电力工程概论-第二章火电

能源与机械工程学院潘卫国2第二章火力发电一火电厂生产过程二锅炉设备三汽轮机设备四火电厂对环境的影响及措施五洁净煤发电技术六蒸汽-燃气联合循环3在火力发电厂的生产过程中存在着三种形式的能量转换：锅炉——燃料的化学能转变为热能；汽轮机——热能转变为机械能；发电机——机械能转变为电能。锅炉、汽轮机和发电机称为火力发电厂的三大主机。第一节火电厂生产过程45火电厂的经济性指标发电热效率：发出电能与燃料供给热量的百分比。大机组一般发电热效率为37%~41%发电煤耗率：每发一千瓦时电所消耗的标准煤量。厂用电率：厂用电量/发电量供电煤耗率：每供一千瓦时电所消耗的标准煤量。（考虑厂用电率）大机组的供电煤耗率一般在312～360g/(千瓦时)例如一个1200MW的中型电厂，煤耗降低10克，每天可节省288吨标准煤。6第二节锅炉设备一.锅炉概述电厂锅炉由锅炉本体和辅助设备组成。电厂锅炉机组是由锅炉本体、辅助系统和附属设备、锅炉附件等构成的。锅炉本体主要包括“锅”和“炉”:“锅”部分：省煤器、汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器、进出口联箱及汽水联通管道等。“炉”部分：炉膛、燃烧器、点火装置、空气预热器、烟道和风道等。此外，锅炉本体还包括用来固定和悬吊锅炉部件、受热面、炉墙等设备的构架(包括平台扶梯)。7辅助系统包括：燃料供应系统、煤粉制备系统、给水系统、通风系统、除尘除灰系统、吹灰系统、水处理系统、测量及控制系统等。各个辅助系统都配有相应的附属设备和控制装置。8910二、锅本体部分汽水流程11二、锅本体部分汽水流程省煤器下降管水冷壁过热器汽轮机高压缸再热器汽轮机中、低压缸汽包下联箱排汽乏汽给水泵12二、锅本体部分1．省煤器省煤器是利用低温烟气加热给水的受热面，用来完成给水吸热的预热阶段，可以降低排烟温度、节省燃料、提高锅炉效率。大容量锅炉一般采用非沸腾式省煤器，即其出口水温低于给水压力下的饱和温度(未饱和水)，给水经省煤器加热后，再进入汽包到水循环系统。省煤器布置在锅炉的尾部烟道中，由许多并列蛇行钢管组成，成水平错列或顺列逆流布置.13142．汽包汽包是自然循环锅炉和控制循环锅炉蒸发设备中的重要部件，是汇集水和饱和蒸汽的一个厚壁圆筒形容器。其上半部是汽空间，下半部是水空问，水空间的高度就是水位。汽包布置在锅炉炉墙外、炉顶部不受热，一般采用优质碳钢或低合金钢制造。大容量锅炉的汽包，直径为1600～1800mm左右、长度与炉膛宽度基本相同。15汽包的主要作用：⑴与下降管、水冷壁等构成水循环回路，接受省煤器来的给水，并向过热器输送饱和蒸汽，是预热、汽化、过热三阶段的连接枢纽；⑵汽包内储存有一定数量的饱和水及饱和汽，具有一定的蓄热能力，故可适应负荷的骤然变化，减缓汽压的波动，有利于锅炉的运行调节；⑶汽包内部有各种设备，进行汽水混和物的分离、清洗蒸汽，保证蒸汽品质。16173．下降管下降管的作用是把汽包中的水连续不断地供给水冷壁，布置在锅炉炉墙外不受热。大容量锅炉采用大直径下降管。4．水冷壁水冷壁是锅炉的蒸发受热面，依靠火焰对其的辐射传热，使未饱和水加热成饱和水，再部分蒸发成蒸汽。水冷壁由许多单排平行管通过上下联箱组成如同墙壁式的受热面，紧贴炉墙，布满炉膛的四周。现在的大容量锅炉均采用膜式水冷壁，可以减轻炉墙的重量和厚度。185．过热器过热器是将汽包引出的饱和蒸汽加热成为具有一定过热度的过热蒸汽的受热面。由于过热器内流经的是高压、高温的过热蒸汽，传热性能差，又处于高温烟气区，过热器的管壁温度高，运行中要严格控制汽温，不允许超温。过热器按换热方式不同，可以分为对流、辐射、半辐射三种型式。19(1)对流过热器对流过热器布置在水平烟道(垂直布置)或竖井烟道人口(水平布置)处，主要以对流换热方式吸收烟气的热量。图1—13所示为蛇形管对流式过热器。对流式过热器按管内蒸汽与管外烟气的相对流向又可分为顺流、逆流和混合流等几种布置方式。在烟温较高区域一般采用顺流布置或先逆流、后顺流的混合流布置，以避免管壁温度过高；在烟温较低区域则采用逆流布置，以获得较好的传热效果。2021(2)半辐射式过热器布置在炉膛出口处折焰角前方或上方的过热器，既能直接吸收炉膛火焰的辐射热又可以吸收烟气通过时的对流热。半辐射式过热器的结构为多片管屏型，如图1—14所示。每片管屏由若干根并联管子绕制并与联箱相焊接而成，联箱中间隔开，以形成进、出口联箱，管屏沿炉膛宽度方向均匀布置，相邻管屏间留有较大的间隔，以形成畅通的烟气通道，2223(3)辐射式过热器辐射式过热器是能够直接吸收炉膛火焰辐射热而无烟气冲刷的过热器。前屏过热器(或称大屏、分隔屏)悬挂在炉膛上前方空间，采用多片管屏型式。顶棚过热器平铺在炉顶的单层直管，管内流过的是过热蒸汽。吸收的热量不多，主要作用是在其上面敷设耐火、保温材料，以形成封闭的轻型炉顶。包覆管过热器是在水平烟道、竖井烟道的炉墙上平铺单层直管，用来提高烟道密封性。顶棚过热器与包覆管过热器都采用膜式结构。不同型号锅炉的过热器系统布置都有差别。246．再热器作用：将汽轮机高压缸的排汽重新加热，使其温度提高后再回到汽轮机中低压缸继续膨胀做功。布置位置：一般在水平烟道，以及炉膛内。壁式辐射再热器：单排管，垂直密排布置在炉膛上部、紧靠前墙和两侧墙水冷壁的向火面，直接吸收炉膛火焰辐射热。后屏再热器——管屏结构；对流再热器——蛇形管结构，悬挂在后屏过热器后面的水平烟道中。25过热器与再热器的布置1－对流式过热器2－屏式半辐射式过热器3－炉顶辐射式过热器4－对流式再热器26三、炉本体部分燃烧系统制粉设备及系统燃烧器水冷壁过热器再热器省煤器空气预热器锅炉本体除尘设备排烟设备送风设备原煤风粉气流一次风二次风含灰烟气烟气细灰灰渣27三、炉本体部分1．炉膛炉膛是由四周水冷壁、炉顶围成的供燃料燃烧的立体空间。作用：A。使燃料的化学能尽可能完善地转换为烟气热能。炉膛温度高：1400摄氏度空间大：燃料完全燃烧。B。控制炉膛出口的烟气温度，保证炉膛出口及其以后受热面的安全。282．燃烧器将燃料及空气送入炉膛的设备。对于燃煤锅炉：煤粉燃烧器——主燃烧器轻油燃烧器——点火重油燃烧器——助燃。煤粉燃烧器的结构和布置方式应保证煤粉和空气进入炉膛后混合充分，着火迅速，燃烧稳定。直流燃烧器:四角布置、切圆燃烧方式。旋流燃烧器：前后墙对冲布置。低NO燃烧器：分级送风、分段燃烧2930313．空气预热器利用锅炉的低温烟气热量来加热燃烧用空气的热交换器。作用：1.降低排烟温度(110－150℃)；2.改善炉内燃料的着火和燃烧减少不完全燃烧损失，提高锅炉效率。大锅炉多采用两台回转式空气预热器，对称布置在省煤器之后，为最后一级受热面，常把空气预热器和省煤器称为尾部受热面。32空气预热器结构示意图33四、锅炉主要辅助设备1．通风设备通风设备由送风机、引风机、风道、烟道、烟囱等组成。送风机的作用：把冷空气经空气预热器提高温度后再送入炉膛。引风机的作用：将炉膛内燃烧生成的烟气经烟道、各受热面及除尘器吸出，再经烟囱排人大气。平衡通风负压锅炉：具有送风机、引风机，炉膛和烟道内呈微小负压。微正压锅炉：仅具有较强通风能力送风机的锅炉，其炉膛和烟道内的压力稍大于环境压力。342．除尘设备大锅炉常用干式静电除尘器。(效率大于99％)，清除排烟中的飞灰，减少对环境的污染。3．制粉设备作用:将原煤磨成合格的煤粉连续不断地供给锅炉，并根据锅炉负荷的需要随时调节燃料量的大小。制粉系统有直吹式和中间储仓式两种:直吹式制粉系统:磨煤机出口的煤粉与空气混合物由排粉风机直接送入炉膛内燃烧；中间储仓式制粉系统:磨煤机出口的煤粉与空气混合物由排粉机先进入旋风分离器，利用离心力将煤粉从空气中分离出来，储存在煤粉仓，再通过给粉机送入炉膛。35五、锅炉设备的规范和型号锅炉设备的生产能力、产品规范及运行效益通常用下列特性指标表明。1．蒸发量蒸发量亦称锅炉容量，指锅炉在安全经济条件下连续正常生产时每小时所生产的蒸汽量，亦即锅炉过热器出口的蒸汽流量。额定蒸发量：额定工况工况下每小时的产汽量；最大连续蒸发量：最大连续工况下每小时的产汽量。通常所说的锅炉容量是指最大连续蒸发量。36五、锅炉设备的规范和型号2.蒸汽参数锅炉蒸汽参数是说明锅炉蒸汽规范的特性数据，一般指锅炉过热器出口处的蒸汽温度和蒸汽压力(表压力)，分别用符号P和t表示，单位分别为MPa和℃。3．锅炉效率锅炉热效率是指锅炉有效吸热量占锅炉燃料输入热量的百分比，说明燃料热量的有效利用程度。目前大型锅炉的热效率一般都在90％以上。374.锅炉型号指锅炉产品的容量、参数、性能和规格，常用一组规定的符号和数字来表示。我国电厂锅炉型号一般用四组字码表示，其表达形式如下：AA一×××／×××一×××／×××一△×SG—1025／18.3—555／555—M8第一组符号是制造厂家(HG表示哈尔滨锅炉厂，SG表示上海锅炉厂，DG表示东方锅炉厂)；第二组数字分子是锅炉容量，单位t／h，分母数字为锅炉出口过热蒸汽压力，单位MPa；第三组数字分子分母分别表示过热蒸汽温度和再热蒸汽温度，单位℃；第四组，符号表示燃料代号，而数字表示锅炉设计序号。煤、油、气的燃料代号分别是M、Y、Q，其他燃料代号是T。3825.76542/568276.2280090027.9605/6032972955100022.129MPa39六.锅炉分类锅炉的分类方法很多，主要有以下几种。1．按锅炉容量分类2．按锅炉的蒸汽压力分类我国300MW火力发电机组的锅炉绝大多数采用亚临界参数，只有少数采用超临界参数。亚临界压力锅炉都采用中间过热，即都装设有再热器。3．按炉内燃烧方式分类锅炉有四种不同的燃烧方式：室燃炉、层燃炉、旋风炉、和循环流化床炉。大型电厂锅炉通常采用室燃炉和循环流化床炉。(1)室燃炉燃料以粉状、雾状或气态随同空气喷入炉膛中进行燃烧的方式称为火室燃烧方式，用火室燃烧方式来组织燃烧的锅炉称为室燃炉。如果是燃用煤的话，则称为煤粉炉。40(2)循环流化床炉流化床燃烧方式就是燃料颗粒在大于临界风速(由固定床转化为流化床的风速)的空气流速作用下，在流化床上呈沸腾状态的燃烧方式。循环流化床锅炉性能在很多方面都可与煤粉炉相比美，在减少污染方面还优于煤粉炉。在我国，电站锅炉以燃煤为主，而且主要是劣质煤，燃料量的增大会引起更大的环境污染问题，因此促进了此类锅炉的发展。41424．按锅炉蒸发受热面内工质的流动方式分类按工质在蒸发受热面内的流动方式可以将锅炉分成：自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉和复合循环锅炉。(1)自然循环锅炉蒸发受热面内的工质，依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合物之间的密度差所产生的压力差进行循环的锅炉，称为自然循环锅炉。(2)控制循环锅炉控制循环锅炉都是在自然循环锅炉的基础上发展起来的，蒸发受热面内的工质除了依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合物之间的密度差所产生的压力差以外，主要依靠锅水循环泵的压头进行循环的锅炉，称为控制循环锅炉。43(3)直流锅炉给水靠给水泵的压头，一次通过锅炉各受热面产生蒸汽的锅炉，称为直流锅炉。直流锅炉的特点是没有汽包，整台锅炉由许多管子并联，然后用联箱连接串联组成。在给水泵压头的作用下，工质依顺序一次通过加热、蒸发和过热受热面。进口的工质是水，出口工质则是符合设计要求的过热蒸汽。由于所有受热面内工质流动是靠给水泵的压头来推动的，所以在直流锅炉中，受热面中工质都是强制流动。直流锅炉既可用于临界压力以下的锅炉，又可用于临界压力以上的锅炉，而超临界压力时只能采用直流锅炉。4445第三节汽轮机设备一、汽轮机的工作原理及工作过程二、汽轮机设备的组成三、汽轮机本体主要结构四、汽轮机的调节与保护系统五、汽轮机的主要辅助设备六、汽轮机的分类和型号46第三节汽轮机设备一、汽轮机的工作原理及工作过程汽轮机、燃气轮机、水轮机等都是涡轮机