火力发电厂基础知识

火力发电厂概论

?火电厂生产过程照片及介绍

?火力发电厂概述

?检修规程

火电厂的生产过程

发电厂是把各种动力能源的能量转变成电能的工厂。根据所利用的能源形式可分为火力发电厂、水利发电厂、原子能发电厂、地热发电厂、风力发电厂等。

火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气等燃料的化学能产生出电能的工厂。按其功用可分为两类，即凝汽式电厂和热电厂。前者仅向用户供应电能，而热电厂除供给用户电量外，还向热用户供应蒸汽和热水，即所谓的“热电联合生产”。

火电厂的容量大小各异，具体形式也不尽相同，但就其生产过程来说却是相似的。上图是凝汽式燃煤电厂的生产过程示意图。

燃煤，用输煤皮带从煤场运至煤斗中。大型火电厂为提高燃煤效率都是燃烧煤粉。因此，煤斗中的原煤要先送至磨煤机内磨成煤粉。磨碎的煤粉由热空气携带经排粉风机送入锅炉的炉膛内燃烧。煤粉燃烧后形成的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动，放出热量，最后进入除尘器，将燃烧后的煤灰分离出来。洁净的烟气在引风机的作用下通过烟囱排入大气。助燃用的空气由送风机送入装设在尾部烟道上的空气预热器内，利用热烟气加热空气。这样，一方面除使进入锅炉的空气温度提高，易于煤粉的着火和燃烧外，另一方面也可以降低排烟温度，提高热能的利用率。从空气预热器排出的热空气分为两股：一股去磨煤机干燥和输送煤粉，另一股直接送入炉膛助燃。燃煤燃尽的灰渣落入炉膛下面的渣斗内，与从除尘器分离出的细灰一起用水冲至灰浆泵房内，再由灰浆泵送至灰场。

在除氧器水箱内的水经过给水泵升压后通过高压加热器送入省煤器。在省煤器内，水受到热烟气的加热，然后进入锅炉顶部的汽包内。在锅炉炉膛四周密布着水管，称为水冷壁。水冷壁水管的上下两端均通过联箱与汽包连通，汽包内的水经由水冷壁不断循环，吸收着煤爱燃烧过程中放出的热量。部分水在冷壁中被加热沸腾后汽化成水蒸汽，这些饱和蒸汽由汽包上部流出进入过热器中。饱和蒸汽在过热器中继续吸热，成为过热蒸汽。过热蒸汽有很高的压力和温度，因此有很大的热势能。具有热势能的过热蒸汽经管道引入汽轮机后，便将热势能转变成动能。高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形成机械能。汽轮机的转子与发电机的转子通过连轴器联在一起。当汽轮机转子转动时便带动发电机转子转动。在发电机转子的另一端带着一太小直流发电机，叫励磁机。励磁机发出的直流电送至发电机的转子线圈中，使转子成为电磁铁，周围产生磁场。当发电机转子旋转时，磁场也是旋转的，发电机定子内的导线就会切割磁力线感应产生电流。这样，发电机便把汽轮机的机械能转变为电能。电能经变压器将电压升压后，由输电线送至电用户。

释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出，称为乏汽。乏汽在凝汽器内被循环水泵送入凝汽器的冷却水冷却，从新凝结成水，此水成为凝结水。凝结水由凝结水泵送入低压加热器并最终回到除氧器内，完成一个循环。在循环过程中难免有汽水的泄露，即汽水损失，因此要适量地向循环系统内补给一些水，以保证循环的正常进行。高、底压加热器是为提高循环的热效率所采用的装置，除氧器是为了除去水含的氧气以减少对设备及管道的腐蚀。

以上分析虽然较为繁杂，但从能量转换的角度看却很简单，即燃料的化学能→蒸汽的热势能→机械能→电能。在锅炉总，燃料的化学能转变为蒸汽的热能；在汽轮机中，蒸汽的热能转变为轮子旋转的机械能；在发电机中机械能转变为电能。炉、机、电是火电厂中的主要设备，亦称三大主机。与三大主机相辅工作的设备成为辅助设备或称辅机。主机与辅机及其相连的管道、线路等称为系统。火电厂的主要系统有燃烧系统、汽水系统、电气系统等。

除了上述的主要系统外，火电厂还有其它一些辅助生产系统，如燃煤的输送系统、水的化学处理系统、灰浆的排放系统等。这些系统与主系统协调工作，它们相互配合完成电能的生产任务。大型火电厂的保证这些设备的正常运转，火电厂装有大量的仪表，用来监视这些设备的运行状况，同时还设置有自动控制装置，以便及时地对主辅设备进行调节。现代化的火电厂，已采用了先进的计算机分散控制系统。这些控制系统可以对整个生产过程进行控制和自动调节，根据不同情况协调各设备的工作状况，使整个电厂的自动化水平达到了新的高度。自动控制装置及系统已成为火电厂中不可缺少的部分。

基本原理?电磁感应理论：任何变化的电场都要在其周围空间产生磁场，任何变化的磁场都要在其周围空间产生电场。?热力学第一定律：热可以变为功，功也可以变为热，消耗一定热量时，必产生相当数量的功，消耗一定量的功时，必出现相应数量的热。

?热力学第二定律：高温物体的热能可以自动传递给低温物体，而低温物体的热能却不能自动地传递给高温物体。机械能可以自动转化为热能，而热能却不能自动转化为机械能。

主要生产过程简述

储存在储煤场(或储煤罐)中的原煤由输煤设备从储煤场送到锅炉的原煤斗中,再由给煤机送到磨煤

机中磨成煤粉。煤粉送至分离器进行分离,合格的煤粉送到煤粉仓储存(仓储式锅炉)。煤粉仓的煤粉由给粉机送到锅炉本体的喷燃器,由喷燃器喷到炉膛内燃烧(直吹式锅炉将煤粉分离后直接送入炉膛)。燃烧的煤粉放出大量的热能将炉膛四周水冷壁管内的水加热成汽水混合物。混合物被锅炉汽包内的汽水分离器进行分离,分离出的水经下降管送到水冷壁管继续加热,分离出的蒸汽送到过热器,加热成符合规定温度和压力的过热蒸汽,经管道送到汽轮机作功。过热蒸汽在汽轮机内作功推动汽轮机旋转,汽轮机带动发电机发电,发电机发出的三相交流电通过发电机端部的引线经变压器什压后引出送到电网。在汽轮机内作完功的过热蒸汽被凝汽器冷却成凝结水,凝结水经凝结泵送到低压加热器加热,然后送到除氧器除氧,再经给水泵送到高压加热器加热后,送到锅炉继续进行热力循环。再热式机组采用中间再热过程,即把在汽轮机高压缸做功之后的蒸汽,送到锅炉的再热器重新加热,使汽温提高到一定(或初蒸汽)温度后,送到汽轮机中压缸继续做功。

锅炉本体

锅炉设备是火力发电厂中的主要热力设备之一。它的任务是使燃料通过燃烧将化学能转变为热能，并且以此热能加热水，使其成为一定数量和质量（压力和温度）的蒸汽。由炉膛、烟道、汽水系统（其中包括受热面、汽包、联箱和连接管道）以及炉墙和构架等部分组成的整体，称为“锅炉本体”。

锅炉主要设备

?按锅炉的蒸汽压力：可将锅炉分为低压锅炉（压力小于2.45MPa），中压锅炉（压力2.94～4. 90MPa），高压锅炉（压力7.84～10. 8MPa），超高压锅炉（压力11.8～14. 7MPa），亚临界锅炉（压力15.7～19. 6MPa），超临界锅炉（压力22. 1MPa），超超临界锅炉（压力30～31MPa）。

?按锅炉蒸发受热面内工质的流动方式分类：自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉、复合循环锅炉。

?按锅炉的整体布置分类：∏型结构锅炉、箱型结构锅炉、塔型结构锅炉。

火力发电厂中的锅炉按水循环方式可分为自然循环,强制循环,直流锅炉三种类型。依靠工质的重度差而产生的循环流动称为自然循环。借助水泵压头使工质产生的循环流动称为强制循环。自然循环形成:汽包、下降管、下联箱和上升管(即水泠壁)组成一个循环回路。由于上升管中的水在炉内受热铲生了蒸汽,汽水混合物的重度小,而下降管在炉外不受热,管中是水,其重度大,两者重度差就产生推动力,水沿下降管向下流动,而汽水混合物则沿上升管向上流动,这样就形成水的自然循环流动。强制循环锅炉的结构与自然循环基本相同,它也有汽包,所不同的在下降管中增加了循环泵,作为增强汽水循环的动力。直流炉的结构与自然循环锅炉结构不同,它没有汽包,是依靠给水泵压力使工质锅炉受热面管子中依次经过省煤器,蒸发受热面和过热器一次将水全部加热成为过热蒸汽。现在一般只宜用于亚临界,超临界压力锅炉。强制循环锅炉与自然循环锅炉比较: 优点:可适用于亚临界、超临界压力;由于工质在受热面中是强制流动,因而受热面的布置较灵活,受热均匀水循环好;起停炉快;水冷壁可使小管径、薄管壁(压力准许),相对汽包容积减小,节省钢材。缺点:加装循环泵,系统复杂,投资高,检修困难。

锅炉主要系统

?汽水系统：锅炉的汽水系统的主要功用是接受燃料的热能，提升介质的热势能，增压增温，完成介质的状态转换。?风烟系统：提供锅炉燃烧的氧气，带动干燥的燃料进入炉膛，维持炉膛风压以稳定燃烧。?制粉系统：完成燃料的磨碎、干燥。使之形成具有一定细度和干燥度的燃料，并送入炉膛。?其它辅助系统：包括燃油系统、吹灰系统、火检系统、除灰除渣系统等，具体功能不做介绍?一次风机：干燥燃料，将燃料送入炉膛，一般采用离心式风机。?送风机：克服空气预热器、风道、燃烧器阻力，输送燃烧风，维持燃料充分燃烧。?引风机：将烟气排除，维持炉膛压力，形成流动烟气，完成烟气及空气的热交换。?磨煤机：将原煤磨成需要细度的煤粉，完成粗细粉分离及干燥。?空预器：空气预热器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所需空气的一种热交换装置。提高锅炉效率，提高燃烧空气温度，减少燃料不完全燃烧热损失。空预器分为导热式和回转式。回转式是将烟气热量传导给蓄热元件，蓄热元件将热量传导给一、二次风，回转式空气预热器的漏风系数在8～10％。?炉水循环泵：建立和维持锅炉内部介质的循环，完成介质循环加热的过程。?燃烧器：将携带煤粉的一次风和助燃的二次风送入炉膛，并组织一定的气流结构，使煤粉能迅速稳定的着火，同时使煤粉和空气合理混合，达到煤粉在炉内迅速完全燃烧。煤粉燃烧器可分为直流燃烧器和旋流燃烧器两大类。

汽轮机本体

汽轮机本体（steam turbine proper）是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成。固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。

汽机主要系统

?主蒸汽系统：吹动汽轮机旋转，带动发电机做功，是发电厂主要的做功介质通过的系统。

?再热蒸汽系统：辅助主蒸汽系统做

功，提高机组热效率。

?回热抽汽系统：尽量减少进入凝汽器的无用能量，提高机组热效率。

?轴封系统：防止汽轮机内部高压蒸汽向外泄露，保证汽轮机效率，保持真空系统严密性。

?真空系统：维持汽轮机的低背压和凝汽器真空。?凝结水系统：将凝结水输送到除氧器，完成加热、除氧、化学处理和剔除杂质。?给水系统：提高给水压力，加热后为锅炉提供给水。?主机油系统：包括润滑油系统、顶轴油系统、调节、保安系统。?汽轮机调节、保安系统：协调各系统同步地按照要求进行工作。?润滑油系统：为汽轮机提供润滑、冷却用油。?发电机冷却系统和密封系统：冷却系统的功能是冷却发电机，带走发电机工作时的热量。密封系统的功能是密封冷却介质的外泄。?工业水系统：提供冷却介质。冷却各种辅助设备。?顶轴油系统由于不是所有机组都有，所以不做介绍。液压油系统划归调节、保安系统，所以不做介绍。?其它系统：压缩空气系统、旁路系统、减温水系统、精处理系统、胶球系统等。汽机主要设备?汽轮机：汽轮机是一种将蒸汽的热势能转换成机械能的旋转原动机。分冲动式和反动式汽轮机

?给水泵：将除氧水箱的凝结水通过给水泵提高压力，经过高压加热器加热后，输送到锅炉省煤器入口，作为锅炉主给水。?高低压加热器：利用汽轮机抽汽，对给水、凝结水进行加热，其目的是提高整个热力系统经济性。?除氧器：除去锅炉给水中的各种气体，主要是水中的游离氧。?凝汽器：使汽轮机排汽口形成最佳真空，使工质膨胀到最低压力，尽可能多地将蒸汽热能转换为机械能，将乏汽凝结成水。

?凝结泵：将凝汽器的凝结水通过各级低压加热器补充到除氧器。?油系统设备：一是为汽轮机的调节和保护系统提供工作用油，二是向汽轮机和发电机的各轴承供应大量的润滑油和冷却油。主要设备包括主油箱、主油泵、交直流油泵、冷油器、油净化装置等。

发电机本体在发电厂中，同步发电机是将机械能转变成电能的唯一电气设备。因而将一次能源（水力、

煤、油、风力、原子能等）转换为二次能源的发电机，现在几乎都是采用三相交流同步发电机。在发电厂中的交流同步发电机，电枢是静止的，磁极由原动机拖动旋转。其励磁方式为发电机的励磁线圈FLQ （即转子绕组）由同轴的并激直流励磁机经电刷及滑环来供电。同步发电机由定子（固定部分）和转子（转动部分）两部分组成。定子由定子铁心、定子线圈、机座、端盖、风道等组成。定子铁心和线圈是磁和电通过的部分，其他部分起着固定、支持和冷却的作用。转子由转子本体、护环、心环、转子线圈、滑环、同轴激磁机电枢组成。

?主变压器：利用电磁感应原理，可以把一种电压的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电的一种设备。?6KV、380V配电装置：完成电能分配，控制设备的装置。?电机：将电能转换成机械能或将机械能转换成电能的电能转换器。?蓄电池：指放电后经充电能复原继续使用的化学电池。在供电系统中，过去多用铅酸蓄电池，现多采用镉镍蓄电池?控制盘：有独立的支架，支架上有金属或绝缘底板或横梁，各种电子器件和电器元件安装在底板或横梁上的一种屏式的电控设备。

火力发电厂其它系统介绍

?输煤系统：运输燃料进入厂房，进行初步加工和燃料筛选工作，同时完成外加物质的混合工作。所包涵的主要设备有斗轮机、碎煤机、翻车机、输煤皮带等。

?化学水系统：将天然水在进入汽水系统前先除去杂质。其流程一般为：天然水――混凝沉淀――过滤――离子交换――补给水。混凝沉淀是加入混凝剂，产生絮凝体。过滤处理是使用石英砂等滤料除去

细小悬浮物。化学除盐是使用混床除去金属离子和酸根，常使用树脂除盐。

?循环水系统：为机组提供冷却水源。工业生产过程中产生的废热，一般要用冷却水来导走。从江、河、湖、海等天然水体中吸取一定量的水作为冷却水，冷却工艺设备吸取废热使水温升高，再排入江、河、湖、海，这种冷却方式称为直流冷却。当不具备直流冷却条件时，则需要用冷却塔来冷却。冷却塔的作用是将挟带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换，使废热传输给空气并散人大气。

单元机组集控运行

?机组按照启动前所处温度状态可分为冷态启动和热态启动。按照冲转汽轮机的主蒸汽参数可分为额定参数启动和滑参数启动。

?滑参数启动程序：启动前准备――锅炉上水――点火――升压升温――暖管――冲转――暖机――升速――并网、带负荷――升负荷。

?锅炉运行及监视因素：维持适应的蒸发量。均衡给水，维持汽包水位。保证汽水品质。控制蒸汽压力及温度。燃烧调整。减少热损失，提高锅炉热效率。

?汽机运行及监视因素：主蒸汽压力及温度。再热蒸汽压力及温度。凝汽器真空。轴向位移。机组振动。轴瓦温监测。汽轮机寿命管理。

?单元机组的负荷调节：锅炉跟随的负荷调节方式，汽机跟随的负荷调节方式，机炉协调控制的负荷调节方式。

八大系统

?热力系统

?燃料供应系统

?除灰系统

?水处理系统

?供水系统

?电气系统

?热工控制系统

?附属生产工程

循环流化床锅炉

循环流化床锅炉：循环流化床燃烧是一种新型的高效、低污染的清洁燃煤技术，其主要特点是锅炉炉膛内含有大量的物料，在燃烧过程中大量的物料被烟气携带到炉膛上部，经过布置在炉膛出口的分离器，将物料与烟气分开，并经过非机械式回送阀将物料会送至床内，多次循环燃烧。由于物料浓度高，具有很大的热容量和良好的物料混合，一般每公斤烟气可携带若干公斤的物料，这些循环物料带来了高传热系数，使锅炉热负荷调节范围广，对燃料的适应性强。循环流化床锅炉采用比鼓泡床更高的流化速度，而不像鼓泡床一样有一个明显的界面，由于床内强烈的湍流和物料循环，增加了燃料在炉膛内的停留时间，因此比鼓泡床具有更高的燃烧效率，在低负荷下能稳定运行，而无需增加辅助燃料。

循环流化床锅炉运行温度通常在850～900℃之间，是一个理想的脱硫温度区间，采用炉内脱硫技术，向床内加入石灰石作为脱硫剂，燃料及脱硫剂经多次循环，反复进行低温燃烧和脱硫反应，加之炉内湍流运动剧烈，Ca/S摩尔比约为2时，可以使脱硫效率达到90%左右，SO2的排放量大大降低。同时循环流化床采用分级送风燃烧，使燃烧始终在低过量空气下进行，从而大大降低了NOX的生成和排放。循环流化床锅炉还具有高燃烧效率、可以燃用劣质燃料、锅炉负荷调节性好、灰渣易于综合利用等优点，因此在世界范围内得到了迅速发展。随着环保要求日益严格，普遍认为，循环流化床是目前最实

用和可行的高效低污染燃煤设备之一。

火电厂基本名词介绍

1.什么叫分散控制系统(DCS)？它有什么特点？

分散控制系统又称总体分散型控制系统，它是以微处理机为核心的分散型直接控制装置。它的控制功能分散（以微处理机为中心构成子系统），管理集中（用计算机管理）。它与集中控制系统比较有以下特点：

1、可靠性高（即危险分散）。以微处理机为核心的微型机比中小型计算机的可靠性高，即使一部分系统故障也不会影响全局，当管理计算机故障时，各子系统仍能进行独立的控制。

2、系统结构合理（即结构分散）。系统的输入、输出数据预先通过子系统处理或选择，数据传输量减小，减轻了微型机的负荷，提高了控制速度。

3、由于信息量减小，使编程简单，修改、变动都很方便。

4、由于控制功能分散，子系统可靠性提高，对管理计算机的要求可以降低，对微型机的要求也可以降低。

2.试述单元机组自动调节有什么特点？

单元机组，即锅炉生产的蒸汽不通过母管，直接送到汽轮机，锅炉和汽轮机已经成为一个整体，需要有一个共同的控制点，需要锅炉和汽轮机紧密配合，协调一致，以适应外部负荷的需要。

单元机组，特别是有中间再热器的机组，当外部负荷时，由于中间再热器的容积滞后，使中低压缸的功率变化出现惯性，对电力系统调频不利，需要在调节系统上采取措施。

单元机组的动态特性与母管制差异较大。一般来讲，单元机组汽包压力、汽轮机进汽压力在燃烧侧扰动时变化较大，而蒸汽流量变化较小；母管制锅炉汽包压力变化小，而蒸汽流量变化较大。因此，单元机组汽压调节系统宜选用汽包压力或汽轮机进汽压力作为被调量，这同母管制锅炉差别较大（母管制的汽压力调节系统一般采用蒸汽流量加汽包压力微分信号）。至于送风和引风调节系统，单元制同母管制差异不大。

3、TSI的中文含义是什么？有什么功能？

答：TSI中文含义为汽轮机监视仪表，其功能为对汽轮机转子的串轴、箱对膨胀、绝对膨胀、轴承振动、轴挠度、转速、轴偏心、零转速等进行监测，并对测量值进行比较判断，超限时发出报警信号和停机信号。

4、ETS的中文含义是什么？有什么功能？

答：即危急遮断系统。其功能为当机组运行参数超过安全运行极限，（真空低，润滑油压低，EH油压低，串轴大，超速）ETS使各蒸汽阀门上的油动机中的压力油泄掉，迅速关闭全部阀门以保证机组安全。该系统采用了双路并串联逻辑电路，可避免误动作及拒动作，提高了系统可靠性。