 回热抽汽系统：尽量减少进入凝汽器的无用能量，提高机组热效率。 轴封系统：防止汽轮机内部高压蒸汽向外泄露，保证汽轮机效率，保持真空系统严密性。 真空系统：维持汽轮机的低背压和凝汽器真空。 凝结水系统：将凝结水输送到除氧器，完成加热、除氧、化学处理和剔除杂质。 给水系统：提高给水压力，加热后为锅炉提供给水。 主机油系统：包括润滑油系统、顶轴油系统、调节、保安系统。 汽轮机调节、保安系统：协调各系统同步地按照要求进行工作。 润滑油系统：为汽轮机提供润滑、冷却用油。 发电机冷却系统和密封系统：冷却系统的功能是冷却发电机，带走发电机工作时的热量。密封系统的功能是密封冷却介质的外泄。 工业水系统：提供冷却介质。冷却各种辅助设备。 顶轴油系统由于不是所有机组都有，所以不做介绍。液压油系统划归调节、保安系统，所以不做介绍。 其它系统：压缩空气系统、旁路系统、减温水系统、精处理系统、胶 球系统等。 汽机主要设备汽轮机：汽轮机是一种将蒸汽的热势能转换成机械能的旋转原动机。分冲动式和反动式汽轮机。 给水泵：将除氧水箱的凝结水通过给水泵提高压力，经过高压加热器加热后，输送到锅炉省煤器入口，作为锅炉主给水。 高低压加热器：利用汽轮机抽汽，对给水、凝结水进行加热，其目的是提高整个热力系统经济性。 除氧器：除去锅炉给水中的各种气体，主要是水中的游离氧。 凝汽器：使汽轮机排汽口形成最佳真空，使工质膨胀到最低压力，尽可能多地将蒸汽热能转换为机械能，将乏汽凝结成水。 凝结泵：将凝汽器的凝结水通过各级低压加热器补充到除氧器。 油系统设备：一是为汽轮机的调节和保护系统提供工作用油，二是向汽轮机和发电机的各轴承供应大量的润滑油和冷却油。主要设备包括主油箱、主油泵、交直流油泵、冷油器、油净化装置等。 发电机本体在发电厂中，同步发电机是将机械能转变成电能的唯一电气设备。因而将一次能源（水力、煤、 油、风力、 原子能等）转换为二次能源的发电机，现在几乎都是采用三相交流同步发电机。在发电厂中的交流同步发电机，电枢是静止的，磁极由原动机拖动旋转。其励磁方式为发电机的励磁线圈FLQ（即转子绕组）由同轴的并激直流励磁机经电刷及滑环来供电。同步发电机由定子（固定部分）和转子（转动部分）两部分组成。定子由定子铁心、定子线圈、机座、端盖、风道等组成。定子铁心和线圈是磁和电通过的部分，其他部分起着固定、支持和冷却的作用。 转子由转子本体、护环、心环、转子线圈、滑环、同轴激磁机电枢组成。 主变压器：利用电磁感应原理，可以把一种电压的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电的一种设备。 6KV、380V配电装置：完成电能分配，控制设备的装置。 电机：将电能转换成机械能或将机械能转换成电能的电能转换器。 蓄电池：指放电后经充电能复原继续使用的化学电池。在供电系统中，过去多用铅酸蓄电池，现多采用镉镍蓄电池。 控制盘：有独立的支架，支架上有金属或绝缘底板或横梁，各种电子器件和电器元件安装在底板或横梁上的一种屏式的电控设备。 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，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。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，在低负荷下能稳定运行， 而无需增加辅助燃料。 循环流化床锅炉运行温度通常在850900之间，是一个理想的脱硫温度区间，采用炉内脱硫技术，向床内加入石灰石作为脱硫剂， 燃料及脱硫剂经多次循环，反复进行低温燃烧和脱硫反应，加之炉内湍流运动剧烈，Ca/S摩尔比约为2时，可以使脱硫效率达到90%左右， SO2的排放量大大降低。同时循环流化床采用分级送风燃烧，使燃烧始终在低过量空气下进行，从而大大降低了NOX的生成和排放。循环流化床锅炉还具有高燃烧效率、可以燃用劣质燃料、锅炉负荷调节性好、灰渣易于综合利用等优点，因此在世界范围内得到了迅速发展。 随着环保要求日益严格，普遍认为，循环流化床是目前最实用和可行的高效低污染燃煤设备之一。 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。汽轮机本体汽轮机本体是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成。固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。 汽轮机：汽轮机是一种将蒸汽的热势能转换成机械能的旋转原动机。分冲动式和反动式汽轮机。 给水泵：将除氧水箱的凝结水通过给水泵提高压力，经过高压加热器加热后，输送到锅炉省煤器入口，作为锅炉主给水。高低压加热器：利用汽轮机抽汽，对给水、凝结水进行加热，其目的是提高整个热力系统经济性。除氧器：除去锅炉给水中的各种气体，主要是水中的游离氧。凝汽器：使汽轮机排汽口形成最佳真空，使工质膨胀到最低压力，尽可能多地将蒸汽热能转换为机械能，将乏汽凝结成水。凝结泵：将凝汽器的凝结水通过各级低压加热器补充到除氧器。油系统设备：一是为汽轮机的调节和保护系统提供工作用油，二是向汽轮机和发电机的各轴承供应大量的润滑油和冷却油。主要设备包括主油箱、主油泵、交直流油泵、冷油器、油净化装置等。在发电厂中，同步发电机是将机械能转变成电能的唯一电气设备。因而将一次能源（水力、煤、 油、风力、原子能等）转换为二次能源的发电机，现在几乎都是采用三相交流同步发电机。在发电厂中的交流同步发电机，电枢是静止的，磁极由原动机拖动旋转。其励磁方式为发电机的励磁线圈FLQ（即转子绕组）由同轴的并激直流励磁机经电刷及滑环来供电。同步发电机由定子（固定部分）和转子（转动部分）两部分组成。定子由定子铁心、定子线圈、机座、端盖、风道等组成。定子铁心和线圈是磁和电通过的部分，其他部分起着固定、支持和冷却的作用。 转子由转子本体、护环、心环、转子线圈、滑环、同轴激磁机电枢组成。主变压器：利用电磁感应原理，可以把一种电压的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电的一种设备。6KV、380V配电装置：完成电能分配，控制设备的装置。电机：将电能转换成机械能或将机械能转换成电能的电能转换器。蓄电池：指放电后经充电能复原继续使用的化学电池。在供电系统中，过去多用铅酸蓄电池，现多采用镉镍蓄电池控制盘：有独立的支架，支架上有金属或绝缘底板或横梁，各种电子器件和电器元件安装在底板或横梁上的一种屏式的电控设备。火力发电厂生产流程 前言火力发电一般是指利用石油、煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式的总称。把锅炉、汽轮机及其辅助设备按汽水循环过程用管道和附件连接起来所构成的系统，叫做发电厂的热力系统。下面简单的介绍一下火力发电厂的基本工艺流程：煤之流程（一）原煤自储煤场经过简单的处理（打碎，除湿， 吸铁），由原煤传送带送到炉顶落煤斗后，通过给煤机入口煤闸板进入给煤机。由给煤机控制进煤量，经由给煤机皮带通过给煤机出口煤闸板进入磨煤机。在磨煤机内被磨成 煤粉后，与一部份热空气混合，经燃烧器进入炉中充分燃烧。 煤之流程（二）燃烧后的高温烟气流经过热器-再热器-省煤器-空气预热器等热交换器，将热量传给其中的水或空气，最后从烟囱逸去。其不可燃之固体，较大者以灰份之形态落入灰坑中，以备清除，以微细者则在集尘器中被收集清除。 空气及燃气流程（一）空气首先由送风机将气压略以提高，送经空气预热器，接受一部份烟气的热量使温度升高。其中一部份直接由管道送经燃烧器入炉辅助燃烧的为二次风，另一部份则进入磨煤机，经过粗细粉分离后的乏气为三次风，与煤粉一同进入炉膛进行燃烧的为一次风。 空气及燃气流程（二）炉中燃烧后的高温烟气首先通过炉管与过热器，完成将炉水汽化与过热的使命，随后通过省煤器将剩余热量的一部份交付于由高压加热器进入锅炉汽包的水，再通过空气预热器加热未进炉前的冷空气。经过如此行程后，因磨擦阻力的关系，已使其压力低于大气压力，因此须由引风机吸出，排放到大气中，在引风机之前，还安排有电除尘装置，吸附掉烟气中杂带的粉尘颗粒，避免对引风机的冲击和磨损。 水及蒸汽流程（一）已经作过功的蒸汽流经凝汽器水冷，成为40度左右的凝结水。凝汽器所用的冷却水,由循环水泵从地表水系取水,吸收蒸汽之汽化潜热 使之凝结后,本身回至地表水系，不跟蒸汽作直接接触。凝结水由凝结水泵送回锅炉循环使用，仅需由化学除盐水箱补充少许抵消漏泄和损耗。补充水经由过滤除盐等工序予以 软化后方可进入除盐水箱备用，以免锅炉内 壁产生锅垢。 水及蒸汽流程（二）凝结水泵将凝结水送往4台低压加热器，用汽机低压缸来的抽汽进行加热，然后送到除氧 器中，此时为160度左右的饱和水。经过除氧器除氧后，利用给水泵送入3台高压加热器中，利用汽机高压缸抽出的过热蒸汽作为加热介质，最后流入锅炉经省煤器再次提高其温度，使进入汽包的水，事先获得相当的热能，这样在炉管中巡回受热时，达到汽化程度所需的传热的面积可以稍减。 水及蒸汽流程（三）在汽包中已汽化的蒸汽，进入过热器的管道中，进一步的吸收热能，变成过热蒸汽，进入汽机高压缸做功。为了提高热效率，做完功的水蒸汽通过高排逆止门进入再热器进行二次加热，然后进入中压缸做功，从中压缸引出进入对称的低压缸，去推动汽轮发电机发电。已经作过功的蒸汽流经凝汽器水冷， 成为40度左右的饱和水作为再利用水，周而复始。 能量转换流程（一）化学能转为热能： 火力发电厂是将燃料（煤、油、天然气等）的化学能变成电能的工厂。原煤经过皮带运输到原煤仓，经煤粉制备系统（磨煤机等）加工成煤粉，煤粉通过燃烧器送到锅炉的炉膛中燃烧，放出热能。能量转换流程（二）热能转为动能： 在锅炉的水冷壁管中的水，吸收炉膛中的热量后，变成饱和蒸汽。饱和蒸汽同水形成的汽水混合物在汽包中分离。饱和蒸汽流经过热器时，进一步吸收烟气中的热量变成过热蒸汽，并通过蒸汽管道送到汽轮机中。过热蒸汽在汽轮机的喷管中，将热能变成动能， 形成高速汽流。 能量转换流程（三）动能转为机械能： 高速汽流冲动叶轮，产生回转力于轮翼，带动汽轮机高速转动，动能就转变为机械能。 能量转换流程（四）机械能转为电能： 发电机在汽轮机的带动下高速旋转，作切割磁力线运动，从而完成由机械能转化为电能的过程，电能通过变压器、开关、线路送到电力系统及用户。