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火力发电厂
火电厂生产过程
火力发电就是目前世界上主要的发电方式之一。

我国火力发电站总发电量的80%左右,为我国国民发展做出了重大贡献。

300MVA的火电机组已成为主力机组。

本片以燃煤300MW 凝汽式机组为主,讲述火力发电厂的生产过程。

火力发电厂的主要组成部分:锅炉及其辅助设备,汽轮机及其辅助设备,发电机及电气设备。

火力发电厂的基本生产过程:作为燃料的原煤由制粉系统研磨成很细的煤粉,煤粉与被加热的空气一起送往锅炉的炉膛,煤粉在锅炉中剧烈燃烧并释放出大量的热量,这些热量将锅炉受热面内压力很高的水反复加热,直至达到500多度的高温蒸汽,高温高压蒸汽通过管道送往汽轮机的汽缸,推动汽轮机的转子高速旋转,发电机的转子与汽轮机的转子同轴连接,在汽轮机的驱动下同汽轮机的转子同步旋转,旋转的转子磁场切割定子绕组,从而使发电机定子绕组中产生感应电动势,发电机产生的电能通过升压变压器、输电线路向电网输送。

在汽轮机中做完功的蒸汽温度与压力降至很低,她们被排入凝汽器内放出余热并凝结成水,经加热器加热与水泵升压后再送到锅炉,气水如此往复,不断循环,这就就是火力发电厂的基本生产过程。

然后,影片分四个部分详细讲述了火力发电厂的生产过程:
一、锅炉设备
二、汽轮机设备
三、热力系统及辅助设备
四、电气设备
一、锅炉设备
作用:将一定数量的燃料燃烧,并将燃烧产生的热量传递给水,使水加热汽花并过热成一定压力与温度的主蒸汽。

锅炉设备可分为:锅炉本体,输煤系统,制粉系统,烟风及燃烧系统,除尘排渣系统等五部分。

1、锅炉本体
锅炉本体包括炉膛,烟道,省煤器,汽包,下降管,水冷壁,过热器,再热器,燃烧器,空气预热器。

其中:省煤器,水冷壁,过热器,再热器,空气预热器称为锅炉的受热面,她们都就是由很多金属管子组成的管束,除空气预热器外,这些受热面组成了锅炉的锅。

锅炉的气水流程:具有一定压力的水进入锅炉的省煤器,吸收来自烟道里烟气放出的热量,然后进入锅炉的汽包,水再沿着下降管进入不知在锅炉炉膛四周的水冷壁,水在这里吸热后开始汽化并产生蒸汽,所形成的气水混合物自然上什,又回到汽包,汽包将汽与水分离,分离出的水又沿着下降管回到水冷壁中,加热汽化。

汽包中分离出的蒸汽则进入过热器,进一步加热使其温度升高,最后送至汽轮机做功。

从过热器中出来进入汽轮机的蒸汽称为主蒸汽,300MW机组的主蒸汽压力高达16MPa,约160个大气压以上,温度高达530度以上。

在蒸汽机中做过一部分功的蒸汽压力与温度都有所下降,需要将这部分蒸汽又送入锅炉的再热器中再次加热。

在温度达到530度以上后,再送到汽轮机中继续做功。

蒸汽返回锅炉进行再热的目的主要就是为了提高机组的效率,做完功的蒸汽被凝结成水后返回到锅炉。

这种形式的锅炉叫做自然循环锅炉。

在主蒸汽压力更高时,则需要使用“强制循环锅炉”。

当主蒸汽压力再进一步提高时,例如600MW这样的高参数机组,就必须采用所谓的“直流锅炉”。

2、输煤系统
一个有两台300MW机组的火电厂,每天要消耗近5000多吨煤,因此需要庞大的输煤系统。

3、制粉系统
作为大型锅炉燃料的原煤都必须研磨成很细的煤粉才能送入锅炉燃烧,制粉系统则要完成这一任务。

制粉系统位于汽轮机车间与锅炉之间。

中间储藏室干燥剂送粉制粉系统的工作流程:由输煤系统将原煤送到锅炉房的原煤仓中,再由给煤机送到磨煤机,在其中研磨成煤粉,同时经空气预热器加热后的热风也进入到磨煤机,进入磨煤机的热风既可用来输送煤粉,还可对要研磨的煤起到加热干燥的作用,故称为“干燥剂”。

研制好的煤首先由热风送入到粗粉分离器,在那里将部分不合格的煤粉分离出来,送回磨煤机再研磨;合格的煤粉则送入旋风分离器(又称为细粉分离器),将空气与煤粉分离,分离出来的煤粉进入煤粉仓。

分离出来的空气中仍含有少量煤粉,这部分空气称为乏汽,再由排粉机抽出。

煤粉仓中的煤粉由给粉机根据锅炉负荷的需要控制输出量,排粉机出来的乏汽将煤粉通过燃烧器喷入炉膛燃烧。

这种将煤粉吹入炉膛燃烧的热风称为“一次风”。

这种中间储藏式制粉系统因为有煤粉仓的缓冲作用,系统工作不受锅炉负荷的影响,调节也比较灵敏。

直吹式制粉系统,它与中间储仓式制粉系统的区别就是不设煤粉仓制出的煤粉直接送入锅炉,具有系统简单,投资小的特点。

每台锅炉煤粉仓储藏的煤粉至少要保证在磨煤机停运情况下,锅炉能运行十小时以上。

4、烟风及燃烧系统
工作流程:送风机从环境中吸入空气,然后将其送到空气预热器中加热,加热后的热风一部分去磨煤机,另一部分则称为二次风直接进入炉膛去帮助燃烧。

煤粉悬浮在炉膛内燃烧,燃烧中心的温度可达1500度以上,燃烧时大量的热量传给水冷壁里的水,燃烧形成的高温烟气沿着烟道依次冲刷过热器、再热器、省煤器、空气预热器等受热面,不断将热量传递给蒸汽、水与空气,而自身温度逐渐降低。

烟气到达烟道尾部时,大约在130度左右,在引风机的作用下,烟气流入除尘器进行除尘净化,最后经烟囱排入大气。

300MVA机组锅炉的每台送风机的送风量达到每小时数十万立方米。

5、除尘及排渣系统
火电厂对环境的污染,主要就是随炉烟排出的飞灰粉尘与有害气体,一般采用除尘器与较高的烟囱来减轻污染。

静电除尘器:利用高压电场产生的静电来除尘,它可除去烟气中99%的粉尘。

300MVA机组锅炉的烟囱达到200多米,这样可有效稀释烟气中的有害气体。

炉内煤粉燃烧后的炉渣,由捞渣机从炉底捞出,并冲入地沟,再流至灰渣泵房。

灰渣泵房将灰渣利用管道送至灰场。

除尘器出来的灰可以送入灰渣房再送至灰场,也可送到灰渣利用单位。

二、汽轮机设备
汽轮机就是火电厂的三大主机之一,通过它将蒸气的热能转化为旋转机械能,借以拖动发电机旋转。

为了保证汽轮机安全经济的运行并随时适应外界负荷的变化,每台汽轮机都带有调节保护装置与其她辅助设备。

汽轮机与发电机的组合称为汽轮发电机组。

1、汽轮机基本工作原理
去掉汽轮机的汽缸后,可以瞧到汽轮机内主要部件就是一系列的隔板与装在转子上的叶轮。

叶轮上装有动叶栅,沿隔板圆周装有喷嘴叶栅。

每一列喷嘴叶栅与对应的动叶栅构成汽
轮机的极。

汽轮机的能量转换就就是在这些叶栅中进行的。

具有一定温度压力的蒸汽首先在喷嘴叶栅前后压力差的作用下,流过具有特定形状的喷嘴流道,流动中,蒸汽膨胀,压力与温度逐渐降低,速度增加,部分热能转化成了动能。

从喷嘴叶栅喷出的高速气流进入动叶流道,在流动过程中对动叶栅产生作用力推动它作圆周运动,带动叶轮与轴旋转。

于就是,在汽轮机轴上,便得到可对外输出的机械功。

从动叶流出的蒸气仍具有热能,再进入下一级喷嘴。

现代大容量汽轮机都就是有多个这样的极组成的。

蒸汽在上一极做功后,进入下一极继续膨胀做功,最后从汽轮机排气口排出。

2、汽轮机构造
大型汽轮机按沿气流方向的蒸汽压力大小通常分为高压缸,中压缸与低压缸几个部分。

蒸汽做功流程:来自锅炉的主蒸汽首先在汽轮机高压缸里做功,从高压缸排除后进入锅炉的再热器中再加热,加热后的蒸汽进入中压缸做功,排除后再进入低压缸,最后排入凝汽器。

有的机组将高压缸与中压缸在工艺上制成一体,成为高中压缸。

汽缸就是汽轮机的外壳,将汽轮机的通流部分与大气隔开。

为了便于制造、安装与检修,汽缸沿水平中分面分为上汽缸与下汽缸两个半缸,两者通过水平法兰用螺栓装配紧固。

高参数、大容量的高压缸通常采用双层缸结构,有的机组甚至将高中压缸与低压缸全做成双层缸。

隔板,又叫喷嘴板,起作用就是装置喷嘴叶栅,并将汽轮机的各个压力级予以分隔,形成一个个的极。

为了便于安装,各极的隔板均分成上下两半,分别嵌装在上汽缸与下汽缸的环形凹槽内。

有时可先把相邻几极的隔板镶装在一个隔板套里,然后再将隔板套固定在气缸体上。

汽轮机的喷嘴,又称静叶片。

汽轮机的转动部分总称为转子,它担负着公制能量装换及能量传递的作用。

转子分为主轴、叶轮、叶片等部分,叶轮用来装置动叶片,并传递气流臂在动叶栅上产生的扭矩。

叶轮的结构与转子的结构形式密切相关。

叶轮轮缘上开有叶根槽,以装置动叶片。

其形状决定于叶根形式。

动叶片又称动叶,安装在叶轮的轮缘上。

叶片由叶顶、叶型、叶根三部分组成,叶型部分就是叶片的工作部分,由她构成气流通道;叶根就是叶片与轮缘相连接的部分,通过它将叶片牢靠的固定在叶轮上。

汽轮机高中压转子的叶片通常比较短,而低压缸由于蒸汽压力较小,容积较大,所以采用长叶片。

长叶片可用拉筋练成组,也可不用拉筋而成为自由叶片。

汽轮机转子依靠轴承来支撑定位,轴承有支持轴承与推力轴承两种。

支持轴承承受转子的重力以及由于震动等原因引起的附加力,并确定转子的径向位置。

汽轮机普遍采用油膜轴承,转子在高速旋转时,轴瓦与轴颈之间有一层油膜将她们隔离。

推力轴承承受转子的轴向力,并确定转子的轴向位置,工作时轴瓦与轴颈之间同样有一层油膜将她们隔离。

汽轮机都装有盘车装置,因为当汽轮机停机后,上下汽缸存在温差,如果转子静止不动,便会因为上下冷却不均匀而产生热变形。

此时利用盘车装置时汽轮机在停机后仍以一定的转速连续的转动,就可保证转子禁运冷却。

同时,汽轮机启动时,也要进行盘车,使蒸汽冲转时平稳并均匀受热。

汽轮机还设有气风及轴封系统。

汽轮机运转时,汽缸固定,定子高速旋转,转子与气缸之间必须留有适当的间隙。

有间隙的存在就会有泄漏,影响汽轮机正常安全运行。

另外,由于低压缸内的压力低于大气压,也存在空气漏入汽缸的问题。

为此,汽轮机在汽缸的轴端设置了轴端气封,在它的作用下,漏气已大大减小,但还不能完全阻止蒸汽与空气的泄露。

为了彻底防止上述泄露,轴端气封需要配置一套轴封系统。

轴封系统从汽轮机中引出一股具有一定温度与压力的蒸汽到轴封供汽母管,有轴封供汽母管向轴封供汽室供汽,同时,轴封加热器的抽风机,将另一汽室保持在低于大气压状态,少量的蒸汽与空气就会被从这里抽走。

这样,就可以有效地阻止蒸汽从气缸内向汽缸外泄露与空气从汽缸外向汽缸内泄露。

进入轴封加热器中的蒸汽,在用于加热主凝结水,空气则排至大气。

汽轮机的动叶叶柄与汽缸之间,隔板内孔与转子之间同样存在着漏气的问题,因此,也设有叶顶气封,隔板气封。

3、汽轮机调节
在火力发电厂中,必须随时根据发电机的运行工况,对驱动发电机的汽轮机进行转速与功率调节,以保证发电机输出的有功功率与外界负荷相适应。

汽轮机调节系统可分液压式调节系统,功率频率电业调节系统与数字电业调节系统。

现在大型机组都就是采用后两种先进的调节系统。

调速系统方框图:
定值机构,又称为同步器,在机组启动时由它给机组设定一个给定转速。

机组启动后,转速由敏感机构测量,并与给定值比较,比较的差值信号,经放大机构放大,然后送入执行机构,执行机构控制配汽机构来调节汽轮机的进气量,从而改变机组的转速使之趋近于给定值。

在机组并入电网后,根据电网的要求,用定值机构设定机组的输出功率,当负荷发生变化时,调节系统将通过同样的调节过程进行自动调节,使机组合理分担电网的负荷。

这里的反馈为负反馈,它使控制过程平稳。

配汽机构,多数情况下,汽轮机的第一级喷嘴沿圆周被分为四组,每一组分别用一个调节器门控制。

来自锅炉的主蒸汽,首先经过主汽门,然后进入汽轮机的调节汽门,调节汽门依次开启或关闭,可改变汽轮机的进气量。

汽轮机的转速与功率调节就就是通过改变调节器们的开度来实现的。

4、汽轮机保护
为了确保汽轮机的安全运行,除要求调速系统动作迅速可靠外,还必须设置必要的保护装置。

汽轮机的保护装置主要有:转子超速保护,转子轴向位移保护,轴承油压与油温保护,凝汽器低真空保护。

当上述装置中的任意一个参数超过或低于规定的允许值时,保护装置就自动发出讯号,就是汽轮机主汽门迅速关闭,切断主蒸汽,使机组迅速停机。

5、汽轮机供油系统
汽轮机的供油系统要向汽轮机与发电机的各个轴承提供润滑、冷却及密封用油,还要向汽轮机的调节与保护系统提供工作用油,常规供油系统主要有下列设备组成: （1）主油泵,安装在主轴上,其作用就是在汽轮机正常运行时向油系统提供高压油。

交流润滑油泵,又称辅助油泵,其主要作用就是在启动过程中主油泵还不能正
常工作时,向润滑油系统提供压力油。

（2）直流润滑油泵及事故油泵,就是汽轮机润滑油系统的最后一道备用泵,用于事故工况下,以直流电源工作向润滑油系统供油。

（3）顶轴油泵,起作用就是在启动前或停机后向轴承提供压力油将主轴顶起,使盘车得以进行。

（4）冷油器,其作用就是将轴承润滑油用冷却水冷却。

（5）油箱,具有储存润滑油与使油液中的杂质沉淀的作用。

三、热力系统及辅助设备
汽轮机本体与锅炉本体之间,由各种汽水管道、阀门及其辅助设备连成一个整体,这个整体就组成了发电厂的热力系统。

热力系统除了要保证机组安全、经济、可靠地运行外,还要考虑机组能顺利启动、停机、切换设备、升降负荷等。

因此,热力系统,特别就是大型机组的热力系统,就是相当复杂的。

热力系统的基本流程:来自锅炉的主蒸汽,首先在汽轮机高压缸里做功,从高压缸排出后,又送入锅炉再热器中再加热,加热后的蒸汽,又送入汽轮机中压缸与低压缸继续做功,最后,汽轮机的排汽进入凝汽器。

凝汽器管束里侧通有来自环境的冷却水,排气在管束外侧流过时不断放出余热,并凝结成水。

冷却水将吸收的热量排入环境。

从凝汽器排出的水称为主凝结水,为了提高系统的效率,主凝结水并不直接送入锅炉中,而就是经过一系列加热器加热后再进入锅炉。

加热器的热源来自从汽缸的不同部位抽出的蒸汽,用它们对加热器中的水进行加热。

主凝结水通过凝结水泵升压后进入深度除盐装置进行水质处理。

然后,依次流过轴封加热器与四个低压回热加热器,在那里吸收来自汽轮机抽汽的热量。

主凝结水温度从30度左右不断升高,达到140度左右后进入除氧器。

除氧器将主凝结水中溶解的氧气等气体除去,以免对设备与管道造成腐蚀。

同时,除氧器本身也就是一个混合式加热器,也可对主凝结水进行加热。

从除氧器下部水箱出来的水被送入给水泵,给水泵将水升到很高的压力。

从给水泵出来的水称为主给水,主给水依次流过三个高压加热器,温度达到260度左右后有进入锅炉的省煤器进行下一轮的汽水循环。

为了使用与管理上的方便,一般都将加热器进行了编号。

高压加热器为1,2,3号,除氧器为4号,低压加热器为5,6,7,8号。

热力系统特别就是大型机组的全面性热力系统很复杂,我们分成以下几个系统进行讲述:
1、主蒸汽及汽轮机旁路系统
2、凝汽系统
3、低压加热器系统
4、给水除氧系统
5、高压加热器系统
6、补充水系统
1、主蒸汽及汽轮机旁路系统
锅炉与汽轮机之间的蒸汽管道与通往各用汽处的支管及其附件称为发电厂主蒸汽系统,对于再热式机组还包括再热蒸汽管道。

中小型机组的主蒸汽系统采用母管制,参数相同的几台锅炉的蒸汽都引到主蒸汽母管上,再由母管引至汽轮机。

这种系统灵活性较好,事故时锅炉可通过阀门互相切换,还可用于汽轮机锅炉数目不等的情况。

大型机组特别就是再加热机组的主蒸汽系统都采用单元制系统,其特点就是汽轮机与其对应的锅炉组成一个独立的单元。

大型再热机组通常还设有旁路系统。

机组启动时,锅炉先点火投运,而汽轮机高压缸尚未进气时,锅炉再热器中没有工制流过。

为了防止再热器干烧,将主蒸汽经减温减压后,直接引入再热器。

再热器出口的蒸汽又经过减温减压,直接进入凝汽器。

这样,整个汽水绕过汽轮机,形成了循环。

主蒸汽不进入汽轮机高压缸,而就是经降压减温后,直接进入再热器的管路,称为高压旁路,也成I级旁路。

再热器出来的蒸汽,不进入汽轮机的中低压缸,而就是经降压减温后,直接排入凝汽器的管路,称为低压旁路,也称II级旁路。

旁路系统就是利用减温减压器的减压阀来降低蒸汽压力,同时将减压阀后,温度较低的凝结水或给水直接喷入蒸汽中来降低其温度。

除了保护再热器外,旁路系统的作用还有很多,其中一个重要的作用就是:在启动时,参与主蒸汽参数的调整,从而加快启动时间,改善启动条件。

2、凝汽系统
凝汽系统就是指与凝汽器相关的管路与设备,主要有凝汽器、凝结水泵、抽气设备、冷却水设备等。

凝汽器就是吸收汽轮机排汽的余热并将其凝结成水的设备。

凝汽器内,有规律的排列着冷却水管,前侧设有前水室,前水室被隔成上下两部分,上为进水室,下为出水室。

后部有后水室。

水室及管束外有外壳,外壳上部有汽轮机进气的排汽进口,下部有汇集凝结水的热水井。

冷却水从进水室流进,沿着下部管束流向凝汽器后部的后水室,然后折返,从上部管束流向出水室。

汽轮机的排汽从凝汽器的进气口进入,在管束外面放热,逐步凝结成水,汇集到凝汽器下部的热水井中,由凝结水泵抽出升压后进入低压加热器系统。

大型机组的凝汽器设计成方箱型,安装在汽轮机低压缸的底部,紧接低压缸的排汽口。

因为低压缸有两个排汽口,所以凝汽器也分为甲乙两侧。

汽轮机的排汽在凝汽器中凝结需要大量的冷却水,冷却水也称循环水,其供水方式有两种:
一种为直流供水方式,也叫开式供水。

这种供水方式就是用循环水泵直接向江河的上游取水,有循环水泵送入凝汽器,冷却水从凝汽器吸热后从凝汽器出水管排如江河的下游。

循环水泵一般安装在靠近水源的水泵房内。

4台300MVA机组循环水量每小时高达十多万吨。

另一种供水方式为循环供水方式,也叫闭式供水方式。

这种供水方式就是在缺乏水源或水源离电厂较远时使用。

它必须有冷却塔、冷却水池、循环水泵等设施。

循环水泵从这些冷却设施的给水井中接水,在凝汽器中吸收排汽热量后,再送回冷却设施中。

利用水蒸发降温原理,使水降温后,再送入凝汽器循环使用。

冷却塔塔身较高,且做成双曲线形,起到通风筒的作用。

空汽从塔身下部进入,自然上升,有凝汽器出来的冷却水从冷却塔淋水装置的上部淋下,目的就是增加水与空气接触的面积与时间。

冷却塔的下部就是冷却水池。

3、低压加热器系统
从凝汽器热井排出的凝结水称为主凝结水。

它首先被凝结水泵升压,经过深度除盐装置对水经行化学处理,然后进入轴封加热器,利用汽轮机的轴端漏气来加热,温度有所提高后,再依次流过四个低压加热器,主凝结水的温度不断提高,最后进入除氧器,由于主凝结水的压力较低,所以这里的加热器称为低压加热器。

低压加热器从外观上分为立式与卧式两种,被加热的主凝结水都就是从进水管经进水室进入受热面管内,加热后从出水室流出。

加热蒸汽进入加热器后,在导向板的作用下反复从刷受热面,不断放出热量而凝结成水。

这种在加热器内由蒸汽凝结成的水称为疏水,疏水的出路有两种方式:一种叫逐级自流,即疏水自动由本级加热器流入到器侧压力较低的加热器或凝汽器中去;另一种疏水方式就是采用疏水泵将疏水打入加热器的出口,将其与主凝结水混合。

深度除盐装置的作用就是利用离子交换树枝对水进行进一步的化学处理,以提高水的品质。

300MVA机组的7,8号两个加热器合成在一起安装在凝汽器的内部。

低压加热设有旁路装置,这样在加热器故障时可将该加热器切除,主凝结水经旁路直接进入下一级,而不至于使机组停运。

4、给水除氧系统
给水除氧系统的任务就是:将主凝结水中的氧气与其它气体除掉,以免产生对设备的腐蚀,同时将主凝结水的压力与温度进一步提高。

来自低压加热器的主凝结水进入除氧器,在除氧器内进行除氧并加热后进入给水泵。

除氧器包括除氧头与除氧水箱两部分。

其中,除氧头为除氧与加热装置,水箱为储存除氧水的容器。

主凝结水从除氧头顶部进入除氧器,汽轮机的抽汽从除氧头的中部进入。

蒸汽将水加热到沸腾状态,水中溶解的气体就会溢出,溢出的气体从除氧头的排气管中排出。

除去气体的水落入水箱,再从水箱送入给水泵,给水泵的作用就是为使给水获得更高的压力。

给水泵多采用圆筒型多级离心泵,其出口压力可高达20MPa,即200个大气压以上。

为防止给水泵可能产生汽蚀而损坏,大型机组均设置前置泵,从除氧水箱流出的水,先进入转速较低的前置泵,然后再进入主给水泵。

300MVA以上的机组经常运行的给水泵采用专门的小型汽轮机驱动,而备用泵采用电动机驱动。

对于200MVA及其以下机组的运行及备用给水泵,一般都采用电动机驱动。

因电动机转速不可调节,所以电动机与给水泵之间广泛采用液压耦合器来调节给水泵的转速,从而调节给水容量。

5、高压加热器系统
来自给水泵的主给水依次流过三个高压加热器,将温度提高到260度左右,然后进入锅炉的省煤器。

这比将温度很低的凝结水直接进入锅炉可明显提高机组的效率。

高压加热器的工作原理、基本结构等都与低压加热器相似。

只就是因其被加热的主给水压力很高,故称为高压加热器。

高压加热器的疏水都就是逐级自流,最后汇入除氧器。

高压加热器也设有旁路保护装置,当任何一台高压加热器的管系发生泄漏,只就是加热器。