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1、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 Eamil Mobile 18986202320 13006171972,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
2、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
3、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,
4、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
5、,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）,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
6、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
7、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
8、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 高效率 污染物和温室效应气体排放低 良好的经济性，即运行成本低 安全性好 可靠性高,先进的燃煤发电,IG-CC,PFBC-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
9、,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-fired power pla
10、nt schematic,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,B耗煤量，Kg/h Pel发电功率，KW Qar,net燃料低位发热量，KJ/Kg,标准煤耗率,标准煤发热量Qar,net为29270 KJ/Kg 的煤 pl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,Worlds coal-fired electricity:,近年及未来燃煤火电发展较快的国家： China India Vietnam Indo
11、nesia South Africa,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,1、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:,T,s,6,5,4,3,1,b,2、蒸汽再热循环(reheat),3、蒸汽回热循环(regenerative),抽汽,去凝汽器,冷凝水,表面式回热器,抽汽式回热,4、蒸汽抽汽回热循环,(1- )kg, kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,a, kg,4,(1- )kg,5,1kg,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
12、式热电联产(供)循环,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,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,600MW超临界机组,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 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） 锅炉本体结构及主要部件 煤粉炉：炉膛、对流烟道、
13、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
14、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,我国火电厂锅炉蒸汽参数系列,给水温度 用符号 tgs 来代表，单位为 锅炉效率,锅炉分类 按用途分类 电站锅炉 工业锅炉 船用锅炉 按燃料分类 燃煤锅炉 燃气锅炉 燃油锅炉 特种燃料锅炉 按燃烧方式分类 室燃锅炉（悬浮燃烧）流化床锅炉 层燃锅炉 旋风锅炉,悬浮燃烧,典型的室燃炉煤粉炉,CFB锅炉燃烧装置及总体结构,CFB锅炉燃烧系统,按工质在蒸发受热面的流动方式分类 自然循环锅炉 控制循环锅炉 直流锅炉,超临界直流煤粉锅炉结构简图,超临界直流煤粉锅炉结构简图,超临界直流煤粉锅炉结构简图,按结构形式
15、分类 锅壳锅炉（火管锅炉）、水管锅炉和水火管锅炉 按排渣方式分类 固态排渣锅炉、液态排渣锅炉,锅炉型号表示方法,电站锅炉型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。详见下面电站锅炉型号表示法及其说明：,xxx/xxxx 设计序号 过热蒸汽压力 蒸发量 锅炉制造厂家,第一部分：制造工厂代号，用两个汉语拼音表示。如上海锅炉厂为SG，哈尔滨锅炉厂为HG，东方锅炉厂为DG等 。 第二部分：锅炉基本参数，前面数字表示蒸发量（t/h），后面数字表示出口蒸汽压力（工作压力，MPa）。 第三部分：锅炉设计顺序号， 如： DG-1900/25.4-II1，表示东方锅炉厂制造，蒸发量为1900t/h，过热蒸汽压力为25.4Mpa的锅炉，设计序数II1。,二、煤粉炉燃烧设备 炉膛 基本要求为保证煤充分完全燃烧、冷却烟气等 燃烧器 基本要求 高效燃烧 污染物排放低 低负荷稳定燃烧 在燃烧过程中不产生高温腐蚀和结渣,燃烧器类型 直流燃烧器 旋流燃烧器 燃烧器布置 直流燃烧器一般采用炉膛四角布置，形成四角切圆燃烧 旋流燃烧器布置在炉膛前后墙，或侧墙 燃烧器结构 见图,三、锅炉总体布置及受热面 1、总体布置,煤粉炉,循环流化床锅炉 (a) 型 (b) M型 (c) 过顶布置 (d) 半塔型 (e) 改进型 (f) 紧凑型,2、锅炉受热面 预热受热面省煤器 蒸发受热面水冷壁
