电力生产常识(四)——汽轮发电机

氢气泄漏及空气进入发电机内，造成空气和氢气混 合易引起爆炸。
汽轮发电机的励磁系统
1．主要功能 在发电机中建立旋转磁场，还对发电机及电网的安全、经济运
行起着重要作用
① 调整励磁电流的大小以维持发电机的机端电压； ② 使各发电机组所带的无功功率稳定并实现合理分配； ③ 短路故障、发电机端电压严重下降时强行励磁电力系统暂态稳定； ④ 突然甩负荷时，能进行强行减磁，以防止发电机电压过分升高。 ⑤ 发电机内部短路故障跳闸时，对发电机快速灭磁； ⑥ 增加电机的阻尼转矩，以提高电力系统稳定性及输电线路的有功功率
火力发电厂的供水量是巨大的，如一台 300MW机组，每小时耗水量在30000t左右。电厂 的用水包括生产用水和生活用水，生产用水中 凝汽器的冷却水量最大，约占总耗水量的95%左 右，所以火力发电厂的供水系统，主要指凝汽 器的冷却水系统（循环水系统）。
火电厂的供水系统基本上分为直流供水 （也称开式供水）系统和循环供水（也称闭式 供水）系统。
➢供水
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：
⑴ 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50～80吨冷却水，因此这项 用水量很大，占全厂总用水量的95％。
⑵ 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却水来冷却。
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908.5m3／h下降 到68m3／h ，实现全厂废水零排放。
2.南非国马廷巴6×665MW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
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电机组的安全稳定运行。
发电机励磁系统简介
发电机的励磁方式主要有三种：
① 直流励磁机励磁方式 ② 交流励磁机励磁方式（可分为有刷励磁和无刷
励磁两种） ③ 静止励磁方式（如自并励励磁方式）
❖ 在大型汽轮发电机上采用自并励励磁方式 已成发展方向。
➢供水
➢供水
⑶ 冷油器中用来冷却汽轮发电机组轴承润滑油的冷却 水。 ⑷ 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。 ⑸ 因汽水损失所需的补充水。 ⑹ 水力除灰用水。 ⑺ 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。
高效除尘器
火电厂中最常用的除尘器有旋风除尘器、水膜除 尘器、文丘里除尘器、干式静电除尘器、袋式除 尘器
袋式除尘器
输灰管道
储灰坝 储灰场
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电力生产常识（火电部分）之四
火电厂生产过程
（汽轮发电机、辅助系统）
火电厂工艺流程示意图
汽轮发电机
汽轮发电机是电厂的主要设备之一，它同锅炉和汽 轮机合称为发电厂的三大主机。
（一）同步发电机的基本构 造和工作原理
同步发电机分类
1．按原动机的类别不同，可分为：
汽轮发电机、水轮发电机、燃气轮发电机及柴油发电 机等。
➢ 铁损（铁芯中磁场变化所产生的磁滞和涡流损耗） ➢ 铜损（铜导线中通过电流，在导线电阻上所产生的热损耗） ➢ 机械损耗（转子和风扇旋转时轴承部分的摩擦所产生的损耗）
300 MW汽轮发电机，如果效率为98.8％，则其余1.2％的 损耗竟有的3600千瓦，这些损耗变为热量。散热冷却就 成为限制大容量发电机容量提高的主要因素。
2．按冷却介质的不同，可分为：
空气冷却、氢气冷却和水冷却。
3．按主轴安装方式的不同，可分为：
卧式安装和立式安装等。
4．按本体结构的不同，可分为：
隐极式和凸极式、旋转电枢式和旋转磁极式等。
同步发电机的结构
主要由原动机的特性决定。如：
汽轮发电机由于转速达3000转/分钟，故极对数 少，转子采用隐极式，卧式安装；
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。
直接空气冷却系统（GEA系统）
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。
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 600MW级空冷机组。届时将成为全球的空冷王国。
空冷机组运行国际形势
直流供水系统是用水泵自水源上游吸取冷却水，送 至凝汽器吸收汽轮机排汽的热量后，排至水源的下游。
只有厂址附近有流量相当大的河流或大湖泊及沿海 时，才考虑采用。
循环供水系统是指冷却水进入凝汽器吸收汽轮机排 汽的热量后，送至冷却设备中冷却，然后再用循环水泵 打入凝汽器继续作为冷却水循环使用。
循环供水系统中的冷却设备有喷水池、冷却水池和 冷却塔三种。
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。
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。
灰斗中排到储灰场，防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。
烟气排放控制
改进发电机的冷却技术，提高冷却效果，是大容量发电机 制造中的一个十分重要的问题。
发电机广泛采用氢冷和水冷技术。
氢气冷却的特点
优点： 氢气的导热系数比空气大6.7倍，所以冷却效果较好；
氢气的密度非常小，只有空气的1/14，故风阻和摩 擦损耗仅为空气冷却的1/7左右 可避免绝缘材料与氧气接触，从而可增加绝缘材料 的稳定性。 缺点：
水轮发电机由于转速低（一般在500转/分钟以 下），故极对数多，转子采用凸极式，立式安装。
汽轮发电机的发展概况
近年来，我国电力系统中发电机单机容量不 断增大，采用大容量机组有如下优越性：
1. 可降低发电机的造价和材料的消耗量 2. 可降低电厂的基建安装费用 3. 可降低运行费用
发电机的冷却
发电机在运行过程中存在着各种损耗，主要是：
❖ 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。
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