電力生產(chǎn)概論-第2講-火力發(fā)電課件

1、電力生產(chǎn)技術(shù)概論華北電力大學(xué)程瑜第2講 火力發(fā)電2.1火電廠生產(chǎn)流程及主要設(shè)備火力發(fā)電廠的三大主要設(shè)備：鍋爐汽輪機汽輪發(fā)電機2.1火電廠生產(chǎn)流程及主要設(shè)備2.1火電廠生產(chǎn)流程及主要設(shè)備2.1火電廠生產(chǎn)流程及主要設(shè)備火電廠生產(chǎn)系統(tǒng)包括的三大主要系統(tǒng)：以煤粉爐的凝汽式火電廠為例，燃燒系統(tǒng)：燃料的化學(xué)能在鍋爐燃燒中轉(zhuǎn)變成熱能，加熱鍋爐中的水使之變?yōu)檫_到額定壓力和溫度的蒸汽。汽水系統(tǒng)：鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進入汽輪機，沖動汽輪機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使熱能轉(zhuǎn)變成機械能。電氣系統(tǒng)：由汽輪機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，將機械能轉(zhuǎn)變成電能。2.1火電廠生產(chǎn)流程及主要設(shè)備電煤蒸汽鍋爐的分類按蒸汽參數(shù)分類低壓鍋爐（P2.45MPa

2、）中壓鍋爐（P=2.944.90MPa）高壓鍋爐（ P=7.8410.8MPa ）超高壓鍋爐（ P=11.814.7MPa ）亞臨界壓力鍋爐 （ P=15.719.6MPa ）超臨界壓力鍋爐（P22.1MPa）超超臨界壓力鍋爐（實際上是在超臨界機組參數(shù)的基礎(chǔ)上進一步提高蒸汽壓力和溫度，國際上通常把主蒸汽壓力在24.131MPa、主蒸汽/再熱蒸汽溫度為580600 / 580 610機組定義為高效超臨界機組，即通常所說的超超臨界機組）2.2鍋爐及燃燒系統(tǒng)一般中溫中壓凝汽式電廠的供電標準煤耗率約480g/（kWh），高溫高壓電廠約為380g/（kWh），超高壓電廠約為360g/（kWh），熱電聯(lián)產(chǎn)

3、的熱電廠由于減少了汽輪機排汽的熱量損失，其供電標準煤耗率隨發(fā)電量與對外供熱的產(chǎn)熱量的比例而變化，可低至280g/（kWh）左右。2.2鍋爐及燃燒系統(tǒng)汽輪機本體結(jié)構(gòu)由靜止和轉(zhuǎn)動兩大部分組成。靜止部分：汽缸、噴嘴、隔板、汽封及軸承等部件；轉(zhuǎn)動部分：轉(zhuǎn)子，包括軸、葉輪及動葉片等部件。2.3汽輪機及汽水系統(tǒng)汽輪機轉(zhuǎn)子2.3汽輪機及汽水系統(tǒng)高溫、高壓蒸汽進入汽輪機1910年的250汽輪機(右側(cè)) 直接與發(fā)電機相連 (左側(cè)).現(xiàn)代化的汽輪機2.3汽輪機及汽水系統(tǒng)高溫、高壓蒸汽進入汽輪機低溫、低壓蒸汽做功后，從汽輪機流出2.3汽輪機及汽水系統(tǒng)通過壓縮機給液體循環(huán)水加壓2.3汽輪機及汽水系統(tǒng)通過鍋爐加熱高壓液

4、體循環(huán)水，生成高溫、高壓水蒸氣。2.3汽輪機及汽水系統(tǒng)-多媒體演示汽輪機設(shè)備（29.3444.32）汽缸（35.4）葉片（38）軸承（39）熱力系統(tǒng)（51.101.19.39）凝氣系統(tǒng)（59.31）循環(huán)水泵（1.03.00）冷卻塔（1.07.00）2.3汽輪機及汽水系統(tǒng)-汽輪機輔助設(shè)備2.4 高效火力發(fā)電新技術(shù)世界各國發(fā)展新火力發(fā)電技術(shù)的推動力經(jīng)濟效率提高的訴求環(huán)境壓力26song3540%的化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)化效率最安全的發(fā)電技術(shù)，仍是主要的發(fā)電技術(shù)。對環(huán)境和人類健康的巨大影響CO2 排放：世界最大的溫室氣體排放源 SO2 二氧化硫結(jié)合的氮氧化物與水和氧反應(yīng)，在大氣中，以形成酸性化合物，可與天

5、然降水混合并落在地上酸雨觸發(fā)心臟發(fā)作和中風 導(dǎo)致心律失常（心跳不規(guī)則） 呼吸道刺激和加重哮喘。 過早死亡（無論是短期和長期接觸） NOx 當?shù)趸铮ɑ瘜W(xué)上）發(fā)生反應(yīng)的揮發(fā)性有機化合物（ VOC）的與太陽光地面臭氧或煙霧形成。An estimated 140.5 million Americans live in areas with unhealthy levels of smog according to the The American Lung Association. 汞最危險的污染物釋放到空氣通過排氣系統(tǒng)當煤燃燒。1）繼續(xù)提高超臨界火電機組效率從目前世界火力發(fā)電技術(shù)水平看，提高火力

6、發(fā)電廠效率的主要途徑是提高蒸汽的參數(shù)，即提高蒸汽的壓力和溫度。世界第一臺超臨界機組125MW于1959年4月在美國投運。超臨界的概念：超臨界火電機組是把水作為超臨界流體用于發(fā)電。水的臨界參數(shù)是:22.064MPa、373.99。在這個壓力和溫度時，水和蒸汽的密度是相同的，就叫水的臨界點。2.4 高效火力發(fā)電新技術(shù)超臨界流體（Supercritical fluid, SCF）是一種物質(zhì)狀態(tài)，當物質(zhì)在超過臨界溫度及臨界壓力以上，氣體與液體的性質(zhì)會趨近于類似，最后會達成一個均勻相之流體現(xiàn)象。超臨界流體類似氣體具有可壓縮性，可以像氣體一樣發(fā)生瀉流，而且又兼具有類似液體的流動性，密度一般都介于0.1到1

7、.0g/ml之間。2.4 高效火力發(fā)電新技術(shù)超臨界、超超臨界機組的特點 經(jīng)濟：具有無可比擬經(jīng)濟性，單臺超臨界機組發(fā)電熱效率最高可達50%，每kWh煤耗最低僅有255g（丹麥BWE公司），較亞臨界壓力機組（每kW/h煤耗最低約有327g左右）煤耗低；環(huán)保：采用低氧化氮技術(shù)，在燃燒過程中減少65%的氮氧化合物及其它有害物質(zhì)的形成，且脫硫率可超98%，可實現(xiàn)節(jié)能降耗、環(huán)保的目的。36song2.4 高效火力發(fā)電新技術(shù)2）燃氣，蒸汽聯(lián)合循環(huán)（簡稱GTCC，Gas Turbine Combined Cycle ）燃氣輪機和蒸汽輪機的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，將燃氣輪機做功后排出的高溫乏煙氣通過余熱鍋爐回收轉(zhuǎn)換為蒸汽

8、，送人蒸汽輪機發(fā)電，或者將部分發(fā)電做功后的乏汽用于供熱。2.4 高效火力發(fā)電新技術(shù)2）燃氣，蒸汽聯(lián)合循環(huán)（簡稱GTCC，Gas Turbine Combined Cycle ）的特點可以利用低熱值燃料氣體或含雜質(zhì)較多的劣質(zhì)燃料，一些燃氣輪機甚至使用原油和高硫渣油燃料。熱效率高。燃氣輪機自身的發(fā)電效率不算很高，一般在3035之間，但是產(chǎn)生的廢熱煙氣溫度高達450550，可以通過余熱鍋爐再次回收熱能轉(zhuǎn)換蒸汽，驅(qū)動蒸汽輪機再發(fā)一次電，形成燃氣輪機- 蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，發(fā)電效率可以達到45%50%，一些大型機組甚至可以超過55。減少大氣污染物排放減少發(fā)電用水量2.4 高效火力發(fā)電新技術(shù)3）潔凈煤發(fā)

9、電技術(shù)，整體煤氣化燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)（簡稱IGCC，Integrated Coal Gasification Combined Cycle）煤經(jīng)過氣化和凈化后，固體燃料已轉(zhuǎn)化成清潔氣體燃料，以此驅(qū)動燃氣輪機發(fā)電，再用排出的高溫燃氣進入鍋爐，產(chǎn)生蒸汽帶動汽輪機發(fā)電，形成燃氣與蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。它由兩大部分組成，即煤的氣化與凈化部分和燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電部分，具有以下優(yōu)勢：2.4 高效火力發(fā)電新技術(shù)3）潔凈煤發(fā)電技術(shù)，整體煤氣化燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)（簡稱IGCC，Integrated Coal Gasification Combined Cycle）IGCC的特點（1）熱效率高，其效率比煤粉爐高10以

10、上，可達4050；（2）污染排放少，環(huán)保性能優(yōu)良；脫硫率9899，NOx及CO2排放減少；二氧化碳捕集成本低（3）燃料適應(yīng)性強，同一電站設(shè)備可燃用多種燃料，對高硫煤有獨特的適應(yīng)性；2.4 高效火力發(fā)電新技術(shù)3）潔凈煤發(fā)電技術(shù)，整體煤氣化燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)（簡稱IGCC）IGCC采用的流化床燃燒技術(shù)FBC （ Fluidized-bed Combustion ）把8mm以下的煤粒和脫硫劑石灰石，加入燃燒室床層上，在通過布置在爐底的布風板送出的高速氣流作用下，形成流態(tài)化翻滾的懸浮層，進行流化燃燒，同時完成脫硫，這種燃燒技術(shù)叫流化床燃燒技術(shù)。2.4 高效火力發(fā)電新技術(shù)IGCC Puertollano,

11、 Spain, 315 MW capacity, built in 19952.4 高效火力發(fā)電新技術(shù)4）燃煤磁流體發(fā)電技術(shù) （Magnetohydrodynamic generator）磁流體發(fā)電原理：高溫導(dǎo)電氣體（等離子體）高速切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。燃煤磁流體發(fā)電是在煤燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣中添加電離種子鉀，然后通過磁流體發(fā)電機發(fā)出直流電，再逆變成交流電；排出的煙氣溫度仍很高，進入下游余熱鍋爐，產(chǎn)生蒸汽推動汽輪機發(fā)電。462.4 高效火力發(fā)電新技術(shù)磁流體發(fā)電技術(shù)流程示意圖2.4 高效火力發(fā)電新技術(shù)4）燃煤磁流體發(fā)電技術(shù) （Magnetohydrodynamic generator）優(yōu)點：聯(lián)

12、合循環(huán)發(fā)電熱效率高，可達55；由于添加的電離種子鉀與硫反應(yīng)生成鉀的硫化物，回收種子時起到了自動脫硫的作用；磁流體發(fā)電部分無旋轉(zhuǎn)部件，高溫設(shè)備可通水冷卻，機械強度易得到保證；磁流體發(fā)電不象汽輪機發(fā)電那樣需要冷凝排汽的冷卻水，因而可節(jié)約大量用水。我國是較早開發(fā)此技術(shù)的國家之一，該技術(shù)1986年列入國家高技術(shù)計劃，目前已有試驗基地。492.4 高效火力發(fā)電新技術(shù)5）熱、電聯(lián)產(chǎn)（Cogeneration） 熱電聯(lián)產(chǎn) (簡稱CHP , combined heating and power) 指的是火電機組在發(fā)電的同時，用抽汽或背壓機組的排汽進行供熱，由于實現(xiàn)了熱能的梯級利用，其總的能源利用率為8090。

13、如果聯(lián)合循環(huán)機組用于熱電聯(lián)產(chǎn)，即高作功能力的燃氣（1000以上）在燃氣輪機中做功，其排氣在余熱鍋爐中產(chǎn)生中等作功能力的蒸汽（500以上），驅(qū)動汽輪機繼續(xù)做功，其低作功能力的抽汽或排汽用于工業(yè)或生活用汽用熱，形成聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn),其總的能源利用率可達8090（理論極限為93）。熱電聯(lián)產(chǎn)比熱電分產(chǎn)可節(jié)約能源30左右。我國有50萬臺工業(yè)鍋爐，年耗煤4億噸，平均容量228噸時，如果其供熱量的一半由熱電聯(lián)產(chǎn)供給，則年可節(jié)煤12億噸。 50CHP2.4 高效火力發(fā)電新技術(shù)2.4 高效火力發(fā)電新技術(shù)5）熱、電聯(lián)產(chǎn)（Cogeneration）熱電冷三聯(lián)產(chǎn) 指鍋爐產(chǎn)生的蒸汽在背壓汽輪機或抽汽汽輪機發(fā)電，其排汽或

14、抽汽，除滿足各種熱負荷外，還可做吸收式制冷機的工作蒸汽，生產(chǎn)68冷水用于空調(diào)或工藝冷卻 .熱電冷三聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)點：（1）蒸汽不在降壓或經(jīng)減溫減壓后供熱，而是先發(fā)電，然后用抽汽或排汽滿足供熱、制冷的需要，可提高能源利用率；（2）增大背壓機負荷率，增加機組發(fā)電，減少冷凝損失，降低煤耗；（3）保證生產(chǎn)工藝，改善生活質(zhì)量，減少從業(yè)人員，提高勞動生產(chǎn)率；代替數(shù)量大、型式多的分散空調(diào)，改善環(huán)境景觀，避免“熱島”現(xiàn)象。 526）空冷發(fā)電技術(shù)一般汽輪機的排汽進入凝汽器，由循環(huán)冷卻水對排汽進行冷卻，使其凝結(jié)成水。這種冷卻方式需要大量循環(huán)水，一個1000MW大型火電廠每天用水量約500萬噸，耗水量約10萬噸，相當于一

15、座中等城市的日用水量。在缺水和少水地區(qū)，這一水冷方式難以實現(xiàn)。 它有直接空冷與間接空冷兩種：所謂直接空冷是汽輪機排汽進入空冷散熱器，用空氣直接冷卻排汽；間接冷卻是用空氣來冷卻循環(huán)凝結(jié)水，再用冷卻后的循環(huán)凝結(jié)水與排汽直接接觸冷凝排汽。2.4 高效火力發(fā)電新技術(shù)Matimba Power Station, Ellisras, South Africa 世界上最大的空冷發(fā)電廠?；鹆Πl(fā)電廠的電氣設(shè)備發(fā)電機主變開關(guān)設(shè)備2.5汽輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機外形圖 電磁感應(yīng)原理現(xiàn)在用一對磁鐵來產(chǎn)生發(fā)電機的磁場，磁力線從北極到南極。在磁場內(nèi)放入矩形線圈，線圈兩端通向兩個滑環(huán)，滑環(huán)通過電刷連接到輸出線上，輸出線端連有負載

16、電阻。當線圈旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，線圈兩端將會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；當磁場均勻時，矩形線圈作勻速旋轉(zhuǎn)時，感應(yīng)電勢按正弦規(guī)律變化，在負載電阻上有正弦交流電通過。發(fā)電機工作原理旋轉(zhuǎn)磁場交流發(fā)電原理實際發(fā)電機中，產(chǎn)生感應(yīng)電勢的線圈是不運動的，運動的是磁場。產(chǎn)生磁場的是一個可旋轉(zhuǎn)的磁鐵轉(zhuǎn)子；線圈在磁鐵外圍，與磁鐵轉(zhuǎn)軸同一平面。當磁鐵旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，線圈切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由于空氣的磁導(dǎo)率太低，在旋轉(zhuǎn)磁鐵的外圍安上環(huán)型鐵芯定子，增強磁鐵的磁感應(yīng)強度。真正發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是電磁鐵，轉(zhuǎn)子上繞有勵磁線圈，通過滑環(huán)向勵磁線圈供電來產(chǎn)生磁場。把定子與線圈安在轉(zhuǎn)子外圍，一個單相交流發(fā)電機原理模型就組成了。發(fā)電機

17、：工作原理三相交流發(fā)電機工作原理定子鐵芯內(nèi)圓均勻分布著6個槽，嵌裝著三個相互間隔120度的同樣線圈，稱為A相線圈、B相線圈、C相線圈；裝上轉(zhuǎn)子就組成了一臺三相交流發(fā)電機。當轉(zhuǎn)子勻速旋轉(zhuǎn)時三個線圈順序切割磁力線，都會感生交流電動勢，其幅度與頻率相同。由于三個線圈相互間隔120度，它們感應(yīng)電勢的相位也相差120度。發(fā)電機：工作原理三相交流電流波形示意發(fā)電機：基本結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子鐵芯繞組定子繞組冷卻系統(tǒng)汽輪發(fā)電機定子鐵芯定子繞組轉(zhuǎn)子大軸轉(zhuǎn)子鐵芯冷卻風道汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子鐵芯繞組定子繞組冷卻系統(tǒng)汽輪發(fā)電機定子結(jié)構(gòu)圖 定子繞組在定子槽內(nèi)布置圖1槽楔；2波紋板；3熱彈性絕緣；4上層空心繞組；5下層實心繞組

18、汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子外形圖 汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子鐵心圖汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子外形圖 汽輪發(fā)電機運行中存在的損耗銅損耗（電流流過繞組時，由繞組本身電阻所產(chǎn)生的損耗）鐵損耗（鐵芯中磁場變化所產(chǎn)生的損耗）機械損耗（通風和軸承部分的摩擦所引起的損耗）發(fā)電機的冷卻方式損耗在發(fā)電機內(nèi)部變成熱能，若不能及時排出，特別是銅損耗所產(chǎn)生的熱導(dǎo)致定子線圈絕緣老化，絕緣性能降低，對發(fā)電機的安全運行帶來嚴重影響。冷卻方式有空氣冷卻、氫冷卻、水冷卻冷卻系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)：為發(fā)電機提供直流勵磁電流，以產(chǎn)生可調(diào)節(jié)直流磁場勵磁系統(tǒng)發(fā)電機除了需要原動機（汽輪機或水輪機）供給機械能外，本身還需要有可調(diào)節(jié)的直流磁場，以使定子繞組能感應(yīng)出合適的發(fā)電機機端電壓。勵磁電流：產(chǎn)生這個可調(diào)磁場的直流勵磁電流稱為勵磁電