電廠火力發(fā)電廠的基本原理.ppt

第二章火力發(fā)電 一 火力發(fā)電基本原理 二 鍋爐設(shè)備 三 汽輪機設(shè)備 目錄結(jié)構(gòu) 四 熱力系統(tǒng)及輔助設(shè)備 五 火力發(fā)電廠投資 評估和使用 第二章火力發(fā)電2 1火力發(fā)電基本原理 1 火力發(fā)電廠概述 火力發(fā)電廠是利用化石燃料燃燒釋放的熱能發(fā)電的動力設(shè)施 包括燃料燃燒釋熱 熱能電能轉(zhuǎn)換以及電能輸出的所有設(shè)備 裝置 儀表器件 以及為此目的設(shè)置在特定場所的建筑物 構(gòu)筑物和所有有關(guān)生產(chǎn)和生活的附屬設(shè)施 煤 石油 天然氣 火力發(fā)電是利用煤 石油或天然氣等燃料的化學(xué)能來生產(chǎn)電能的 基本生產(chǎn)過程是 燃料在鍋爐中燃燒加熱水使成蒸汽 蒸汽壓力推動汽輪機旋轉(zhuǎn) 然后汽輪機帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn) 將機械能轉(zhuǎn)變成電能 火力發(fā)電是現(xiàn)在電力發(fā)展的主力軍 十五 期間中國火電建設(shè)項目發(fā)展迅猛 2001年至2005年8月 經(jīng)國家環(huán)?？偩謱徟幕痣婍椖窟_472個 裝機容量達344382MW 其中2004年審批項目135個 裝機容量107590MW 比上年增長207 2005年1至8月份 審批項目213個 裝機容量168546MW 同比增長420 如果這些火電項目全部投產(chǎn) 屆時中國火電裝機容量將達5 82億千瓦 比2000年增長145 2 我國電力發(fā)展?fàn)顩r 2006年12月 全國火電發(fā)電量繼續(xù)保持快速增長 但增速有所回落 隨著冬季取暖用電的增長 火電發(fā)電量環(huán)比增長較快 當(dāng)月全國共完成火電發(fā)電量2266億千瓦時 同比增長15 5 12月份與上月相比火電發(fā)電量增加223億千瓦時 環(huán)比增長10 9 但增速同比回落1個百分點 環(huán)比回落3 3個百分點 2006年1 12月 全國火電發(fā)電量為2 3 108萬千瓦小時 同比增長15 8 增速高于2005年同期3 3個百分點 2 我國電力發(fā)展?fàn)顩r 2007年1 10月 全國火電發(fā)電量為2 17 108萬千瓦小時 比上年同期增長了16 04 8月份的火電發(fā)電量最高 為2 39 107萬千瓦小時 同比增長了10 19 2008年1 12月 全國火力發(fā)電量累計產(chǎn)量為2 79 108萬千瓦小時 2009年1 5月 全國火力發(fā)電量累計產(chǎn)量為1 09 108萬千瓦小時 2 我國電力發(fā)展?fàn)顩r 雖然當(dāng)前火電發(fā)展增速減慢 但長遠來看 在環(huán)保技術(shù)進步 發(fā)電成本降低 電力需求增加等積極因素的推動下 火電行業(yè)未來發(fā)展前景較為樂觀 現(xiàn)在在中國已有部分核電機組 但我國煤炭豐富 電力偏緊的資源特征決定了今后相當(dāng)長一段時間內(nèi) 火力發(fā)電仍將在電力工業(yè)中占據(jù)重要地位 但火電技術(shù)必須不斷提高發(fā)展 才能適應(yīng)和諧社會的要求 在現(xiàn)在提出和諧社會 循環(huán)經(jīng)濟的環(huán)境中 我們在提高火電技術(shù)的方向上要著重考慮電力對環(huán)境的影響 對不可再生能源的影響 2 我國電力發(fā)展?fàn)顩r 3 火力發(fā)電廠分類 一 按蒸汽壓力和溫度分中低壓發(fā)電廠 3 92MPa 450度 高壓發(fā)電廠 9 9MPa 540度 超高壓發(fā)電廠 13 83MPa 540度 亞臨界壓力發(fā)電廠 16 77MPa 540度 超臨界壓力發(fā)電廠 22 11MPa 550度 二 按發(fā)電廠裝機容量分小容量發(fā)電廠 100MW以下 中容量發(fā)電廠 100 250MW 大中容量發(fā)電廠 250 1000MW 大容量發(fā)電廠 1000MW以上 3 火力發(fā)電廠分類 三 按燃料分燃煤發(fā)電廠 燃油發(fā)電廠 燃氣發(fā)電廠 余熱發(fā)電廠 以垃圾及工業(yè)廢料為燃料的發(fā)電廠 四 按原動機分凝氣式汽輪機發(fā)電廠 燃氣輪機發(fā)電廠 內(nèi)燃機發(fā)電廠 蒸汽 燃氣輪機發(fā)電廠等 五 按輸出能源分凝汽式發(fā)電廠 只發(fā)電 熱電廠 發(fā)電兼供熱 六 按服務(wù)規(guī)模分區(qū)域性火電廠 裝機容量較大 一般建造在燃料基地如大型煤礦附近 這類電廠又稱為坑口電廠 其電能通過長距離的輸電線路供給用戶地方性火電廠 多建造在負荷中心 需經(jīng)長距離運進燃料 它生產(chǎn)的電能供給比較集中的用戶 4 火力發(fā)電廠組成 現(xiàn)代化的火電廠是一個龐大而又復(fù)雜的生產(chǎn)電能與熱能的工廠 它由下列5個系統(tǒng)組成 燃料系統(tǒng) 完成燃料輸送 儲存 制備的系統(tǒng) 燃煤電廠具有卸煤設(shè)施 煤場 上煤設(shè)施 煤倉 給煤機 磨煤機等設(shè)備 燃油電廠備有油罐 加熱器 油泵 輸油管道等設(shè)備 燃燒系統(tǒng) 完成燃料燃燒過程 使燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為蒸汽熱能的系統(tǒng) 主要有燃燒器 爐膛 送風(fēng)機 引風(fēng)機 除塵器 除灰設(shè)備等 4 火力發(fā)電廠組成 汽水系統(tǒng) 完成蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機械能的系統(tǒng) 主要有鍋爐的汽水部分 汽輪機及其輔助設(shè)備 如凝汽器 除氧器 回水加熱器 給水泵 循環(huán)水泵 冷卻設(shè)備等 電氣系統(tǒng) 完成機械能轉(zhuǎn)化為電能的系統(tǒng) 主要有發(fā)電機 主變壓器 斷路器 隔離開關(guān) 母線等 控制系統(tǒng) 完成生產(chǎn)過程中的參數(shù)測量及自動化監(jiān)控操作的系統(tǒng) 4 火力發(fā)電廠組成 在上述系統(tǒng)的所有設(shè)備中 最主要的設(shè)備是鍋爐 汽輪機和發(fā)電機 三大主機 它們安裝在發(fā)電廠的主廠房內(nèi) 主變壓器和配電設(shè)備一般是安裝在獨立的建筑物內(nèi)和戶外 其他輔助設(shè)備如給水系統(tǒng) 供水設(shè)備 水處理設(shè)備 除塵設(shè)備 燃料儲運設(shè)備等 有的安裝在主廠房內(nèi) 有的則是安裝在輔助建筑中或在露天場地 5 火力發(fā)電廠基本過程 基本生產(chǎn)過程是 燃料在鍋爐中燃燒加熱水使成蒸汽 蒸汽壓力推動汽輪機旋轉(zhuǎn) 然后汽輪機帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn) 將機械能轉(zhuǎn)變成電能 5 火力發(fā)電廠基本過程 首先由鍋爐將燃料燃燒釋放的化學(xué)能通過受熱面使給水加熱 蒸發(fā) 過熱 轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝臒崮?再由汽輪機將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)的機械能 然后由汽輪機帶動發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)樵丛床粩嗟南蛲饨巛斔偷碾娔?5 火力發(fā)電廠基本過程 火力發(fā)電廠生產(chǎn)的電能需要經(jīng)過多次能量轉(zhuǎn)換過程 鍋爐 燃料燃燒產(chǎn)生熱量 將水變成蒸汽 吸熱過程 汽輪機 將蒸汽攜帶的熱能 動能 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機械能 對外作功過程 冷凝器 將作功后的低溫低壓蒸汽凝結(jié)成水 對外放熱過程 水泵 提高水的壓力 將水送入鍋爐 消耗外功 工質(zhì) 水和水蒸汽 5 火力發(fā)電廠基本過程 火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程示意圖1 鍋爐 2 汽輪機 3 發(fā)電機 4 凝汽器 5 凝結(jié)水泵 6 低壓加熱器 7 除氧器 8 給水泵 9 高壓加熱器 10 汽輪機抽氣管道 11 循環(huán)水泵 5 火力發(fā)電廠基本過程 近代火電廠由大量各種各樣的機械裝置和電工設(shè)備所構(gòu)成 為了生產(chǎn)電能和熱能 這些裝置和設(shè)備必須協(xié)調(diào)動作 達到安全經(jīng)濟生產(chǎn)的目的 這項工作就是火電廠的運行 為了保證爐 機 電等主要設(shè)備及各系統(tǒng)的輔助設(shè)備的安全經(jīng)濟運行 就要嚴格執(zhí)行一系列運行規(guī)程和規(guī)章制度 火電廠的運行主要包括3個方面 即起動和停機運行 經(jīng)濟運行 故障與對策 火電廠運行的基本要求是保證安全性 經(jīng)濟性和電能的質(zhì)量 電廠在安全 經(jīng)濟運行的情況下 還要保證電能的質(zhì)量指標(biāo) 即在負荷變化的情況下 通過調(diào)整以保持電壓和頻率的額定值 滿足用戶的要求 6 火力發(fā)電廠的運行 就安全性而言 火電廠如不能安全運行 就會造成人身傷亡 設(shè)備損壞和事故 而且不能連續(xù)向用戶供電 釀成重大經(jīng)濟損失 保證安全運行的基本要求是 設(shè)備制造 安裝 檢修的質(zhì)量要優(yōu)良 遵守調(diào)度指令要求 嚴格按照運行規(guī)程對設(shè)備的啟動與停機以及負荷的調(diào)節(jié)進行操作 監(jiān)視和記錄各項運行參數(shù) 以便盡早發(fā)現(xiàn)運行偏差和異常現(xiàn)象 并及時排除故障 巡回監(jiān)視運行中的設(shè)備及系統(tǒng)是否處于良好狀態(tài) 以便及時發(fā)現(xiàn)故障原因 采取預(yù)防措施 定期測試各項保護裝置 以確保其動作準確 可靠 6 火力發(fā)電廠的運行 就經(jīng)濟性而言 火電廠的運行費用主要是燃料費 因此 采用高效率的運行方式以減少燃料消耗費是非常重要的 滑參數(shù)起停 滑參數(shù)起動可以縮短起動時間 具有傳熱效果好 帶負荷早 汽水損失少等優(yōu)點 滑參數(shù)停機可以使機組快速冷卻 縮短檢修停機時間 提高設(shè)備利用率和經(jīng)濟性 加強燃料管理和設(shè)備的運行管理 定期檢查設(shè)備狀態(tài) 運行工況 進行各種熱平衡和指標(biāo)計算 以便及時采取措施減少熱損失 根據(jù)各類設(shè)備的運行性能及其相互間的協(xié)調(diào) 制約關(guān)系 維持各機組在具有最佳綜合經(jīng)濟效益的工況下運行 在電廠負荷變動時 按照各臺機組間最佳負荷分配方式進行機組出力的增 減調(diào)度 6 火力發(fā)電廠的運行 基本的保護方式有以下3種 聯(lián)鎖保護 當(dāng)某一設(shè)備或工況出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時 相關(guān)聯(lián)的設(shè)備聯(lián)動跳閘 切除有故障的設(shè)備或系統(tǒng) 備用的設(shè)備或系統(tǒng)立即投入運行 繼電器組成的保護 以熱工參量和電氣參量的限值 以及設(shè)備元件的條件聯(lián)系為動作判據(jù) 采用各種繼電器組成保護回路 對某一設(shè)備或系統(tǒng)進行保護 固定的保護裝置 有機械的 電動的保護裝置 如鍋爐的安全門 汽輪機的危急保安器 電機的過電壓保護器等 7 火力發(fā)電廠的保護與控制 近代的單元機組均采用綜合保護連鎖系統(tǒng) 即將機 爐 電的分別保護與單元的整體保護系統(tǒng)相互協(xié)調(diào) 形成一個完善的保護系統(tǒng) 7 火力發(fā)電廠的保護與控制 單元機組 每臺鍋爐向所配汽輪機供汽 汽輪機驅(qū)動發(fā)電機 發(fā)電機所發(fā)電功率直接經(jīng)一臺升壓變壓器送往電力系統(tǒng) 本機組所需廠用電取自發(fā)電機電壓母線 這種機 爐 電縱向聯(lián)系的獨立單元稱單元機組 優(yōu)點 單元機組系統(tǒng)簡單 管道短 管道附件少 投資省 系統(tǒng)本身的事故可能性少 操作方便 便于滑參數(shù)啟停 適合機爐電集中控制 缺點 單元機組任一主設(shè)備發(fā)生故障時 整個單元機組就要被迫停運 當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時 沒有母管的蒸汽容積可利用 鍋爐調(diào)節(jié)反應(yīng)周期較長 會引起汽輪機入口壓力波動 單元機組對負荷的適應(yīng)性受到影響 對電力系統(tǒng)調(diào)頻不利 需要在調(diào)節(jié)系統(tǒng)上采取措施 基本的控制方式有以下3種 就地控制 鍋爐 汽輪機 發(fā)電機及輔助設(shè)備就地單獨進行控制 這種方式適用于小型電廠 集中控制 將鍋爐 汽輪機 發(fā)電機聯(lián)系起來進行集中控制 例如大型電廠采用的機 爐 電單元的集中控制 綜合自動控制 將電廠的整個生產(chǎn)過程作為一個有機整體進行控制 以實現(xiàn)全盤自動化 7 火力發(fā)電廠的保護與控制 對于單元機組自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要控制方式有 鍋爐跟蹤調(diào)節(jié)方式 由電力負荷指令操作調(diào)節(jié)汽輪機的閥門 以控制發(fā)電機的出力 而在鍋爐方面則調(diào)節(jié)燃料輸入 保證其產(chǎn)生的蒸汽在流量和參數(shù)方面滿足汽輪機的需要 汽輪機跟蹤調(diào)節(jié)方式 以電力負荷指令控制燃料的輸入 改變鍋爐出力 對于汽輪機 則通過調(diào)節(jié)汽壓以決定負荷 機 爐協(xié)調(diào)控制方式 將機 爐 電作為一個統(tǒng)一整體進行控制 以機 爐共同調(diào)整機組的負荷來適應(yīng)外界負荷變化的要求 7 火力發(fā)電廠的保護與控制 現(xiàn)代化電廠多采用程序控制 以提高自動化水平 程序控制是將生產(chǎn)過程中大量分散的操作 按輔機與熱力系統(tǒng)的工藝流程劃分為若干有規(guī)律的程序進行控制 并結(jié)合保護 聯(lián)鎖條件 使運行人員通過少數(shù)開關(guān)式按鈕 即可由程控系統(tǒng)自動完成控制系統(tǒng)的操作 隨著計算機應(yīng)用的日益擴大 特別是微機及微處理器的發(fā)展 現(xiàn)代火電廠的自動化已實現(xiàn)以小型機 微機和微處理器為基礎(chǔ)的分層綜合控制方式 7 火力發(fā)電廠的保護與控制 8 凝汽式熱電廠的熱經(jīng)濟指標(biāo) 一 鍋爐設(shè)備的熱經(jīng)濟性指標(biāo)鍋爐熱經(jīng)濟性指標(biāo)主要指鍋爐熱效率和鍋爐熱負荷 鍋爐熱效率是鍋爐吸熱量和燃料放出熱量之比 鍋爐熱負荷是鍋爐主蒸汽熱量和再熱蒸汽熱量之和 對于工業(yè)鍋爐而言 鍋爐熱效率是主要指標(biāo) 鍋爐熱負荷主要是指工藝過程或供暖面積而言 二 汽輪機發(fā)電機組的熱經(jīng)濟指標(biāo)汽輪機組的熱經(jīng)濟指標(biāo) 汽耗 熱耗和機組熱效率 是全廠熱經(jīng)濟性的組成部分 汽耗率為汽耗與發(fā)電量之比 熱耗由主蒸汽耗熱和再熱耗熱兩部分組成 機組熱耗率和相對電效率相互對應(yīng) 三 管道效率主蒸汽在管道中既有節(jié)流損失 又有散熱損失 節(jié)流損失被計算在汽輪機相對內(nèi)效率中 因此 通常所說的管道效率主要