2.1火力发电基本原理

第二章火力发电一、火力发电基本原理二、锅炉设备三、汽轮机设备目录结构四、热力系统及辅助设备五、火力发电厂投资——评估和使用第二章火力发电2.1火力发电基本原理2.1火力发电基本原理1、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、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。煤、石油、天然气火力发电是利用煤、石油或天然气等燃料的化学能来生产电能的基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧加热水使成蒸汽，蒸汽压力推动汽轮机旋转，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。2.1火力发电基本原理火力发电是现在电力发展的主力军“十五”期间中国火电建设项目发展迅猛。2001年至2005年8月，经国家环保总局审批的火电项目达472个，装机容量达344382MW，其中2004年审批项目135个，装机容量107590MW，比上年增长207%；2005年1至8月份，审批项目213个，装机容量168546MW，同比增长420%。如果这些火电项目全部投产，届时中国火电装机容量将达5.82亿千瓦，比2000年增长145%。2、我国电力发展状况2.1火力发电基本原理2006年12月，全国火电发电量继续保持快速增长，但增速有所回落。随着冬季取暖用电的增长，火电发电量环比增长较快，当月全国共完成火电发电量2266亿千瓦时，同比增长15.5%，12月份与上月相比火电发电量增加223亿千瓦时，环比增长10.9%。但增速同比回落1个百分点，环比回落3.3个百分点；2006年1-12月，全国火电发电量为2.3×108万千瓦小时，同比增长15.8%，增速高于2005年同期3.3个百分点。2、我国电力发展状况2.1火力发电基本原理2007年1-10月，全国火电发电量为2.17×108万千瓦小时，比上年同期增长了16.04%。8月份的火电发电量最高，为2.39×107万千瓦小时，同比增长了10.19%。2008年1-12月，全国火力发电量累计产量为2.79×108万千瓦小时，2009年1-5月，全国火力发电量累计产量为1.09×108万千瓦小时。2、我国电力发展状况2.1火力发电基本原理虽然当前火电发展增速减慢，但长远来看，在环保技术进步、发电成本降低、电力需求增加等积极因素的推动下，火电行业未来发展前景较为乐观。现在在中国已有部分核电机组，但我国煤炭丰富、电力偏紧的资源特征决定了今后相当长一段时间内，火力发电仍将在电力工业中占据重要地位。但火电技术必须不断提高发展，才能适应和谐社会的要求。在现在提出和谐社会，循环经济的环境中，我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的影响，对不可再生能源的影响。2、我国电力发展状况2.1火力发电基本原理3、火力发电厂分类一、按蒸汽压力和温度分中低压发电厂（3.92MPa，450度）高压发电厂（9.9MPa，540度）超高压发电厂（13.83MPa，540度）亚临界压力发电厂（16.77MPa，540度）超临界压力发电厂（22.11MPa，550度）二、按发电厂装机容量分小容量发电厂（100MW以下）中容量发电厂（100~250MW）大中容量发电厂（250~1000MW）大容量发电厂（1000MW以上）2.1火力发电基本原理3、火力发电厂分类三、按燃料分燃煤发电厂，燃油发电厂，燃气发电厂，余热发电厂，以垃圾及工业废料为燃料的发电厂；四、按原动机分凝气式汽轮机发电厂，燃气轮机发电厂，内燃机发电厂，蒸汽—燃气轮机发电厂等；五、按输出能源分凝汽式发电厂（只发电），热电厂（发电兼供热）；六、按服务规模分区域性火电厂：装机容量较大，一般建造在燃料基地如大型煤矿附近。这类电厂又称为坑口电厂，其电能通过长距离的输电线路供给用户地方性火电厂：多建造在负荷中心，需经长距离运进燃料，它生产的电能供给比较集中的用户2.1火力发电基本原理4、火力发电厂组成现代化的火电厂是一个庞大而又复杂的生产电能与热能的工厂。它由下列5个系统组成。燃料系统：完成燃料输送、储存、制备的系统。燃煤电厂具有卸煤设施、煤场、上煤设施、煤仓、给煤机、磨煤机等设备；燃油电厂备有油罐、加热器、油泵、输油管道等设备。燃烧系统：完成燃料燃烧过程，使燃料化学能转化为蒸汽热能的系统。主要有燃烧器、炉膛、送风机、引风机、除尘器、除灰设备等。2.1火力发电基本原理4、火力发电厂组成汽水系统：完成蒸汽热能转化为机械能的系统。主要有锅炉的汽水部分、汽轮机及其辅助设备，如凝汽器、除氧器、回水加热器、给水泵、循环水泵、冷却设备等。电气系统：完成机械能转化为电能的系统。主要有发电机、主变压器、断路器、隔离开关、母线等。控制系统：完成生产过程中的参数测量及自动化监控操作的系统。2.1火力发电基本原理4、火力发电厂组成在上述系统的所有设备中，最主要的设备是锅炉、汽轮机和发电机（三大主机），它们安装在发电厂的主厂房内。主变压器和配电设备一般是安装在独立的建筑物内和户外；其他辅助设备如给水系统、供水设备、水处理设备、除尘设备、燃料储运设备等，有的安装在主厂房内，有的则是安装在辅助建筑中或在露天场地。2.1火力发电基本原理5、火力发电厂基本过程2.1火力发电基本原理基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧加热水使成蒸汽，蒸汽压力推动汽轮机旋转，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。5、火力发电厂基本过程550℃过热器锅炉给水泵冷凝器冷却水汽轮机发电机20℃高温高压蒸汽2.1火力发电基本原理首先由锅炉将燃料燃烧释放的化学能通过受热面使给水加热、蒸发、过热，转变为蒸汽的热能；再由汽轮机将蒸汽的热能转变为高速旋转的机械能，然后由汽轮机带动发电机将机械能转变为源源不断的向外界输送的电能。5、火力发电厂基本过程火力发电厂生产的电能需要经过多次能量转换过程？燃料化学能烟气的热能工质的热能汽轮发电机组的机械能电能燃烧（锅炉）传热（锅炉）转换（汽机）转换(发电机)煤汽轮机锅炉给水泵冷凝器发电机化学能热能机械能电能锅炉汽轮机发电机2.1火力发电基本原理汽轮机水泵冷凝器锅炉锅炉:燃料燃烧产生热量，将水变成蒸汽(吸热过程)汽轮机:将蒸汽携带的热能→动能→转子旋转机械能(对外作功过程)冷凝器:将作功后的低温低压蒸汽凝结成水(对外放热过程)水泵:提高水的压力,将水送入锅炉(消耗外功)工质:水和水蒸汽5、火力发电厂基本过程2.1火力发电基本原理火力发电厂生产过程示意图1-锅炉；2-汽轮机；3-发电机；4-凝汽器；5-凝结水泵；6-低压加热器；7-除氧器；8-给水泵；9-高压加热器；10-汽轮机抽气管道；11-循环水泵5、火力发电厂基本过程2.1火力发电基本原理近代火电厂由大量各种各样的机械装置和电工设备所构成。为了生产电能和热能，这些装置和设备必须协调动作，达到安全经济生产的目的。这项工作就是火电厂的运行。为了保证炉、机、电等主要设备及各系统的辅助设备的安全经济运行，就要严格执行一系列运行规程和规章制度。火电厂的运行主要包括3个方面，即起动和停机运行、经济运行、故障与对策。火电厂运行的基本要求是保证安全性、经济性和电能的质量。电厂在安全、经济运行的情况下，还要保证电能的质量指标，即在负荷变化的情况下，通过调整以保持电压和频率的额定值，满足用户的要求。6、火力发电厂的运行2.1火力发电基本原理就安全性而言，火电厂如不能安全运行，就会造成人身伤亡、设备损坏和事故，而且不能连续向用户供电，酿成重大经济损失。保证安全运行的基本要求是：设备制造、安装、检修的质量要优良；遵守调度指令要求，严格按照运行规程对设备的启动与停机以及负荷的调节进行操作；监视和记录各项运行参数，以便尽早发现运行偏差和异常现象，并及时排除故障；巡回监视运行中的设备及系统是否处于良好状态，以便及时发现故障原因，采取预防措施；定期测试各项保护装置，以确保其动作准确、可靠。6、火力发电厂的运行2.1火力发电基本原理就经济性而言，火电厂的运行费用主要是燃料费。因此，采用高效率的运行方式以减少燃料消耗费是非常重要的。滑参数起停。滑参数起动可以缩短起动时间，具有传热效果好、带负荷早、汽水损失少等优点。滑参数停机可以使机组快速冷却，缩短检修停机时间，提高设备利用率和经济性。加强燃料管理和设备的运行管理。定期检查设备状态、运行工况，进行各种热平衡和指标计算，以便及时采取措施减少热损失。根据各类设备的运行性能及其相互间的协调、制约关系，维持各机组在具有最佳综合经济效益的工况下运行；在电厂负荷变动时，按照各台机组间最佳负荷分配方式进行机组出力的增、减调度。6、火力发电厂的运行2.1火力发电基本原理基本的保护方式有以下3种。联锁保护：当某一设备或工况出现异常现象时，相关联的设备联动跳闸，切除有故障的设备或系统，备用的设备或系统立即投入运行。继电器组成的保护：以热工参量和电气参量的限值，以及设备元件的条件联系为动作判据，采用各种继电器组成保护回路，对某一设备或系统进行保护。固定的保护装置：有机械的、电动的保护装置，如锅炉的安全门、汽轮机的危急保安器、电机的过电压保护器等。7、火力发电厂的保护与控制2.1火力发电基本原理近代的单元机组均采用综合保护连锁系统，即将机、炉、电的分别保护与单元的整体保护系统相互协调，形成一个完善的保护系统。7、火力发电厂的保护与控制单元机组：每台锅炉向所配汽轮机供汽，汽轮机驱动发电机，发电机所发电功率直接经一台升压变压器送往电力系统，本机组所需厂用电取自发电机电压母线，这种机－炉－电纵向联系的独立单元称单元机组。优点：单元机组系统简单（管道短，管道附件少），投资省，系统本身的事故可能性少、操作方便，便于滑参数启停，适合机炉电集中控制。缺点：单元机组任一主设备发生故障时，整个单元机组就要被迫停运。当系统频率发生变化时，没有母管的蒸汽容积可利用，锅炉调节反应周期较长，会引起汽轮机入口压力波动，单元机组对负荷的适应性受到影响，对电力系统调频不利，需要在调节系统上采取措施。2.1火力发电基本原理基本的控制方式有以下3种。就地控制：锅炉、汽轮机、发电机及辅助设备就地单独进行控制。这种方式适用于小型电厂。集中控制：将锅炉、汽轮机、发电机联系起来进行集中控制。例如大型电厂采用的机、炉、电单元的集中控制。综合自动控制：将电厂的整个生产过程作为一个有机整体进行控制，以实现全盘自动化。7、火力发电厂的保护与控制2.1火力发电基本原理对于单元机组自动调节系统的主要控制方式有：锅炉跟踪调节方式：由电力负荷指令操作调节汽轮机的阀门，以控制发电机的出力。而在锅炉方面则调节燃料输入，保证其产生的蒸汽在流量和参数方面满足汽轮机的需要。汽轮机跟踪调节方式：以电力负荷指令控制燃料的输入，改变锅炉出力；对于汽轮机，则通过调节汽压以决定负荷。机、炉协调控制方式：将机、炉、电作为一个统一整体进行控制，以机、炉共同调整机组的负荷来适应外界负荷变化的要求。7、火力发电厂的保护与控制2.1火力发电基本原理现代化电厂多采用程序控制，以提高自动化水平。程序控制是将生产过程中大量分散的操作，按辅机与热力系统的工艺流程划分为若干有规律的程序进行控制，并结合保护、联锁条件，使运行人员通过少数开关式按钮，即可由程控系统自动完成控制系统的操作。随着计算机应用的日益扩大，特别是微机及微处理器的发展，现代火电厂的自动化已实现以小型机、微机和微处理器为基础的分层综合控制方式。7、火力发电厂的保护与控制2.1火力发电基本原理8、凝汽式热电厂的热经济指标一、锅炉设备的热经济性指标锅炉热经济性指标主要指锅炉热效率和锅炉热负荷。锅炉热效率是锅炉吸热量和燃料放出热量之比。锅炉热负荷是锅炉主蒸汽热量和再热蒸汽热量之和。对于工业锅炉而言，锅炉热效率是主要指标，锅炉热负荷主要是指工艺过程或供暖面积而言。二、汽轮机发电机组的热经济指标汽轮机组的热经济指标（汽耗、热耗和机组热效率）是全厂热经济性的组成部分。汽耗率为汽耗