火力发电厂生产基础知识

火力发电厂生产基础知识简介111概论1.1发电厂发电厂是生产电能的工厂，电能是一种高级能源，它有洁净，可远距离输送，便于利用等优点。是国民经济发展中的基础能源。电能又是二次能源，按其利用的一次能源不同可以分为水力发电厂、原子能发电厂(核电站)、地热发电厂、风力发电厂、太阳能发电厂和火力发电厂。火力发电厂的一次能源是燃料的热能。211.2火力发电厂类型1.2.1按燃料分类火力发电厂根据其燃用的燃料不同又可分为不同类型的电厂。燃用煤炭的电厂称为燃煤发电厂；燃用石油(产品)的电厂称为燃油发电厂；燃用天然气、焦炉或高炉煤气的电厂称为燃气发电厂；燃用城市垃圾的电厂称为垃圾发电厂；燃用农作物稭杆的电厂称为稭杆发电厂或生物质发电厂。131.2.2按机组类型分类按发电机组类型分又可分为：机组为汽轮机的汽轮机发电厂；机组为柴油机的柴油机发电厂；机组为燃气轮机的燃气轮机发电厂；机组为燃气轮机和汽轮机的联合循环发电厂。燃煤发电厂的燃料为煤炭，可以烧发热量低的煤或煤矸石，价格比油、气低得多，且资源丰富，故目前我国发电厂采用的机组绝大多数为汽轮机。14燃气蒸汽联合循环系统示意图1516热力学第一定律及其表达式能量守恒定律：各种能量可以相互转换，但它们的总量保持不变。这一规律称为能量守恒与转换定律。能量守恒与转换定律在热力学中即为热力学第一定律：外界给热力系的热量等于热力系的内能增加与热力系对外做功的总和。第一类永动机是不可能制成的。17热力学第二定律热力学第二定律有许多不同的说法。其中一种说法为：任何一个热机，必须有一个热源和一个冷源。第二类永动机是不可能制成的。也就是在热力循环中，工质从热源所吸收的热量不可能全部转变为功，其中一部分不可避免地要传给冷源而造成冷源损失。或者说：热效率永远小于100%。1.3火力发电厂生产过程发电厂的生产过程(能量转换过程)如下：燃料在锅炉内燃烧产生热能，在热力循环中热能转化为功是通过工质作为载体来实现的。一般以水为工质，煤燃烧产生的热能通过锅炉将热力循环的工质——水加热成蒸汽。蒸汽进入汽轮机，通过喷嘴将具有一定压力温度蒸汽的热能转化为动能，再通过汽轮机的叶轮将作直线运动的动能转化为作旋转运动的动能——机械能。然后带动发电机，通过旋转磁场切割导线，使其最终转化为电能。18191.4火力发电厂的热力循环(汽水循环)—朗肯循环热转换成功时，根据热力学第二定律，不但要有一个热源，还要有一个冷源。即不只是从热源吸收热量还要向冷源排放热量。朗肯循环过程：1)定压加热；2)绝热(定熵)膨胀；3)定压冷却；4)绝热(定熵)压缩。水在蒸汽锅炉被加热成蒸汽，从蒸汽锅炉出来的过热蒸汽即所谓新汽进入汽轮机做功。1100→1定压加热过程；1→2绝热膨胀过程；2→3定压冷却过程；3→0绝热压缩过程。1火力发电厂的效率火力发电厂生产过程中，各个环节都有能量损失。如果以电厂锅炉燃用煤的发热量作为100%，则各种参数电厂的能量损失和发电效率如表下所示。火力发电厂各项损失及效率表项目中温中压电厂高温高压电厂超高压电厂(中间再热)超临界压力电厂(中间再热)说明锅炉热损失(%)111098汽轮机的机械损失(%)10.50.50.5发电机损失(%)10.50.50.5管道系统损失(%)110.50.5汽轮机排汽热损失(%)61.557.552.550.5总损失(%)75.569.56360发电全厂热效率(%)24.530.537401.5火力发电厂的主要生产系统火力发电厂的主要生产系统包括：1)汽水系统；2)燃烧系统；3)电气系统。辅助生产系统1)供水系统2)运煤系统3)除灰系统4)锅炉给水处理系统5)厂所电系统6)势力控制系统1121131)汽水系统：汽水系统主要包括锅炉、汽轮机、凝汽器、凝结水泵和给水泵等组成的汽水循环系统、锅炉给水处理系统和冷却水系统。114水在锅炉中被加热后蒸发成饱和蒸汽，经过过热器进一步加热成为过热蒸汽，然后经蒸汽管道送入汽轮机。在汽轮机中，蒸汽不断膨胀，高速流动的蒸汽冲动汽轮机的转子，带动发电机发电，蒸汽在膨胀的过程中压力和温度不断降低，最后排入凝汽器。在凝汽器中，汽轮机的排汽被冷却水冷却，凝结成水。凝汽器下部的凝结水由凝结水泵升压后流经低压加热器和除氧器，提高温度并除去水中的氧(以防止腐蚀炉管等)，再由给水泵进一步升压，然后经高压加热器、省煤器回到锅炉。152)燃烧系统:燃烧系统包括锅炉的燃烧部分及输煤和除灰渣系统等。煤由皮带输送到锅炉房煤斗，进入磨煤机中磨成煤粉，然后与经过预热的空气一起喷入炉膛内燃烧，116烟气经除尘器后由引风机抽出，经烟囱排入大气。炉渣和除尘器下部的细灰通常由灰渣泵排至灰场或综合利用。3)电气系统：发电机发出的电，除电厂自用的厂用电外，由主变压器升压后，经高压配装置和输电线路向外供电。电厂自用部分通常由厂用变压器降低电压后，经厂用配电装置和电缆供厂内各种辅机和检修照明等用电。1172锅炉设备锅炉是生产蒸汽的设备。燃料在锅炉内燃烧，将化学能转变为热能，使水变成蒸汽，经管道送到汽轮机。2.1锅炉的容量锅炉的容量也叫蒸发量，单位是吨/时。锅炉的蒸汽参数就是锅炉出口处过热蒸汽的汽压和汽温。118蒸发量吨/时汽压(兆帕)汽温(℃)配汽轮机容量(万千瓦)炉型353.92(40)4500.6链条炉、煤粉炉653.92(40)4501.2链条炉753.92(40)4501.2煤粉炉1203.92(40)4502.5煤粉炉2403.92(40)4505煤粉炉2209.81(100)5405煤粉炉4109.81(100)54010煤粉炉40013.73(140)555/555*12.5煤粉炉67013.73(140)540/540*20煤粉炉102517.38(177)540/54030煤粉炉181824.2(247)566/56666煤粉炉，直流炉310026.25(268)605/603100煤粉炉，直流炉119国外最大容量的锅炉为4200t/h。2.2锅炉设备的组成锅炉设备由锅炉汽水部分、燃烧部分、锅炉附件和锅炉辅机组成，具体如下：1)汽水部分：锅本体(包括水冷壁、汽包等)、过热器和省煤器。2)燃烧部分：炉本体(炉膛和燃烧设备)、空气预热器。3)锅炉附件：水位计、安全门、吹灰器及防爆门等。4)锅炉辅机：给水泵、制粉设备(磨煤机等)、通风设备(送风机和引风机)和除尘器。由于环保的要求锅炉设备增设了脱硫和脱硝装置。1201212.3汽水部分2.3.1锅本体锅本体的作用是生产饱和蒸汽。按照水流动的方式，锅炉按汽水循环方式分可分为三种型式：1)自然循环锅炉；2)强制循环锅炉；3)直流锅炉。1221)自然循环锅炉自然循环锅炉的蒸发部分包括汽包、水冷壁、联箱，上升管及下降管等，如下图所示。1232)强制循环锅炉多用于亚临界参数锅炉。由于亚临界锅炉汽水比重差小，汽水循环差。为加强汽水循环，在循环中设循环水泵。1242)直流锅炉给水进入锅炉后，流程顺序为：预热段(水温逐渐升高到沸点)→蒸发段(水蒸发成饱和蒸汽)→过热段(饱和蒸汽进一步加热到额定温度)。蒸发段和过热段交界的区域称为过渡区，在过渡区中结束蒸发，开始过热。临界参数：Pc=22.115MPa；tc=374.12℃。1252.3.2省煤器和过热器1)省煤器省煤器由布置在锅炉尾部烟道中的蛇形钢管组成，它的作用是利用烟气余热提高给水温度，可以节约燃料10~15%。2)过热器过热器由合金钢管制成的，有各种不同的型式，布置在炉内适当位置，它的作用是将汽包内的饱和蒸汽进一步加热到额定温度，成为过热蒸汽。1262.4锅炉的燃烧部分2.4.1炉本体(炉膛和燃烧设备)炉膛是由四面炉墙和炉顶组成的燃烧室。炉膛的结构和型式随燃烧设备和燃烧方式而变化。按燃烧方式分，炉型有以下几种。1)链条炉；2)煤粉炉；3)旋风炉；4)循环流化床锅炉。1271)链条炉链条炉装有象加宽了的拖拉机履带似的炉排，由电动机传动。煤连续加在炉排的前部，随炉排向后慢慢移动。煤层的厚度和炉排移动的速度可以调整，使煤在到达炉排末端时刚好烧完，灰渣落入渣斗中。前部的煤，随炉排向后慢慢移动。1282)煤粉炉煤粉炉没有炉排，它烧的是磨得很细的煤粉，由热空气经喷燃器喷入炉膛，这部分空气称为一次风。燃烧时所需大部分空气从一次风四周进入炉膛，称为二次风。煤粉在悬浮状态下着火和燃烧，在炉膛内停留时间很短，一般1.5~3秒。1293)旋风炉在旋风炉中，煤粒或粗煤粉首先在圆筒形的旋风燃烧室中被沿切线方向进入的高速空气(二次风)带着旋转，并在涡旋状态下强烈燃烧。燃烧室内温度非常高(1700℃左右)，被离心力抛向四周并粘附在筒壁上的煤粒燃烧完后，其灰渣呈液态流向出渣口。烟气和部分未烧完的煤粉从旋风燃烧室排出后进入炉膛继续燃烧。1304)循环流化床锅炉循环流化床锅炉是高效、低污染、清洁燃煤型锅炉。其主要特点在于燃料及脱硫剂被作为一次风的空气多次循环，反复地进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈，从而达到脱硫的目的。同时，部分煤空气混合物进入旋风分离器后经J型闸送回炉膛循环燃烧。循环流化床锅炉脱硫效率可达90%，燃烧效率与煤粉炉相近。循环流化床锅炉检修周期比煤粉炉短。1311322.4.2锅炉燃烧器的布置锅炉燃烧器布置型式种类如下：1)四角切圆火焰燃烧型；2)前后炉墙对冲燃烧型；3)“W”型火焰燃烧型。四角切圆火焰燃烧型133前后炉墙对冲燃烧型134135“W”型火焰燃烧型1362.4.3再热式锅炉锅炉的过热蒸汽在汽轮机高压缸做功后再送锅炉，由锅炉再热器加热，加热后再返回汽轮机中压缸继续作功。这种锅炉称为再热式锅炉。超高压及以上参数的锅炉均采用再热式锅炉。2.4.4空气预热器为了提高锅炉效率并改善煤的着火和燃烧条件，供燃烧用的空气首先在空气预热器中利用烟气余热加热到200~400℃。空气温度每提高50℃，排烟温度降低30~40℃，锅炉效率可以提高1.3~2%。空气预热器一般有管式和回转式两种。137管式空气预热器1—烟气进口，2—烟气出口；3—空气进口；4—空气出口；5—低温级空气预热器；6—高温级空气预热器；7、8—风道；9—膨胀补偿接头138回转式空气预热器1—传动装置及止推轴承；2—电动机；3—波形管；4—环向密封；5—空气；6—定位轴承；7—烟气；8—径向密封。1392.5锅炉附件装在锅炉上的附件主要有以下几种:1)水位计：测量锅炉汽包水位有就地和电子式等，；用于测量锅炉水位。2)安全门：防止锅炉超压，阀办上装有弹簧，到一定压力后压缩弹簧，阀门自动打开。3)防爆门：防止炉膛超压，到一定压力自动爆破。4)吹灰器：吹掉锅炉各受热面上的飞灰。1402.6锅炉辅机2.6.1给水泵给水泵的作用是将给水打进锅炉。给水中断可能使锅炉遭受严重损坏，因此对给水泵的可靠性要求很高。给水泵有电动(由电动机传动)和汽动(由专用汽轮机传动)两种。中、小型机组一般采用电动给水泵，运行比较简单、方便。大型机组大多采用汽动给水泵，可以节省厂用电，提高热效率。1412.6.2制粉系统和制粉设备1)制粉系统制粉系统通常有直吹式和储仓式式两种。(1)直吹式在直吹式系统中，磨煤机出口的煤粉、空气混合物由一次风直接送入炉膛内燃烧，没有煤粉贮备。这种系统比较简单，钢材和投资较省，但以前存在磨煤机故障或检修时要影响锅炉出力，可通过设备用容量解决。142(2)储仓式在贮仓式制粉系统中，磨煤机出口的煤粉和空气混合物先进入粗粉分离器,合格的煤粉进入旋风式细粉分离器，利用离心力将煤粉从空气中分离出来，贮存在煤粉仓中。不合格的煤粉送回磨煤机重。储仓中的煤粉通过给粉机和排粉风机送入炉膛燃烧。这种系统运行比较灵活、可靠，但较复杂，耗用钢材及投资较多。目前有了双进双出磨煤机,可一侧运行，可适应锅炉燃料量随负荷变化，已很少采用储仓式系统。1432)制粉设备制粉设备为磨煤机等。煤在磨煤机中，煤被钢球、轧辊、锤子等撞击、挤压、研磨成煤粉，同时被热空气烘干。排粉风机是送粉设备，用于贮仓式制粉系统，它的作用是将煤粉空气混合物输送至炉膛。144145项目低速磨煤机中速磨煤机高速磨煤机常用型式钢球磨煤机球式