火力发电厂基本原理

1、song1火力发电厂生产基本常识火力发电厂生产基本常识songsong2主要内容主要内容一、一、火力发电厂生产概述火力发电厂生产概述二、锅炉设备及组成二、锅炉设备及组成三、汽轮机设备及组成三、汽轮机设备及组成四、火电厂热力系统四、火电厂热力系统五、发电厂的主要技术经济指标五、发电厂的主要技术经济指标六六、高效、高效火力火力发电新技术发电新技术song31.火电厂的分类（按蒸汽参数）与容量v中低压: 3.4MPa，435, 6122550MW，v高压： 9.8MPa， 540， 50100MW，v超高压:13.7MPa，535/535， 125200MW，v亚临界：16.2MPa，540/540

2、 ，300600MW，v超临界：24MPa，538/566 600800MW，v超超临界电厂： 28MPa以上v我国现正研制1000MW级的超临界机组song42、火电厂生产过程示意图、火电厂生产过程示意图song53、火电厂的系统构成（1）汽水系统，由锅炉、汽轮机、凝汽器、水泵、加热器及其管路组成；（2）燃料、燃烧系统，包括：输煤系统、制粉系统、 烟风系统和除灰除尘系统；（3）其它辅助热力系统（4）电气系统song64、电厂汽水系统电厂基本汽水系统流程（朗肯循环）：给水锅炉过热蒸汽汽轮机凝汽器给水泵给水送入锅炉。锅炉汽轮机给水泵发电机凝汽器song75、燃料、燃烧系统输煤及燃运系统：运输卸煤

3、装置煤场碎煤机皮带原煤仓；制粉系统：原煤仓给煤机磨煤机粗粉分离器细粉分离器煤粉仓给粉机燃烧器炉膛；song8风烟系统与灰渣系统风烟系统：（风）吸风口冷风道送风机暖风器空预器热风道磨煤机 粗分器细分器排粉机燃烧器炉膛； （烟）炉膛屏过对流过热器省煤器空预器除尘器引风机烟囱大气。 （图） 灰渣系统：（炉渣）炉膛冷灰斗除渣装置冲灰沟灰渣泵输灰管灰场。（飞灰）除尘器集灰斗除灰装置运灰车灰加工厂。song9二、锅炉设备及组成作用：1、锅炉容量与蒸汽参数锅炉容量：每小产生的蒸汽量（t/h）蒸汽参数：锅炉出口过热蒸汽压力和温度 容量（t/h） 蒸汽参数 汽机功率(MW) 炉型 420 13.8Pa(540/

4、540 ) 125 煤粉炉 670 13.8Pa(540/540 ) 200 煤粉炉 1025 16.8Pa(540/540 ) 300 煤粉炉（引） 2008 16.8Pa(540/540 ) 600 煤粉炉 song102、锅炉热效率与锅炉型号锅炉热效率：蒸汽在炉内吸热量占燃料发热量的百 分比。电站锅炉一般在90%以上。锅炉型号：如HG670/13.7540/5407HG-哈尔滨锅炉厂；DG-东锅；SG-上锅；WG-武锅；BG-北锅锅炉分类（按水循环方式）：自然循环炉，强制循环炉，复合循环炉等。song113、锅炉设备的组成锅炉本体：燃烧器、炉膛、烟道、汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器

5、、省煤器及空气预热器等组成；辅助设备：送引风机、给煤机、磨煤机、排粉机、除尘和脱硫设备、烟囟等。（图）song12三、汽轮机设备及组成1、汽轮机本体：静止部分：汽缸、隔板、喷嘴、轴承和轴封等；转动部分：叶片、叶轮和轴等；配汽机构：主蒸汽导管、自动主汽门、调节阀等汽轮机的工作过程：蒸汽喷嘴冲动叶片转动2、调节保安油系统：调速器、油泵、油箱等3、凝汽及抽气设备：凝汽器、凝结水泵、抽气器、循环水泵和冷却塔等4、回热加热系统：高、低压加热器和除氧器等song135、汽轮机分类与型号汽轮机分类（按热力过程）：凝汽式N、背压式B、调整抽汽式CC、中间再热式汽轮机。汽轮机的型号：如N200-130/535/

6、535 N300-16.7/538/5386、汽轮发电机与励磁机转子：有良好导磁性能的合金钢制成，绕组外接直流励磁电源，产生磁场；氢（水）内冷定子：由铁芯、绕组和外壳等组成，铁芯由环形硅钢片叠压而成；水内冷励磁机：向发电机转子绕组提供直流励磁电源；song14四、发电厂热力系统1、锅炉汽水系统：主给水管给水操作台省煤器汽包下降管下联箱水冷壁汽包过热器锅炉主汽门（或集汽联箱）出口。 2、主蒸汽系统及再热蒸汽系统 ：（主蒸汽）锅炉主汽门（或集汽联箱）主蒸汽管汽机自动主汽门之前 ；（再热蒸汽）汽机高压缸出口再热器冷段管再热器再热器热段管汽机中压缸进口 。song153、主凝结水系统 凝汽器凝结水泵轴

7、封冷却器低加除氧器。4、 除氧器系统：除氧器及其相连的所有管路和附件（安全门，水位计等）。5、主给水系统：除氧水箱下水管低压给水管给水泵高压给水管高加主给水管。6、 回热抽汽系统和加热器疏水系统：汽机抽汽管路各回热加热器（高加、低加、除氧器） 疏水管路疏水回收设备.示意图。（300MW图） song167、抽空气系统 （低压加热器、凝结水泵）凝汽器抽真空设备和系统 。8、 循环冷却水系统循环水进水管凝汽器循环水出水管（汽机车间范围内）9、 排污利用系统 锅炉汽包连续排污管连续排污扩容器（汽）除氧器 下联箱定排污管 （水）定期排污扩容器 song1710、 辅助蒸汽系统及补充水系统 （1）辅助蒸

8、汽联箱及其相连接的管路和设备（2）化学车间除盐水箱补水箱补水泵凝汽器（或除氧器或疏水箱）11、锅炉燃烧系统分析 燃运系统： 制粉系统 ： 风烟系统 ： 灰渣系统 ： song18五、发电厂的主要经济指标1、汽轮发电机组的汽耗率d0：机组每发1KW.h的电所消耗的蒸汽量；200MW机组在3kg/kw.h左右。2、汽轮发电机组的热耗率q：机组每发1KW.h的电所消耗的蒸汽量； 200MW机组在8400kJ/kw.h左右。3、发电厂总效率PL：电厂发出的电能与所消耗的燃料总能量； 200MW机组在34%左右song194、发电煤耗率：发电厂每发1KW.h的电所需的煤耗量；v 标准煤耗率：发电厂每发1

9、KW.h的电所需的标准煤耗量；我国在300-420g标煤/(kw.h)；5、厂用电率：厂用电占总发电量的百分率，大约在5%-10 %之内；6、供电标准煤耗率：扣除厂用电的标准煤耗率7、提高电厂热效率的措施：song20六、高效发电新技术继续提高超临界火电机组效率 洁净煤技术 燃气蒸汽联合循环发电技术 燃煤磁流体发电技术 空冷发电技术 火电厂计算机控制技术song216.1 发展超临界参数的大容量火电机组发展超临界参数的大容量火电机组 v 国外第一台超临界机组投运至今，已有近40年的历史，目前超临界机组最大单机容量为1300MW，在美国、日本及俄国，超临界机组占火电容量的50%以上。欧洲的超临界

10、机组在技术上也有其独特性和先进性。目前，国际上已经投运了单机在800MW以上火电机组的国家主要有美国、日本、原苏联和德国等。 v我国超临界机组现已投运或正在安装的有6 000 MW（有300MW、500MW及600MW机组共10台），都是进口设备，最大单机容量为800 MW。正在设计的超临界机组电厂有5 400 MW，最大单机容量为900 MW，也主要是进口设备，目前国内还不具备整套设计和制造超临界机组的能力。河南华能沁北电厂2600MW工程作为国产超临界机组示范电站，主机招标锅炉由东方锅炉厂中标，汽轮发电机组由哈尔滨动力集团中标；该工程于2002年8月动工，目前正在进行施工设计。song22

11、超临界机组发展简史u世界第一台，1956年德国，88MW，34MPa, 610/570/570。u目前单机容量最大（美国）1300MW，26.5MPa, 538/538，共有六台，第一台1969投产。u目前参数最高的是（美国） 325MW，34.6MPa, 649/566/566， 1960投产song23国内部分投产及在建超临界机组情况表国内部分投产及在建超临界机组情况表 song24超临界、超超临界机组的特点 v机组热效率高(与同容量亚临界火电机组比较，超临界机组可提高效率2-2.5%，超超临界机组可提高效率约5%)，可靠性好，环保指标先进；v可复合变压运行，调峰性能好；（1）在低负伤时效

12、率高；（2）具有良好的启动性能；（3）具有良好的负荷适应性。v蒸汽压力高，蒸汽比容小，汽轮机叶片短，加之级问压差大，影响内效率，因而超临界及超超临界参数更适于大容量机组。 song256.2 建设有大容量火电机组群的大电厂建设有大容量火电机组群的大电厂 v世界上2000 MW以上大型火电厂有82座，其中4000MW以上的5座，3001MW4000MW的24座25013000MW的24座，20002500删的有29座。世界最大的燃褐煤和燃烟煤的火电厂分别是波兰的贝尔哈托夫电厂和南非的肯达尔电厂，最大的燃气和燃油电厂分别是俄罗斯的苏尔古特第二火电厂和日本鹿岛火电厂，其装机容量分别为4320 MW4

13、 116 MW，4800MW和4400 MW v我国目前最大的火力发电厂浙江北仑发电厂终于全面建成；该厂总装机容量达300万千瓦 。 （共6台600MW机组）song266.3 燃气，蒸汽联合循环燃气，蒸汽联合循环（Combined Cvcle，简称，简称CC或或GTCC） v联合循环就是把在中低温区工作的蒸汽轮机的朗肯（Rankine）循环和在高温区工作的燃气轮机的布雷登（Brayton）循环的叠置，组成一个总能系统循环，由于它有很高的燃气初温（12001500）和蒸汽作功后很低的终温（3040），实现了热能的梯级利用，使总的循环效率很高 。song27燃油或燃气的联合循环的主要优点 a)热

14、效率高，目前为50%55%，2000年以后渴望达到60%61%；b)低污染，环保性能好；c)运行灵活，可日启停、调峰性能好 ；d)单位容量投资较低，简单燃气轮机每千瓦投资为l00300美元kW，汽轮发电机组为6001000美元kW，而联合循环发电机组为280530美元kW；e)标准的模块化设计，建设周期短，可分阶段建设，一年内即可发出6070额定负荷；占地少，仅为PCFGD发电厂占地的13； f)节水，为同容量常规电站用水量的13；我国大陆以煤为主要发电一次能源，目前联合循环机组容量仅占全国发电容量的15 。song286.4 多联产发电技术多联产发电技术 6.4.1 热电联产热电联产 指的是

15、火电机组在发电的同时，用抽汽或背压机组的排汽进行供热，由于实现了热能的梯级利用，其总的能源利用率为8090。如果联合循环机组用于热电联产，即高作功能力的燃气（1000以上）在燃气轮机中做功，其排气在余热锅炉中产生中等作功能力的蒸汽（500以上），驱动汽轮机继续做功，其低作功能力的抽汽或排汽用于工业或生活用汽用热，形成联合循环热电联产（图），其总的能源利用率可达8090（理论极限为93）。热电联产比热电分产可节约能源30左右。我国有50万台工业锅炉，年耗煤4亿吨，平均容量228吨时，如果其供热量的一半由热电联产供给，则年可节煤12亿吨。 song296.4.2 热电冷三联产热电冷三联产 热电冷三

16、联产指锅炉产生的蒸汽在背压汽轮机或抽汽汽轮机发电，其排汽或抽汽，除满足各种热负荷外，还可做吸收式制冷机的工作蒸汽，生产68冷水用于空调或工艺冷却 .v热电冷三联产的优点：（1）蒸汽不在降压或经减温减压后供热，而是先发电，然后用抽汽或排汽满足供热、制冷的需要，可提高能源利用率；（2）增大背压机负荷率，增加机组发电，减少冷凝损失，降低煤耗；（3）保证生产工艺，改善生活质量，减少从业人员，提高劳动生产率；代替数量大、型式多的分散空调，改善环境景观，避免“热岛”现象。 song306.4.3 热、电、煤气三联产热、电、煤气三联产v煤中挥发份和部分固定碳受热后气化，产生城市煤气供万人城镇民用，焦碳送CF

17、BC锅炉中燃烧产生蒸汽，用于热电联产 。 此外，在电厂中安装蓄热器回收排热或机组起停过程中排汽，可对热负荷移峰填谷；可增加尖峰发电力出力，提高能源利用率和机组稳定运行水平。 还有一种双背压凝汽式汽轮发电机，是通过凝结水串联通过凝汽器的两个部分，形成两个不同的背压。由于改善了蒸汽热负荷的不均匀性，使其平均背压低于传统的单背压汽轮机的背压，可提高循环热效率。 song316.5 燃气轮机高效热力循环燃气轮机高效热力循环 6.5.1 程式双流体热力循环（回注蒸汽的燃程式双流体热力循环（回注蒸汽的燃气气 轮机热力循环）轮机热力循环） 指余热锅炉产生的过热蒸汽，与压气机来的高温高压空气一起进入燃烧室，燃

18、料燃烧产生的燃气和被加热到燃气初温的蒸汽，一起进入燃气轮机中作功，形成燃气、蒸汽在同一台燃机中膨胀作功的双流体热力循环。 该循环燃机功率增大，循环效率提高；对燃气叶片冷却效果好，没有蒸汽轮机系统，使系统简化；可降低NOx排放。 song326.5.2 湿空气透平（湿空气透平（HAT）循环（蒸发）循环（蒸发-回热回热 式双流体循环）式双流体循环） v指软化水经燃机排气加热后喷人压气机出口蒸发器中被高温高压空气蒸发，空气与水蒸汽混合物在回热器中被燃气排气加热后，供给燃烧室，产生的燃气、蒸汽混合物进入燃气轮机作功。 v由于燃机排气余热的充分利用，可大大提高循环效率；由于燃机工质流量增加，使机组功率也

19、大大增加；由于没有了蒸汽轮机，使系统大为简化，造价仅为余热锅炉型联合循环的50。如果把整体煤气化产生的煤气经净化后供燃烧室燃烧，就形成IGHAT循环，也大大简化系统，节约投资。 song336-6 煤炭洁净燃烧发电技术 v我国预测煤炭资源总量为5.059万亿吨，1500米深度内的煤炭总资源量为4万亿吨，经济可采储量为1145亿吨。在我国，己探明的一次能源储量（折成标准煤）中，煤炭占92。 v洁净煤技术（CCT-Clean Coal Techno1ogy），指的是在利用煤炭发挥一次能源最大作用的同时，污染环境的气、固、液态排放量最少；也可定义为减少污染、提高效率的煤炭开采加工、运输、转化、燃烧、

20、污染控制、综合利用等技术的总称。它是以三E为目标（经济Economics，环境Enviroment，效率Efficieney），是先进、清洁的“绿色煤电”。 song346.1 煤炭清洁、高效利用方法分类煤炭清洁、高效利用方法分类 A.燃烧前处理（源处理）指在开采到用户使用前这一阶段煤的处理方法 ；B.燃烧中清洁利用（过程处理）主要指流化床燃烧技术（FBC：Fluidized-bed Combustion）；整体煤气化蒸汽燃气联合循环（IGCC ： Integrated GasificationCombined Cycle）；整体煤气化燃料电池（IGFC：Integrated Gasifica

21、tion Fuel Cell）、磁流体发电技术；炉内脱硫：炉内喷钙脱硫，喷钙加尾部增湿活化脱硫；炉内脱硝：低NOx燃烧器、低温燃烧、整体分级燃烧、回气再循环、再燃烧技术等 ；C.燃烧后清洁处理（烟气净化） ；包括除尘、脱硫、脱硝、废水处理及零排放，废水资源化和干除渣、灰渣分除及综合利用。 song356.2 流化床燃烧技术流化床燃烧技术FBC 6.2.1 定义及分类定义及分类 u把8mm以下的煤粒和脱硫剂石灰石，加入燃烧室床层上，在通过布置在炉底的布风板送出的高速气流作用下，形成流态化翻滚的悬浮层，进行流化燃烧，同时完成脱硫，这种燃烧技术叫流化床燃烧技术。u按燃烧室运行压力的不同，分为常压流化

22、床AFBC（Atmospheric Fluidized-bed Combustion）和增压流化床PFBC（Pressurized FBC）；按流化速度和床料流化状态不同，二者又可分为鼓泡床BFBC（Bubbling FBC）和循环流化床CFBC （ Cireulaiing FBC）。 song366.2.2 流化床燃烧方式的特点流化床燃烧方式的特点 v清洁燃烧，低污染排放，环保性能好 ;v燃料适应性强，特别适合于中、低硫煤 ;v燃烧效率高 ;v负荷适应性好 ;v灰渣综合利用好 ;vPFBC还有结构紧凑、锅炉尺寸小的特点 .song376.2.3 FBC技术的应用及发展情况技术的应用及发展情况

23、 v 1921年弗里茨温克勤（Fritz Wink1er）建立了世界第一台小型流化床燃烧试验台，60年代中期，第一台FBC锅炉在美国投入运行 ;vBFBC的“世界之最”为芬兰Rauba1anii热电站的295 MW机组，日本竹原电厂2号机（350 MW）燃油炉正改为BFBC,届时将成为世界最大BFBC； vCFBC的最大机组为法国stein公司为法国Gardanne电站改造煤粉炉而制造的一台900 th（配250 MW机组）CFBC,2000年实现600MW的CFBC；v我国自60年代初开始研究与应用FBC技术，目前国内FBC锅炉制造厂家有22家 ;v410 th CFBC装于四川内江高坝电厂

24、，已于1996年投人生产；国家电力公司在内江正建设一座300 MW CFBC锅炉示范电站 。 song38（2）增压流化床 PFBCa)进一步提高高温烟气除尘装置的除尘效率，减少燃机叶片磨损，如研制高效陶瓷过滤器；b) 第二代PFB以2G-PFBC）的开发 c)燃气轮机，自动控制装置及PFBC关键设备的国产化；d)提高脱硫剂利用率，实现低CaS比下达到高脱硫效率的目的；脱硫、脱硝、床温及CaS间的最佳配合；e)开发增压循环流化床PCFB的研究，它运行费用低，适于高硫煤，可降低CaS；f)PFBC大型化及CFBC-CC联合循环的研究；g)湿式给料机和干渣排出装置的开发，保证最佳粒度匹配，减少渗水

25、量；保证在炉内压力下灰渣的连续稳定排除。 song396.3 煤整体气化燃气蒸汽联合循环发电技术煤整体气化燃气蒸汽联合循环发电技术IGCC 6.3.1 发电原理发电原理 煤经过气化和净化后，固体燃料已转化成清洁气体燃料，以此驱动燃气轮机发电，再用排出的高温燃气进入锅炉，产生蒸汽带动汽轮机发电，形成燃气与蒸汽联合循环发电（图）。 6.3.2 IGCC的特点的特点（1）热效率高，其效率比煤粉炉高10以上，可达4050;（2）污染排放少，环保性能优良；脱硫率9899，NOx及CO2排 放减少； （3）燃料适应性强，同一电站设备可燃用多种燃料，对高硫煤有独特的适应性 ;（4）容量可大型化，单位造价不断

26、降低 ;（5）调峰性能好，起停机时间短 ; song406.3.3 IGCC发展概况发展概况 v1984年1月美国建成世界最早的商业验证电站一Cool Water电站，该电厂发电出力为120MW，耗资262亿美元；v现在世界上已建、在建和拟建的IGCC电站近约30座，其中美国拥有15座，居世界之冠。最大的为美国的440MW机组，计划或可研中容量为德国900MW和前苏联1000MW机组。一些发展中国家，如印度、中国也计划建立IGCC示范电站 ；v我国从1994年开始对IGCC示范工程进行预可行性研究，国家电力公司拟在山东烟台电厂建设一座容量为300400MW的IGCC示范电站 . song416

27、-7 空冷发电技术空冷发电技术 v一般汽轮机的排汽进入凝汽器，由循环冷却水对排汽进行冷却，使其凝结成水。这种冷却方式需要大量循环水，一个1000MW大型火电厂每天用水量约500万吨，耗水量约10万吨，相当于一座中等城市的日用水量。在缺水和少水地区，这一水冷方式难以实现。 v它有直接空冷与间接空冷两种：所谓直接空冷是汽轮机排汽进入空冷散热器，用空气直接冷却排汽；间接冷却是用空气来冷却循环凝结水，再用冷却后的循环凝结水与排汽直接接触冷凝排汽。v我国已能自行制造200MW间接空冷机组，并于1993年在内蒙古丰镇电厂投运4台。 song426-8 核能发电核能发电 世界核电发展现状世界核电发展现状6.1.1蓬勃发展的世界核电：蓬勃发展的世界核电：自从1954年苏联第一座5 MW试验性核电厂投入运行以来，核电在许多国家和地区已承担基本负荷，目前世界上30多个国家己运行核电机组441座，总装机容量3.6W亿KW，核电已占世界总发电量的2