1、火力发电厂基本生产过程第一部分 概 述以煤、石油或天然气作为燃料的发电厂统称为火电厂。山东省的电厂 95%以上是火力发电厂。1、火电厂的分类（1）按燃料分类：燃煤发电厂，即以煤作为燃料的发电厂；邹县、石横青岛等电厂燃油发电厂，即以石油（实际是提取汽油、煤油、柴油后的渣油）为燃料的发电厂；辛电电厂燃气发电厂，即以天然气、煤气等可燃气体为燃料的发电厂；余热发电厂，即用工业企业的各种余热进行发电的发电厂。此外还有利用垃圾及工业废料作燃料的发电厂。（2）按原动机分类：凝汽式汽轮机发电厂、燃汽轮机发电厂、内燃机发电厂和蒸汽-燃汽轮机发电厂等。（3）按供出能源分类：凝汽式发电厂，即只向外供应电能的电厂；热
2、电厂，即同时向外供应电能和热能的电厂。（4）按发电厂总装机容量的多少分类：小容量发电厂，其装机总容量在 100MW 以下的发电厂；中容量发电厂，其装机总容量在 100250MW 范围内的发电厂；大中容量发电厂，其装机总容量在 250600MW 范围内的发电厂；大容量发电厂，其装机总容量在 6001000MW 范围内的发电厂；特大容量发电厂，其装机容量在 1000MW 及以上的发电厂。（5）按蒸汽压力和温度分类：中低压发电厂，其蒸汽压力在 3.92MPa（40kgfcm 2） 、温度为 450的发电厂，单机功率小于 25MW；地方热电厂。高压发电厂，其蒸汽压力一般为 9.9MPa（101kgfc
3、m 2） 、温度为 540的发电厂，单机功率小于 100MW；超高压发电厂，其蒸汽压力一般为 13.83MPa（141kgfcm 2） 、温度为540540的发电厂，单机功率小于 200MW；亚临界压力发电厂，其蒸汽压力一般为 16.77MPa（171 kgfcm 2） 、温度为540540的发电厂，单机功率为 30OMW 直至 1O00MW 不等；超临界压力发电厂，其蒸汽压力大于 22.llMPa（225.6kgfcm 2） 、温度为550550的发电厂，机组功率为 600MW 及以上，德国的施瓦茨电厂。（6）按供电范围分类：区域性发电厂，在电网内运行，承担一定区域性供电的大中型发电厂；孤立
4、发电厂，是不并入电网内，单独运行的发电厂；自备发电厂，由大型企业自己建造，主要供本单位用电的发电厂（一般也与电网相连） 。2、火电厂的生产流程及特点火电厂的种类虽很多，但从能量转换的观点分析，其生产过程却是基本相同的，概括地说是把燃料（煤）中含有的化学能转变为电能的过程。整个生产过程可分为三个阶段： 燃料的化学能在锅炉中转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统； 锅炉产生的蒸汽进入汽轮机，推动汽轮机旋转，将热能转变为机械能，称为汽水系统； 由汽轮机旋转的机械能带动发电机发电，把机械能变为电能，称为电气系统。其基本生产流程为：整个电能生产过程如图 1与水电厂和其他类型的电厂相比，火电
5、厂有如下特点：燃料燃烧的热能 锅炉 高温高压水蒸汽 汽轮机 机械能 发电机 电能 变压器 电力系统的热能凝汽式火电厂生产过程示意图（1）火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定。（2）火电厂建造工期短，一般为水电厂的一半甚至更短。一次性建造投资少，仅为水电厂的一半左右。（3）火电厂耗煤量大，目前发电用煤约占全国煤碳总产量的 25左右，加上运煤费用和大量用水，其生产成本比水力发电要高出 34 倍。（4）火电厂动力设备繁多，发电机组控制操作复杂，厂用电量和运行人员都多于水电厂，运行费用高。（5）汽轮机开、停机过程时间长，耗资大，不宜作为调峰电源用。（6）火电厂对空气和环境的污染大。第二部分 三大
6、系统简介一、燃烧系统燃烧系统由输煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等环节组成，其流程如图 2 所示。（l）运煤。电厂的用煤量是很大的，一座装机容量 43O 万 kW 的现代火力发电厂，煤耗率按 36Ogkw.h 计，每天需用标准煤（每千克煤产生 70O0 卡热量）360（g）120 万（kw）24（h）=10368t。因为电厂燃煤多用劣质煤，且中、小汽轮发电机组的煤耗率在 40O5O0gkwh 左右，所以用煤量会更大。据统计，我国用于发电的煤约占总产量的 14，主要靠铁路运输，约占铁路全部运输量的 4O。为保证电厂安全生产，一般要求电厂贮备十天以上的用煤量。（2）磨煤。用火车或汽车、轮船等将煤运至电厂
7、的储煤场后，经初步筛选处理，用输煤皮带送到锅炉间的原煤仓。煤从原煤仓落入煤斗，由给煤机送入磨煤机磨成煤粉，并经空气预热器来的一次风烘干并带至粗粉分离器。在粉粉分离器中将不合格的粗粉分离返回磨煤机再行磨制，合格的细煤粉被一次风带入旋风分离器，使煤粉与空气分离后进入煤粉仓。（3）锅炉与燃烧。煤粉由可调节的给粉机按锅炉需要送入一次风管，同时由旋风分离器送来的气体（含有约10左右未能分离出的细煤粉） ，由排粉风机提高压头后作为一次风将进入一次风管的煤粉经喷燃器喷入炉膛内燃烧。电厂煤粉炉燃烧系统流程图目前我国新建电厂以 300MW 及以上机组为主。300MW 机组的锅炉蒸发量为 10O0th（亚临界压力
8、） ，采用强制循环（或自然循环）的汽包炉；600MW 机组的锅炉为 200Oth 的（汽包）直流锅炉。在锅炉的四壁上，均匀分布着 4 支或 8 支喷燃器，将煤粉（或燃油、天然气）喷入炉膛，火焰呈旋转状燃烧上升，又称为悬浮燃烧炉。在炉的顶端，有贮水、贮汽的汽包，内有汽水分离装置，炉膛内壁有彼此紧密排列的水冷壁管，炉膛内的高温火焰将水冷壁管内的水加热成汽水混合物上升进入汽包，而炉外下降管则将汽包中的低温水靠自重下降至下连箱与炉内水冷壁管接通，靠炉外冷水下降而炉内水冷壁管中热水自然上升的锅炉叫自然循环汽包炉，而当压力高到16.6617.64MPa 时，水、汽重度差变小，必须在循环回路中加装循环泵，即
9、称为强制循环锅炉。当压力超过1862MPa 时，应采用直流锅炉。（4）风烟系统。送风机将冷风送到空气预热器加热，加热后的气体一部分经磨煤机、排粉风机进人炉膛，另一部分经喷燃器外侧套筒直接进入炉膛。炉膛内燃烧形成的高温烟气，沿烟道经过热器、省煤器、空气预热器逐渐降温，再经除尘器除去 9099（电除尘器可除去 99）的灰尘，经引风机送入烟囱，排向天空。（5）灰渣系统。炉膛内煤粉燃烧后生成的小灰粒，被除尘器收集成细灰排入冲灰沟，燃烧中因结焦形成的大块炉渣，下落到锅炉底部的渣斗内，经过碎渣机破碎后也排入冲灰沟，再经灰渣水泵将细灰和碎炉渣经冲灰管道排往灰场（或用汽车将炉渣运走） 。二、汽水系统火电厂的汽
10、水系统由锅炉、汽轮机、凝汽器、除氧器、加热器等设备及管道构成，包括凝给水系统、再热系统、回热系统、冷却水（循环水）系统和补水系统，如图 3 所示。（1）给水系统。由锅炉产生的过热蒸汽沿主蒸汽管道进入汽轮机，高速流动的蒸汽冲动汽轮机叶片转动，带动发电机旋转产生电能。在汽轮机内作功后的蒸汽，其温度和压力大大降低，最后排入凝汽器并被冷却水冷却凝结成水（称为凝结水） ，汇集在凝汽器的热水井中。凝结水由凝结水泵打至低压加热器中加热，再经除氧器除氧并继续加热。由除氧器出来的水（叫锅炉给水） ，经给水泵升压和高压加热器加热，最后送人锅炉汽包。在现代大型机组中，一般都从汽轮机的某些中间级抽出作过功的部分蒸汽（
11、称为抽汽） ，用以加热给水（叫做给水回热循环） ，或把作过一段功的蒸汽从汽轮机某一中间级全部抽出，送到锅炉的再热器中加热后再引入汽轮机的以后几级中继续做功（叫做再热循环） 。（2）补水系统。在汽水循环过程中总难免有汽、水泄漏等损失，为维持汽水循环的正常进行，必须不断地向系统补充经过化学处理的软化水，这些补给水一般补入除氧器或凝汽器中，即是补水系统。（3）冷却水（循环水）系统。为了将汽轮机中作功后排入凝汽器中的乏汽冷凝成水，需由循环水泵从凉水塔抽取大量的冷却水送入凝汽器，冷却水吸收乏汽的热量后再回到凉水塔冷却，冷却水是循环使用的。这就是冷却水或循环水系统。电厂汽水系统流程示意图三、电气系统发电厂
12、的电气系统，包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电所等，如图 4 所示。发电机的机端电压和电流随着容量的不同而各不相同，一般额定电压在 1020kV 之间，而额定电流可达2OkA。发电机发出的电能，其中一小部分（约占发电机容量的 48） ，由厂用变压器降低电压（一般为 63kV和 400V 两个电压等级）后，经厂用配电装置由电缆供给水泵、送风机、磨煤机等各种辅机和电厂照明等设备用电，称为厂用电（或自用电） 。其余大部分电能，由主变压器升压后，经高压配电装置、输电线路送入电网。发电厂电气系统示意图第三部分 电厂主要设备介绍 锅炉锅炉是火力发电厂中主要设备之一。它的作用是使燃料在炉膛中燃烧放热
13、，并将热量传给工质，以产生一定压力和温度的蒸汽，供汽轮发电机组发电。电厂锅炉与其他行业所用锅炉相比，具有容量大、参数高、结构复杂、自动化程度高等特点。一、电厂锅炉的容量和参数锅炉容量即锅炉的蒸发量，指锅炉每小时所产生的蒸汽量。在保持额定蒸汽压力、额定蒸汽温度、使用设计燃料和规定的热效率情况下，锅炉所能达到的蒸发量称作额定蒸发量。电厂锅炉的额定参数是指额定蒸汽压力和额定蒸汽温度。所谓蒸汽压力和温度是指过热器主汽阀出口处的过热蒸汽压力和温度。对于装有再热器的锅炉，锅炉蒸汽参数还应包括再热蒸汽参数。我国电厂锅炉的蒸汽参数及容量系列如下表所示。我国电厂锅炉的蒸汽参数及容量系列参数蒸汽压力（Mpa）蒸汽
14、温度（） 给水温度（）最大连续蒸发量（MCR）（t/h）发电功率（MW）2.5 400 105 20 3145155 35，65 6，123.9 450165175 130 259.9 540 205225 220，410 50，10013.8 540/540 220250 420，670 125，20016.8 540/540 250280 1025 30017.5 540/540 260290 1025，2008 300，600注蒸汽温度栏中的分子、分母分别为过热蒸汽温度和再热蒸汽温度。二、电厂锅炉的分类1按蒸汽参数分类（1）中压锅炉。压力为 3.822MPa（39kgfcm 2） ，温度
15、为 450。(2)高压锅炉。压力为 610MPa，常用压力为 9.8MPa（100kgfcm 2） ，温度为 540。（3）超高压锅炉。压力为 1014MPa，常用压力为 13.72MPa（14O kgfcm 2） ，温度为 555或 540。（4）亚临界压力锅炉。压力为 1422.2MPa，常用压力为 16.66MPa（170 kgfcm 2） ，温度为 555。（5）超临界压力锅炉。压力大于 22.2MPa（225.65 kgfcm 2） ，温度为 550570。2、按容量分类小型锅炉蒸发量小于 220th。中型锅炉蒸发量为 22O410th。大型锅炉蒸发量不小于 670th。3按燃烧方式
16、分类（l）悬浮燃烧锅炉。燃料在炉膛空间悬浮燃烧，燃烧可为煤粉、油或气体燃料。（2）沸腾燃烧锅炉。固体燃料颗粒在炉排上呈沸腾状态进行燃烧，又称流化床锅炉。4 按排渣方式分类固态排渣锅炉。燃料燃烧生成的灰渣呈固态排出。液态排渣锅炉。燃料燃烧生成的灰渣呈液态排出。5 按循环方式分类按照锅炉蒸发受热面内工质流动的方式可将锅炉分为下列几种，如图所示。（1） 自然循环锅炉，是具有由汽包、下降管和上升管组成的循环回路的锅炉。它依靠下降管和上升管中工质柱重差产生自然循环的动力。 （邹县电厂）（2）强制循环锅炉，是在循环回路下降管上装有强制循环泵，以提高循环动力。 （石横电厂）（3）控制循环锅炉，是在强制循环锅
17、炉的上升管入口加装节流圈，以控制各上升管中的工质流，防止发生循环停滞或倒流等故障。 （石横电厂）（4）直流锅炉是没有循环回路的锅炉，工质一次性通过各受热面变为过热蒸汽。 （施瓦茨电厂）锅炉蒸发受热面内工质流动的几种类型（a）自然循环锅炉；(b)强制循环锅炉；(c)控制循环锅炉(d) 直流锅炉1-给水泵，2-省煤器，3-汽包，4-下降管，5-联箱，6-蒸发受热面，7-过热器，8-循环泵，9-节流圈（5）复合循环锅炉，它具有循环回路和再循环泵，同时具有切换阀门，低负荷时按再循环方式运行，高负荷时切换为直流方式运行，如图所示。也可在全部负荷下以较低的循环倍率进行循环，这种锅炉称作低倍率循环锅炉，如图
18、所示。目前，大型火力发电厂的锅炉多为亚临界压力以上的大型煤粉锅炉。复合循环锅炉（a）全负荷复合循环锅炉；比）部分负荷复合循环锅炉1 一来自给水泵；2 一省煤器；3 一汽水分离器；4 一混合器；5 一蒸发受热面；6 一循环泵；7 一控制阀；8-节流圈；9-去过热器三、锅炉机组基本工作过程各种锅炉的工作都是为了通过燃料燃烧放热和高温烟气与受热面的传热来加热给水，最终使水变为具有一定参数的品质合格的过热蒸汽。水在锅炉中要经过预热、蒸发、过热三个阶段才能变为过热蒸汽。实际上，为了提高蒸汽动力循环的效率，还有第四个阶段，即再过热阶段，即将在汽轮机高压缸膨胀做功后压力和温度都降低了的蒸汽送回锅炉中加热，然
19、后再送到汽轮机低压缸继续做功。为适应这四个变化阶段的需要，锅炉中必须布置相应的受热面，即省煤器、水冷壁、过热器和再热器。过热器和再热器布置在水平烟道和尾部烟道上部，省煤器布置在尾部烟道下部。为了利用烟气余热加热燃烧所需要的空气，常在省煤器后再布置空气预热器。大型锅炉有的在炉膛中增设预热受热面或过热、再热受热面。锅炉机组的基本工作过程是：燃料经制粉系统磨制成粉，送入炉膛中燃烧，使燃料的化学能转变为烟气的热能。高温烟气由炉膛经水平烟道进入尾部烟道，最后从锅炉中排出。锅炉排烟再经过烟气净化系统变为干净的烟气，由风机送入烟囱排入大气中。烟气在锅炉内流动的过程中，将热量以不同的方式传给各种受热面。例如，
20、在炉膛中以辐射方式将热量传给水冷壁，在炉膛烟气出口处以半辐射、半对流方式将热量传给屏式过热器，在水平烟道和尾部烟道以对流方式传给过热器、再热器、省煤气和空气预热器。于是，锅炉给水便经过省煤器、水冷壁、过热器变成过热蒸汽，并把汽轮机高压缸做功后抽回的蒸汽变成再热蒸汽。四、锅炉经济技术指标锅炉的经济技术指标一般用锅炉热效率、钢材消耗率和可靠性来表示。锅炉热效率是指送人锅炉的全部热量被有效利用的百分数。电厂锅炉热效率一般在 90%以上。钢材消耗率是指锅炉单位蒸发量所用的钢材重量，单位为 tth，一般在 2.55tth 范围内。锅炉可靠性用连续运行时数、事故率和可用率来评价。连续运行时数是指两次检修之
21、间的运行时数。目前，国内电厂锅炉连续运行时数可达 400Oh 以上，事故率为 1左右，可用率可达 90。 汽机汽轮机是火力发电厂三大主要设备之一。它是以蒸汽为工质，将热能转变为机械能的高速旋转式原动机。它为发电机的能量转换提供机械能。一、汽轮机的工作原理由锅炉来的蒸汽通过汽轮机时，分别在喷嘴（静叶片）和动叶片中进行能量转换。根据蒸汽在动、静叶片中做功原理不同，汽轮机可分为冲动式和反动式两种。冲动式汽轮机工作原理如图所示。具有一定压力和温度的蒸汽首先在固定不动的喷嘴中膨胀加速，使蒸汽压力和温度降低，部分热能变为动能。从喷嘴喷出的高速汽流以一定的方向进入装在叶轮上的动叶片流道，在动叶片流道中改变速
22、度，产生作用力，推动叶轮和轴转动，使蒸汽的动能转变为轴的机械能。在反动式汽轮机中，蒸汽流过喷嘴和动叶片时，蒸汽不仅在喷嘴中膨胀加速，而且在动叶片中也要继续膨胀，使蒸汽在动叶片流道中的流速提高。当由动叶片流道出口喷出时，蒸汽便给动叶片一个反动力。动叶片同时受到喷嘴出口汽流的冲动力和自身出口汽流的反动力。在这两个力的作用下，动叶片带动叶轮和轮高速旋转，这就是反动式汽轮机的工作原理。冲动式汽轮机工作原理l 一大轴；2 一叶轮；3 一动叶片；4 一喷嘴二、汽轮机设备的组成汽轮机设备包括汽轮机本体、调速保护及油系统、辅助设备和热力系统等。1汽轮机本体汽轮机本体由静止和转动两大部分构成。前者又称“静子”
23、，包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封和轴承等部件；事故率 =运行总时数事故停用小时数事故停用小时数可用率 =统计时间总时数运行总时数事故停用小时数100%100%后者又称“转子” ，包括轴、叶轮和动叶片等部件。2调速保护及油系统汽轮机的调速保护及油系统包括调速器、油泵、调速传动机构、调速汽门、安全保护装置和冷油器等部件。3辅助设备汽轮机的辅助设备有凝汽器、抽汽器、除氧器、加热器和凝结水泵等。4 热力系统汽轮机的热力系统包括主蒸汽系统、给水除氧系统、抽汽回热系统和凝汽系统等。三、汽轮机的分类1按工作原理分类如前所述，按工作原理不同，汽轮机可分为冲动式和反动式两种。2 按热力过程特性分类按照热力过程特性的
24、不同，汽轮机可分为下面四种：（1）凝汽式汽轮机。其特点是在汽轮机中做功后的排汽，在低于大气压力的真空状态下进入凝汽器凝结成水。（2）背压式汽轮机。其特点是在排汽压力高于大气压力的情况下，将排汽供给热用户。（3）中间再热式汽轮机。其特点是在汽轮机高压部分做功后蒸汽全部抽出，送到锅炉再热器中加热，然后回到汽轮机中压部分继续做功。（4）调整抽汽式汽轮机。其特点是从汽轮机的某级抽出部分具有一定压力的蒸汽供热用户使用，排汽仍进入凝汽器。3按主蒸汽参数分类进人汽轮机的蒸汽参数是指蒸汽压力和温度。按不同压力等级可分为：（1）低压汽轮机。主蒸汽压力小于 1.47MPa；（2）中压汽轮机。主蒸汽压力为 l.96
25、3.92MPa；（3）高压汽轮机。主蒸汽压力为 5.889.8MPa；（4）超高压汽轮机。主蒸汽压力为 11.7713.93MPa；（5）亚临界压力汽轮机。主蒸汽压力为 15.6917.65MPa；（6）超临界压力汽轮机。主蒸汽压力大于 22.15MPa；此外，按用途分类有电厂汽轮机、工业汽轮机、船用汽轮机；按汽流方向分类有轴流式、辐流式、周流式汽轮机；按汽缸数目分类有单缸、双缸和多缸汽轮机；按机组转轴数目分类有单铀和双轴汽轮机等。四、汽轮机的型号国产汽轮机的型号采用三组符号加数字来表示。第一组用汉语拼音字母及数字来表示。汉语拼音字母表示汽轮机型式，其后的数字表示汽轮机的额定功率，单位为 MW。第二组表示蒸汽参数。第三组数字表示设计的先后次序。汽轮机型号中蒸汽参数表示法型式 参数表示方法 示例凝汽式 主蒸汽压力/主蒸汽温度 N100-8.83/535中间再热式 主蒸汽压力/主蒸汽温度/中间再热温度 N300-16.7/538/538变型设计次序蒸汽参数额定功率（MW）型式
