动力工程概论3

1、动力工程7/13/20221第 三 章热力发电厂7/13/20222本章内容第一节 热力发电厂概述第二节 发电厂的热力系统第三节 发电厂的燃料输运、除灰和供水系统第四节 热力发电厂的主厂房布置7/13/20223第一节 热力发电厂概述热力发电厂：利用热能动力装置来生产电能的工厂，称为热力发电厂或火力发电厂。 主要特点：鉴于热力发电厂的产品（电能或热能）是无法储存的，发电厂只能是随产随销，并需做到产销之间的严格协调，否则就难以保证产品的质量。所以发电厂的生产必须具有高度的安全性、可靠性和机动性。7/13/20224大唐托克托电厂7/13/20225一热力发电厂技术发展动态 世界电力的技术发展动态

2、特点：火电机组向超高参数、大容量、高效率和建设大电厂方向发展洁净煤发电技术异军突起电力工业管理体制和经营方式的变革普遍展开地区性垄断经营型。如：日本、法国、意大利。发电市场开放型。如：美国。 输电线路公用化、发电市场自由化。美国以此作为进一步变革的方向。 发、输、配电分离经营型。如：英国。电业股份化类型。如俄罗斯。在一片私有化、民营化、股份制的潮流中，法国电力公司（EDF）独树一帜，坚持国有化。这是因为法国以核电为主，1996年核电装机占55.8，核电发电量占82，而核电由于投资太大不宜民营。 7/13/20226中国电力行业特点 具有很强的计划性（核定发电量、核定上网电价、各种税费政策）电力

3、生产以火力发电为主，水力发电次之，其他如燃气电站、核电、新能源发电等所占比重较小电力需求增长存在地区性不平衡状况电力企业规模越大，效益就越好；规模较小的企业相对缺乏竞争力“厂网分开、竞价上网”成为今后的发展的方向“西电东送”战略的加紧实施对未来电力企业的经营影响越来越大 7/13/20227我国能源发展战略根据电力规划，我国制定了20042020年“以煤炭为主体，电力为中心，油气和新能源全面发展”的能源发展战略。 7/13/20228二热力发电厂建设选址考虑因素发电厂的厂址选择工作一般分规划选厂和工程选厂两个阶段，并分别作为初步可行性研究和可行性研究的主要工作内容之一。规划选厂与工程选厂的工作

4、内容基本相同，其区别在于，前者范围较广，深度较浅，后者工作范围基本限定，但内容的深度、广度更详尽。 7/13/20229发电厂厂址应避开的地段和地区(1) 地震断裂地带以及9度以上地震区；(2) 有泥石流、滑坡及危岩滚石直接危害的地段；(3) 岩溶发育程度高的地区和有土洞及地下采空区；(4) 水库坝下地段；(5) 对飞机起落、电信、电视、雷达导航及军事设施有影响的范围内；(6) 国家规定的风景区，森林、自然保护区和水土保持禁垦区；(7) 历史文物古迹保护区；(8) 有重要开采价值的矿藏区；(9) 有爆破危险的范围内。7/13/202210厂址选择的运作程序(1) 规划选厂：计划发展部门电网规划

5、管理部门报请国家审批立项。(2) 工程选厂：项目法人国家电力建设规划管理部门、银行评估报国家批准。(3) 厂址选择工作要与接入系统，铁路（或码头）可行性研究、工程勘测、环境影响评价等工作协调同步进行。7/13/202211三发电厂总体规划的基本原则 统筹规划原则 节约用地的原则 其他基本要求 7/13/202212第二节 发电厂的热力系统2.1 热力系统及主要设备选择原则热力系统定义：将热力设备按照热力循环的顺序用管道和附件连接起来的一个有机整体。组成：由锅炉本体汽水系统、汽轮机本体热力系统、机炉间的连接管道系统和全厂公用汽水系统四部分组成。 7/13/202213可分为原则性热力系统和全面性

6、热力系统1. 发电厂热力系统7/13/202214发电厂原则性热力系统表明能量转换与利用的基本过程，反映发电厂动力循环中工质的基本流程、能量转换与利用过程的完善程度。可以通过发电厂原则性热力系统计算出发电厂热经济指标。有时又将发电厂原则性热力系统称为计算热力系统。7/13/202215N60017.75/540/540型机组发电厂原则性热力系统 7/13/202216发电厂全面性热力系统发电厂的全面性热力系统是在原则性热力系统的基础上充分考虑到发电厂生产所必须的连续性、安全性、可靠性和灵活性后所组成的实际热力系统。发电厂中所有的热力设备、管道及附件都应该在发电厂全面性热力系统图上反映出来。这是

7、与原则性热力系统在画法上的根本区别。7/13/202217发电厂全面性热力系统一般由下列局部系统组成：主蒸汽和再热蒸汽系统、旁路系统、回热加热(回热抽汽及疏水)系统、给水系统、除氧系统、主凝结水系统、补充水系统、锅炉排污系统、供热系统、厂内循环水系统和锅炉启动系统等。7/13/202218发电厂的全面性热力系统的作用对电厂设计而言，会影响到投资和各种钢材的耗量；对施工而言，会影响施工工作量和施工周期；对运行而言，会影响到热力系统运行调度的灵活性、可靠性和经济性；对检修而言，会影响到各种切换的可能性及备用设备投入的可能性。 7/13/202219N60016.67/537/5371型机组的发电厂

8、全面性热力系统 7/13/2022202发电厂型式和容量的确定发电厂的设计，必须按国家规定的基本建设程序进行。发电厂设计的程序为：初步可行性研究、可行性研究、初步设计、施工图设计。 7/13/202221我国新建或扩建的发电厂以煤为主要燃料。燃烧低热值煤（低质原煤、洗中煤、褐煤等）的凝汽式发电厂宜建在燃料产地附近；有条件时，应建矿口发电厂。在天然气供应有保证的地区可考虑新建、扩建或改建燃气一蒸汽联合循环电厂，以提高发电厂的经济性，改善电网结构和满足环境保护的要求。7/13/2022223发电厂原则性热力系统的确定合理地拟订、正确地分析论证原则性热力系统，是火电厂可行性研究及初步设计中热机部分的

9、主要内容。 7/13/202223拟定发电厂原则性热力系统的主要内容 （1）确定发电厂的型式及规划容量；（2）选择汽轮机；（3）绘制电厂原则性热力系统图；（4）发电厂原则性热力系统计算；（5）选择锅炉；（6）选择热力辅助设备。7/13/2022244主要设备选择原则 在选择机组容量时，应考虑各国对机组出力等术语定义的解释。通常国际上对大容量机组出力等常用术语有如下定义：汽轮机组的铭牌出力（turbine rated capacity）是指：汽轮机在额定进汽和再热参数工况下，排汽压力为11.8 kPa，补水率为3时，汽轮发电机组的保证出力。汽轮机组保证最大连续出力（turbine maximum

10、 continuous rating，TMCR）是指：汽轮机在通过铭牌出力所保证的进汽量、额定主蒸汽和再热蒸汽工况下，在正常的排汽压力（4.9 kPa）下，补水率为0时，机组能保证达到的出力。汽轮机组在调节汽门全开时（valve wide open，VWO）最大计算出力是指：汽轮机调节汽门全开时，通过计算最大进汽量且在额定的主蒸汽、再热蒸汽参数工况下，并在正常排汽压力（4.9 kPa）和补水率0条件下，机组计算所能达到的出力。超压5（5over pressure，5OP）连续运行。7/13/202225火电厂最终的汽轮发电机组台数不宜过多，一般以46台、机组容量等级以不超过两种为好。这样可使主

11、厂房投资少，布置紧凑、整齐，备品配件通用率高，占用流动资金少，便于运行管理。 对兼有热力负荷的地区，应采用供热式机组。 7/13/2022262.2 发电厂的回热加热系统1.作用：利用从汽轮机某些中间级后抽出的蒸汽来加热凝汽器的凝结水和锅炉给水，其目的是提高锅炉的给水温度，从而提高机组的热经济性。2.组成：高压加热器、除氧器、低压加热器、汽封加热器、汽封抽汽器、疏水调整门、疏水器、高加入口联成门和出口逆止门及有关设备和管道。7/13/202227按介质压力：高压和低压加热器按汽水介质传热方式分：混合式和表面式按布置方式分：立式和卧式回热加热器的类型7/13/202228低压加热器是汽轮机回热加

12、热系统中处于凝结水泵至除氧器之间的加热器。有表面式和混合式两种。较常用的是表面式管壳式结构，被加热的水在管内流动，加热蒸汽在管外流动。其结构简单，部件采用普通材料。 1低压加热器7/13/2022297/13/202230高压加热器是位于给水泵至锅炉之间承受高的给水压力和温度的加热器。高压加热器是热力系统中的主要辅机，因其承受的压力高，如发生泄露而不能正常运行时，不仅影响全厂热效率，还要降低整套机组的输出功率。2、高压加热器7/13/2022317/13/202232除氧器作用：除去锅炉给水中的氧气和其他不凝结气体，防止热力设备腐蚀和传热恶化，保证热力设备的安全经济运行。是给水回热系统中的一个

13、混合式加热器，高压加热器的疏水、化学部水剂全厂各处水质合格的高压疏水、排汽等均可汇入除氧器加以利用，减少发电厂的汽水损失。 除氧塔纵向结构图3、除氧器7/13/2022337/13/202234除氧塔纵向结构图卧式除氧头与给水箱组合图7/13/202235热力系统及其辅助设备28387/13/2022362.3 热电厂的供热系统热电厂既发电又供热，供热应保证外界热负荷的数量和质量。热电厂热负荷主要是工业热负荷采暖热负荷。工业热负荷：石油、化工、纺织、塑料、橡胶等工业企业的某些工艺过程中的热负荷，一般热用户要求的温度较高，非季节性热负荷；采暖热负荷是指在保持室内温度时，工厂、机关或住宅，用以补偿

14、房屋向外散热损失的热负荷，热用户要求的温度不高，为季节性热负荷。7/13/202237供热载热质的种类 热电厂对外供热采用的载热质有蒸汽和热水两种。集中供热条件下，用于输送和分配载热质的管道系统，称为热网。7/13/202238利用蒸汽对外供热 这种供汽方式由于凝结水回收率低，造成了大量的工质和热量损失，使水处理设备的容量增大，设备投资、运行费用增加，另外还使热电厂对外供热能力下降。 7/13/202239利用热水对外供热 热电厂对外供应的热水，是通过热网加热器利用汽轮机的可调整抽汽或排汽来制取的。 7/13/202240减温减压器减温减压器是一种将较高参数蒸汽的温度和压力自动降至所需数值的装

15、置。在热电厂中，减温减压器用以补充汽轮机抽汽的不足和作为供热的备用汽源。 7/13/2022412.4 发电厂的管道、阀门1发电厂的管道发电厂的主、辅热力设备是通过管道及其附件连接成整体的。 发电厂的管道包括：管子、管件（异径管、弯管及弯头、三通、法兰、封头和堵头、堵板和孔板等）、阀件及其远距离操纵机构、测量装置、管道支吊架、管道热补偿装置、保温材料等。 7/13/202242管道附件是指安装在管道及设备上的连接、闭路和调节装置的总称，其中包括管件和阀件两大部分。阀门是管道上最重要的附件之一，阀门的种类较多，其选择、使用是否合理，将直接影响到运行的安全性和经济性。2管道附件、阀门7/13/20

16、2243阀门类型 (a) 起关断作用：如闸阀、截止阀、旋塞和球阀等。(b) 起调节作用：如调节阀、节流阀、减压阀和疏水阀等。(c) 起保护作用：如安全阀、逆止阀和快速关断阀等。7/13/202244关断阀门 运行时处于全开状态，停止运行时，处于全关状态。7/13/202245高压管道用关断阀(a) 闸阀；(b) 截止阀 7/13/202246调节阀门 调节阀用以调节介质流量。调节阀门不宜作关断阀使用。调节阀门在运行中要经常开关，为防止泄漏不严密，在调节阀门之前要串联关断阀7/13/202247保护阀门 逆止阀 安全阀 快速关断阀逆止阀 7/13/202248五发电厂原则性热力系统举例7/13/

17、202249亚临界参数机组发电厂原则性热力系统 7/13/202250N30016.7/538/538型机组的发电厂原则性热力系统优化引进型7/13/202251N600-16.47/537/537型机组的发电厂原则性热力系统 7/13/202252N60017.75/540/540型机组发电厂原则性热力系统 法国阿尔斯通大西洋公司（ALSTHOM-ATLANTIQUE）制造的600 MW汽轮发电机组 7/13/202253超临界参数机组发电厂原则性热力系统 7/13/202254俄罗斯超临界K5002404型机组发电厂原则性热力系统 7/13/202255引进的N60025.4/541/56

18、6超临界压力机组发电厂原则性热力系统 7/13/202256美国超超临界压力325兆瓦两次中间再热凝汽机组的发电厂原则性热力系统 美国艾迪斯通电厂 7/13/202257供热机组热电厂原则性热力系统 7/13/202258国产CC20012.75535535型双抽汽凝汽式机组热电厂原则性热力系统 7/13/202259超临界压力单采暖抽汽T250/30023.542热电厂原则性热力系统前苏联 7/13/202260火电厂单机容量最大机组的发电厂原则性热力系统 7/13/202261世界上最大单轴1200兆瓦凝汽式机组发电厂原则性热力系统 装在俄罗斯科斯特罗马电厂7/13/202262数台该型机

19、组分别装在美国坎伯兰、加绞和阿莫斯等电厂世界上最大双轴凝汽式机组(1300兆瓦)发电厂原则性热力系统 7/13/202263空冷型火电厂机组的原则性热力系统 7/13/202264NK20012.7/535/535型空冷机组原则性热力系统 7/13/202265核电站原则性热力系统 7/13/202266从法国进口的900 MW核电厂的二回路原则性热力系统 7/13/202267俄罗斯K-1000-60/1500核电厂二回路原则性热力系统 7/13/202268六发电厂全面性热力系统理解发电厂全面性热力系统时，应注意以下几点熟悉图例 ( 国家标准GB/T 42701999技术文件用热工图形符号

20、与文字代号)以设备为中心，以局部系统为线索逐步拓展区别不同的管线、阀门及其作用7/13/202269热力系统管线、阀门的图形符号 7/13/202270发电厂全面性热力系统7/13/2022717/13/2022727/13/202273第三节 发电厂的燃料输送、除灰和供水系统火电厂的正常运行极大地依赖于燃料输送、除灰和供水系统。我国的能源结构决定了火电厂的燃料以煤为主，所以本节的燃料输送系统重点介绍输煤系统。7/13/2022743.1 燃料输送输煤系统指从包括厂外来煤、进厂卸煤、煤场贮煤、破碎筛分、清除杂物、计量、取样直到把合格的煤块送人锅炉原煤仓的整个生产工艺过程。燃烧多煤种的电厂还要在

21、输煤过程中进行混煤作业。厂外来煤常见的方式有：铁路火车运输、公路汽车运输、水路船舶运输、长距离皮带输送机运输、架空索道运输及管道运输等。（各方式的优点见教材）7/13/202275码头和1煤场7/13/202276输煤系统示意图7/13/202277燃料输送系统 输煤系统85317497/13/2022787/13/2022797/13/2022807/13/2022817/13/202282#1煤场7/13/202283煤种分类堆放7/13/202284煤场段位标志7/13/2022853.2 除灰系统（一）除灰系统的任务和要求定期或及时连续的将锅炉内燃烧后的灰渣与落灰从灰斗中排到储灰场，防

22、止积灰过多或灰渣熔化结渣等危害，保证锅炉正常运行，这就是除灰系统的任务。（二）主要的除灰方式目前，电厂输送灰渣的方法，根据所采用的设备不同，主要有机械输送、水力输送和气力输送三种。除灰方式的选择是要根据灰渣综合利用的要求、水量的多少及灰场的距离等因素来综合考虑。 7/13/2022867/13/202287袋式除尘器7/13/2022887/13/202289输灰管道储灰坝储灰场7/13/202290灰渣的综合利用 国家对灰渣综合利用的要求也越来越高。新建、扩建和改建电厂工程，其项目建议书应包括粉煤灰综合利用的内容，否则有关部门和主管部门不予审批立项。实行“因地制宜，多种途径，各方协作，鼓励用

23、灰”和“谁排放、谁治理，谁利用、谁受益”的原则。粉煤灰综合利用是指：粉煤灰（包括炉底渣）用于建材生产、建筑工程（包括筑坝、筑港、桥梁、地下工程和水下工程等）、筑路、肥料生产、改良土壤、回填（包括建筑回填，填低洼地和荒地，充填矿井、煤矿塌陷区、海涂等）和其它产品制作等，以及从粉煤灰中提取有用物质。 7/13/2022913.3 供水系统发电厂在电力生产过程中需要大量的水，主要有如下用水项目： 凝汽器中凝结汽轮机排汽用的冷却水，每凝结1吨排汽约需5080吨冷却水，因此这项用水量很大，占全厂总用水量的95。 发电机的冷却水。发电机因损耗产生的热量通过空气或氢气来冷却，而空气或氢气在气体冷却器中又需冷

24、却水来冷却。7/13/2022927/13/202293 冷油器中用来冷却汽轮发电机组轴承润滑油的冷却水。 辅助机械轴承的冷却水。辅助机械主要是各种水泵、风机、磨煤机等转动设备。 因汽水损失所需的补充水。 水力除灰用水。 其它生产及生活用水。供水系统分类 发电厂的供水系统是由水源、取水设备、供水设备及管路组成。根据地形和水源水量的不同，可分为直流供水、循环供水和混合式供水三种。7/13/202294凝汽器设备8:077/13/2022957/13/202296海勒式间接空冷系统的发电厂示意图 混合式凝汽器间接空冷系统由匈牙利人海勒（Hailer）提出。在喷射式凝汽器中，循环冷却水与锅炉给水是连

25、通的，系统中要求设凝结水精处理装置；对高参数大容量机组的给水水质控制和处理尤为困难， 7/13/202297哈蒙式间接空冷系统的发电厂示意图 哈蒙式（Harmon）空冷系统是在海勒式间接空冷系统运行实践的基础上发展起来的。 优点：节约厂用电，设备少，冷却水质要求比海勒式低，冷却水量可根据季节调节。缺点：空冷塔占地大，基建投资多；系统中需要进行两次表面式换热，使全厂效率有所降低。 7/13/202298直接空气冷却系统（GEA系统） 直接空冷系统是目前中国火电机组空冷技术的发展主流。2010年我国火电空冷机组装机可达40000MW。而且是超临界与亚临界并存6OOMW级空冷机组。届时将成为全球的空

26、冷王国。 优点：设备少，系统简单，基建投资少，占地少，空气量调节灵活。缺点：粗大的排汽管道密封困难，维持排汽管内的真空困难，启动时抽真空需要的时间长。冬季运行时，管内容易结冰，需要作复杂的设计处理。此外，机力通风增加了厂用电，形成了噪声源。 7/13/202299空冷机组运行国际形势 1.美国沃依达克330MW燃煤直接空冷电厂节水最大化：全厂取水量由同容量湿冷机组耗水908.5m3h下降到68m3h ，实现全厂废水零排放。 2.南非国马廷巴6665MW燃煤直接空冷电厂节水最大化：全厂年均节水率达到90，实现全厂废水零排放 7/13/2022100装设空冷系统的适宜条件 空冷系统传热性能较差，汽轮机排汽压力要比湿冷机组高，热经济性低。空冷系统的缺点可归纳为：金属消耗量多、投资大、真空低和煤耗高、盛夏时可能较大幅度地限制出力等。装设空冷系统的适宜条件可概括为：建厂地区缺水，燃用当地劣质低价煤，海拔高度、环境温度、风向、风速和大气逆温层适当等。 7/13/2022101第四节 热力发电