第一章能源与发电概要

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1、,发电厂电气部分,第一章 能源与发电 第一节 能源和电能 第二节 火力发电厂 第三节 水力发电厂 第四节 核能发电厂,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,第一节 能源与电能 一、物质、能量和信息 世界是由物质构成的，是客观存在的 能量是物质的属性，是一切物质运动的动力 信息是客观事物和主观认识相结合的产物 物质、能量和信息是构成客观世界的三大基础。 宇宙间一切运动着的物体都有能量的存在和转换。 能量是物质的一种形态，既不能创造，也不能消灭， 只能从一种形态转换到另一种形态，并且能量转换必 然遵守能量守恒定律。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,能量的形式 （1）机械能 （2）热能 （3）化学

2、能 （4）辐射能 （5）核能 （6）电能,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,二、能源含义和能源分类 能源，顾名思义是能量的来源或源泉，即指人类取得能量的来源，包括已经开发可供直接使用的自然资源和已经加工或转换的能量来源 尚未开发的自然资源称为能源资源。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,能源的分类 1. 按获得的方法分为一次能源和二次能源 （1）一次能源，指自然界中现成存在，可直接取得和利用而不改变其基本形态的能源。 例如煤、石油、天然气、水能、风能等。 （2）二次能源，指由一次能源经加工转换成的另一种形态的能源。 如电力、蒸汽、煤气、焦炭、汽油等，它们使用方便，易于利用，是高品质的能源。

3、,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,2. 按被利用的程度分为常规能源和新能源 （1）常规能源，指在一定的历史时期和科学水平下，已经被人们广泛利用的能源。 例如煤、石油、天然气、水能等 （2）新能源，指许多古老的能源，采用先进的方法加以广泛利用，以及用新发展的技术开发的能源。 例如太阳能、风能、海洋能、地热能、生物质能、氢能等。核能通常也被看作新能源，因此从被利用程度看还远不能和已有的常规能源相比，此外，核能利用技术非常复杂，可控核聚变反应至今还未实现，这也是将核能视为新能源的主要原因之一。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,3. 按是否再生分为可再生能源和非再生能源 （1）可再生能源，指自

4、然界中可以不断再生并规律地得到补充的能源 例如水能、风能、太阳能、海洋能等。 （2）非再生能源，指随人类的利用而越来越少，总有枯竭之时的能量 例如煤、石油、天然气、核燃料等。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,4. 按能源本身的性质分为含能体能源和过程性能源 （1）含能体能源，指可以直接储存的能源 例如煤、石油、天然气、核燃料、地热、氢能等 （2）过程性能源，指无法直接储存的能源 例如水能、风能、海洋能、电能等。 为了储存流水的能量就要修筑拦水大坝；为了储存电能，就要建立抽水蓄能电站或利用蓄电池将其转换为其他形式的能量形态。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,5. 按对环境的污染程度分为清

5、洁能源和非清洁能源 清洁能源，指对环境无污染或污染很少的能源 如太阳能、水能、海洋能等。 非清洁能源，指对环境污染较大的能源 如煤、石油等。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,三、能源资源 能源资源是指蕴藏于自然界中的各种能源。 1. 煤炭 “煤炭是工业的粮食”，是传统的能源，也是重要的燃料和化工原料。 我国煤炭资源存储量交丰富，而且质量优良，分布面广，品种也很齐全。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,2.水能资源 水能资源又称水力资源，是指天然水流的位能和动能所蕴藏的可再生能源。 我国的河流很多，水系庞大而复杂，流量大，落差大，蕴藏着非常丰富的水能资源，开发条件优越，技术经济指标良好。,

6、发电厂电气部分,第一章 能源和发电,3. 其他能源 石油已成为一个国家综合国力和经济发展程度的重要标志，成为国家安全、繁荣的关键和文明的基础，成为现代工业的血液。 天然气是存于地下岩石储集层以碳氢化合物为主体的混合气体的统称，包括油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气等。 地球上的铀储量有限，已探明的仅500万吨，其中有经济开发价值的仅占一半。我国的铀储量可供4000万KW核电厂运行30年。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,四、电能 电能是由一次能源经加工转换成的能源 电能与其他形式的能源相比，其特点有： （1）便于大规模生产和远距离输送 （2）方便转换和易于控制 （3）损耗小。 （

7、4）效率高 （5）无气体和噪声污染,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,五、发电厂 将各种一次能源转变成电能的工厂，称为发电厂。 按一次能源的不同发电厂分为 火力发电厂（以煤、石油和天然气为燃料） 水力发电厂（以水的位能作动力） 核能发电厂以及风力发电厂 地热发电厂 太阳能发电厂 潮汐能发电厂等。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,第二节 火力发电厂,火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油或天然气作为燃料生产电能的工厂。 其能量的转换过程是：燃料的化学能热能机械能电能。 一、火电厂的分类 （1）按燃料分： 燃煤发电厂、燃油发电厂、燃气发电厂、余热发电厂，还有利用垃圾及工业废料作为燃料的发电厂。

8、,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,（2）按蒸汽的压力和温度分： 中低压发电厂、高压发电厂、超高压发电厂、亚临界压力发电厂、超临界压力发电厂 （3）按原动机分： 凝气式汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂、蒸汽-燃气轮机发电厂等。 （4）按输出能源分： 凝气式发电厂，即只向外供应电能的发电厂，其效率较低，只有30-40%； 热电厂，即同时向外供应电能和热能的发电厂，其效率较高，可达60-70%,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,（5）按发电厂的总装机容量的多少分： 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100-250MW范围内的发电厂； 大

9、中容量发电厂，其装机容量在250-1000MW范围内的发电厂； 大容量发电厂，其装机总容量在1000MW及以上的发电厂。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,二、火电厂的电能生产过程 火电厂的生产过程概括的说就是把煤中含有的化学能转变成电能的过程。整个生产过程可分为三个系统： 燃烧系统 汽水系统 电气系统,燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能，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,冲动汽轮机的转子旋转,将热能转变为机械能,称为汽水系统； 由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转，把机械能变为电能，称为电气系统。,第一章 能源和发电,发电厂电气部分,第一章 能源和发电

10、,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,1、燃烧系统,(1)运煤系统,(2)磨煤系统,(3)燃烧系统,(4)风烟系统,(5)灰渣系统,第一章 能源和发电,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,（1）运煤系统：火电厂的用煤量很大，装机容量430万kW的发电厂，煤耗率按 360g/kWh计，每天需用标准煤10368吨。 （2）磨煤系统： 煤经初步筛选处理，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，再经空气预热器来的一次风烘干并带至粗粉分离器；在粗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）

11、燃烧系统：煤粉由给粉机送入一次风管，同时由旋风分离器送来的气体，由排粉风机将进入一次风管的煤粉经喷燃器喷入锅炉炉膛内燃烧。 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。 （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、排粉风机进入炉壁，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90%99%(电除尘器可除去99%)的灰尘，经引风机送入烟囱，排向大气。 （5）灰渣系统：炉膛内煤粉燃烧后生成的小灰粒，经除尘器收集成细灰排入冲灰沟，燃烧中因结焦

12、形成的大块炉渣，下落到锅炉底部的渣斗内，经碎渣机破碎后也排入冲灰沟，再经灰渣泵将细灰和碎炉渣经冲灰管道排往灰场。,发电厂电气部分,2、汽水系统,(1)给水系统,汽水系统由锅炉、汽轮机、凝汽器、除氧器、加热器等设备及管道构成，包括给水系统、循环水系统和补充给水系统。,(2)补充给水系统,(3)循环水系统,第一章 能源和发电,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,（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，冲动汽轮机叶片转动，带动发电机旋转产生电能。做功后的蒸汽，其温度和压力大大降低，最后排入凝汽器并被冷却水(循环水)冷却凝结成水(称为凝结水)。凝结水由凝结水泵打至低压加热器中加热

13、，再经除氧器除氧并继续加热。由除氧器出来的水(叫作锅炉给水)，经给水泵升压和高压加热器加热，最后送入锅炉汽包。 （2）循环水系统： 为了将汽轮机中做过功后排入凝汽器中的乏汽冷却成水，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。 （3）补充给水系统：在汽水循环过程中难免有汽、水泄漏，为维持汽水循环的正常进行，必须不断地补充经过化学处理的软化水，这些补充给水一般补入除氧器或凝汽器中。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,3、电气系统,电气系统包括：发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站等。 发电机端电压和电流随着容量的不同而各不相同，额定电压一般在10

14、20kV之间，而额定电流可达20kA及以上。发电机发出的电能，其中一部分(约占发电量的4%8%)，由厂用变压器降低电压后，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、输电线路送入电力系统。,第一章 能源和发电,占8%左右,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,三、火力发电厂的特点 (1)火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定 (2)火电厂的一次性建造投资少，仅为同容量水电厂的一半左右。火电厂建造工期短，2300MW机组，工期为34年。发电设备年利用小时数较高，约为水电厂的1.5倍左右。 (3

15、)火电厂耗煤量大，目前发电用煤约占全国煤炭总产量的50左右，加上运煤费用和大量用水，其单位电量发电成本比水电厂要高出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)大型发电机组由停机到开机并带满负荷需要几小时到十几小时乃至几十小时，并附加耗用大量燃料。一台12万kW发电机组启停一次耗煤可达84吨之多。 (6)火电厂一般不担负调峰、调频或事故备用。 (7)火电厂对空气和环境的污染大。,第一章 能源和发电,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,第三节 水力发电厂 水力发电厂是把水的位能和动能转换成电能的工厂。 基本生产过程：从河流较高处或

16、水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换成电能。 一、水电厂的分类 1、按集中落差的方式分类： 堤坝式水电厂、引水式水电厂、混合式水电厂,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,（1）堤坝式水电厂： 坝后式水电厂： 河床式水电厂： (2)引水式水电厂 (3)混合式水电厂,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,2、按径流调节的程度分类： (1)无调节水电厂 河川径流在时间上的分布往往与水电厂的用水要求不相一致。不能对径流进行调节，称为无调节水电厂或径流式水电厂。出力变化，主要取决于天然来水流量，往往是枯水期出力很小，而洪水期产生弃水。 (2)有调节水电厂 日调节水电厂 年调节水电厂 多年调节水电厂,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,二、水电厂的特点 (1)可综合利用水能资源。除发电以外，还有防洪、灌溉、航运、供水、养殖及旅游等多方面综