第3講 火力發(fā)電原理與設(shè)備

1、火電廠基本知識(shí)火力廠鍋爐設(shè)備火力廠汽機(jī)設(shè)備火電廠熱力系統(tǒng)及輔助設(shè)備現(xiàn)代能源及其發(fā)電設(shè)備現(xiàn)代能源及其發(fā)電設(shè)備 第三講第三講 火力發(fā)電原理與設(shè)備火力發(fā)電原理與設(shè)備第一章 火電廠基本知識(shí)火電廠生產(chǎn)過(guò)程概述熱工轉(zhuǎn)換基本原理熱力學(xué)第二定律水蒸氣的形成過(guò)程蒸汽動(dòng)力循環(huán)火電廠生產(chǎn)過(guò)程火力（燃煤）發(fā)電的主要過(guò)程輸煤系統(tǒng)燃煤運(yùn)輸及預(yù)處理卸煤裝置煤棚混煤罐輸煤棧橋除鐵器碎煤機(jī)制粉系統(tǒng)將原煤磨制成煤粉輸煤皮帶煙風(fēng)系統(tǒng)原煤斗進(jìn)風(fēng)口 送風(fēng)機(jī)空氣預(yù)熱器 磨煤機(jī) 排粉機(jī) 燃燒器爐膛 水冷壁 過(guò)熱器1過(guò)熱器2再熱器省煤器空氣預(yù)熱除塵器 / 脫硫設(shè)備 引風(fēng)機(jī)煙囪大氣水火力（燃煤）發(fā)電的主要過(guò)程及設(shè)備汽水系統(tǒng)省煤器汽包下降管水冷

2、壁汽包過(guò)熱器1過(guò)熱器2水和蒸汽溫度進(jìn)一步升高汽輪機(jī)高壓缸溫度壓力下降再熱器汽輪機(jī)中壓缸溫度升高汽輪機(jī)低壓缸濕蒸汽凝汽器低壓加熱器除氧器給水泵高壓加熱器飽和水溫度升高溫度升高并除氧溫度進(jìn)一步升高火力（燃煤）發(fā)電的主要過(guò)程及設(shè)備輸電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)出線主變壓器高壓電器輸電鐵塔控制系統(tǒng)測(cè)量?jī)x表、傳感器、分布式控制系統(tǒng)（DCS）：TSI、MCS、CCS、ECS 等其他系統(tǒng)除灰系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、制水系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)熱工轉(zhuǎn)換基本原理狀態(tài)參數(shù)3平衡態(tài)變化到另一個(gè)平熱工轉(zhuǎn)換基本原理熱力學(xué)第一定理描述：熱功可以互相轉(zhuǎn)換，但能量守恒QW系統(tǒng)的內(nèi)能=系統(tǒng)吸收的熱量+對(duì)系統(tǒng)做功QU+W（

3、kJ，J ）任何處于平衡態(tài)的熱力學(xué)系統(tǒng)都有一個(gè)狀態(tài)參數(shù)U（內(nèi)能）。系統(tǒng)從一個(gè)系統(tǒng)吸熱內(nèi)能上升+系統(tǒng)對(duì)外界做功衡態(tài)時(shí)，內(nèi)能等于系統(tǒng)吸收的熱量和系統(tǒng)對(duì)外做功之和。任何處于平衡態(tài)的熱力學(xué)系統(tǒng)都有一個(gè)狀態(tài)參數(shù)U（內(nèi)能）。系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)變化到另一個(gè)平衡態(tài)時(shí)，內(nèi)能增加等于系統(tǒng)吸收的熱量減去系統(tǒng)對(duì)外做功。系統(tǒng)吸熱為正，對(duì)外做功為正，內(nèi)能增加為正內(nèi)能是構(gòu)成物質(zhì)的微觀分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和勢(shì)能總和內(nèi)能宏觀表現(xiàn)是溫度（K）的高低，反映了分子運(yùn)動(dòng)的激烈程度平衡狀態(tài)的概念絕對(duì)溫標(biāo)的概念Q熱工轉(zhuǎn)換基本原理開口系能量系統(tǒng)在時(shí)間內(nèi)有mkg工質(zhì)進(jìn)出系統(tǒng)，有熱量Q進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)外做功W壓力為p，截面積為A，比容為v，速度為c，內(nèi)

4、能為U，高度為h截面1: U1p1A1l1 1/2 c12 h1g Q對(duì)于1kg： u1p1 v1 1/2 c12 h1g q截面2: u2p2A2l2 1/2 c22 h2g wU1Wp1p1A1l1c1h1h2熱工轉(zhuǎn)換基本原理焓q在時(shí)間內(nèi)有1kg工質(zhì)進(jìn)出系統(tǒng)w焓是開口系直接取決于熱力狀態(tài)的能量蒸汽及水的焓需要從蒸汽性質(zhì)圖表中查到熱工轉(zhuǎn)換基本原理狀態(tài)參數(shù)圖與熵狀態(tài)參數(shù)的特點(diǎn)膨脹做功 p是動(dòng)力, v是深度熱交換 T是動(dòng)力, s是深度Pw pdvv單位： J/kgN/m2*m3/kgTq TdssJ/kg=K*J/(kg*K)功量和熱量的大小、方向均可在狀態(tài)參數(shù)圖上形象地表達(dá)熱力學(xué)第二定律兩種表

5、達(dá)克勞修斯說(shuō)法不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化開爾文 普朗克說(shuō)法不可能從單一熱源吸取熱量使之完全轉(zhuǎn)變成功而不產(chǎn)生其他影響ColdHot熱力學(xué)第二定律能量的品質(zhì)和傳遞反方向能量不僅有量的多少，還有質(zhì)的高低。熱力學(xué)第一定律只說(shuō)明了能量在量上要守恒，并沒有說(shuō)明能量在“質(zhì)”方面的高低。自然界進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程是有方向性的。不需要外界幫助就能自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程稱為自發(fā)過(guò)程，反之為非自發(fā)過(guò)程。自發(fā)過(guò)程都有一定的方向熱力學(xué)第二定律能量貶值原理熱能不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣嵩谵D(zhuǎn)變?yōu)楣Φ倪^(guò)程中必須有一部分熱能排到環(huán)境中（轉(zhuǎn)變廢能），即必須有冷源熱能的品質(zhì)與其狀態(tài)有關(guān)（溫度t，壓力p）任何狀態(tài)的工質(zhì)的熱能都

6、包含了有用能和無(wú)用能q1wq2熱力學(xué)第二定律熱力循環(huán)絕熱無(wú)摩擦膨脹與壓縮等溫吸熱與放熱（溫差無(wú)限?。└邷?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩矗ɡ湓矗崮艿淖畲笞龉δ芰Γ釞C(jī)的最大效率）兩個(gè)熱源（q1和q2 ）間的熱效率w q1 （q1-q2）q1T1wT2熱力學(xué)第二定律卡諾循環(huán)法國(guó)工程師卡諾（S.Carnot）在深入考察了蒸汽機(jī)工作的基礎(chǔ)上，于1824年提出了一種理想的熱機(jī)工作循環(huán)卡諾循環(huán)。設(shè)一熱機(jī)中有一定量的工質(zhì)，工作在溫度分別為T1和T2的兩個(gè)恒溫?zé)嵩撮g?？ㄖZ循環(huán)由兩個(gè)可逆的定溫過(guò)程和兩個(gè)可逆的絕熱過(guò)程（定熵）組成1796-1832Pv1 4Ts4熱力學(xué)第二定律卡諾循環(huán)的組成1-2定溫吸熱過(guò)程：工質(zhì)在定溫T1下

7、，從高溫?zé)嵩次鼰酫1并作膨脹功Wo2-3定熵膨脹過(guò)程：工質(zhì)在可12逆絕熱條件下膨脹，溫度由T1降到T23-4定溫放熱過(guò)程：工質(zhì)在定溫T1下被壓縮，過(guò)程中將熱量Q2傳給低溫?zé)嵩?4-1定熵壓縮過(guò)程；工質(zhì)在可逆絕熱條件下被壓縮，溫度由T2升高至T1144233123熱力學(xué)第二定律卡諾循環(huán)的效率在整個(gè)循環(huán)中，氣體對(duì)外界做的凈功為W = Q1 - Q2 =1234所包圍面積根據(jù)定義，卡諾熱機(jī)的循環(huán)效率為 W /Q1 （Q1 - Q2 ）/Q1 1- Q2 /Q1因?yàn)?Q1 T1 s ， Q2 T2 s所以 1- T2 / T1熱力學(xué)第二定律卡諾定理在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切可逆卡諾

8、循環(huán)，其效率都相等，而與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切其效率都不可能大于可逆卡諾循環(huán)的效率說(shuō)明的問題要實(shí)現(xiàn)卡諾循環(huán)，必須有高溫和低溫兩個(gè)熱源卡諾循環(huán)的效率只與高、低溫?zé)嵩吹臏囟扔嘘P(guān)，而與工質(zhì)性質(zhì)無(wú)關(guān)提高效率的途徑是提高高溫?zé)嵩吹臏囟然蚪档偷蜏責(zé)嵩吹臏囟龋ê笠环N辦法受到環(huán)境的限制）由于 T1和T20都不可能達(dá)到，因而卡諾循環(huán)的效率總是小于1的，單一熱源熱機(jī)不可能熱力學(xué)第二定律等效卡諾循環(huán)及平均吸熱溫度等效卡諾循環(huán)回?zé)嵫h(huán)平均吸（放）熱溫度任何循環(huán)都可以找到平均吸（放）熱溫度平均吸（放）熱溫度和循環(huán)熱效率的關(guān)系TsTs水蒸氣的形成過(guò)程1kg水在0，p壓力下從過(guò)冷水到過(guò)熱

9、蒸汽的形成過(guò)程T1過(guò)冷水2飽和水3濕蒸汽4飽和蒸汽5過(guò)熱蒸汽1 234 5sT一點(diǎn)水蒸氣的性質(zhì)臨界點(diǎn)：374.15 ，225.16ata兩線飽和水線，飽和蒸汽線三區(qū)未飽和水區(qū)，濕蒸汽區(qū)，過(guò)熱蒸汽區(qū)五點(diǎn)見圖六個(gè)概念飽和溫度過(guò)熱度與過(guò)冷度超臨界（超超臨界）1 234 5s汽化與凝結(jié)干度與濕度定壓吸熱的計(jì)算q=h (kJ/kg)蒸氣動(dòng)力循環(huán) 朗肯循環(huán)的組成T41T413-4，水在水泵中絕熱壓縮4-1，水在鍋爐中定壓吸熱至飽和水繼續(xù)在鍋爐中3232定壓吸熱至過(guò)熱蒸汽1-2，蒸汽在汽輪機(jī)中絕熱膨脹2-3，蒸汽在凝汽器中定卡諾循環(huán)s朗肯循環(huán)s壓（定溫）放熱蒸氣動(dòng)力循環(huán) 朗肯循環(huán)的效率T4312對(duì)于1kg蒸

10、汽：s1發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)鍋爐4凝汽器32T蒸氣動(dòng)力循環(huán) 提高朗肯循環(huán)途徑原則：提高平均吸熱溫度降低放熱溫度減小不可逆損失s提高蒸汽壓力，但受到排汽濕度的限制（汽輪機(jī)不容許）提高蒸汽的溫度，但受到材料的限制降低排汽壓力（溫度），但受到環(huán)境的限制采用再熱采用回?zé)釡p小不可逆損失蒸氣動(dòng)力循環(huán) 回?zé)嵫h(huán)Ti 0從汽輪機(jī)中將一部分做功后的蒸汽抽出來(lái)加熱給水t3i 3t 2i2t 1i1t nin多級(jí)回?zé)峥梢允惯M(jìn)入鍋爐的溫度進(jìn)一步提高回?zé)崾估士涎h(huán)進(jìn)一步接近卡諾循環(huán)，效率得到明顯提高現(xiàn)代化火力發(fā)電廣泛采用回?zé)醫(yī) s 3t s1sT蒸氣動(dòng)力循環(huán) 再熱循環(huán)i0（熱段）irh平均吸熱溫度提高提高蒸汽壓力而不受到排汽濕

11、irc（冷段）度的限制in存在一個(gè)最佳再熱壓力采用多次再熱目前已經(jīng)廣泛采用再熱循環(huán)s第三章 火力發(fā)電廠汽輪機(jī)設(shè)備汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)工作過(guò)程多級(jí)汽輪機(jī)汽輪機(jī)的構(gòu)造汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)與保護(hù)汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)工作過(guò)程基本概念汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)工作過(guò)程蒸汽在噴嘴中的流動(dòng)噴嘴參考速度與焓降的關(guān)系：漸縮噴嘴多級(jí)汽輪機(jī)多級(jí)汽輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)國(guó)產(chǎn)汽輪機(jī)的型號(hào)汽輪機(jī)的損失汽輪機(jī)的功率及效率多級(jí)汽輪機(jī)：由多個(gè)級(jí)組成，重復(fù)級(jí)的工作過(guò)程。流經(jīng)各級(jí)的蒸汽壓力不斷降低，比容不斷增大汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)汽輪機(jī)靜止部分噴嘴、隔板、汽缸軸承、盤車轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)子、葉輪、動(dòng)葉片汽封通流部分汽封、軸封、軸封系統(tǒng)配汽機(jī)構(gòu)高壓主汽門、高壓調(diào)節(jié)汽門、中壓聯(lián)合汽門（主汽門調(diào)節(jié)

12、汽門）汽輪機(jī)高、中壓缸模型汽輪機(jī)低壓缸模型法蘭螺栓孔內(nèi)缸外缸2.噴嘴葉柵和隔板隔板的作用：固定噴嘴葉柵，隔板的固定：直接固定在汽缸內(nèi)壁，或固定在隔板套上，隔板套再固定在汽缸內(nèi)壁上隔板噴嘴葉柵隔板汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)子根據(jù)加工和裝配方式分整鍛轉(zhuǎn)子、套裝轉(zhuǎn)子和焊接轉(zhuǎn)子；包括軸、葉輪和動(dòng)葉片。高中壓轉(zhuǎn)子的吊裝葉頂葉型：葉片的工作部分，構(gòu)成汽流通道葉根：連接葉片和葉輪樅樹型葉根圍帶拉筋圍帶和拉筋的作用：使葉片連接成組，增強(qiáng)葉片的剛度，并改扇振動(dòng)情況第三章 火力廠熱力系統(tǒng)及輔助設(shè)備原則性熱力系統(tǒng)凝汽器真空泵回?zé)峒訜崞鞒跗髟瓌t性熱力系統(tǒng)i0irc（熱段）（冷段）irhin凝汽器冷卻水管（雙/單流程）水室熱

13、井排汽進(jìn)口真空泵水環(huán)式真空泵廣泛應(yīng)用安全、經(jīng)濟(jì)、可靠緊湊、檢修方便回?zé)峒訜崞髌麢C(jī)房運(yùn)行層上的加熱器加熱器內(nèi)部管束除氧器 熱力除氧原理亨利定律當(dāng)液體表面的某氣體與溶解于液體中該氣體處于進(jìn)、出動(dòng)態(tài)平衡時(shí)bo （mgL）道爾頓混合氣體的全壓力等于各組成氣體的分壓力之和is （MPa）1s嚴(yán)格將水加熱到飽和溫度，水蒸氣的分壓力不多加及時(shí)排除水中逸出的氣體使水面的總壓力等于水蒸氣的分壓力氣體水蒸氣除氧器：加熱給水，除去鍋爐給水中的氧氣和其它不凝結(jié)氣體氧氣的危害：腐蝕金屬；增加換熱熱阻除氧頭除氧器水箱冷卻水系統(tǒng)循環(huán)水（冷卻水）供水方式：開式方式（江河湖），閉式方式（冷卻塔）開式冷卻水及 閉式冷卻水系統(tǒng)開式冷卻水系統(tǒng)閉式冷卻水系統(tǒng)練習(xí)題舉例說(shuō)明熱力學(xué)第一定律、第二定律的意義?；痣姀S為何不用卡諾循環(huán)而采用朗肯循環(huán)，畫圖（Ts圖和系統(tǒng)圖）說(shuō)明朗肯循環(huán)由