火力發(fā)電工作原理及主要設(shè)備介紹
火力發(fā)電一般是指利用石油、煤炭和天然氣等燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能來加熱水，使水變成高溫、高壓水蒸氣，然后再由水蒸氣推動發(fā)電機(jī)來發(fā)電的方式的總稱。以煤、石油或天然氣作為燃料的發(fā)電廠統(tǒng)稱為火電廠。
火力發(fā)電站的主要設(shè)備系統(tǒng)包括：燃料供給系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及其他一些輔助處理設(shè)備。
火力發(fā)電系統(tǒng)主要由燃燒系統(tǒng)（以鍋爐為核心）、汽水系統(tǒng)（主要由各類泵、給水加熱器、凝汽器、管道、水冷壁等組成）、電氣系統(tǒng)（以汽輪發(fā)電機(jī)、主變壓器等為主）、控制系統(tǒng)等組成。前二者產(chǎn)生高溫高壓蒸汽；電氣系統(tǒng)實現(xiàn)由熱能、機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)變；控制系統(tǒng)保證各系統(tǒng)安全、合理、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
火力發(fā)電的重要問題是提高熱效率，辦法是提高鍋爐的參數(shù)（蒸汽的壓強(qiáng)和溫度）。90年代，世界最好的火電廠能把40％左右的熱能轉(zhuǎn)換為電能；大型供熱電廠的熱能利用率也只能達(dá)到60％～70％。此外，火力發(fā)電大量燃煤、燃油，造成環(huán)境污染，也成為日益引人關(guān)注的問題。
熱電廠為火力發(fā)電廠，采用煤炭作為一次能源，利用皮帶傳送技術(shù)，向鍋爐輸送經(jīng)處理過的煤粉，煤粉燃燒加熱鍋爐使鍋爐中的水變?yōu)樗羝?jīng)一次加熱之后，水蒸汽進(jìn)入高壓缸。為了提高熱效率，應(yīng)對水蒸汽進(jìn)行二次加熱，水蒸汽進(jìn)入中壓缸。通過利用中壓缸的蒸汽去推動汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。從中壓缸引出進(jìn)入對稱的低壓缸。已經(jīng)作過功的蒸汽一部分從中間段抽出供給煉油、化肥等兄弟企業(yè)，其余部分流經(jīng)凝汽器水冷，成為40度左右的飽和水作為再利用水。40度左右的飽和水經(jīng)過凝結(jié)水泵，經(jīng)過低壓加熱器到除氧器中，此時為160度左右的飽和水，經(jīng)過除氧器除氧，利用給水泵送入高壓加熱器中，其中高壓加熱器利用再加熱蒸汽作為加熱燃料，最后流入鍋爐進(jìn)行再次利用。以上就是一次生產(chǎn)流程。
火力發(fā)電廠的基本生產(chǎn)過程
火力發(fā)電廠的主要生產(chǎn)系統(tǒng)包括汽水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，現(xiàn)分述如下：
?。ㄒ唬┢到y(tǒng)：
火力發(fā)電廠的汽水系統(tǒng)是由鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器、高低壓加熱器、凝結(jié)水泵和給水泵等組成，他包括汽水循環(huán)、化學(xué)水處理和冷卻系統(tǒng)等。水在鍋爐中被加熱成蒸汽，經(jīng)過熱器進(jìn)一步加熱后變成過熱的蒸汽，再通過主蒸汽管道進(jìn)入汽輪機(jī)。由于蒸汽不斷膨脹，高速流動的蒸汽推動汽輪機(jī)的葉片轉(zhuǎn)動從而帶動發(fā)電機(jī)。
為了進(jìn)一步提高其熱效率，一般都從汽輪機(jī)的某些中間級后抽出作過功的部分蒸汽，用以加熱給水。在現(xiàn)代大型汽輪機(jī)組中都采用這種給水回?zé)嵫h(huán)。此外，在超高壓機(jī)組中還采用再熱循環(huán)，既把作過一段功的蒸汽從汽輪機(jī)的高壓缸的出口將作過功的蒸汽全部抽出，送到鍋爐的再熱汽中加熱后再引入氣輪機(jī)的中壓缸繼續(xù)膨脹作功，從中壓缸送出的蒸汽，再送入低壓缸繼續(xù)作功。在蒸汽不斷作功的過程中，蒸汽壓力和溫度不斷降低，最后排入凝汽器并被冷卻水冷卻，凝結(jié)成水。凝結(jié)水集中在凝汽器下部由凝結(jié)水泵打至低壓加熱再經(jīng)過除氧氣除氧，給水泵將預(yù)加熱除氧后的水送至高壓加熱器，經(jīng)過加熱后的熱水打入鍋爐，再過熱器中把水已經(jīng)加熱到過熱的蒸汽，送至汽輪機(jī)作功，這樣周而復(fù)始不斷的作功。
在汽水系統(tǒng)中的蒸汽和凝結(jié)水，由于疏通管道很多并且還要經(jīng)過許多的閥門設(shè)備，這樣就難免產(chǎn)生跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都會或多或少地造成水的損失，因此我們必須不斷的向系統(tǒng)中補(bǔ)充經(jīng)過化學(xué)處理過的軟化水，這些補(bǔ)給水一般都補(bǔ)入除氧器中。
（二）燃燒系統(tǒng)
燃燒系統(tǒng)是由輸煤、磨煤、粗細(xì)分離、排粉、給粉、鍋爐、除塵、脫流等組成。是由皮帶輸送機(jī)從煤場,通過電磁鐵、碎煤機(jī)然后送到煤倉間的煤斗內(nèi),再經(jīng)過給煤機(jī)進(jìn)入磨煤機(jī)進(jìn)行磨粉，磨好的煤粉通過空氣預(yù)熱器來的熱風(fēng)，將煤粉打至粗細(xì)分離器，粗細(xì)分離器將合格的煤粉（不合格的煤粉送回磨煤機(jī)），經(jīng)過排粉機(jī)送至粉倉，給粉機(jī)將煤粉打入噴燃器送到鍋爐進(jìn)行燃燒。而煙氣經(jīng)過電除塵脫出粉塵再將煙氣送至脫硫裝置，通過石漿噴淋脫出流的氣體經(jīng)過吸風(fēng)機(jī)送到煙筒排人天空。
?。ㄈ┌l(fā)電系統(tǒng)
發(fā)電系統(tǒng)是由副勵磁機(jī)、勵磁盤、主勵磁機(jī)（備用勵磁機(jī)）、發(fā)電機(jī)、變壓器、高壓斷路器、升壓站、配電裝置等組成。發(fā)電是由副勵磁機(jī)（永磁機(jī)）發(fā)出高頻電流，副勵磁機(jī)發(fā)出的電流經(jīng)過勵磁盤整流，再送到主勵磁機(jī)，主勵磁機(jī)發(fā)出電后經(jīng)過調(diào)壓器以及滅磁開關(guān)經(jīng)過碳刷送到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過旋轉(zhuǎn)其定子線圈便感應(yīng)出電流，強(qiáng)大的電流通過發(fā)電機(jī)出線分兩路，一路送至廠用電變壓器，另一路則送到SF6高壓斷路器，由SF6高壓斷路器送至電網(wǎng)。
火力發(fā)電廠的基本生產(chǎn)過程
這里介紹的是汽輪機(jī)發(fā)電的基本生產(chǎn)過程?！ ?br /> 火力發(fā)電廠的燃料主要有煤、石油（主要是重油、天然氣）。我國的火電廠以燃煤為主，過去曾建過一批燃油電廠，目前的政策是盡量壓縮燒油電廠，新建電廠全部燒煤?！ ?br /> 火力發(fā)電廠由三大主要設(shè)備——鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及相應(yīng)輔助設(shè)備組成，它們通過管道或線路相連構(gòu)成生產(chǎn)主系統(tǒng)，即燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。其生產(chǎn)過程簡介如下。
1．燃燒系統(tǒng)
燃燒系統(tǒng)，包括鍋爐的燃燒部分和輸煤、除灰和煙氣排放系統(tǒng)等。
煤由皮帶輸送到鍋爐車間的煤斗，進(jìn)入磨煤機(jī)磨成煤粉，然后與經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱的空氣一起噴入爐內(nèi)燃燒，將煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能，煙氣經(jīng)除塵器清除灰分后，由引風(fēng)機(jī)抽出，經(jīng)高大的煙囪排入大氣。爐渣和除塵器下部的細(xì)灰由灰渣泵排至灰場?！ ?br /> 2．汽水系統(tǒng)
汽水系統(tǒng)，包括鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器及給水泵等組成的汽水循環(huán)和水處理系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等。水在鍋爐中加熱后蒸發(fā)成蒸汽，經(jīng)過熱器進(jìn)一步加熱，成為具有規(guī)定壓力和溫度的過熱蒸汽，然后經(jīng)過管道送入汽輪機(jī)。在汽輪機(jī)中，蒸汽不斷膨脹，高速流動，沖擊汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，以額定轉(zhuǎn)速（3000r／min）旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動與汽輪機(jī)同軸的發(fā)電機(jī)發(fā)電。在膨脹過程中，蒸汽的壓力和溫度不斷降低。蒸汽做功后從汽輪機(jī)下部排出。排出的蒸汽稱為乏汽，它排入凝汽器。在凝汽器中，汽輪機(jī)的乏汽被冷卻水冷卻，凝結(jié)成水。凝汽器下部所凝結(jié)的水由凝結(jié)水泵升壓后進(jìn)入低壓加熱器和除氧器，提高水溫并除去水中的氧（以防止腐蝕爐管等），再由給水泵進(jìn)一步升壓，然后進(jìn)入高壓加熱器，回到鍋爐，完成水—蒸汽—水的循環(huán)。給水泵以后的凝結(jié)水稱為給水。汽水系統(tǒng)中的蒸汽和凝結(jié)水在循環(huán)過程中總有一些損失，因此，必須不斷向給水系統(tǒng)補(bǔ)充經(jīng)過化學(xué)處理的水。補(bǔ)給水進(jìn)入除氧器，同凝結(jié)水一塊由給水泵打入鍋爐。
3．電氣系統(tǒng)
電氣系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)、勵磁系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)和升壓變電站等。
發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓和電流隨其容量不同而變化，其電壓一般在10～20kV之間，電流可達(dá)數(shù)千安至20kA。因此，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電，一般由主變壓器升高電壓后，經(jīng)變電站高壓電氣設(shè)備和輸電線送往電網(wǎng)。極少部分電，通過廠用變壓器降低電壓后，經(jīng)廠用電配電裝置和電纜供廠內(nèi)風(fēng)機(jī)、水泵等各種輔機(jī)設(shè)備和照明等用電。
一、火電廠的分類
1、按燃料分類
燃煤發(fā)電廠：以煤為燃料的發(fā)電廠；
燃油發(fā)電廠：以石油（實際是提取汽油、煤油、柴油后的油渣）為燃料的發(fā)電廠；
燃?xì)獍l(fā)電廠：以天然氣、煤氣等可燃?xì)怏w為燃料的發(fā)電廠；
余熱發(fā)電廠：用工業(yè)企業(yè)的各種余熱進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電廠；
此外，還有利用垃圾及工業(yè)廢料作為燃料的發(fā)電廠。
2、按原動機(jī)分類
凝汽式氣輪機(jī)發(fā)電廠；燃汽輪機(jī)發(fā)電廠；內(nèi)燃機(jī)發(fā)電廠；蒸汽——燃汽輪機(jī)發(fā)電廠
3、按供出能源分類
凝汽式發(fā)電廠：只向外供應(yīng)電能的電廠
熱電廠：同時向外供應(yīng)電能和熱能的電廠
4、按發(fā)電裝機(jī)容量的多少分類
小容量發(fā)電廠：裝機(jī)總?cè)萘吭?00MW以下的發(fā)電廠；
中容量發(fā)電廠：裝機(jī)總?cè)萘吭?00—250MW范圍內(nèi)的發(fā)電廠；
大中容量發(fā)電廠：裝機(jī)總?cè)萘吭?50—600MW范圍內(nèi)的發(fā)電廠；
大容量發(fā)電廠：裝機(jī)總?cè)萘吭?00—1000MW范圍內(nèi)的發(fā)電廠；
特大容量發(fā)電廠：裝機(jī)總?cè)萘吭?000MW以上的發(fā)電廠。
5、按蒸汽壓力和溫度分類
中低壓發(fā)電廠：蒸汽壓力一般為3.92MPa（40kgf/cm2）、溫度為450℃的發(fā)電廠，單機(jī)功率小于25MW；
高壓發(fā)電廠：蒸汽壓力一般為9.9MPa（101kgf/cm2）、溫度為540℃的發(fā)電廠，單機(jī)功率小于100MW；
超高壓發(fā)電廠：蒸汽壓力一般為13.83MPa（141kgf/cm2）、溫度為540/540℃的發(fā)電廠，單機(jī)功率小于20MW；
亞臨界壓力發(fā)電廠：蒸汽壓力一般為16.77MPa（171kgf/cm2）、溫度為540/540℃的發(fā)電廠，單機(jī)功率為300MW直至1000MW不等；
超臨界壓力發(fā)電廠：蒸汽壓力大于22.11MPa（225.6kgf/cm2）、溫度為550/550℃的發(fā)電廠，機(jī)組功率為600MW及以上。
6、按供電范圍分類
區(qū)域性發(fā)電廠：在電網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行，承擔(dān)一定區(qū)域性供電的大中型發(fā)電廠；
孤立發(fā)電廠：不并入電網(wǎng)內(nèi)，單獨(dú)運(yùn)行的發(fā)電廠；
自備發(fā)電廠：由大型企業(yè)自己建造，主要供本單位用電的發(fā)電廠（一般也與電網(wǎng)連）。
二、火電廠的生產(chǎn)流程
火電廠種類雖然很多，但從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)分析，其生產(chǎn)過程是基本相同的，都是將燃料燃燒的熱能通過鍋爐產(chǎn)生高溫高壓水蒸氣，推動汽輪機(jī)做功產(chǎn)生機(jī)械能，經(jīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，最后通過變壓器將電能送入電力系統(tǒng)。
三、火電廠特點(diǎn)
與水電廠和其他類型電廠相比，火電廠有如下特點(diǎn)：
1、布局靈活，裝機(jī)容量的大小可按需要決定。
2、建造工期短，一般為水電廠的一半甚至更短。一次性建造投資少，僅為水電廠的一半左右。
3、煤耗量大，目前發(fā)電用煤約占全國煤炭總產(chǎn)量的25左右，加上運(yùn)煤費(fèi)用和大量用水，其生產(chǎn)成本比水力發(fā)電要高出3—4倍。
4、動力設(shè)備繁多，發(fā)電機(jī)組控制操作復(fù)雜，廠用電量和運(yùn)行人員都多于水電廠，運(yùn)行費(fèi)用高。
5、汽輪機(jī)開、停機(jī)過程時間長，耗資大，不宜作為調(diào)峰電源用。
6、對空氣和環(huán)境的污染大。
火力發(fā)電用煤品種及過程分析
電力是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要能源，火力發(fā)電是我國和世界上許多國家生產(chǎn)電能的主要方法。煤炭在鍋爐內(nèi)燃燒放出的熱量，將水加熱成具有一定壓力和溫度的蒸汽，然后蒸汽沿管道進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)一起高速旋轉(zhuǎn)，從而發(fā)出電來。在汽輪機(jī)中做完功的蒸汽排入冷汽器中并凝結(jié)成水，然后被凝結(jié)水泵送入除氧器。水在除氧器中被來自抽氣管的汽輪機(jī)抽汽加熱并除去所含氣體，最后又被給水泵送回鍋爐中重復(fù)參加上述循環(huán)過程。顯然，在這種火力發(fā)電廠中存在著三種型式的能量轉(zhuǎn)換過程：在鍋爐中煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?；在汽輪機(jī)中熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能；在發(fā)電機(jī)中機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的主要設(shè)備——鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，被稱為火力發(fā)電廠的三大主機(jī)，而鍋爐則是三大主機(jī)中最基本的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。
1．電站鍋爐。發(fā)電用鍋爐稱為電站鍋爐。目前，在我國大型電廠多用煤粉爐和沸騰爐。電站鍋爐與其它工廠用的工業(yè)鍋爐相比有如下明顯特點(diǎn)：①電站鍋爐容量大；②電站鍋爐的蒸汽參數(shù)高；③電站鍋爐自動化程度高，其各項操作基本實現(xiàn)了機(jī)械化和自動化，適應(yīng)負(fù)荷變化的能力很強(qiáng)，工業(yè)鍋爐目前僅處于半機(jī)械化向全機(jī)械化發(fā)展的過程中；④電站鍋爐的熱效率高，多達(dá)90以上，工業(yè)鍋爐的熱效率多在60～80之間。
2．電站用煤的分類。火力發(fā)電廠燃用的煤通常稱為動力煤，其分類方法主要是依據(jù)煤的干燥無灰基揮發(fā)分進(jìn)行分類。
3．煤粉的制備。煤粉爐燃燒用的煤粉是由磨煤機(jī)將煤炭磨成的不規(guī)則的細(xì)小煤炭顆粒，其顆粒平均在0.05~0.01mm，其中20~50μm（微米）以下的顆粒占絕大多數(shù)。由于煤粉顆粒很小，表面很大，故能吸附大量的空氣，且具有一般固體所未有的性質(zhì)——流動性。煤粉的粒度越小，含濕量越小，其流動性也越好，但煤粉的顆粒過于細(xì)小或過于干燥，則會產(chǎn)生煤粉自流現(xiàn)象，使給煤機(jī)工作特性不穩(wěn)，給鍋爐運(yùn)行的調(diào)整操作造成困難。另外煤粉與O2接觸而氧化，在一定條件下可能發(fā)生煤粉自然。在制粉系統(tǒng)中，煤粉是由氣體來輸送的，氣體和煤粉的混合物一遇到火花就會使火源擴(kuò)大而產(chǎn)生較大壓力，從而造成煤粉的爆炸。
鍋爐燃用的煤粉細(xì)度應(yīng)由以下條件確定：燃燒方面希望煤粉磨得細(xì)些，這樣可以適當(dāng)減少送風(fēng)量，使q2、q4損失降低；從制粉系統(tǒng)方面希望煤粉磨得粗些，從而降低磨煤電耗和金屬消耗。所以在選擇煤粉細(xì)度時，應(yīng)使上述各項損失之和最小?？倱p失蟬聯(lián)小的煤粉細(xì)度稱為“經(jīng)濟(jì)細(xì)度”。由此可見，對揮發(fā)分較高且易燃的煤種，或?qū)τ谀ブ泼悍垲w粒比較均勻的制粉設(shè)備，以及某些強(qiáng)化燃燒的鍋爐，煤粉細(xì)度可適當(dāng)大些，以節(jié)省磨煤能耗。由于各種煤的軟硬程度不同，其抗磨能力也不同，因此每種煤的經(jīng)濟(jì)細(xì)度也不同。
4．煤粉的燃燒。由煤粉制備系統(tǒng)制成的煤粉經(jīng)煤粉燃燒器進(jìn)入爐內(nèi)。燃燒器是煤粉爐的主要燃燒設(shè)備。燃燒器的作用有三：一是保證煤粉氣流噴入爐膛后迅速著火；二是使一、二次風(fēng)能夠強(qiáng)烈混合以保證煤粉充分燃燒；三是讓火焰充滿爐膛而減少死滯區(qū)。煤粉氣流經(jīng)燃燒器進(jìn)入爐膛后，便開始了煤的燃燒過程。燃燒過程的三個階段與其它爐型大體相同。所不同的是，這種爐型燃燒前的準(zhǔn)備階段和燃燒階段時間很短，而燃盡階段時間相對很長。
5．發(fā)電用煤的質(zhì)量要求。電廠煤粉爐對煤種的適用范圍較廣，它既可以設(shè)計成燃用高揮發(fā)分的褐煤，也可設(shè)計成燃用低揮發(fā)分的無煙煤。但對一臺已安裝使用的鍋爐來講，不可能燃用各種揮發(fā)分的煤炭，因為它受到噴燃器型式和爐膛結(jié)構(gòu)的限制。發(fā)電用煤質(zhì)量指標(biāo)有：
① 揮發(fā)分。是判明煤炭著火特性的首要指標(biāo)。揮發(fā)分含量越高，著火越容易。根據(jù)鍋爐設(shè)計要求，供煤揮發(fā)分的值變化不宜太大，否則會影響鍋爐的正常運(yùn)行。如原設(shè)計燃用低揮發(fā)分的煤而改燒高揮發(fā)分的煤后，因火焰中心逼近噴燃器出口，可能因燒壞噴燃器而停爐；若原設(shè)計燃用高揮發(fā)分的煤種而改燒低揮發(fā)分的煤，則會因著火過遲使燃燒不完全，甚至造成熄火事故。因此供煤時要盡量按原設(shè)計的揮發(fā)分煤種或相近的煤種供應(yīng)。②灰分?；曳趾繒够鹧?zhèn)鞑ニ俣认陆担饡r間推遲，燃燒不穩(wěn)定，爐溫下降。③水分。水分是燃燒過程中的有害物質(zhì)之一，它在燃燒過程中吸收大量的熱，對燃燒的影響比灰分大得多。④發(fā)熱量。為的發(fā)熱量是鍋爐設(shè)計的一個重要依據(jù)。由于電廠煤粉對煤種適應(yīng)性較強(qiáng)，因此只要煤的發(fā)熱量與鍋爐設(shè)計要求大體相符即可。⑤灰熔點(diǎn)。由于煤粉爐爐膛火焰中心溫度多在1500℃ 以上，在這樣高溫下，煤灰大多呈軟化或流體狀態(tài)。⑥煤的硫分。硫是煤中有害雜質(zhì)，雖對燃燒本身沒有影響，但它的含量太高，對設(shè)備的腐蝕和環(huán)境的污染都相當(dāng)嚴(yán)重。因此，電廠燃用煤的硫分不能太高，一般要求最高不能超過2.5。
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火力發(fā)電站的主要設(shè)備系統(tǒng)包括：燃料供給系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及其他一些輔助處理設(shè)備。
火力發(fā)電系統(tǒng)主要由燃燒系統(tǒng)（以鍋爐為核心）、汽水系統(tǒng)（主要由各類泵、給水加熱器、凝汽器、管道、水冷壁等組成）、電氣系統(tǒng)（以汽輪發(fā)電機(jī)、主變壓器等為主）、控制系統(tǒng)等組成。前二者產(chǎn)生高溫高壓蒸汽；電氣系統(tǒng)實現(xiàn)由熱能、機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)變；控制系統(tǒng)保證各系統(tǒng)安全、合理、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
火力發(fā)電的重要問題是提高熱效率，辦法是提高鍋爐的參數(shù)（蒸汽的壓強(qiáng)和溫度）。90年代，世界最好的火電廠能把40％左右的熱能轉(zhuǎn)換為電能；大型供熱電廠的熱能利用率也只能達(dá)到60％～70％。此外，火力發(fā)電大量燃煤、燃油，造成環(huán)境污染，也成為日益引人關(guān)注的問題。
熱電廠為火力發(fā)電廠，采用煤炭作為一次能源，利用皮帶傳送技術(shù)，向鍋爐輸送經(jīng)處理過的煤粉，煤粉燃燒加熱鍋爐使鍋爐中的水變?yōu)樗羝?jīng)一次加熱之后，水蒸汽進(jìn)入高壓缸。為了提高熱效率，應(yīng)對水蒸汽進(jìn)行二次加熱，水蒸汽進(jìn)入中壓缸。通過利用中壓缸的蒸汽去推動汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。從中壓缸引出進(jìn)入對稱的低壓缸。已經(jīng)作過功的蒸汽一部分從中間段抽出供給煉油、化肥等兄弟企業(yè)，其余部分流經(jīng)凝汽器水冷，成為40度左右的飽和水作為再利用水。40度左右的飽和水經(jīng)過凝結(jié)水泵，經(jīng)過低壓加熱器到除氧器中，此時為160度左右的飽和水，經(jīng)過除氧器除氧，利用給水泵送入高壓加熱器中，其中高壓加熱器利用再加熱蒸汽作為加熱燃料，最后流入鍋爐進(jìn)行再次利用。以上就是一次生產(chǎn)流程。
火力發(fā)電廠的基本生產(chǎn)過程
火力發(fā)電廠的主要生產(chǎn)系統(tǒng)包括汽水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，現(xiàn)分述如下：
?。ㄒ唬┢到y(tǒng)：
火力發(fā)電廠的汽水系統(tǒng)是由鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器、高低壓加熱器、凝結(jié)水泵和給水泵等組成，他包括汽水循環(huán)、化學(xué)水處理和冷卻系統(tǒng)等。水在鍋爐中被加熱成蒸汽，經(jīng)過熱器進(jìn)一步加熱后變成過熱的蒸汽，再通過主蒸汽管道進(jìn)入汽輪機(jī)。由于蒸汽不斷膨脹，高速流動的蒸汽推動汽輪機(jī)的葉片轉(zhuǎn)動從而帶動發(fā)電機(jī)。
為了進(jìn)一步提高其熱效率，一般都從汽輪機(jī)的某些中間級后抽出作過功的部分蒸汽，用以加熱給水。在現(xiàn)代大型汽輪機(jī)組中都采用這種給水回?zé)嵫h(huán)。此外，在超高壓機(jī)組中還采用再熱循環(huán)，既把作過一段功的蒸汽從汽輪機(jī)的高壓缸的出口將作過功的蒸汽全部抽出，送到鍋爐的再熱汽中加熱后再引入氣輪機(jī)的中壓缸繼續(xù)膨脹作功，從中壓缸送出的蒸汽，再送入低壓缸繼續(xù)作功。在蒸汽不斷作功的過程中，蒸汽壓力和溫度不斷降低，最后排入凝汽器并被冷卻水冷卻，凝結(jié)成水。凝結(jié)水集中在凝汽器下部由凝結(jié)水泵打至低壓加熱再經(jīng)過除氧氣除氧，給水泵將預(yù)加熱除氧后的水送至高壓加熱器，經(jīng)過加熱后的熱水打入鍋爐，再過熱器中把水已經(jīng)加熱到過熱的蒸汽，送至汽輪機(jī)作功，這樣周而復(fù)始不斷的作功。
在汽水系統(tǒng)中的蒸汽和凝結(jié)水，由于疏通管道很多并且還要經(jīng)過許多的閥門設(shè)備，這樣就難免產(chǎn)生跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都會或多或少地造成水的損失，因此我們必須不斷的向系統(tǒng)中補(bǔ)充經(jīng)過化學(xué)處理過的軟化水，這些補(bǔ)給水一般都補(bǔ)入除氧器中。
（二）燃燒系統(tǒng)
燃燒系統(tǒng)是由輸煤、磨煤、粗細(xì)分離、排粉、給粉、鍋爐、除塵、脫流等組成。是由皮帶輸送機(jī)從煤場,通過電磁鐵、碎煤機(jī)然后送到煤倉間的煤斗內(nèi),再經(jīng)過給煤機(jī)進(jìn)入磨煤機(jī)進(jìn)行磨粉，磨好的煤粉通過空氣預(yù)熱器來的熱風(fēng)，將煤粉打至粗細(xì)分離器，粗細(xì)分離器將合格的煤粉（不合格的煤粉送回磨煤機(jī)），經(jīng)過排粉機(jī)送至粉倉，給粉機(jī)將煤粉打入噴燃器送到鍋爐進(jìn)行燃燒。而煙氣經(jīng)過電除塵脫出粉塵再將煙氣送至脫硫裝置，通過石漿噴淋脫出流的氣體經(jīng)過吸風(fēng)機(jī)送到煙筒排人天空。
?。ㄈ┌l(fā)電系統(tǒng)
發(fā)電系統(tǒng)是由副勵磁機(jī)、勵磁盤、主勵磁機(jī)（備用勵磁機(jī)）、發(fā)電機(jī)、變壓器、高壓斷路器、升壓站、配電裝置等組成。發(fā)電是由副勵磁機(jī)（永磁機(jī)）發(fā)出高頻電流，副勵磁機(jī)發(fā)出的電流經(jīng)過勵磁盤整流，再送到主勵磁機(jī)，主勵磁機(jī)發(fā)出電后經(jīng)過調(diào)壓器以及滅磁開關(guān)經(jīng)過碳刷送到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過旋轉(zhuǎn)其定子線圈便感應(yīng)出電流，強(qiáng)大的電流通過發(fā)電機(jī)出線分兩路，一路送至廠用電變壓器，另一路則送到SF6高壓斷路器，由SF6高壓斷路器送至電網(wǎng)。
火力發(fā)電廠的基本生產(chǎn)過程
這里介紹的是汽輪機(jī)發(fā)電的基本生產(chǎn)過程?！ ?br /> 火力發(fā)電廠的燃料主要有煤、石油（主要是重油、天然氣）。我國的火電廠以燃煤為主，過去曾建過一批燃油電廠，目前的政策是盡量壓縮燒油電廠，新建電廠全部燒煤?！ ?br /> 火力發(fā)電廠由三大主要設(shè)備——鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及相應(yīng)輔助設(shè)備組成，它們通過管道或線路相連構(gòu)成生產(chǎn)主系統(tǒng)，即燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。其生產(chǎn)過程簡介如下。
1．燃燒系統(tǒng)
燃燒系統(tǒng)，包括鍋爐的燃燒部分和輸煤、除灰和煙氣排放系統(tǒng)等。
煤由皮帶輸送到鍋爐車間的煤斗，進(jìn)入磨煤機(jī)磨成煤粉，然后與經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱的空氣一起噴入爐內(nèi)燃燒，將煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能，煙氣經(jīng)除塵器清除灰分后，由引風(fēng)機(jī)抽出，經(jīng)高大的煙囪排入大氣。爐渣和除塵器下部的細(xì)灰由灰渣泵排至灰場?！ ?br /> 2．汽水系統(tǒng)
汽水系統(tǒng)，包括鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器及給水泵等組成的汽水循環(huán)和水處理系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等。水在鍋爐中加熱后蒸發(fā)成蒸汽，經(jīng)過熱器進(jìn)一步加熱，成為具有規(guī)定壓力和溫度的過熱蒸汽，然后經(jīng)過管道送入汽輪機(jī)。在汽輪機(jī)中，蒸汽不斷膨脹，高速流動，沖擊汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，以額定轉(zhuǎn)速（3000r／min）旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動與汽輪機(jī)同軸的發(fā)電機(jī)發(fā)電。在膨脹過程中，蒸汽的壓力和溫度不斷降低。蒸汽做功后從汽輪機(jī)下部排出。排出的蒸汽稱為乏汽，它排入凝汽器。在凝汽器中，汽輪機(jī)的乏汽被冷卻水冷卻，凝結(jié)成水。凝汽器下部所凝結(jié)的水由凝結(jié)水泵升壓后進(jìn)入低壓加熱器和除氧器，提高水溫并除去水中的氧（以防止腐蝕爐管等），再由給水泵進(jìn)一步升壓，然后進(jìn)入高壓加熱器，回到鍋爐，完成水—蒸汽—水的循環(huán)。給水泵以后的凝結(jié)水稱為給水。汽水系統(tǒng)中的蒸汽和凝結(jié)水在循環(huán)過程中總有一些損失，因此，必須不斷向給水系統(tǒng)補(bǔ)充經(jīng)過化學(xué)處理的水。補(bǔ)給水進(jìn)入除氧器，同凝結(jié)水一塊由給水泵打入鍋爐。
3．電氣系統(tǒng)
電氣系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)、勵磁系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)和升壓變電站等。
發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓和電流隨其容量不同而變化，其電壓一般在10～20kV之間，電流可達(dá)數(shù)千安至20kA。因此，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電，一般由主變壓器升高電壓后，經(jīng)變電站高壓電氣設(shè)備和輸電線送往電網(wǎng)。極少部分電，通過廠用變壓器降低電壓后，經(jīng)廠用電配電裝置和電纜供廠內(nèi)風(fēng)機(jī)、水泵等各種輔機(jī)設(shè)備和照明等用電。
一、火電廠的分類
1、按燃料分類
燃煤發(fā)電廠：以煤為燃料的發(fā)電廠；
燃油發(fā)電廠：以石油（實際是提取汽油、煤油、柴油后的油渣）為燃料的發(fā)電廠；
燃?xì)獍l(fā)電廠：以天然氣、煤氣等可燃?xì)怏w為燃料的發(fā)電廠；
余熱發(fā)電廠：用工業(yè)企業(yè)的各種余熱進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電廠；
此外，還有利用垃圾及工業(yè)廢料作為燃料的發(fā)電廠。
2、按原動機(jī)分類
凝汽式氣輪機(jī)發(fā)電廠；燃汽輪機(jī)發(fā)電廠；內(nèi)燃機(jī)發(fā)電廠；蒸汽——燃汽輪機(jī)發(fā)電廠
3、按供出能源分類
凝汽式發(fā)電廠：只向外供應(yīng)電能的電廠
熱電廠：同時向外供應(yīng)電能和熱能的電廠
4、按發(fā)電裝機(jī)容量的多少分類
小容量發(fā)電廠：裝機(jī)總?cè)萘吭?00MW以下的發(fā)電廠；
中容量發(fā)電廠：裝機(jī)總?cè)萘吭?00—250MW范圍內(nèi)的發(fā)電廠；
大中容量發(fā)電廠：裝機(jī)總?cè)萘吭?50—600MW范圍內(nèi)的發(fā)電廠；
大容量發(fā)電廠：裝機(jī)總?cè)萘吭?00—1000MW范圍內(nèi)的發(fā)電廠；
特大容量發(fā)電廠：裝機(jī)總?cè)萘吭?000MW以上的發(fā)電廠。
5、按蒸汽壓力和溫度分類
中低壓發(fā)電廠：蒸汽壓力一般為3.92MPa（40kgf/cm2）、溫度為450℃的發(fā)電廠，單機(jī)功率小于25MW；
高壓發(fā)電廠：蒸汽壓力一般為9.9MPa（101kgf/cm2）、溫度為540℃的發(fā)電廠，單機(jī)功率小于100MW；
超高壓發(fā)電廠：蒸汽壓力一般為13.83MPa（141kgf/cm2）、溫度為540/540℃的發(fā)電廠，單機(jī)功率小于20MW；
亞臨界壓力發(fā)電廠：蒸汽壓力一般為16.77MPa（171kgf/cm2）、溫度為540/540℃的發(fā)電廠，單機(jī)功率為300MW直至1000MW不等；
超臨界壓力發(fā)電廠：蒸汽壓力大于22.11MPa（225.6kgf/cm2）、溫度為550/550℃的發(fā)電廠，機(jī)組功率為600MW及以上。
6、按供電范圍分類
區(qū)域性發(fā)電廠：在電網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行，承擔(dān)一定區(qū)域性供電的大中型發(fā)電廠；
孤立發(fā)電廠：不并入電網(wǎng)內(nèi)，單獨(dú)運(yùn)行的發(fā)電廠；
自備發(fā)電廠：由大型企業(yè)自己建造，主要供本單位用電的發(fā)電廠（一般也與電網(wǎng)連）。
二、火電廠的生產(chǎn)流程
火電廠種類雖然很多，但從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)分析，其生產(chǎn)過程是基本相同的，都是將燃料燃燒的熱能通過鍋爐產(chǎn)生高溫高壓水蒸氣，推動汽輪機(jī)做功產(chǎn)生機(jī)械能，經(jīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，最后通過變壓器將電能送入電力系統(tǒng)。
三、火電廠特點(diǎn)
與水電廠和其他類型電廠相比，火電廠有如下特點(diǎn)：
1、布局靈活，裝機(jī)容量的大小可按需要決定。
2、建造工期短，一般為水電廠的一半甚至更短。一次性建造投資少，僅為水電廠的一半左右。
3、煤耗量大，目前發(fā)電用煤約占全國煤炭總產(chǎn)量的25左右，加上運(yùn)煤費(fèi)用和大量用水，其生產(chǎn)成本比水力發(fā)電要高出3—4倍。
4、動力設(shè)備繁多，發(fā)電機(jī)組控制操作復(fù)雜，廠用電量和運(yùn)行人員都多于水電廠，運(yùn)行費(fèi)用高。
5、汽輪機(jī)開、停機(jī)過程時間長，耗資大，不宜作為調(diào)峰電源用。
6、對空氣和環(huán)境的污染大。
火力發(fā)電用煤品種及過程分析
電力是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要能源，火力發(fā)電是我國和世界上許多國家生產(chǎn)電能的主要方法。煤炭在鍋爐內(nèi)燃燒放出的熱量，將水加熱成具有一定壓力和溫度的蒸汽，然后蒸汽沿管道進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)一起高速旋轉(zhuǎn)，從而發(fā)出電來。在汽輪機(jī)中做完功的蒸汽排入冷汽器中并凝結(jié)成水，然后被凝結(jié)水泵送入除氧器。水在除氧器中被來自抽氣管的汽輪機(jī)抽汽加熱并除去所含氣體，最后又被給水泵送回鍋爐中重復(fù)參加上述循環(huán)過程。顯然，在這種火力發(fā)電廠中存在著三種型式的能量轉(zhuǎn)換過程：在鍋爐中煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?；在汽輪機(jī)中熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能；在發(fā)電機(jī)中機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的主要設(shè)備——鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，被稱為火力發(fā)電廠的三大主機(jī)，而鍋爐則是三大主機(jī)中最基本的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。
1．電站鍋爐。發(fā)電用鍋爐稱為電站鍋爐。目前，在我國大型電廠多用煤粉爐和沸騰爐。電站鍋爐與其它工廠用的工業(yè)鍋爐相比有如下明顯特點(diǎn)：①電站鍋爐容量大；②電站鍋爐的蒸汽參數(shù)高；③電站鍋爐自動化程度高，其各項操作基本實現(xiàn)了機(jī)械化和自動化，適應(yīng)負(fù)荷變化的能力很強(qiáng)，工業(yè)鍋爐目前僅處于半機(jī)械化向全機(jī)械化發(fā)展的過程中；④電站鍋爐的熱效率高，多達(dá)90以上，工業(yè)鍋爐的熱效率多在60～80之間。
2．電站用煤的分類。火力發(fā)電廠燃用的煤通常稱為動力煤，其分類方法主要是依據(jù)煤的干燥無灰基揮發(fā)分進(jìn)行分類。
3．煤粉的制備。煤粉爐燃燒用的煤粉是由磨煤機(jī)將煤炭磨成的不規(guī)則的細(xì)小煤炭顆粒，其顆粒平均在0.05~0.01mm，其中20~50μm（微米）以下的顆粒占絕大多數(shù)。由于煤粉顆粒很小，表面很大，故能吸附大量的空氣，且具有一般固體所未有的性質(zhì)——流動性。煤粉的粒度越小，含濕量越小，其流動性也越好，但煤粉的顆粒過于細(xì)小或過于干燥，則會產(chǎn)生煤粉自流現(xiàn)象，使給煤機(jī)工作特性不穩(wěn)，給鍋爐運(yùn)行的調(diào)整操作造成困難。另外煤粉與O2接觸而氧化，在一定條件下可能發(fā)生煤粉自然。在制粉系統(tǒng)中，煤粉是由氣體來輸送的，氣體和煤粉的混合物一遇到火花就會使火源擴(kuò)大而產(chǎn)生較大壓力，從而造成煤粉的爆炸。
鍋爐燃用的煤粉細(xì)度應(yīng)由以下條件確定：燃燒方面希望煤粉磨得細(xì)些，這樣可以適當(dāng)減少送風(fēng)量，使q2、q4損失降低；從制粉系統(tǒng)方面希望煤粉磨得粗些，從而降低磨煤電耗和金屬消耗。所以在選擇煤粉細(xì)度時，應(yīng)使上述各項損失之和最小?？倱p失蟬聯(lián)小的煤粉細(xì)度稱為“經(jīng)濟(jì)細(xì)度”。由此可見，對揮發(fā)分較高且易燃的煤種，或?qū)τ谀ブ泼悍垲w粒比較均勻的制粉設(shè)備，以及某些強(qiáng)化燃燒的鍋爐，煤粉細(xì)度可適當(dāng)大些，以節(jié)省磨煤能耗。由于各種煤的軟硬程度不同，其抗磨能力也不同，因此每種煤的經(jīng)濟(jì)細(xì)度也不同。
4．煤粉的燃燒。由煤粉制備系統(tǒng)制成的煤粉經(jīng)煤粉燃燒器進(jìn)入爐內(nèi)。燃燒器是煤粉爐的主要燃燒設(shè)備。燃燒器的作用有三：一是保證煤粉氣流噴入爐膛后迅速著火；二是使一、二次風(fēng)能夠強(qiáng)烈混合以保證煤粉充分燃燒；三是讓火焰充滿爐膛而減少死滯區(qū)。煤粉氣流經(jīng)燃燒器進(jìn)入爐膛后，便開始了煤的燃燒過程。燃燒過程的三個階段與其它爐型大體相同。所不同的是，這種爐型燃燒前的準(zhǔn)備階段和燃燒階段時間很短，而燃盡階段時間相對很長。
5．發(fā)電用煤的質(zhì)量要求。電廠煤粉爐對煤種的適用范圍較廣，它既可以設(shè)計成燃用高揮發(fā)分的褐煤，也可設(shè)計成燃用低揮發(fā)分的無煙煤。但對一臺已安裝使用的鍋爐來講，不可能燃用各種揮發(fā)分的煤炭，因為它受到噴燃器型式和爐膛結(jié)構(gòu)的限制。發(fā)電用煤質(zhì)量指標(biāo)有：
① 揮發(fā)分。是判明煤炭著火特性的首要指標(biāo)。揮發(fā)分含量越高，著火越容易。根據(jù)鍋爐設(shè)計要求，供煤揮發(fā)分的值變化不宜太大，否則會影響鍋爐的正常運(yùn)行。如原設(shè)計燃用低揮發(fā)分的煤而改燒高揮發(fā)分的煤后，因火焰中心逼近噴燃器出口，可能因燒壞噴燃器而停爐；若原設(shè)計燃用高揮發(fā)分的煤種而改燒低揮發(fā)分的煤，則會因著火過遲使燃燒不完全，甚至造成熄火事故。因此供煤時要盡量按原設(shè)計的揮發(fā)分煤種或相近的煤種供應(yīng)。②灰分?；曳趾繒够鹧?zhèn)鞑ニ俣认陆担饡r間推遲，燃燒不穩(wěn)定，爐溫下降。③水分。水分是燃燒過程中的有害物質(zhì)之一，它在燃燒過程中吸收大量的熱，對燃燒的影響比灰分大得多。④發(fā)熱量。為的發(fā)熱量是鍋爐設(shè)計的一個重要依據(jù)。由于電廠煤粉對煤種適應(yīng)性較強(qiáng)，因此只要煤的發(fā)熱量與鍋爐設(shè)計要求大體相符即可。⑤灰熔點(diǎn)。由于煤粉爐爐膛火焰中心溫度多在1500℃ 以上，在這樣高溫下，煤灰大多呈軟化或流體狀態(tài)。⑥煤的硫分。硫是煤中有害雜質(zhì)，雖對燃燒本身沒有影響，但它的含量太高，對設(shè)備的腐蝕和環(huán)境的污染都相當(dāng)嚴(yán)重。因此，電廠燃用煤的硫分不能太高，一般要求最高不能超過2.5。
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