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1、电气专业工程训练 能源综合 2014年4月,训练目的,通过工程训练，让学生了解和熟悉主要发电方式的生产过程与主要设备以及电厂金属材料、电厂水处理和电厂环保方面的相关知识,训练方式与考核,训练方式：教师讲课与参观模型、图片和实物相结合 考核方式：根据学生提交的实习报告评分,训练内容,火力发电生产过程认知 水力发电生产过程认知 核能发电生产过程认知 风力发电生产过程认知 电厂金属材料认知 脱硫与电厂水处理认知,中国能源与电力工业现状,新增绿色发电装机比重大幅上升，发电装机容量首次跃居世界首位 水电装机投产容量比上年大幅增加，水电设备利用小时同比下降 火电完成投资继续下降，火电供电煤耗进一步降低 风
2、电发电量保持高速增长，风电设备利用小时比上年明显提高 并网太阳能发电装机迅猛增长，核电投产两台机组,火力发电生产过程,火力发电过程是将燃烧中的化学能转变为热能（在锅炉中），再将热能转换为机械能（在汽轮机中），机械能再进一步转换为电能（在发电机中）的过程,火力发电生产过程,从煤矿运抵电厂的煤先由斗轮机输煤皮带送到煤粉仓，再由煤斗进入磨煤机被磨成煤粉，经过给粉机在热空气的输送下，经过喷燃器进入燃烧室燃烧。在燃烧室内煤粉着火燃烧并放出热量，加热水产生蒸汽，然后通过主蒸汽管道及主汽阀送入汽轮机 进入汽轮机的蒸汽膨胀做功，推动汽轮机转子旋转，将热能转变为机械能，带动发电机旋转，将机械能变为电能,火力发电
3、生产过程,在汽轮机中做功后的蒸汽进入凝汽器凝结为水，凝结水由凝结水泵经由低压加热器送入除氧器，除氧后的水由给水泵打入高压加热器加热，进一步提高温度后再送回锅炉，如此往复，从而不断地生产电能和热能,火力发电厂主要设备结构与原理,锅炉、汽轮机、发电机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称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燃烧系统、汽水系统、电气系统等,火力发电厂主要设备结构与原理,除了上述的主要系统外，火电厂还有其它一些辅助生产系统 如燃煤的输送系统、水的化学处理系统、灰浆的排放系统等 这些系统与主系统协调工作，它们相互配合完成
4、电能的生产任务,锅炉,锅炉就是利用燃料燃烧释放的热能或其他热能加热给水，以获得规定参数（温度、压力）和品质的蒸汽的设备 锅炉的主要工作就是将一定数量的燃料燃烧，燃烧释放出的热量通过锅炉受热面传递给水，将水汽化并过热成具有一定压力和温度的过热蒸汽 锅炉设备可分为锅炉本体和辅助系统两部分,锅炉本体,包括炉膛、烟道、燃烧器和汽水系统（受热面、汽包、联箱和连接管道）以及炉墙和钢架等部分,锅炉辅助设备,包括燃料供应系统、煤粉制备系统、给水系统、通风系统、水处理系统、除灰除尘系统、脱硫脱硝系统、测量及控制系统等,锅炉的工作过程,燃料燃烧 传热 汽化,燃料燃烧,燃料要与空气中的氧化合，才能进行燃烧放热，燃料
5、燃烧后变成高温的燃烧产物（烟气） 这个过程就是把燃料的化学能转变为燃烧产物-热能的过程,传热,高温的烟气通过对各种受热面的传热，将热能传给水，水吸热后变成蒸汽,汽化,水在锅炉中的汽化过程，要经过预热、汽化、过热三个阶段 为了提高蒸汽动力循环效率，现代电站锅炉水的汽化，还有第四个阶段再过热阶段 预热阶段主要在省煤器中进行 汽化阶段在蒸发受热面中进行 过热阶段在过热器中进行 再热阶段在再热器中进行,汽轮机本体,汽轮机本体是指完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组,汽轮机的结构,汽轮机本体由固定部分
6、（静子）和转动部分（转子）组成 固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等 转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等 固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分 汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳 汽轮机本体还设有汽封系统,12#轴承座；2径向推力联合轴承；3高压转子；4高压内缸；5第一级斜置静叶； 6高压静叶；7高压动叶；8高压外缸进汽段；9高压进汽口；10补汽阀进汽口； 11高压外缸排汽段；12高压轴承；131#轴承座；14液压盘车,汽轮机的工作原理,锅炉产生具有一定压力和温度的蒸汽，通过汽轮机的喷嘴后，压力降低，速度增高 这股高速汽流冲到装在叶
7、轮上的动叶片表面，方向有了改变，动量发生变化，从而对动叶片产生作用力，推动转子转动，将热能转换成由主轴输出的机械能,汽轮机的工作原理 （a）冲动式汽轮机 （b）反动式汽轮机,超超临界1000MW汽轮机,水力发电,水力发电是将水能直接转换成电能 水电站主要是由水库、引水道和电厂组成 水库具有储存和调节河水水量，取得最大发电效率的功能。拦河筑坝形成水库，以提高水位，集中河道落差，是水电站发电的必备条件。水库工程除拦河大坝外，还有溢洪道、泄水孔等安全设施 引水道主要功能是传输水量至电厂，冲动水轮机发电 电厂则主要由水轮发电机组及相应的控制和保护装置、输配电装置等组成,水电站发电原理,自然界河流所蕴藏
8、的水力资源（水流能量）的大小，取决于流量和落差这两个要素 通过在河流上筑坝，抬高上游水位，形成一定的落差，并通过引水管道将水流引入水力机械，驱动水力机械旋转，水流的能量就转换成了旋转的机械能 若旋转的水力机械再带动发电机旋转，那么发电机便将旋转的机械能转换成了电能，这就是水力发电的基本过程,水力发电的基本原理,水力发电就是利用水力(具有水头)推动水力机械(水轮机)转动，将水能转变为机械能，如果在水轮机上接上另一种机械(发电机)随着水轮机转动便可发出电来，这时机械能又转变为电能 水力发电在某种意义上讲是水的势能和动能转变成机械能，又转变成电能的转换过程,水电站的类型,坝式水电站 河床式水电站 引
9、水式水电站,坝式水电站,坝式水电站靠坝来集中水头，这种水电站由于厂房位于非溢流坝坝趾处，也称为坝后式水电站。 常建于河流中、上游的高山峡谷中。 我国的三峡水电站，湖北丹江口水电站，贵州乌江渡水电站，浙江新安江水电站等都属于坝式水电站。,河床式水电站,河床式水电站的厂房位于河床内，厂房本身起到挡水和集中水头的作用。 一般建于河流中、下游，水头较低，流量较大的地区。 广西西津水电站，宁夏青铜峡水电站，湖北葛洲坝水电站等都属于河床式水电站。,引水式水电站,引水式水电站有较长的引水管道，引水管道也用来集中水电站的全部或者大部分的水头。 常建于流量小，坡降大，河流中、上游流域。 广西天湖水电站，奥地利来
10、赛克水电站等都属于引水式水电站。,水电站的组成,水电站枢纽建筑物：包括挡水、泄水、进水、引水、尾水、平水及其他建筑物 发电、变电和配电设备,水电站枢纽建筑物,挡水建筑物：用以拦截河流，集中落差，形成水库，如坝、闸等。 泄水建筑物：用以渲泄洪水，或放水供下游使用，或放水以降低水库水位，如溢洪道、泄洪隧洞、放水底孔等。 水电站进水建筑物：用以按水电站的发电要求将水引入的建筑物，如：进水口。,水电站枢纽建筑物,水电站引水及尾水建筑物：分别用以将发电用水从水库输送给水轮发电机组，以及把发电用过的水排入下游河道，引水式水电站的引水道还用来集中落差，形成水头。常见的有：渠道，隧洞，管道等。 水电站平水建筑
11、物：用以平稳由于电站负荷变化在引水或尾水建筑物中造成的流量及压力的变化。如：调压室、压力前池等。 其他建筑物：如过船、过木、过鱼、拦沙、冲沙的建筑物。,发电、变电和配电设备,包括：水轮发电机组、水轮发电机组控制设备、水轮发电机组辅助设备，变压器，高压配电装置等。,水能发电机组,水能发电机组包括：将水能转换为机械能的水轮机；将机械能转换为电能的发电机；控制机组操作（开机、停机、变速、增减负荷）的调速器和油压装置；为保证机组运行的其他辅助设备等。,水轮机,水轮机是水轮发电机组的核心 水轮机是一种将水能转换成旋转机械能的机器。 水轮机的种类很多，目前常按水流能量的转换特征将水轮机分成两大类：冲击式和
12、反击式。冲击式水轮机主要利用水的动能；反击式主要利用水的势能。 按转轮区水流相对于水轮机轴的流动方向，水轮机可分为：贯流式、轴流式、斜流式、切击式、斜击式、双击式等,水轮机的分类,水轮机的主要类型归纳：,反击式水轮机,反击式水轮机转轮区内的水流，在通过转轮叶片流道时，水流始终是连续的充满整个转轮的有压流动，并在转轮叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片产生一个反作用力，驱动转轮旋转。当水流通过水轮机后，水流的动能和势能大部分被转换成了转轮的旋转机械能。 按转轮区内相对于主轴流动方向的不同，反击式水轮机又可以分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机。,反击式水轮机 混流式,
13、如右图，水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。 由于其水头范围广（20700m），结构简单，运行稳定且效率高，混流式水轮机是目前应用最广泛的一种,反击式水轮机 轴流式,水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动。 轴流式水轮机在中低水头中应用广泛。,反击式水轮机 斜流式,水流在转轮区内沿着与主轴成某一个角度的方向流动。 斜流式水轮机有较宽的高效率区，适用水头约为40200m,反击式水轮机 贯流式,流道近似为直筒状的卧轴式水轮机。 特点：流道平直，过流量大，效率高,冲击式水轮机,冲击式水轮机的转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已
14、经转变成了高速自由射流，冲击转轮部分叶片，并在叶片的约束下发生流速和方向的改变，从而将大部分动能传递给叶轮，驱动转轮旋转。 由于冲击式水轮机应用不相对少，在这里不作详细介绍。,冲击式水轮机,核能发电,核能最重要的应用就是核能发电。由于核能能量密度高，其热值比煤的热值高250万倍。作为发电燃料，其运输量非常小，发电成本低 核电站和火电站的最主要区别是热源不同，而将热能转换为机械能，再转换为电能的装置则基本相同。火电站靠煤、石油或天然气来取得热量；核电站依靠反应堆中的冷却剂将核燃料裂变链式反应所产生的热量带出来，作为热能来源。 核电站的系统和设备通常由两大部分组成：核岛核的系统和设备；常规岛常规的
15、系统和设备。 目前核电站中占比例最大的是水堆核电站，即压水堆核电站和沸水堆核电站,火电站与核电站的区别,压水堆燃料组件,核电站系统的构成,核电站是以核反应堆来代替常规火电站的锅炉。 在核电站系统中，通常由两大部分组成：核的系统和设备（核岛）；常规的系统和设备（常规岛） 为了使核电站能稳定、经济地运行以及一旦发生事故时能保证反应堆的安全和防止放射性物质外泄，设置有各种辅助系统、控制系统和安全设施,蒸汽供应系统,包括一回路主系统（压水堆、冷却剂泵、蒸汽发生器、稳压器和主管道）、化学和容积控制系统、余热排出系统（停堆冷却系统）、安全注射系统（紧急堆芯冷却系统）、控制保护和检测系统 冷却剂泵的作用是把
16、冷却剂送进堆内，然后流过蒸汽发生器，以保证裂变反应产生的热量及时传递出来,蒸汽发生器,稳压器：用来控制反应堆系统压力的变化。在正常运行时，起保持压力的作用；在发生事故时，提供超压保护。里面设有加热器和喷淋系统，当反应堆里压力过高时，喷洒冷水降压；当堆内压力太低时，加热器自动通电加热使水蒸发以增加压力,在压水堆核电站中，使用稳压器对主回路系统加压，并在运行过程中保持主回路系统压力的稳定。在压水堆核电站中，稳压器通常连接在主回路管道上。 稳压器是一个高大的空心圆柱体。下部为水，罐内采用电加热器在稳压罐上部产生蒸汽。利用蒸汽的弹性来保持堆内冷却水压力稳定,蒸汽供应系统,为了防止一回路主管道破裂的极端失水事故的发生，近代核电站都设有危急冷却系统。它是由注射系统和安全壳喷淋系统组成。一旦接到极端失水事故的信号后，安全注射系统向堆内注射高压含硼水，喷淋系统向安全壳喷水和化学药剂，以限制事故的蔓延,稳压器,蒸汽供应系统,通常一个压
