火力发电厂基本知识(学习资料)

火力发电厂系统简介一、火力发电厂概述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。热力发电厂概述及种类划分热力发电厂概述及种类划分n(一)发电厂n只生产电能向外供给的工厂，即凝汽式发电厂。根据国家的能源政策，今后建设的发电厂的单机容量必须在125MW以上，单机容量50MW及以下的现役常规火电机组将在逐步停止运行，关停确有困难的个别机组，关停时间可适当推迟，但必须经国家经贸委批准。包括单机容量100MW的机组。我国发电厂的主力机组也将由目前的单机容量300MW逐步转移到600MW。n国家鼓励综合利用煤矸石(发热量12550kJkg以下)、煤泥、石煤、垃圾等低热值燃料和利用余热、余压、生物质能、沼气、煤层气、高炉煤气等综合利用资源的发电工程，其单机容量不受限制。（综合利用机组认证）(二)热电厂n既向外供电、也向外供热(热水、蒸汽)的工厂。根据国家规定，热电厂应符合下列指标：（热电联产机组认证）n1电厂总热效率年平均大于45；n2单机容量50MW以下的热电机组，其热电比年平均应大于100%；n3单机容量50200MW以下的热电机组，其热电比年平均应大于50；n4单机容量200MW及以上抽汽凝汽两用供热机组，在采暖期其热电比应大于50。二、电厂生产的基本原理n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。n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。n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。三、电厂主要生产过程及系统简述 （一）、生产过程简述n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。（二）、电厂主要系统简述n热力系统n燃料供应系统n除灰系统n水处理系统n供水系统n电气系统n热工控制系统n附属生产工程（1）热力系统：n是常规火电厂实现热功转换热力部分的工艺系统。它通过热力管道及阀门将各热力设备有机地联系起来，以在各种工况下能安全经济、连续地将燃料的能量转换成机械能。n联系热力设备的汽水管道有主蒸汽管道、主给水管道、再热蒸汽管道、旁路蒸汽管道、主凝结水管道、抽汽管道、低压给水管道、辅助蒸汽管道、轴封及门杆漏汽管道、锅炉排污管道、加热器疏水管道、排汽管道等。n热力系统除联系热力设备的汽水管道外，还有煤粉制备系统。它是为提高锅炉效率和经济性能，将原煤碾磨成细粉然后送进锅炉炉膛进行悬浮燃烧所需设备和有关连接管道的组合，常简称为制粉系统。（2）燃料供应系统：n是接受燃料、储存、并向锅炉输送的工艺系统，有输煤系统和点火油系统。n点火油系统除点火时投入运行外，在锅炉低负荷时投油以保证其稳定燃烧。（3）除灰系统：n是将煤燃烧后产生的灰、渣运出、堆放的系统。除灰系统的形式是选厂阶段、可行性研究阶段考虑方案最多的专业之一。系统的选择要根据灰渣量，灰渣的化学、物理特性，除尘器型式，排渣装置形式，冲灰水质、水量，发电厂与贮灰场的距离、高差、地形、地质和气象等条件，通过技术经济比较确定。n除灰系统按输送介质分为水力除灰和气力除灰系统。气力除灰系统分负压气力除灰系统和正压气力除灰系统。除渣可按需要选用于式或水力输送。（4）化学水处理系统：n为了保证热力设备安全，防止热力设备结垢、腐蚀、积盐，用化学方法对不同品质的原水，对热力系统循环用水进行处理的系统。尤其是随热力设备参数的提高和容量的增大，对作为热力循环介质的水的要求也越来越高，火电厂化学水处理的任务就越来越重。n锅炉补给水处理是对热力系统汽水循环过程中，因各种汽水损失而需向锅炉补给的水处理技术。锅炉补给水处理方式的选择与锅炉参数、原水水质有关。高压参数以上的锅炉补给水几乎都采用离子交换的除盐方式或反渗透装置但都要进行预处理，除去水中的悬浮物及有机物，因此锅炉补给水处理系统一般由预处理及除盐系统组成；中低压锅炉一般采用钠离子交换剂对水作软化处理。n预处理是因天然原水不能直接补人热力循环系统，要经过混凝、澄清、过滤或反渗透、电渗析处理达到合格的品质作为补充水进入系统。对不同品质的原水处理的方式也不尽相同。n流经凝汽器的循环水会因铜管泄漏而进入热力系统的凝结水中，凝结水精处理也是用化学方法使其凝结水中的含盐量符合规定。另外，对循环水要进行防垢处理和防生物污染处理，对给水、炉水用化学方法除去其残余氧和盐，以保证热力设备安全。（5）供水系统：n向热力系统凝汽器提供冷却用循环水及补充水的系统。电厂的供水主要用于下面一些方面：凝结汽轮机的排汽；供给汽轮发电机组的冷油器、空气或其他气体冷却器：冷却辅助机械的轴承；补充厂内外的汽、水损失；水力除灰及其他生产和生活上的需要等。其中凝汽器的冷却水量约占总冷却水量的95以上。n火电厂的供水基本上有两种不同的形式：由大海、江河、湖泊取水冷却凝汽器后直接排放的直流供水系统，或称开式供水系统；具有冷却水池、喷水池或冷水塔的循环供水系统，或称闭式供水系统；有时也可将两种方式结合起来运行，叫做联合供水系统或混合供水系统。n在缺水地区采用空气凝汽系统，空气凝汽系统的特点是取消了中间热介质循环水或冷却水，用空气直按吸收汽轮机排汽的潜热并使排汽凝结。这种凝汽系统经常被称为干式冷却系统或空气冷却系统。空冷系统可分为直接空冷系统和间接空冷系统。（6）电气系统：n将发电机发出的电能升压以便远距离输送给用户，并提供可靠的厂用电的系统。它也是火力发电厂内电气设施的总称，包括从发电机开始到升压站电力送出和从厂用电源开始所有的用电设备的一次回路，以及相应的控制、测量、保护和安全自动装置等二次回路，提供交直流操作和重要用电设备电源的直流、交流不停电电源和柴油机保安电源系统，保证设备安全的过电压、接地和火灾消防报警系统，照明、电缆、通信等厂内公用设施。（7）电厂自动化系统：n利用各种自动化仪表和电子计算机等装置对火力发电厂生产过程进行监视、控制和管理，使之安全、经济运行的技术。由于对电厂运行的监视及控制系起源于对热力系统的热力过程，故也习惯上称热工控制系统。随着技术的进步，现已发展到对电气系统、辅助生产系统等全厂生产的监视及控制，现称电厂自动化系统更为准确。n随着机组容量的增大、参数的提高，在人工控制方式下是无法实现机组安全经济运行的，自动化装置已成为发电厂不可缺少的重要组成部分。自动化的主要目的是：保证机组安全起停，正常经济运行；提高适应电网调度和负荷变化的能力；提高综合判断、处理事故的能力；减轻劳动强度，改善劳动条件，减少运行人员。n火电厂自动化的功能主要通过以下自动化系统来实现：数据采集及处理系统；模拟量控制系统；顺序控制系统；保护连锁系统；电气控制系统；辅助设备及辅助系统的控制系统。(8)附属生产系统：n它是保证火力发电厂安全、经济运行必不可少的附属生产项目，各自相对独立，不同的工程差别又比较大。如电厂起动用锅炉房，发电机冷却用氢气的制氢站，仪用及检修用空压机站，各种废水处理及烟气连续监测的环保工程各种实验室及车间检修设备等。四、电厂主要设备（一）锅炉设备 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”。锅炉主要参数n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22.1MPa），超超临界锅炉（压力3031MPa）。n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。n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n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。n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。n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。n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。循环流化床锅炉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。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。n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。n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。n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。n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。n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）汽轮机设备n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。n 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n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。n再热蒸汽系统：辅助主蒸汽系统做功，提高机组热效率。n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。n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。n真空系统：维持汽轮机的低背压和凝汽器真空。n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。n给水系统：提高给水压力，加热后为锅炉提供给水。n主机油系统：包括润滑油系统、顶轴油系统、调节、保安系统。n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。n润滑油系统：为汽轮机提供润滑、冷却用油。n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。n工业水系统：提供冷却介质。冷却各种辅助设备。n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。n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。汽机系统的主要设备n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。n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。n除氧器：除去锅炉给水中的各种气体，主要是水中的游离氧。n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。n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。n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。（三）、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。n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。五、发电厂主要设备的常见故障五、发电厂主要设备的常见故障n发电厂设备事故是指直接威胁到机组安全运行或设备发生损坏的各种异常状态。凡正常运行工况遭到破坏，被迫降低设备出力，减少或停止向外供电，甚至造成设备损坏、人身伤害时，统称为事故。（一）、汽机常见事故n1、机组异常振动n2、超速事故n3、轴弯曲事故n4、水冲击事故n5、汽轮机轴瓦损坏事故n6、油系统着火。（二）、锅炉设备常见故障n1、锅炉满水缺水n2、锅炉受热面爆漏n3、炉膛灭火六、发电厂运行管理六、发电厂运行管理n1、结合具体情况，建立有效的生产调度体系，建立运行管理的基本制度，报表、记录、台帐等，并以次严格规范各厂各部门和各级人员的行为，做到令行禁止。n2、做好设备运行的基础工作，如规程、系统图等，是设备运行有据可依，人员的生产活动有掌可循。n3、做好设备的日常技术管理工作，包括机组的安全、出力、经济等方面的状态分析，做到制度化、规范化、以此为依据来组织设备运行。n4、落实责任制，使运行分析工作深化、细化，能全面反映出设备的技术状态，并以此为依据，做好设备管理和检修工作。n5、在电厂的生产活动中，涉及技术专业多，环环相扣，因此电厂生产组织工作难度相对比较大。因此，运行管理工作体现“严”“细”，抓好日常的工作。