火力发电厂基本原理.ppt

song 1 火力发电厂生产基本常识 song song 2 主要内容 一 火力发电厂生产概述二 锅炉设备及组成三 汽轮机设备及组成四 火电厂热力系统五 发电厂的主要技术经济指标六 高效火力发电新技术 song 3 1 火电厂的分类 按蒸汽参数 与容量 中低压 3 4MPa 435 6 12 25 50MW 高压 9 8MPa 540 50 100MW 超高压 13 7MPa 535 535 125 200MW 亚临界 16 2MPa 540 540 300 600MW 超临界 24MPa 538 566 600 800MW 超超临界电厂 28MPa以上我国现正研制1000MW级的超临界机组 song 4 2 火电厂生产过程示意图 song 5 3 火电厂的系统构成 1 汽水系统 由锅炉 汽轮机 凝汽器 水泵 加热器及其管路组成 2 燃料 燃烧系统 包括 输煤系统 制粉系统 烟风系统和除灰除尘系统 3 其它辅助热力系统 4 电气系统 song 6 4 电厂汽水系统 电厂基本汽水系统流程 朗肯循环 给水 锅炉 过热蒸汽 汽轮机 凝汽器 给水泵 给水送入锅炉 锅炉 汽轮机 给水泵 发电机 凝汽器 song 7 5 燃料 燃烧系统 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 song 8 风烟系统与灰渣系统 风烟系统 风 吸风口 冷风道 送风机 暖风器 空预器 热风道 磨煤机 粗分器 细分器 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 图 灰渣系统 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 运灰车 灰加工厂 song 9 二 锅炉设备及组成 作用 1 锅炉容量与蒸汽参数锅炉容量 每小产生的蒸汽量 t h 蒸汽参数 锅炉出口过热蒸汽压力和温度容量 t h 蒸汽参数汽机功率 MW 炉型42013 8Pa 540 540 125煤粉炉67013 8Pa 540 540 200煤粉炉102516 8Pa 540 540 300煤粉炉 引 200816 8Pa 540 540 600煤粉炉 song 10 2 锅炉热效率与锅炉型号 锅炉热效率 蒸汽在炉内吸热量占燃料发热量的百分比 电站锅炉一般在90 以上 锅炉型号 如HG670 13 7 540 540 7HG 哈尔滨锅炉厂 DG 东锅 SG 上锅 WG 武锅 BG 北锅锅炉分类 按水循环方式 自然循环炉 强制循环炉 复合循环炉等 song 11 3 锅炉设备的组成 锅炉本体 燃烧器 炉膛 烟道 汽包 下降管 水冷壁 过热器 再热器 省煤器及空气预热器等组成 辅助设备 送引风机 给煤机 磨煤机 排粉机 除尘和脱硫设备 烟囟等 图 song 12 三 汽轮机设备及组成 1 汽轮机本体 静止部分 汽缸 隔板 喷嘴 轴承和轴封等 转动部分 叶片 叶轮和轴等 配汽机构 主蒸汽导管 自动主汽门 调节阀等汽轮机的工作过程 蒸汽 喷嘴 冲动叶片转动2 调节保安油系统 调速器 油泵 油箱等3 凝汽及抽气设备 凝汽器 凝结水泵 抽气器 循环水泵和冷却塔等4 回热加热系统 高 低压加热器和除氧器等 song 13 5 汽轮机分类与型号 汽轮机分类 按热力过程 凝汽式N 背压式B 调整抽汽式CC 中间再热式汽轮机 汽轮机的型号 如N200 130 535 535N300 16 7 538 5386 汽轮发电机与励磁机转子 有良好导磁性能的合金钢制成 绕组外接直流励磁电源 产生磁场 氢 水 内冷定子 由铁芯 绕组和外壳等组成 铁芯由环形硅钢片叠压而成 水内冷励磁机 向发电机转子绕组提供直流励磁电源 song 14 四 发电厂热力系统 1 锅炉汽水系统 主给水管 给水操作台 省煤器 汽包 下降管 下联箱 水冷壁 汽包 过热器 锅炉主汽门 或集汽联箱 出口 2 主蒸汽系统及再热蒸汽系统 主蒸汽 锅炉主汽门 或集汽联箱 主蒸汽管 汽机自动主汽门之前 再热蒸汽 汽机高压缸出口 再热器冷段管 再热器 再热器热段管 汽机中压缸进口 song 15 3 主凝结水系统 凝汽器 凝结水泵 轴封冷却器 低加 除氧器 4 除氧器系统 除氧器及其相连的所有管路和附件 安全门 水位计等 5 主给水系统 除氧水箱下水管 低压给水管 给水泵 高压给水管 高加 主给水管 6 回热抽汽系统和加热器疏水系统 汽机抽汽管路 各回热加热器 高加 低加 除氧器 疏水管路 疏水回收设备 示意图 300MW图 song 16 7 抽空气系统 低压加热器 凝结水泵 凝汽器 抽真空设备和系统 8 循环冷却水系统循环水进水管 凝汽器 循环水出水管 汽机车间范围内 9 排污利用系统锅炉汽包 连续排污管 连续排污扩容器 汽 除氧器下联箱 定排污管 水 定期排污扩容器 song 17 10 辅助蒸汽系统及补充水系统 1 辅助蒸汽联箱及其相连接的管路和设备 2 化学车间除盐水箱 补水箱 补水泵 凝汽器 或除氧器或疏水箱 11 锅炉燃烧系统分析燃运系统 制粉系统 风烟系统 灰渣系统 song 18 五 发电厂的主要经济指标 1 汽轮发电机组的汽耗率d0 机组每发1KW h的电所消耗的蒸汽量 200MW机组在3kg kw h左右 2 汽轮发电机组的热耗率q 机组每发1KW h的电所消耗的蒸汽量 200MW机组在8400kJ kw h左右 3 发电厂总效率 PL 电厂发出的电能与所消耗的燃料总能量 200MW机组在34 左右 song 19 4 发电煤耗率 发电厂每发1KW h的电所需的煤耗量 标准煤耗率 发电厂每发1KW h的电所需的标准煤耗量 我国在300 420g标煤 kw h 5 厂用电率 厂用电占总发电量的百分率 大约在5 10 之内 6 供电标准煤耗率 扣除厂用电的标准煤耗率7 提高电厂热效率的措施 song 20 六 高效发电新技术 继续提高超临界火电机组效率洁净煤技术燃气 蒸汽联合循环发电技术燃煤磁流体发电技术空冷发电技术火电厂计算机控制技术 song 21 6 1发展超临界参数的大容量火电机组国外第一台超临界机组投运至今 已有近40年的历史 目前超临界机组最大单机容量为1300MW 在美国 日本及俄国 超临界机组占火电容量的50 以上 欧洲的超临界机组在技术上也有其独特性和先进性 目前 国际上已经投运了单机在800MW以上火电机组的国家主要有美国 日本 原苏联和德国等 我国超临界机组现已投运或正在安装的有6000MW 有300MW 500MW及600MW机组共10台 都是进口设备 最大单机容量为800MW 正在设计的超临界机组电厂有5400MW 最大单机容量为900MW 也主要是进口设备 目前国内还不具备整套设计和制造超临界机组的能力 河南华能沁北电厂2 600MW工程作为国产超临界机组示范电站 主机招标锅炉由东方锅炉厂中标 汽轮发电机组由哈尔滨动力集团中标 该工程于2002年8月动工 目前正在进行施工设计 song 22 超临界机组发展简史 世界第一台 1956年德国 88MW 34MPa 610 570 570 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 325MW 34 6MPa 649 566 566 1960投产 song 23 国内部分投产及在建超临界机组情况表 song 24 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 可靠性好 环保指标先进 可复合变压运行 调峰性能好 1 在低负伤时效率高 2 具有良好的启动性能 3 具有良好的负荷适应性 蒸汽压力高 蒸汽比容小 汽轮机叶片短 加之级问压差大 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 song 25 6 2建设有大容量火电机组群的大电厂 世界上2000MW以上大型火电厂有82座 其中4000MW以上的5座 3001MW 4000MW的24座2501 3000MW的24座 2000 2500删的有29座 世界最大的燃褐煤和燃烟煤的火电厂分别是波兰的贝尔哈托夫电厂和南非的肯达尔电厂 最大的燃气和燃油电厂分别是俄罗斯的苏尔古特第二火电厂和日本鹿岛火电厂 其装机容量分别为4320MW 4116MW 4800MW和4400MW我国目前最大的火力发电厂 浙江北仑发电厂终于全面建成 该厂总装机容量达300万千瓦 共6台600MW机组 song 26 6 3燃气 蒸汽联合循环 CombinedCvcle 简称CC或GTCC 联合循环就是把在中低温区工作的蒸汽轮机的朗肯 Rankine 循环和在高温区工作的燃气轮机的布雷登 Brayton 循环的叠置 组成一个总能系统循环 由于它有很高的燃气初温 1200 1500 和蒸汽作功后很低的终温 30 40 实现了热能的梯级利用 使总的循环效率很高 song 27 燃油或燃气的联合循环的主要优点 热效率高 目前为50 55 2000年以后渴望达到60 61 低污染 环保性能好 运行灵活 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l00 300美元 kW 汽轮发电机组为600 1000美元 kW 而联合循环发电机组为280 530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60 70 额定负荷 占地少 仅为PC FGD发电厂占地的1 3 节水 为同容量常规电站用水量的1 3 我国大陆以煤为主要发电一次能源 目前联合循环机组容量仅占全国发电容量的1 5 song 28 6 4多联产发电技术 6 4 1热电联产指的是火电机组在发电的同时 用抽汽或背压机组的排汽进行供热 由于实现了热能的梯级利用 其总的能源利用率为80 90 如果联合循环机组用于热电联产 即高作功能力的燃气 1000 以上 在燃气轮机中做功 其排气在余热锅炉中产生中等作功能力的蒸汽 500 以上 驱动汽轮机继续做功 其低作功能力的抽汽或排汽用于工业或生活用汽用热 形成联合循环热电联产 图 其总的能源利用率可达80 90 理论极限为93 热电联产比热电分产可节约能源30 左右 我国有50万台工业锅炉 年耗煤4亿吨 平均容量2 28吨 时 如果其供热量的一半由热电联产供给 则年可节煤1 2亿吨 song 29 6 4 2热电冷三联产 热电冷三联产指锅炉产生的蒸汽在背压汽轮机或抽汽汽轮机发电 其排汽或抽汽 除满足各种热负荷外 还可做吸收式制冷机的工作蒸汽 生产6 8 冷水用于空调或工艺冷却 热电冷三联产的优点 1 蒸汽不在降压或经减温减压后供热 而是先发电 然后用抽汽或排汽满足供热 制冷的需要 可提高能源利用率 2 增大背压机负荷率 增加机组发电 减少冷凝损失 降低煤耗 3 保证生产工艺 改善生活质量 减少从业人员 提高劳动生产率 代替数量大 型式多的分散空调 改善环境景观 避免 热岛 现象 song 30 6 4 3热 电 煤气三联产 煤中挥发份和部分固定碳受热后气化 产生城市煤气供万人城镇民用 焦碳送CFBC锅炉中燃烧产生蒸汽 用于热电联产 此外 在电厂中安装蓄热器回收排热或机组起停过程中排汽 可对热负荷移峰填谷 可增加尖峰发电力出力 提高能源利用率和机组稳定运行水平 还有一种双背压凝汽式汽轮发电机 是通过凝结水串联通过凝汽器的两个部分 形成两个不同的背压 由于改善了蒸汽热负荷的不均匀性 使其平均背压低于传统的单背压汽轮机的背压 可提高循环热效率 song 31 6 5燃气轮机高效热力循环 6 5 1程式双流体热力循环 回注蒸汽的燃气轮机热力循环 指余热锅炉产生的过热蒸汽 与压气机来的高温高压空气一起进入燃烧室 燃料燃烧产生的燃气和被加热到燃气初温的蒸汽 一起进入燃气轮机中作功 形成燃气 蒸汽在同一台燃机中膨胀作功的双流体热力循环 该循环燃机功率增大 循环效率提高 对燃气叶片冷却效果好 没有蒸汽轮机系统 使系统简化 可降低NOx排放 song 32 6 5 2湿空气透平 HAT 循环 蒸发 回热式双流体循环 指软化水经燃机排气加热后喷人压气机出口蒸发器中被高温高压空气蒸发 空气与水蒸汽混合物在回热器中被燃气排气加热后 供给燃烧室 产生的燃气 蒸汽混合物进入燃气轮机作功 由于燃机排气余热的充分利用 可大大提高循环效率 由于燃机工质流量增加 使机组功率也大大增加 由于没有了蒸汽轮机 使系统大为简化 造价仅为余热锅炉型联合循环的50 如果把整体煤气化产生的煤气经净化后供燃烧室燃烧 就形成IGHAT循环 也大大简化系统 节约投资 song 33 6 6煤炭洁净燃烧发电技术 我国预测煤炭资源总量为5 059万亿吨 1500米深度内的煤炭总资源量为4万亿吨 经济可采储量为1145亿吨 在我国 己探明的一次能源储量 折成标准煤 中 煤炭占92 洁净煤技术 CCT CleanCoalTechno1ogy 指的是在利用煤炭发挥一次能源最大作用的同时 污染环境的气 固 液态排放量最少 也可定义为减少污染 提高效率的煤炭开采加工 运输 转化 燃烧 污染控制 综合利用等技术的总称 它是以三E为目标 经济Economics 环境Enviroment 效率Efficieney 是先进 清洁的 绿色煤电 song 34 6 1煤炭清洁 高效利用方法分类 燃烧前处理 源处理 指在开采到用户使用前这一阶段煤的处理方法 燃烧中清洁利用 过程处理 主要指流化床燃烧技术 FBC Fluidized bedCombustion 整体煤气化蒸汽燃气联合循环 IGCC IntegratedGasificationCombinedCycle 整体煤气化燃料电池 IGFC IntegratedGasificationFuelCell 磁流体发电技术 炉内脱硫 炉内喷钙脱硫 喷钙加尾部增湿活化脱硫 炉内脱硝 低NOx燃烧器 低温燃烧 整体分级燃烧 回气再循环 再燃烧技术等 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 song 35 6 2流化床燃烧技术FBC 6 2 1定义及分类把8mm以下的煤粒和脱硫剂石灰石 加入燃烧室床层上 在通过布置在炉底的布风板送出的高速气流作用下 形成流态化翻滚的悬浮层 进行流化燃烧 同时完成脱硫 这种燃烧技术叫流化床燃烧技术 按燃烧室运行压力的不同 分为常压流化床AFBC AtmosphericFluidized bedCombustion 和增压流化床PFBC PressurizedFBC 按流化速度和床料流化状态不同 二者又可分为鼓泡床BFBC BubblingFBC 和循环流化床CFBC CireulaiingFBC song 36 6 2 2流化床燃烧方式的特点 清洁燃烧 低污染排放 环保性能好 燃料适应性强 特别适合于中 低硫煤 燃烧效率高 负荷适应性好 灰渣综合利用好 PFBC还有结构紧凑 锅炉尺寸小的特点 song 37 6 2 3FBC技术的应用及发展情况 1921年弗里茨 温克勤 FritzWink1er 建立了世界第一台小型流化床燃烧试验台 60年代中期 第一台FBC锅炉在美国投入运行 BFBC的 世界之最 为芬兰Rauba1anii热电站的295MW机组 日本竹原电厂2号机 350MW 燃油炉正改为BFBC 届时将成为世界最大BFBC CFBC的最大机组为法国stein公司为法国Gardanne电站改造煤粉炉而制造的一台900t h 配250MW机组 CFBC 2000年实现600MW的CFBC 我国自60年代初开始研究与应用FBC技术 目前国内FBC锅炉制造厂家有22家 410t hCFBC装于四川内江高坝电厂 已于1996年投人生产 国家电力公司在内江正建设一座300MWCFBC锅炉示范电站 song 38 2 增压流化床PFBC 进一步提高高温烟气除尘装置的除尘效率 减少燃机叶片磨损 如研制高效陶瓷过滤器 第二代PFB以2G PFBC 的开发燃气轮机 自动控制装置及PFBC关键设备的国产化 提高脱硫剂利用率 实现低Ca S比下达到高脱硫效率的目的 脱硫 脱硝 床温及Ca S间的最佳配合 开发增压循环流化床PCFB的研究 它运行费用低 适于高硫煤 可降低Ca S PFBC大型化及CFBC CC联合循环的研究 湿式给料机和干渣排出装置的开发 保证最佳粒度匹配 减少渗水量 保证在炉内压力下灰渣的连续稳定排除 song 39 6 3煤整体气化燃气蒸汽联合循环发电技术IGCC 6 3 1发电原理煤经过气化和净化后 固体燃料已转化成清洁气体燃料 以此驱动燃气轮机发电 再用排出的高温燃气进入锅炉 产生蒸汽带动汽轮机发电 形成燃气与蒸汽联合循环发电 图 6 3 2IGCC的特点 1 热效率高 其效率比煤粉炉高10 以上 可达40 50 2 污染排放少 环保性能优良 脱硫率98 99 NOx及CO2排放减少 3 燃料适应性强 同一电站设备可燃用多种燃料 对高硫煤有独特的适应性 4 容量可大型化 单位造价不断降低 5 调峰性能好 起停机时间短 song 40 6 3 3IGCC发展概况 1984年1月美国建成世界最早的商业验证电站一CoolWater电站 该电厂发电出力为120MW 耗资2 62亿美元 现在世界上已建 在建和拟建的IGCC电站近约30座 其中美国拥有15座 居世界之冠 最大的为美国的440MW机组 计划或可研中容量为德国900MW和前苏联1000MW机组 一些发展中国家 如印度 中国也计划建立IGCC示范电站 我国从1994年开始对IGCC示范工程进行预可行性研究 国家电力公司拟在山东烟台电厂建设一座容量为300 400MW的IGCC示范电站 song 41 6 7空冷发电技术 一般汽轮机的排汽进入凝汽器 由循环冷却水对排汽进行冷却 使其凝结成水 这种冷却方式需要大量循环水 一个1000MW大型火电厂每天用水量约500万吨 耗水量约10万吨 相当于一座中等城市的日用水量 在缺水和少水地区 这一水冷方式难以实现 它有直接空冷与间接空冷两种 所谓直接空冷是汽轮机排汽进入空冷散热器 用空气直接冷却排汽 间接冷却是用空气来冷却循环凝结水 再用冷却后的循环凝结水与排汽直接接触冷凝排汽 我国已能自行制造200MW间接空冷机组 并于1993年在内蒙古丰镇电厂投运4台 song 42 6 8核能发电 世界核电发展现状6 1 1蓬勃发展的世界核电 自从1954年苏联第一座5MW试验性核电厂投入运行以来 核电在许多国家和地区已承担基本负荷 目前世界上30多个国家己运行核电机组441座 总装机容量3 6W亿KW 核电已占世界总发电量的20 从已运行的核电站装机容量来看美国居首位 装机容量占全世界的四分之一 其次是法国 日本 德国和俄罗斯 从发展速度来看法国 日本和韩国保持着较高的发展速度 目前法国核能发电量已占总发电量的80 预计到2030年 世界核电站总数将达到1000座 核发电量将占总发电量的三分之一 可以预期在相当长一段时期内核电将成为电力工业的支柱 song 43 我国目前运行和在建的核电站 电站净功率 MWe 商运日期大亚湾19441993 7大亚湾29441994 1田湾110002004 12田湾2100042005 12岭澳19352002 7岭澳29352003 3秦山12791991 12秦山26102002 6秦山36102003 4秦山46652003 2秦山56652003 song 44 核电生产流程 song 45 我国电力工业与国外差距 电气化程度很低1998年我国人均装机0 222kW 人均发电量只有927kWh 为世界平均值的1 3 居世界80位之后 大约是加拿大的1 20 美国的1 14 法国的1 8 还有6000万人左右没有用上电 电能在终端能源消耗中的比例低 发电用煤炭消耗占煤类产量的比例远低于发达国家 单机容量小 供电煤耗高我国200Mw以下机组占火电装机的58 1998年为404g kW h 约比世界先进水平相差60 70g kW h 而且煤耗下降的速度也很慢 原计划每10年下降50g kW h 但7年只下降了15g kW h 未能完成原计划目标 火电装机占发电装机总容量的75 左右 发电量占80 以上 而水电比重偏小 装机只占24 8 水电发电量多年来只占17 18 核电比重则更小 装机和发电量都不到1 电网薄弱 供电可靠性差 实现可持续发展环境问题压力大 song 46 燃煤电厂 song 47 谢谢大家 song 48 回热加热系统简图 song 49