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(jī)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(jī)旋轉(zhuǎn) 然后汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn) 將機(jī)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(xiàng)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?xiàng)目達(dá)472個(gè) 裝機(jī)容量達(dá)344382MW 其中2004年審批項(xiàng)目135個(gè) 裝機(jī)容量107590MW 比上年增長207 2005年1至8月份 審批項(xiàng)目213個(gè) 裝機(jī)容量168546MW 同比增長420 如果這些火電項(xiàng)目全部投產(chǎn) 屆時(shí)中國火電裝機(jī)容量將達(dá)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(shí) 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(shí) 環(huán)比增長10 9 但增速同比回落1個(gè)百分點(diǎn) 環(huán)比回落3 3個(gè)百分點(diǎn) 2006年1 12月 全國火電發(fā)電量為2 3 108萬千瓦小時(shí) 同比增長15 8 增速高于2005年同期3 3個(gè)百分點(diǎn) 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(shí) 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(shí) 同比增長了10 19 2008年1 12月 全國火力發(fā)電量累計(jì)產(chǎn)量為2 79 108萬千瓦小時(shí) 2009年1 5月 全國火力發(fā)電量累計(jì)產(chǎn)量為1 09 108萬千瓦小時(shí) 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(yuǎn)來看 在環(huán)保技術(shù)進(jìn)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(jī)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(shí)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(jì)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(jī)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?xì)獍l(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(jī)分凝氣式汽輪機(jī)發(fā)電廠 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠 內(nèi)燃機(jī)發(fā)電廠 蒸汽 燃?xì)廨啓C(jī)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(jī)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(fù)荷中心 需經(jīng)長距離運(yùn)進(jìn)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(gè)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(gè)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(jī) 磨煤機(jī)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(jī) 引風(fēng)機(jī) 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(jī)械能的系統(tǒng) 主要有鍋爐的汽水部分 汽輪機(jī)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(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的系統(tǒng) 主要有發(fā)電機(jī) 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(jī)和發(fā)電機(jī) 三大主機(jī) 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(dú)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(yùn)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(jī)旋轉(zhuǎn) 然后汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn) 將機(jī)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(jī)將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)的機(jī)械能 然后由汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)將機(jī)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(jī) 將蒸汽攜帶的熱能 動能 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jī) 3 發(fā)電機(jī) 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(jī)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(jī)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(dá)到安全經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的目的 這項(xiàng)工作就是火電廠的運(yùn)行 為了保證爐 機(jī) 電等主要設(shè)備及各系統(tǒng)的輔助設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 就要嚴(yán)格執(zhí)行一系列運(yùn)行規(guī)程和規(guī)章制度 火電廠的運(yùn)行主要包括3個(gè)方面 即起動和停機(jī)運(yùn)行 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 故障與對策 火電廠運(yùn)行的基本要求是保證安全性 經(jīng)濟(jì)性和電能的質(zhì)量 電廠在安全 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的情況下 還要保證電能的質(zhì)量指標(biāo) 即在負(fù)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(yùn)行 就安全性而言 火電廠如不能安全運(yùn)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(jì)損失 保證安全運(yùn)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(yán)格按照運(yùn)行規(guī)程對設(shè)備的啟動與停機(jī)以及負(fù)荷的調(diào)節(jié)進(jìn)行操作 監(jiān)視和記錄各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù) 以便盡早發(fā)現(xiàn)運(yùn)行偏差和異?，F(xiàn)象 并及時(shí)排除故障 巡回監(jiān)視運(yùn)行中的設(shè)備及系統(tǒng)是否處于良好狀態(tài) 以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障原因 采取預(yù)防措施 定期測試各項(xiàng)保護(hù)裝置 以確保其動作準(zhǔn)確 可靠 6 火力發(fā)電廠的運(yùn)行 就經(jīng)濟(jì)性而言 火電廠的運(yùn)行費(fèi)用主要是燃料費(fèi) 因此 采用高效率的運(yùn)行方式以減少燃料消耗費(fèi)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(shí)間 具有傳熱效果好 帶負(fù)荷早 汽水損失少等優(yōu)點(diǎn) 滑參數(shù)停機(jī)可以使機(jī)組快速冷卻 縮短檢修停機(jī)時(shí)間 提高設(shè)備利用率和經(jīng)濟(jì)性 加強(qiáng)燃料管理和設(shè)備的運(yùn)行管理 定期檢查設(shè)備狀態(tài) 運(yùn)行工況 進(jìn)行各種熱平衡和指標(biāo)計(jì)算 以便及時(shí)采取措施減少熱損失 根據(jù)各類設(shè)備的運(yùn)行性能及其相互間的協(xié)調(diào) 制約關(guān)系 維持各機(jī)組在具有最佳綜合經(jīng)濟(jì)效益的工況下運(yùn)行 在電廠負(fù)荷變動時(shí) 按照各臺機(jī)組間最佳負(fù)荷分配方式進(jìn)行機(jī)組出力的增 減調(diào)度 6 火力發(fā)電廠的運(yùn)行 基本的保護(hù)方式有以下3種 聯(lián)鎖保護(hù) 當(dāng)某一設(shè)備或工況出現(xiàn)異常現(xiàn)象時(shí) 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(yùn)行 繼電器組成的保護(hù) 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(hù)回路 對某一設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù) 固定的保護(hù)裝置 有機(jī)械的 電動的保護(hù)裝置 如鍋爐的安全門 汽輪機(jī)的危急保安器 電機(jī)的過電壓保護(hù)器等 7 火力發(fā)電廠的保護(hù)與控制 近代的單元機(jī)組均采用綜合保護(hù)連鎖系統(tǒng) 即將機(jī) 爐 電的分別保護(hù)與單元的整體保護(hù)系統(tǒng)相互協(xié)調(diào) 形成一個(gè)完善的保護(hù)系統(tǒng) 7 火力發(fā)電廠的保護(hù)與控制 單元機(jī)組 每臺鍋爐向所配汽輪機(jī)供汽 汽輪機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī) 發(fā)電機(jī)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(jī)組所需廠用電取自發(fā)電機(jī)電壓母線 這種機(jī) 爐 電縱向聯(lián)系的獨(dú)立單元稱單元機(jī)組 優(yōu)點(diǎn) 單元機(jī)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(jī)爐電集中控制 缺點(diǎn) 單元機(jī)組任一主設(shè)備發(fā)生故障時(shí) 整個(gè)單元機(jī)組就要被迫停運(yùn) 當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時(shí) 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(jī)入口壓力波動 單元機(jī)組對負(fù)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(jī) 發(fā)電機(jī)及輔助設(shè)備就地單獨(dú)進(jìn)行控制 這種方式適用于小型電廠 集中控制 將鍋爐 汽輪機(jī) 發(fā)電機(jī)聯(lián)系起來進(jìn)行集中控制 例如大型電廠采用的機(jī) 爐 電單元的集中控制 綜合自動控制 將電廠的整個(gè)生產(chǎn)過程作為一個(gè)有機(jī)整體進(jìn)行控制 以實(shí)現(xiàn)全盤自動化 7 火力發(fā)電廠的保護(hù)與控制 對于單元機(jī)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(fù)荷指令操作調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的閥門 以控制發(fā)電機(jī)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(jī)的需要 汽輪機(jī)跟蹤調(diào)節(jié)方式 以電力負(fù)荷指令控制燃料的輸入 改變鍋爐出力 對于汽輪機(jī) 則通過調(diào)節(jié)汽壓以決定負(fù)荷 機(jī) 爐協(xié)調(diào)控制方式 將機(jī) 爐 電作為一個(gè)統(tǒng)一整體進(jìn)行控制 以機(jī) 爐共同調(diào)整機(jī)組的負(fù)荷來適應(yīng)外界負(fù)荷變化的要求 7 火力發(fā)電廠的保護(hù)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(jī)與熱力系統(tǒng)的工藝流程劃分為若干有規(guī)律的程序進(jìn)行控制 并結(jié)合保護(hù) 聯(lián)鎖條件 使運(yùn)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(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益擴(kuò)大 特別是微機(jī)及微處理器的發(fā)展 現(xiàn)代火電廠的自動化已實(shí)現(xiàn)以小型機(jī) 微機(jī)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(hù)與控制 8 凝汽式熱電廠的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 一 鍋爐設(shè)備的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)鍋爐熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)主要指鍋爐熱效率和鍋爐熱負(fù)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(fù)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(fù)荷主要是指工藝過程或供暖面積而言 二 汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)汽輪機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 汽耗 熱耗和機(jī)組熱效率 是全廠熱經(jīng)濟(jì)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(jī)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(jì)算在汽輪機(jī)相對內(nèi)效率中 因此 通常所說的管道效率主要