火力發(fā)電基本原理

火力發(fā)電基本原理第一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第二章火力發(fā)電

2.1火力發(fā)電基本原理第二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日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(dòng)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(chǎng)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(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，然后汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。第三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日火力發(fā)電是現(xiàn)在電力發(fā)展的主力軍“十五”期間中國(guó)火電建設(shè)項(xiàng)目發(fā)展迅猛。2001年至2005年8月，經(jīng)國(guó)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(zhǎng)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(zhǎng)420%。如果這些火電項(xiàng)目全部投產(chǎn)，屆時(shí)中國(guó)火電裝機(jī)容量將達(dá)5.82億千瓦，比2000年增長(zhǎng)145%。2、我國(guó)電力發(fā)展?fàn)顩r第四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2006年12月，全國(guó)火電發(fā)電量繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)，但增速有所回落。隨著冬季取暖用電的增長(zhǎng)，火電發(fā)電量環(huán)比增長(zhǎng)較快，當(dāng)月全國(guó)共完成火電發(fā)電量2266億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)火電發(fā)電量為2.3×108萬千瓦小時(shí)，同比增長(zhǎng)15.8%，增速高于2005年同期3.3個(gè)百分點(diǎn)。2、我國(guó)電力發(fā)展?fàn)顩r第五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2007年1-10月，全國(guó)火電發(fā)電量為2.17×108萬千瓦小時(shí)，比上年同期增長(zhǎng)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(zhǎng)了10.19%。2008年1-12月，全國(guó)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(guó)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(guó)電力發(fā)展?fàn)顩r第六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日雖然當(dāng)前火電發(fā)展增速減慢，但長(zhǎng)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(dòng)下，火電行業(yè)未來發(fā)展前景較為樂觀?，F(xiàn)在在中國(guó)已有部分核電機(jī)組，但我國(guó)煤炭豐富、電力偏緊的資源特征決定了今后相當(dāng)長(zhǎng)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(huì)的要求。在現(xiàn)在提出和諧社會(huì)，循環(huán)經(jīng)濟(jì)的環(huán)境中，我們?cè)谔岣呋痣娂夹g(shù)的方向上要著重考慮電力對(duì)環(huán)境的影響，對(duì)不可再生能源的影響。2、我國(guó)電力發(fā)展?fàn)顩r第七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日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）第八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日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(dòng)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(zhǎng)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(zhǎng)距離運(yùn)進(jìn)燃料，它生產(chǎn)的電能供給比較集中的用戶第九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日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(chǔ)存、制備的系統(tǒng)。燃煤電廠具有卸煤設(shè)施、煤場(chǎng)、上煤設(shè)施、煤倉(cāng)、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。第十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日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?？刂葡到y(tǒng)：完成生產(chǎn)過程中的參數(shù)測(cè)量及自動(dòng)化監(jiān)控操作的系統(tǒng)。第十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日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?jī)?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(chǔ)運(yùn)設(shè)備等，有的安裝在主廠房?jī)?nèi)，有的則是安裝在輔助建筑中或在露天場(chǎng)地。第十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日5、火力發(fā)電廠基本過程第十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

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(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，然后汽輪機(jī)帶動(dòng)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550℃過熱器鍋爐給水泵冷凝器冷卻水汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)20℃高溫高壓蒸汽第十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日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(dòng)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堋?/p>

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(jī)組的機(jī)械能電能燃燒（鍋爐）傳熱（鍋爐）轉(zhuǎn)換（汽機(jī)）轉(zhuǎn)換(發(fā)電機(jī))煤汽輪機(jī)鍋爐給水泵冷凝器發(fā)電機(jī)化學(xué)能熱能機(jī)械能電能鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)第十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日汽輪機(jī)水泵冷凝器鍋爐鍋爐:燃料燃燒產(chǎn)生熱量，將水變成蒸汽(吸熱過程)汽輪機(jī):將蒸汽攜帶的熱能→動(dòng)能→轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機(jī)械能(對(duì)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(duì)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)電廠基本過程第十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日火力發(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)電廠基本過程第十七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日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(dòng)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?；痣姀S的運(yùn)行主要包括3個(gè)方面，即起動(dòng)和停機(jī)運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、故障與對(duì)策?；痣姀S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)行第十八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日就安全性而言，火電廠如不能安全運(yùn)行，就會(huì)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(duì)設(shè)備的啟動(dòng)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(cè)試各項(xiàng)保護(hù)裝置，以確保其動(dòng)作準(zhǔn)確、可靠。6、火力發(fā)電廠的運(yùn)行第十九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日就經(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?；瑓?shù)起停?；瑓?shù)起動(dòng)可以縮短起動(dòng)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)?；瑓?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(dòng)時(shí)，按照各臺(tái)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)行第二十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日基本的保護(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?，F(xiàn)象時(shí)，相關(guān)聯(lián)的設(shè)備聯(lián)動(dòng)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(dòng)作判據(jù)，采用各種繼電器組成保護(hù)回路，對(duì)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(dòng)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)與控制第二十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日近代的單元機(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(tái)鍋爐向所配汽輪機(jī)供汽，汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)所發(fā)電功率直接經(jīng)一臺(tái)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)：?jiǎn)卧獧C(jī)組系統(tǒng)簡(jiǎn)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)：?jiǎn)卧獧C(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(zhǎng)，會(huì)引起汽輪機(jī)入口壓力波動(dòng)，單元機(jī)組對(duì)負(fù)荷的適應(yīng)性受到影響，對(duì)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。第二十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日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(dòng)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(dòng)化。7、火力發(fā)電廠的保護(hù)與控制第二十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)于單元機(jī)組自動(dòng)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(duì)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)與控制第二十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日現(xiàn)代化電廠多采用程序控制，以提高自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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)與控制第二十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日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