火力發(fā)電基本原理課件

1、火力發(fā)電基本原理火力發(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?；鹆Πl(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

2、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；20

3、06年1-12月，全國火電發(fā)電量為2.3108萬千瓦小時，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2.17108萬千瓦小時，比上年同期增長了16.04%。8月份的火電發(fā)電量最高，為2.39107萬千瓦小時，同比增長了10.19%。 年1-12月，全國火力發(fā)電量累計產(chǎn)量為2.79108萬千瓦小時， 年1-5月，全國火力發(fā)電量累計產(chǎn)量為1.09108萬千瓦小時。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

4、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 （9.9 MPa，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

5、發(fā)電廠 （100MW以下）中容量發(fā)電廠 （100250MW）大中容量發(fā)電廠 （2501000MW）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

6、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

7、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。 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450過熱器鍋爐給水泵換熱器熱網(wǎng)循環(huán)水汽輪機發(fā)電機中溫中壓蒸

8、汽聯(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。這種把熱能轉(zhuǎn)換為電能的百分比，稱為火電廠效率。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臒崮埽换痣姀S所需的能量是通過煤、石油或天然氣等燃料的燃燒得來的?；痣姀S運行的基本要求是保證安全性、經(jīng)濟性和電能的質(zhì)量。保證安全運行的基本要求是：82億千瓦，比2000年增長145%。 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

9、機將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)樵丛床粩嗟南蛲饨巛斔偷碾娔堋?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？燃料化學(xué)能煙氣的熱能工質(zhì)的熱能汽輪發(fā)電機組的機械能 電 能燃燒（鍋爐）傳熱（鍋爐）轉(zhuǎn)換（汽機）轉(zhuǎn)換(發(fā)電機)煤汽輪機鍋爐給水泵換熱器發(fā)電機化學(xué)能熱能機械能電能鍋爐汽輪機發(fā)電機對于單元機組自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要控制方式有：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。82億千瓦，比2000年增長145%。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)

10、系統(tǒng)上采取措施。6、火力發(fā)電廠的運行一、按蒸汽壓力和溫度分滑參數(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。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。這種把熱能轉(zhuǎn)換為電能的百分比，稱為火電廠效率。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；2006年1-12月，全國火電發(fā)電量為2.熱耗由主蒸汽耗熱和再熱耗熱兩部分組成。1 火力發(fā)電基本原理加強燃料管理和設(shè)備的運行管理。就經(jīng)濟性而言，火電廠的運行費用主要是燃料費。二、汽輪機發(fā)電機組的熱經(jīng)濟指標汽輪機水泵換熱器鍋爐鍋 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

11、的熱能動能轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機械能(對外作功過程)換熱器: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)

12、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?；痣姀S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，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?，F(xiàn)

13、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?；瑓?shù)起停?；瑓?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?；瑓?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

14、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

15、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）， 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

16、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

17、，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)濟指標一、鍋爐設(shè)備的熱經(jīng)濟性指標鍋爐熱經(jīng)濟性指標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，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)濟指標汽輪機組的熱經(jīng)濟指標（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