电厂热能动力系统概论

1、1 1、热能与动力工程、热能与动力工程 热能与动力工程 -热能工程、动力工程 热能工程-研究热能的释放、转换、传递以及合理利用的学科（能源、动力、空间技术、化工、冶金、建筑、制冷空调、环境保护等） 动力工程-研究工程领域中实现物质、能量转换、传递和利用等过程及其装备的理论和技术，提高利用率，减少污染的应用技术学科（不限于热能；主要注重于以产生动力为目标的工业系统及技术）。1 1、热能与动力工程、热能与动力工程 动力工程-发电技术及系统（火电、水电、核电、风电、燃料电池等）-多联产动力系统-各类发动机系统及技术-其他工业动力系统1 1、热能与动力工程、热能与动力工程-动力工程动力工程1 1、热能

2、与动力工程、热能与动力工程 热能动力工程 -研究通过热的释放、转换以产生动力为目标的工业系统及技术(热力发动机，火力发电，核电站，燃气轮机系统，船舶动力系统等)。2 2、能源利用与热力系统、能源利用与热力系统 2.1 一次能源与二次能源一次能源与二次能源 一次能源一次能源：自然界中存在的天然能源石燃料、核燃料、太阳能、水力、风能、地热、海洋能、生物质能等 二次能源：二次能源：由一次能源直接或间接加工转换而成的人工能源. 电能、热水、蒸汽、压缩气、石油制品、煤制品、酒精、氢气、沼气、合成燃料、激光等2 2、能源利用与热力系统、能源利用与热力系统 2.2 能源利用与热力系统能源利用与热力系统 -人

3、类所消耗的能源3/4以上要转换成热能的形态后，再加以转换和利用 -热能的产生、传输以及转换和利用等环节相互衔接而构成一个有机联系的系统，此系统称为热力系统 -火力发电厂热力系统，是最重要和最复杂的一类典型的热力系统，其基本作用是将化石燃料的化学能转换为电能3 3、电厂热能动力系统概述、电厂热能动力系统概述 原料-化石燃料 产品-电能，或电能+热能（热电厂与热电联产） 工质-工作介质，能量载体，水与水蒸汽 系统-600MW机组原则性热力系统简介 3 3、电厂热能动力系统概述、电厂热能动力系统概述 3 3、电厂热能动力系统概述、电厂热能动力系统概述过程-燃料化学能到燃烧产物的热能（燃烧过程） 燃烧

4、产物的热能到汽水的热能（传热过程、 相变过程、流动过程） 汽水的热能到转子的机械能（蒸汽膨胀做功 过程） 转子的机械能到电能（电磁感应及能量转换） 主机-4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.1 火电厂锅炉系统概述火电厂锅炉系统概述 基本作用-燃料化学能到燃烧产物的热能（燃烧过程）燃烧产物的热能到汽水的热能（传热过程、 相变过程、流动过程） 基本构成-制粉系统（对燃煤的煤粉炉，主要功能）； 燃烧及烟风系统（主要功能及设备）； 汽水系统（主要功能及设备）； 锅炉控制系统； 其他辅助系统（除尘系统，除渣系统，脱硫系统，排污系统等） 基本过程-燃料；燃烧及燃烧产物；工质 4 4、电厂锅炉系统、电厂

5、锅炉系统 4.1 火电厂锅炉系统概述火电厂锅炉系统概述 2153662071817819109111641312121415w电站锅炉及其辅助设备系统简图w煤斗；煤斗；给煤机；给煤机；磨煤机；磨煤机；空气预热器；空气预热器；排粉风机；排粉风机；燃烧器；燃烧器；w炉膛；炉膛；水冷壁；水冷壁；屏式过热器；屏式过热器；高温过热器；高温过热器；低温过热器；低温过热器；w省煤器；省煤器；除尘器；除尘器；吸风机；吸风机； 烟囱；烟囱；送风机；送风机；锅筒；锅筒；w下降管；下降管；顶棚过热器；顶棚过热器；排渣室排渣室 4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.1 火电厂锅炉系统概述火电厂锅炉系统概述 燃煤电站

6、锅炉烟、风、汽水系统图燃煤电站锅炉烟、风、汽水系统图4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.2 锅炉系统分类锅炉系统分类 按用途分类-电站锅炉工业锅炉热水锅炉余热锅炉电热锅炉等 按布置方式分类-型锅炉（电站锅炉，对不同容量和各种燃料）箱式锅炉（ 燃油燃气锅炉）塔型和半塔型锅炉 a)a) 型型 b)b)箱型箱型 c)c)塔型塔型 d) Dd) D型型4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.2 锅炉系统分类锅炉系统分类-按布置方式分类4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.2 锅炉系统分类锅炉系统分类-按布置方式分类4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.2 锅炉系统分类锅炉系统分类-按布置方式分

7、类4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.2 锅炉系统分类锅炉系统分类 按燃烧方式分类-层燃炉（工业锅炉，链条炉）流化床锅炉室燃炉（悬浮燃烧，煤粉炉，燃油炉，燃气炉）等。 链条炉排上煤燃烧区域的分布图链条炉排上煤燃烧区域的分布图1新煤区；新煤区；2挥发份析出和燃烧区；挥发份析出和燃烧区；3焦炭氧化区；焦炭氧化区；4 4焦炭还原区；焦炭还原区；5 5灰渣区灰渣区 4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.2 锅炉系统分类锅炉系统分类-按燃烧方式分类 流态化工作原理图流态化工作原理图 鼓泡床锅炉结构示意图鼓泡床锅炉结构示意图 随着气流速度的不断增加，气固两相流动由固定床向流化床、气力输送转变。在固定

8、床中，当气流速度达到一定值，颗粒开始被吹起。随着气流速度的进一步增加，床层开始膨胀，床料被吹起并在一定高度范围内上下翻滚运动，床层高度增加，这就是流化床的工作状态。4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.2 锅炉系统分类锅炉系统分类-按燃烧方式分类wB&W公司最新内循环流化床锅炉简图 4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.2 锅炉系统分类锅炉系统分类-按燃烧方式分类4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.2 锅炉系统分类锅炉系统分类 按过热蒸汽参数- 低压锅炉2.45 MPa以下 中压锅炉2.49 4.9 Mpa 高压锅炉9 9.8 Mpa 超高压锅炉11.8 14.7 Mpa ；

9、亚临界压力锅炉15.7 19.6 MPa 超临界压力锅炉22.0 MPa以上； 超超临界压力锅炉27.0 MPa以上 水的临界点:22.115MPA 347.15C4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.2 锅炉系统分类锅炉系统分类-按过热蒸汽参数 水的临界点:22.115MPA 347.15C锅炉工质压焓图4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.2 锅炉系统分类锅炉系统分类-按过热蒸汽参数 wB&W生产的世界上单机容量最大的1300MW超临界锅炉简图4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.2 锅炉系统分类锅炉系统分类-按过热蒸汽参数 国内首台国内首台100万千瓦超超万千瓦超超临界机组

10、临界机组4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.2 锅炉系统分类锅炉系统分类 按蒸发系统工质流动方式-水的蒸发是在锅炉水冷壁受热面中进行的。为了保证水冷壁的安全运行，必须保证必要的流动速度。 自然循环锅炉（汽包锅炉） 强制循环锅炉 直流锅炉 HHsA热负荷给水汽包Hq汽水分离器蒸汽出口下降管上升管下集箱自自然然循循环环锅锅炉炉蒸蒸发发受受热热面面 水水冷冷壁壁蒸发受热面循环回路示意图蒸发受热面循环回路示意图 4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.2 锅炉系统分类锅炉系统分类-按蒸发系统工质流动方式4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.2 锅炉系统分类锅炉系统分类- 按蒸发系统工质流动方式(

11、a) 水平围绕上升管带型水冷壁水平围绕上升管带型水冷壁 (b) 一次上升垂直管屏型水冷壁一次上升垂直管屏型水冷壁直流锅炉的水冷壁系统图直流锅炉的水冷壁系统图4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.2 锅炉系统分类锅炉系统分类- 按蒸发系统工质流动方式-强制循环4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.3锅炉制粉系统锅炉制粉系统 4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.4锅炉过热器系统锅炉过热器系统 123456789101112131411过热器的基本结构示例图过热器的基本结构示例图1.锅筒；锅筒；2.在炉膛壁上的二行程辐射式过热器；在炉膛壁上的二行程辐射式过热器；3. 炉膛炉膛出口处屏式过热器

12、；出口处屏式过热器；4. 立式对流过热器；立式对流过热器； 5. 卧式对流卧式对流过热器；过热器； 6. 顶棚过热器；顶棚过热器；7. 喷水减温器；喷水减温器； 8. 过热蒸汽过热蒸汽出口集箱；出口集箱；9. 悬吊管进口集箱；悬吊管进口集箱； 10. 悬吊管出口集箱悬吊管出口集箱；11. 过热器悬吊管；过热器悬吊管； 14. 燃烧器壁孔燃烧器壁孔 4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.4锅炉过热器系统锅炉过热器系统 4 4、电厂锅炉系统、电厂锅炉系统 4.5锅炉再热器系统锅炉再热器系统 5 5、电厂汽轮机系统、电厂汽轮机系统 5.1汽轮机系统概述汽轮机系统概述 汽轮机是一种以水蒸汽为工质的叶

13、轮式发动机（水轮机，燃气轮机），其作用是将水蒸汽的热能转变为汽轮机转子的机械能。 电站汽轮机系统主要包括：汽轮机本体系统，凝汽器系统，循环水系统，給水回热系统，除氧器系统，调速系统等。 现代电站汽轮机一般由多个汽轮机本题组成，即汽轮机高压缸，中压缸和低压缸。5 5、电厂汽轮机系统、电厂汽轮机系统 5.1汽轮机系统概述汽轮机系统概述 5 5、电厂汽轮机系统、电厂汽轮机系统 5.2汽轮机本体汽轮机本体 汽轮机本体主要由转子和汽缸等构成，是完成蒸汽膨胀做功及能量转换的关键设备。5 5、电厂汽轮机系统、电厂汽轮机系统 5.2汽轮机本体汽轮机本体 喷嘴和动叶片，单级汽轮机和多级汽轮机5 5、电厂汽轮机系

14、统、电厂汽轮机系统 5.3汽轮机凝汽器系统及循环水系统汽轮机凝汽器系统及循环水系统 5 5、电厂汽轮机系统、电厂汽轮机系统 5.3汽轮机给水回热系统汽轮机给水回热系统高压加热器，低压加热器 6 6、电厂热工过程控制简介、电厂热工过程控制简介 6.1现代电站控制任务的复杂性现代电站控制任务的复杂性 电力工业作为国民经济的基础性产业，有别于其它工业过程的电力工业作为国民经济的基础性产业，有别于其它工业过程的主要特征是：电能的主要特征是：电能的 “ “ 发、输、供、用发、输、供、用 ” ” 必须同时进行，并必须同时进行，并保持瞬时的平衡。与此同时，参与保持瞬时的平衡。与此同时，参与 “ “ 发、输、

15、供、用发、输、供、用 ” ” 的所的所有设备构成了部件众多、结构复杂、分布广阔的动态大系统。在有设备构成了部件众多、结构复杂、分布广阔的动态大系统。在这个系统中发电机组处于系统的最底层。这个系统中发电机组处于系统的最底层。 通常，人们把电力生产过程分为发电侧与输配电侧，相应通常，人们把电力生产过程分为发电侧与输配电侧，相应地，从实现自动化的角度，可分为电站自动化和电力系统自动化。地，从实现自动化的角度，可分为电站自动化和电力系统自动化。 热工控制热工控制: :非线性非线性, , 复杂性复杂性, , 精确性精确性, , 时变性时变性6 6、电厂热工过程控制简介、电厂热工过程控制简介 6.1现代电

16、站控制任务的复杂性现代电站控制任务的复杂性 采用大容量、高参数发电设备成为我国电力工业发展的重要采用大容量、高参数发电设备成为我国电力工业发展的重要方向：单机容量从建国初期的方向：单机容量从建国初期的5050MWMW，逐步发展目前以逐步发展目前以300300MWMW、600MW600MW为主的水平；蒸汽参数也由为主的水平；蒸汽参数也由8 8MPa/535MPa/535提高到提高到1717MPa/540MPa/540，并随着并随着和和技术的推广应用，最终可达到技术的推广应用，最终可达到2828MPa/580MPa/580以上。以上。 机组的大容量和高参数带来的是过程参数测量点的大量增加，机组的大

17、容量和高参数带来的是过程参数测量点的大量增加，相应的控制回路数和控制的复杂程度都大为提高，生产过程对控相应的控制回路数和控制的复杂程度都大为提高，生产过程对控制精度的要求更为严格。制精度的要求更为严格。6 6、电厂热工过程控制简介、电厂热工过程控制简介 6.2代电站自动化的基本内容代电站自动化的基本内容1 1、数据采集与管理、数据采集与管理 包括对生产过程中温度、压力、流量、液位、成分等参数的包括对生产过程中温度、压力、流量、液位、成分等参数的测量，实时数据的显示、报表、打印、报警；数据的分析与处理测量，实时数据的显示、报表、打印、报警；数据的分析与处理；测量数据在不同系统之间的高速传输；生产

18、过程实时；测量数据在不同系统之间的高速传输；生产过程实时/ /历史数历史数据的高效存储；历史数据的快速检索等。据的高效存储；历史数据的快速检索等。6 6、电厂热工过程控制简介、电厂热工过程控制简介 6.2代电站自动化的基本内容代电站自动化的基本内容2 2、模拟量控制、模拟量控制 主要对机组的运行参数进行控制，如蒸汽温度、蒸汽压力、发主要对机组的运行参数进行控制，如蒸汽温度、蒸汽压力、发电机功率、汽包水位、炉膛压力、氧气含量、磨煤机出口温度、电机功率、汽包水位、炉膛压力、氧气含量、磨煤机出口温度、转速、油温转速、油温6 6、电厂热工过程控制简介、电厂热工过程控制简介 6.2代电站自动化的基本内容代电站自动化的基本内容3 3、顺序控制及连锁保护、顺序控制及连锁保护 顺序控制顺序控制一般可分为时间定序式和过程定序式两类。前者一般可分为时间定序式和过程定序式两类。前者是指按预定的时间顺序而触发控制作用的发生（如启动停止、是指按预定的时间顺序而触发控制作