動力工程概論3

1、動力工程7/13/20221第 三 章熱力發(fā)電廠7/13/20222本章內容第一節(jié) 熱力發(fā)電廠概述第二節(jié) 發(fā)電廠的熱力系統(tǒng)第三節(jié) 發(fā)電廠的燃料輸運、除灰和供水系統(tǒng)第四節(jié) 熱力發(fā)電廠的主廠房布置7/13/20223第一節(jié) 熱力發(fā)電廠概述熱力發(fā)電廠：利用熱能動力裝置來生產電能的工廠，稱為熱力發(fā)電廠或火力發(fā)電廠。 主要特點：鑒于熱力發(fā)電廠的產品（電能或熱能）是無法儲存的，發(fā)電廠只能是隨產隨銷，并需做到產銷之間的嚴格協(xié)調，否則就難以保證產品的質量。所以發(fā)電廠的生產必須具有高度的安全性、可靠性和機動性。7/13/20224大唐托克托電廠7/13/20225一熱力發(fā)電廠技術發(fā)展動態(tài) 世界電力的技術發(fā)展動態(tài)

2、特點：火電機組向超高參數(shù)、大容量、高效率和建設大電廠方向發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電技術異軍突起電力工業(yè)管理體制和經(jīng)營方式的變革普遍展開地區(qū)性壟斷經(jīng)營型。如：日本、法國、意大利。發(fā)電市場開放型。如：美國。 輸電線路公用化、發(fā)電市場自由化。美國以此作為進一步變革的方向。 發(fā)、輸、配電分離經(jīng)營型。如：英國。電業(yè)股份化類型。如俄羅斯。在一片私有化、民營化、股份制的潮流中，法國電力公司（EDF）獨樹一幟，堅持國有化。這是因為法國以核電為主，1996年核電裝機占55.8，核電發(fā)電量占82，而核電由于投資太大不宜民營。 7/13/20226中國電力行業(yè)特點 具有很強的計劃性（核定發(fā)電量、核定上網(wǎng)電價、各種稅費政策）電力

3、生產以火力發(fā)電為主，水力發(fā)電次之，其他如燃氣電站、核電、新能源發(fā)電等所占比重較小電力需求增長存在地區(qū)性不平衡狀況電力企業(yè)規(guī)模越大，效益就越好；規(guī)模較小的企業(yè)相對缺乏競爭力“廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)”成為今后的發(fā)展的方向“西電東送”戰(zhàn)略的加緊實施對未來電力企業(yè)的經(jīng)營影響越來越大 7/13/20227我國能源發(fā)展戰(zhàn)略根據(jù)電力規(guī)劃，我國制定了20042020年“以煤炭為主體，電力為中心，油氣和新能源全面發(fā)展”的能源發(fā)展戰(zhàn)略。 7/13/20228二熱力發(fā)電廠建設選址考慮因素發(fā)電廠的廠址選擇工作一般分規(guī)劃選廠和工程選廠兩個階段，并分別作為初步可行性研究和可行性研究的主要工作內容之一。規(guī)劃選廠與工程選廠的工作

4、內容基本相同，其區(qū)別在于，前者范圍較廣，深度較淺，后者工作范圍基本限定，但內容的深度、廣度更詳盡。 7/13/20229發(fā)電廠廠址應避開的地段和地區(qū)(1) 地震斷裂地帶以及9度以上地震區(qū)；(2) 有泥石流、滑坡及危巖滾石直接危害的地段；(3) 巖溶發(fā)育程度高的地區(qū)和有土洞及地下采空區(qū)；(4) 水庫壩下地段；(5) 對飛機起落、電信、電視、雷達導航及軍事設施有影響的范圍內；(6) 國家規(guī)定的風景區(qū)，森林、自然保護區(qū)和水土保持禁墾區(qū)；(7) 歷史文物古跡保護區(qū)；(8) 有重要開采價值的礦藏區(qū)；(9) 有爆破危險的范圍內。7/13/202210廠址選擇的運作程序(1) 規(guī)劃選廠：計劃發(fā)展部門電網(wǎng)規(guī)劃

5、管理部門報請國家審批立項。(2) 工程選廠：項目法人國家電力建設規(guī)劃管理部門、銀行評估報國家批準。(3) 廠址選擇工作要與接入系統(tǒng)，鐵路（或碼頭）可行性研究、工程勘測、環(huán)境影響評價等工作協(xié)調同步進行。7/13/202211三發(fā)電廠總體規(guī)劃的基本原則 統(tǒng)籌規(guī)劃原則 節(jié)約用地的原則 其他基本要求 7/13/202212第二節(jié) 發(fā)電廠的熱力系統(tǒng)2.1 熱力系統(tǒng)及主要設備選擇原則熱力系統(tǒng)定義：將熱力設備按照熱力循環(huán)的順序用管道和附件連接起來的一個有機整體。組成：由鍋爐本體汽水系統(tǒng)、汽輪機本體熱力系統(tǒng)、機爐間的連接管道系統(tǒng)和全廠公用汽水系統(tǒng)四部分組成。 7/13/202213可分為原則性熱力系統(tǒng)和全面性

6、熱力系統(tǒng)1. 發(fā)電廠熱力系統(tǒng)7/13/202214發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)表明能量轉換與利用的基本過程，反映發(fā)電廠動力循環(huán)中工質的基本流程、能量轉換與利用過程的完善程度。可以通過發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)計算出發(fā)電廠熱經(jīng)濟指標。有時又將發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)稱為計算熱力系統(tǒng)。7/13/202215N60017.75/540/540型機組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng) 7/13/202216發(fā)電廠全面性熱力系統(tǒng)發(fā)電廠的全面性熱力系統(tǒng)是在原則性熱力系統(tǒng)的基礎上充分考慮到發(fā)電廠生產所必須的連續(xù)性、安全性、可靠性和靈活性后所組成的實際熱力系統(tǒng)。發(fā)電廠中所有的熱力設備、管道及附件都應該在發(fā)電廠全面性熱力系統(tǒng)圖上反映出來。這是

7、與原則性熱力系統(tǒng)在畫法上的根本區(qū)別。7/13/202217發(fā)電廠全面性熱力系統(tǒng)一般由下列局部系統(tǒng)組成：主蒸汽和再熱蒸汽系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)、回熱加熱(回熱抽汽及疏水)系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、除氧系統(tǒng)、主凝結水系統(tǒng)、補充水系統(tǒng)、鍋爐排污系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、廠內循環(huán)水系統(tǒng)和鍋爐啟動系統(tǒng)等。7/13/202218發(fā)電廠的全面性熱力系統(tǒng)的作用對電廠設計而言，會影響到投資和各種鋼材的耗量；對施工而言，會影響施工工作量和施工周期；對運行而言，會影響到熱力系統(tǒng)運行調度的靈活性、可靠性和經(jīng)濟性；對檢修而言，會影響到各種切換的可能性及備用設備投入的可能性。 7/13/202219N60016.67/537/5371型機組的發(fā)電廠

8、全面性熱力系統(tǒng) 7/13/2022202發(fā)電廠型式和容量的確定發(fā)電廠的設計，必須按國家規(guī)定的基本建設程序進行。發(fā)電廠設計的程序為：初步可行性研究、可行性研究、初步設計、施工圖設計。 7/13/202221我國新建或擴建的發(fā)電廠以煤為主要燃料。燃燒低熱值煤（低質原煤、洗中煤、褐煤等）的凝汽式發(fā)電廠宜建在燃料產地附近；有條件時，應建礦口發(fā)電廠。在天然氣供應有保證的地區(qū)可考慮新建、擴建或改建燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠，以提高發(fā)電廠的經(jīng)濟性，改善電網(wǎng)結構和滿足環(huán)境保護的要求。7/13/2022223發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)的確定合理地擬訂、正確地分析論證原則性熱力系統(tǒng)，是火電廠可行性研究及初步設計中熱機部分的

9、主要內容。 7/13/202223擬定發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)的主要內容 （1）確定發(fā)電廠的型式及規(guī)劃容量；（2）選擇汽輪機；（3）繪制電廠原則性熱力系統(tǒng)圖；（4）發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)計算；（5）選擇鍋爐；（6）選擇熱力輔助設備。7/13/2022244主要設備選擇原則 在選擇機組容量時，應考慮各國對機組出力等術語定義的解釋。通常國際上對大容量機組出力等常用術語有如下定義：汽輪機組的銘牌出力（turbine rated capacity）是指：汽輪機在額定進汽和再熱參數(shù)工況下，排汽壓力為11.8 kPa，補水率為3時，汽輪發(fā)電機組的保證出力。汽輪機組保證最大連續(xù)出力（turbine maximum

10、 continuous rating，TMCR）是指：汽輪機在通過銘牌出力所保證的進汽量、額定主蒸汽和再熱蒸汽工況下，在正常的排汽壓力（4.9 kPa）下，補水率為0時，機組能保證達到的出力。汽輪機組在調節(jié)汽門全開時（valve wide open，VWO）最大計算出力是指：汽輪機調節(jié)汽門全開時，通過計算最大進汽量且在額定的主蒸汽、再熱蒸汽參數(shù)工況下，并在正常排汽壓力（4.9 kPa）和補水率0條件下，機組計算所能達到的出力。超壓5（5over pressure，5OP）連續(xù)運行。7/13/202225火電廠最終的汽輪發(fā)電機組臺數(shù)不宜過多，一般以46臺、機組容量等級以不超過兩種為好。這樣可使主

11、廠房投資少，布置緊湊、整齊，備品配件通用率高，占用流動資金少，便于運行管理。 對兼有熱力負荷的地區(qū)，應采用供熱式機組。 7/13/2022262.2 發(fā)電廠的回熱加熱系統(tǒng)1.作用：利用從汽輪機某些中間級后抽出的蒸汽來加熱凝汽器的凝結水和鍋爐給水，其目的是提高鍋爐的給水溫度，從而提高機組的熱經(jīng)濟性。2.組成：高壓加熱器、除氧器、低壓加熱器、汽封加熱器、汽封抽汽器、疏水調整門、疏水器、高加入口聯(lián)成門和出口逆止門及有關設備和管道。7/13/202227按介質壓力：高壓和低壓加熱器按汽水介質傳熱方式分：混合式和表面式按布置方式分：立式和臥式回熱加熱器的類型7/13/202228低壓加熱器是汽輪機回熱加

12、熱系統(tǒng)中處于凝結水泵至除氧器之間的加熱器。有表面式和混合式兩種。較常用的是表面式管殼式結構，被加熱的水在管內流動，加熱蒸汽在管外流動。其結構簡單，部件采用普通材料。 1低壓加熱器7/13/2022297/13/202230高壓加熱器是位于給水泵至鍋爐之間承受高的給水壓力和溫度的加熱器。高壓加熱器是熱力系統(tǒng)中的主要輔機，因其承受的壓力高，如發(fā)生泄露而不能正常運行時，不僅影響全廠熱效率，還要降低整套機組的輸出功率。2、高壓加熱器7/13/2022317/13/202232除氧器作用：除去鍋爐給水中的氧氣和其他不凝結氣體，防止熱力設備腐蝕和傳熱惡化，保證熱力設備的安全經(jīng)濟運行。是給水回熱系統(tǒng)中的一個

13、混合式加熱器，高壓加熱器的疏水、化學部水劑全廠各處水質合格的高壓疏水、排汽等均可匯入除氧器加以利用，減少發(fā)電廠的汽水損失。 除氧塔縱向結構圖3、除氧器7/13/2022337/13/202234除氧塔縱向結構圖臥式除氧頭與給水箱組合圖7/13/202235熱力系統(tǒng)及其輔助設備28387/13/2022362.3 熱電廠的供熱系統(tǒng)熱電廠既發(fā)電又供熱，供熱應保證外界熱負荷的數(shù)量和質量。熱電廠熱負荷主要是工業(yè)熱負荷采暖熱負荷。工業(yè)熱負荷：石油、化工、紡織、塑料、橡膠等工業(yè)企業(yè)的某些工藝過程中的熱負荷，一般熱用戶要求的溫度較高，非季節(jié)性熱負荷；采暖熱負荷是指在保持室內溫度時，工廠、機關或住宅，用以補償

14、房屋向外散熱損失的熱負荷，熱用戶要求的溫度不高，為季節(jié)性熱負荷。7/13/202237供熱載熱質的種類 熱電廠對外供熱采用的載熱質有蒸汽和熱水兩種。集中供熱條件下，用于輸送和分配載熱質的管道系統(tǒng)，稱為熱網(wǎng)。7/13/202238利用蒸汽對外供熱 這種供汽方式由于凝結水回收率低，造成了大量的工質和熱量損失，使水處理設備的容量增大，設備投資、運行費用增加，另外還使熱電廠對外供熱能力下降。 7/13/202239利用熱水對外供熱 熱電廠對外供應的熱水，是通過熱網(wǎng)加熱器利用汽輪機的可調整抽汽或排汽來制取的。 7/13/202240減溫減壓器減溫減壓器是一種將較高參數(shù)蒸汽的溫度和壓力自動降至所需數(shù)值的裝

15、置。在熱電廠中，減溫減壓器用以補充汽輪機抽汽的不足和作為供熱的備用汽源。 7/13/2022412.4 發(fā)電廠的管道、閥門1發(fā)電廠的管道發(fā)電廠的主、輔熱力設備是通過管道及其附件連接成整體的。 發(fā)電廠的管道包括：管子、管件（異徑管、彎管及彎頭、三通、法蘭、封頭和堵頭、堵板和孔板等）、閥件及其遠距離操縱機構、測量裝置、管道支吊架、管道熱補償裝置、保溫材料等。 7/13/202242管道附件是指安裝在管道及設備上的連接、閉路和調節(jié)裝置的總稱，其中包括管件和閥件兩大部分。閥門是管道上最重要的附件之一，閥門的種類較多，其選擇、使用是否合理，將直接影響到運行的安全性和經(jīng)濟性。2管道附件、閥門7/13/20

16、2243閥門類型 (a) 起關斷作用：如閘閥、截止閥、旋塞和球閥等。(b) 起調節(jié)作用：如調節(jié)閥、節(jié)流閥、減壓閥和疏水閥等。(c) 起保護作用：如安全閥、逆止閥和快速關斷閥等。7/13/202244關斷閥門 運行時處于全開狀態(tài)，停止運行時，處于全關狀態(tài)。7/13/202245高壓管道用關斷閥(a) 閘閥；(b) 截止閥 7/13/202246調節(jié)閥門 調節(jié)閥用以調節(jié)介質流量。調節(jié)閥門不宜作關斷閥使用。調節(jié)閥門在運行中要經(jīng)常開關，為防止泄漏不嚴密，在調節(jié)閥門之前要串聯(lián)關斷閥7/13/202247保護閥門 逆止閥 安全閥 快速關斷閥逆止閥 7/13/202248五發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)舉例7/13/

17、202249亞臨界參數(shù)機組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng) 7/13/202250N30016.7/538/538型機組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)優(yōu)化引進型7/13/202251N600-16.47/537/537型機組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng) 7/13/202252N60017.75/540/540型機組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng) 法國阿爾斯通大西洋公司（ALSTHOM-ATLANTIQUE）制造的600 MW汽輪發(fā)電機組 7/13/202253超臨界參數(shù)機組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng) 7/13/202254俄羅斯超臨界K5002404型機組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng) 7/13/202255引進的N60025.4/541/56

18、6超臨界壓力機組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng) 7/13/202256美國超超臨界壓力325兆瓦兩次中間再熱凝汽機組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng) 美國艾迪斯通電廠 7/13/202257供熱機組熱電廠原則性熱力系統(tǒng) 7/13/202258國產CC20012.75535535型雙抽汽凝汽式機組熱電廠原則性熱力系統(tǒng) 7/13/202259超臨界壓力單采暖抽汽T250/30023.542熱電廠原則性熱力系統(tǒng)前蘇聯(lián) 7/13/202260火電廠單機容量最大機組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng) 7/13/202261世界上最大單軸1200兆瓦凝汽式機組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng) 裝在俄羅斯科斯特羅馬電廠7/13/202262數(shù)臺該型機

19、組分別裝在美國坎伯蘭、加絞和阿莫斯等電廠世界上最大雙軸凝汽式機組(1300兆瓦)發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng) 7/13/202263空冷型火電廠機組的原則性熱力系統(tǒng) 7/13/202264NK20012.7/535/535型空冷機組原則性熱力系統(tǒng) 7/13/202265核電站原則性熱力系統(tǒng) 7/13/202266從法國進口的900 MW核電廠的二回路原則性熱力系統(tǒng) 7/13/202267俄羅斯K-1000-60/1500核電廠二回路原則性熱力系統(tǒng) 7/13/202268六發(fā)電廠全面性熱力系統(tǒng)理解發(fā)電廠全面性熱力系統(tǒng)時，應注意以下幾點熟悉圖例 ( 國家標準GB/T 42701999技術文件用熱工圖形符號

20、與文字代號)以設備為中心，以局部系統(tǒng)為線索逐步拓展區(qū)別不同的管線、閥門及其作用7/13/202269熱力系統(tǒng)管線、閥門的圖形符號 7/13/202270發(fā)電廠全面性熱力系統(tǒng)7/13/2022717/13/2022727/13/202273第三節(jié) 發(fā)電廠的燃料輸送、除灰和供水系統(tǒng)火電廠的正常運行極大地依賴于燃料輸送、除灰和供水系統(tǒng)。我國的能源結構決定了火電廠的燃料以煤為主，所以本節(jié)的燃料輸送系統(tǒng)重點介紹輸煤系統(tǒng)。7/13/2022743.1 燃料輸送輸煤系統(tǒng)指從包括廠外來煤、進廠卸煤、煤場貯煤、破碎篩分、清除雜物、計量、取樣直到把合格的煤塊送人鍋爐原煤倉的整個生產工藝過程。燃燒多煤種的電廠還要在

21、輸煤過程中進行混煤作業(yè)。廠外來煤常見的方式有：鐵路火車運輸、公路汽車運輸、水路船舶運輸、長距離皮帶輸送機運輸、架空索道運輸及管道運輸?shù)?。（各方式的?yōu)點見教材）7/13/202275碼頭和1煤場7/13/202276輸煤系統(tǒng)示意圖7/13/202277燃料輸送系統(tǒng) 輸煤系統(tǒng)85317497/13/2022787/13/2022797/13/2022807/13/2022817/13/202282#1煤場7/13/202283煤種分類堆放7/13/202284煤場段位標志7/13/2022853.2 除灰系統(tǒng)（一）除灰系統(tǒng)的任務和要求定期或及時連續(xù)的將鍋爐內燃燒后的灰渣與落灰從灰斗中排到儲灰場，防

22、止積灰過多或灰渣熔化結渣等危害，保證鍋爐正常運行，這就是除灰系統(tǒng)的任務。（二）主要的除灰方式目前，電廠輸送灰渣的方法，根據(jù)所采用的設備不同，主要有機械輸送、水力輸送和氣力輸送三種。除灰方式的選擇是要根據(jù)灰渣綜合利用的要求、水量的多少及灰場的距離等因素來綜合考慮。 7/13/2022867/13/202287袋式除塵器7/13/2022887/13/202289輸灰管道儲灰壩儲灰場7/13/202290灰渣的綜合利用 國家對灰渣綜合利用的要求也越來越高。新建、擴建和改建電廠工程，其項目建議書應包括粉煤灰綜合利用的內容，否則有關部門和主管部門不予審批立項。實行“因地制宜，多種途徑，各方協(xié)作，鼓勵用

23、灰”和“誰排放、誰治理，誰利用、誰受益”的原則。粉煤灰綜合利用是指：粉煤灰（包括爐底渣）用于建材生產、建筑工程（包括筑壩、筑港、橋梁、地下工程和水下工程等）、筑路、肥料生產、改良土壤、回填（包括建筑回填，填低洼地和荒地，充填礦井、煤礦塌陷區(qū)、海涂等）和其它產品制作等，以及從粉煤灰中提取有用物質。 7/13/2022913.3 供水系統(tǒng)發(fā)電廠在電力生產過程中需要大量的水，主要有如下用水項目： 凝汽器中凝結汽輪機排汽用的冷卻水，每凝結1噸排汽約需5080噸冷卻水，因此這項用水量很大，占全廠總用水量的95。 發(fā)電機的冷卻水。發(fā)電機因損耗產生的熱量通過空氣或氫氣來冷卻，而空氣或氫氣在氣體冷卻器中又需冷

24、卻水來冷卻。7/13/2022927/13/202293 冷油器中用來冷卻汽輪發(fā)電機組軸承潤滑油的冷卻水。 輔助機械軸承的冷卻水。輔助機械主要是各種水泵、風機、磨煤機等轉動設備。 因汽水損失所需的補充水。 水力除灰用水。 其它生產及生活用水。供水系統(tǒng)分類 發(fā)電廠的供水系統(tǒng)是由水源、取水設備、供水設備及管路組成。根據(jù)地形和水源水量的不同，可分為直流供水、循環(huán)供水和混合式供水三種。7/13/202294凝汽器設備8:077/13/2022957/13/202296海勒式間接空冷系統(tǒng)的發(fā)電廠示意圖 混合式凝汽器間接空冷系統(tǒng)由匈牙利人海勒（Hailer）提出。在噴射式凝汽器中，循環(huán)冷卻水與鍋爐給水是連

25、通的，系統(tǒng)中要求設凝結水精處理裝置；對高參數(shù)大容量機組的給水水質控制和處理尤為困難， 7/13/202297哈蒙式間接空冷系統(tǒng)的發(fā)電廠示意圖 哈蒙式（Harmon）空冷系統(tǒng)是在海勒式間接空冷系統(tǒng)運行實踐的基礎上發(fā)展起來的。 優(yōu)點：節(jié)約廠用電，設備少，冷卻水質要求比海勒式低，冷卻水量可根據(jù)季節(jié)調節(jié)。缺點：空冷塔占地大，基建投資多；系統(tǒng)中需要進行兩次表面式換熱，使全廠效率有所降低。 7/13/202298直接空氣冷卻系統(tǒng)（GEA系統(tǒng)） 直接空冷系統(tǒng)是目前中國火電機組空冷技術的發(fā)展主流。2010年我國火電空冷機組裝機可達40000MW。而且是超臨界與亞臨界并存6OOMW級空冷機組。屆時將成為全球的空

26、冷王國。 優(yōu)點：設備少，系統(tǒng)簡單，基建投資少，占地少，空氣量調節(jié)靈活。缺點：粗大的排汽管道密封困難，維持排汽管內的真空困難，啟動時抽真空需要的時間長。冬季運行時，管內容易結冰，需要作復雜的設計處理。此外，機力通風增加了廠用電，形成了噪聲源。 7/13/202299空冷機組運行國際形勢 1.美國沃依達克330MW燃煤直接空冷電廠節(jié)水最大化：全廠取水量由同容量濕冷機組耗水908.5m3h下降到68m3h ，實現(xiàn)全廠廢水零排放。 2.南非國馬廷巴6665MW燃煤直接空冷電廠節(jié)水最大化：全廠年均節(jié)水率達到90，實現(xiàn)全廠廢水零排放 7/13/2022100裝設空冷系統(tǒng)的適宜條件 空冷系統(tǒng)傳熱性能較差，汽輪機排汽壓力要比濕冷機組高，熱經(jīng)濟性低?？绽湎到y(tǒng)的缺點可歸納為：金屬消耗量多、投資大、真空低和煤耗高、盛夏時可能較大幅度地限制出力等。裝設空冷系統(tǒng)的適宜條件可概括為：建廠地區(qū)缺水，燃用當?shù)亓淤|低價煤，海拔高度、環(huán)境溫度、風向、風速和大氣逆溫層適當?shù)取?7/13/2022101第四節(jié) 熱力發(fā)電