第1章-常规火力发电_火电厂系统及主要设备培训讲稿

火力发电厂概述金振齐教授武汉大学动力机械学院先进能源技术研究所流体机械与动力工程装备技术湖北省重点实验室[e-mail]1898620232013006171972第一章绪论能源•所谓能源，是指能够直接或经过转换而获取某种能量的自然资源。•自然资源：煤、石油、天然气、太阳能、风能、水能、地热能、核能等。•为了便于运输和使用，经上述资源加工可得到一些更符合使用要求的能量来源，如煤气、电力、焦炭、蒸汽、沼气、氢能等。（能源）按获得的方法分类•一次能源，即自然界现实存在的，可供直接利用的能源，如煤、石油、天然气、风能、水能等；•二次能源，即由一次能源直接或间接加工、转换而来的能源，如电、蒸汽、焦炭、煤气、氢等，它们使用方便，易于利用，是高品质的能源。能量•能量——宇宙间一切运动着的物体，都有能量的存在和转化，人类一切活动都与能量及其使用紧密相关。•所谓能量，也就是“产生某种效果（变化）的能力”。反过来说，产生某种效果（变化）必然要伴随能量的消耗和转换。能量的单位•在国际单位制中，能量的单位，功及热量的单位通常都用焦（J）表示；•功率的单位为瓦（W）；•还有千焦（kJ）和千瓦（kW），或兆焦（MJ）或兆瓦（MW）；•在能源研究中还会用到更大的单位，如GW，TW等。能量的单位•在工程应用中，还会见到其它一些单位，如卡、大卡、标准煤当量、标准油当量、百万吨煤当量（Mtce）、百万吨油当量（Mtoe）等。•换算：1卡=4.1868焦；1公斤标准煤当量（kgce）=7000大卡；1公斤标准油当量（kgoe）=10000大卡。人类所认识的六种能量形式•机械能•热能•电能•辐射能•化学能•核能能量一次能二次能水能（机械能）风能（机械能）太阳能（辐射能）核能化石燃料中化学能电能地热能海洋能（机械能、热能）热能生物质燃料中化学能可再生能热能利用大部分一次能以热能形式存在或很容易和方便的转换为热能热能是人类广泛利用的能量形式直接利用间接利用转换为机械能转换为机械能，进一步转换为电能电能的优点：转换方便可实现远距离传输干净使用方便电能的生产本质就是能量的转换，即一次能二次能发电厂的主要类型火电厂：燃料化学能热能锅炉机械能汽轮机电能发电机燃料化学能燃气轮机机械能电能发电机内燃机火力发电厂形式按热机分类：汽轮机发电厂（燃煤、油、气）－凝汽式电厂－热电厂燃气轮机发电厂（燃油、气）内燃机电厂（燃油）联合循环发电厂（燃煤、油、气）核电厂：核燃料核能热能反应堆机械能汽轮机电能发电机水电站：水流的动能或势能水轮机机械能电能发电机此外还有地热发电厂、风力发电厂、太阳能电厂为代表的各种新能源发电厂燃煤火电厂火力发电是指利用煤、石油、天然气等自然界蕴藏量极其丰富的化石燃料发电。近年来，我国电力工业整体规模有大幅度提高。2011年底，燃煤火力发电装机容量达到6亿KW以上，占全国总装机容量的75％左右。根据最新规划，到2020年，风电、光伏发电以及核电总装机容量将分别从3000万千瓦、180万千瓦和4000千瓦大幅调高至1亿千瓦、2000万千瓦和7000万千瓦。但燃煤火电占全部发电能力的比重在70%以上燃煤火电厂类型：凝汽式电厂以及热电厂我国火电厂蒸汽参数系列（以锅炉为准）参数最大连续蒸发量(t/h)发电功率(MW)压力(MPa)温度(℃)2.54002033.945035,656,12130259.9540220,41050,10013.8540/540420,670125,20016.8540/540102530017.5540/5401025,2008300,600*25.4570/5701900600*更高参数605/603℃2060,3033,2952.5,680,1000我国火电技术的发展1.经历了几个阶段：1949年前。发展较慢，发电总装机容量为1850MW；设备倚赖进口；分布不均衡。第一个五年计划期间，前苏联援建的6000KW和1.2万KW机组开始投运；机组采用中参数，压力为3.43MPa，温度为450℃。继后又投运了一批容量为2.5万和５万KW的高压机组。汽轮机进汽压力为8.83MPa，温度为500℃或535℃。解放前只有一台低档的高压机组，而这一时期的高压机组已在全国普遍出现。1956年、1957年陆续投产了国产的6000KW和1.2万KW机组。1958年至“文化大革命”前，中国自制的发电设备获得很大的发展。继中压6000KW和1.2万KW机组之后，又制造了中压2.5万KW机组于1958年投运，以及5万、10万KW高压机组分别在1959年和1960年投运，并首创了双水内冷发电机。中国自行研制的超高压12.5万和20万KW机组以及亚临界压力30万KW机组分别于1969年、1972年以及1974年投运。这些机组都具有中间再热，使中国的火电技术又上了一个台阶。1978年改革开放以来，打破了过去闭门奋斗的状况，摆脱了中国沿袭源于前苏联的技术路线，引进了一批发达国家先进的发电设备和设计制造技术，使我国火电机组的水平上了一个新台阶。作为火电的主力机组仍然是燃煤的常规机组，1980年由机械部和电力部联合向美国引进了亚临界参数30万KW和60万KW机组的设计和制造技术。目前已投运了大量的30万KW和60万KW等级的亚临界参数火力发电机组，包括国产和直接进口的。为了进一步提高火电厂的效率，降低CO2的排放，目前火电常规机组的发展趋势仍向更高的参数发展，即采用超临界和超超临界机组（目前超超临界与超临界的划分界限尚无国际统一的标准，一般认为蒸汽压力大于25MPa蒸汽温度高于580℃称为超超临界）。未来发展方向电力工业发展三个方面：电网、电力用户、电源水电及核电新能源发电先进的火力发电燃气发电先进的燃煤发电对新型火电厂的要求1.高效率2.污染物和温室效应气体排放低3.良好的经济性，即运行成本低4.安全性好5.可靠性高先进的燃煤发电IG-CCPFBC-CC亚临界及超临界火电机组PC炉（采用先进的燃烧技术）+尾部烟气处理装置CFB锅炉燃气发电燃气蒸汽联合循环发电燃煤火电厂主要系统：从能量转换的角度看，火电厂生产过程即燃料的化学能→蒸汽的热势能→机械能→电能。在锅炉中，燃料的化学能转变为蒸汽的热能；在汽轮机中，蒸汽的热能转变为轮子旋转的机械能；在发电机中机械能转变为电能。炉、机、电是火电厂中的主要设备，亦称三大主机。与三大主机相辅工作的设备成为辅助设备或称辅机。主机与辅机及其相连的管道、线路等称为系统。火电厂的主要系统有：电气系统、汽水系统、烟风系统、燃料的卸载、储存、输送系统、循环水系统、水的化学处理系统、灰渣的排放系统、自动控制系统、烟气净化系统（环保系统）等Coal-firedpowerplantschematic燃煤火电厂生产过程燃煤火电厂主要技术经济指标：电厂总效率煤耗率厂用电率年利用小时数热耗率汽耗率年度、月度耗油量电厂总效率gtmoipglplnetarelplBQP3600,B－耗煤量，Kg/hPel－发电功率，KWQar,net－燃料低位发热量，KJ/Kg标准煤耗率hKWg123bpln/标准煤－发热量Qar,net为29270KJ/Kg的煤ηpl－电厂效率典型常规燃煤电厂（采用煤粉锅炉）煤场主厂房锅炉升压变汽轮机、发电机及实现集中控制的主控制室一般都位于主厂房内World‘scoal-firedelectricity:Country2007CoalPowerProd.%ofWorldTotalChina2,656,000GWh32.3%U.S.A.2,118,000GWh25.7%India549,000GWh6.7%Germany311,000GWh3.8%Japan311,000GWh3.8%SouthAfrica247,000GWh3.0%Australia194,000GWh2.4%Korea171,000GWh2.1%Russia170,000GWh2.1%Poland148,000GWh1.8%AllOtherCountries1,353,000GWh16.4%WorldTotal8,228,000GWh100%近年及未来燃煤火电发展较快的国家：ChinaIndiaVietnamIndonesiaSouthAfrica第二章热力系统（汽水系统）过程1-2为预热过程过程2-3为蒸发过程过程3-4为过热过程TS1234定压下水蒸汽形成的过程C1、朗肯循环：（1）组成由一个定压吸热过程、一个绝热过程、一个定温放热以及压缩过程组成；（2）效率:'')(2121a312a3211212hhhhhhhhhhTT1QQ1－－TS朗肯循环C122’3a简单蒸汽动力装置流程图锅炉汽轮机凝汽器给水泵发电机Q1Q2Ts65431ba22、蒸汽再热循环(reheat)1234再热ba3、蒸汽回热循环(regenerative)12361kga45αkg(1-α)kg抽汽去凝汽器冷凝水表面式回热器抽汽冷凝水给水混合式回热器抽汽式回热4、蒸汽抽汽回热循环(1-)kgkg65as43211kgT12361kga45αkg(1-α)kgakg4(1-)kg51kg由于T-s图上各点质量不同，面积不再直接代表热和功5、背压式热电联产(供)循环12'34给水泵热用户汽轮机过热器锅炉背压式缺点：热电互相影响供热参数单一6、抽汽调节式热电联产(供)循环过热器汽轮机发电机锅炉冷却水冷凝器加热器水泵1水泵2调节阀抽汽式热电联供循环,可以自动调节热、电供应比例，以满足不同用户的需要。7、联合循环发电系统流程8、压水堆核电站系统流程9、地热电站系统流程10、高参数、大容量机组热力系统300MW亚临界机组LPIPHP启动分离器省煤器水冷壁末级过热器屏式过热器低温过热器冷凝器启动分离器贮水罐启动排污高压加热器冷凝水泵冷凝水净化器低压加热器除氧器锅炉给水泵给水调节阀启动分离器贮水罐溢流调节阀高压汽机旁路阀低压汽机旁路阀高温再热器低温再热器①②③④高压汽机中压汽机低压汽机600MW超临界机组高压加热器低压加热器除氧器省煤器水冷壁初级过热器再热器给水控制阀锅炉给水泵除氧器低压加热器冷凝水净化器冷凝水泵高压加热器省煤器水冷壁汽水分离器储水罐汽水分离器水位控制阀启动排污低温过热器屏式过热器高温过热器高温再热器高压缸中压缸低压缸冷凝器高压旁路阀疏水阀喷水喷水低压旁路阀HPIP低温再热器喷水喷水LP喷水系统配置合理、运行灵活方便（不带BCP）第三章主要热力设备概述一、锅炉概述电厂燃煤锅炉作用及结构1.作用：利用煤燃烧产生热量，并利用此热量来加热水产生高温、高压水蒸汽。（水蒸气通过主蒸汽管道送入汽轮机并推动其做功）2.锅炉本体结构及主要部件煤粉炉：炉膛、对流烟道、燃烧器、受热面、管道、集箱、汽包、炉墙、平台扶梯构架等循环流化床炉：炉膛、旋风分离器、对流烟道、受热面、管道、集箱、汽包、炉墙、平台扶梯构架等汽包煤粉锅炉结构简图CFB锅炉系统图锅炉生产过程烟风侧（炉侧）燃料及空气送入炉膛，组织燃烧；烟气流经烟道，将热量传递给受热面；烟气引出锅炉汽水侧（锅侧）给水引入省煤器（或锅筒）；依次流经汽包、蒸发受热面（水冷壁、对流管束）、（过热器*）等，加热成蒸汽（热水）煤粉锅炉工作原理图锅炉主要参数蒸发量（容量）每小时产生的蒸汽量，用符号D来代表，单位为t/h蒸汽压力过热蒸汽压力，和代表，单位为MPa再热蒸汽压力，和代表，单位为MPa蒸汽温度过热蒸汽温度，和代表，单位为℃再热蒸汽温度，和代表，单位为℃'grP''grP''zrP'grt''grt''zrt'zrP'zrt我国火电厂锅炉蒸汽参数系列参数最大连续蒸发量(t/h)发电功率(MW)压力(MPa)温度(℃)2.54002033.945035,656,12130259.9540220,41050,10013.8540/540420,670125,20016.8540/5401