電力生產(chǎn)概論-第2講-火力發(fā)電

電力生產(chǎn)技術(shù)概論

華北電力大學(xué)程瑜judychengyu@163.com第2講火力發(fā)電§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)備定義：利用煤、石油或天然氣等化石能源作為燃料生產(chǎn)電能的工廠。能量轉(zhuǎn)換過程：燃料的化學(xué)能——熱能——機械能——電能火力發(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?！?.1火電廠生產(chǎn)流程及主要設(shè)備電煤蒸汽燃燒系統(tǒng)包括了：輸煤、制粉、通風(fēng)、除灰渣等系統(tǒng)及鍋爐的燃燒部分。鍋爐的參數(shù)1）蒸發(fā)量：鍋爐在維持連續(xù)正常生產(chǎn)時每小時所產(chǎn)生的蒸汽量（t/h）2)蒸汽參數(shù)：鍋爐過熱器出口過熱蒸汽的壓力（MPa）和溫度（oC）給水溫度：省煤器入口的水溫（oC）鍋爐效率：鍋爐生產(chǎn)蒸汽的吸熱量占鍋爐輸入燃料熱量的百分比?！?.2鍋爐及燃燒系統(tǒng)鍋爐的分類按蒸汽參數(shù)分類低壓鍋爐（P2.45MPa）中壓鍋爐（P=2.94~4.90MPa）高壓鍋爐（P=7.84~10.8MPa）超高壓鍋爐（P=11.8~14.7MPa）亞臨界壓力鍋爐（P=15.7~19.6MPa）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24.1~31MPa、主蒸汽/再熱蒸汽溫度為580℃~600℃/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)火電廠的消耗指標1）發(fā)電標準煤耗率火力發(fā)電廠每發(fā)1kWh電能平均耗用的標準煤量2）供電標準煤耗率火力發(fā)電廠向外供出1kWh電能平均耗用的標準煤量3）發(fā)電廠用電率發(fā)電廠生產(chǎn)電能過程中消耗的電量與發(fā)電量的比率§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/（kW·h），高溫高壓電廠約為380g/（kW·h），超高壓電廠約為360g/（kW·h），熱電聯(lián)產(chǎn)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/（kW·h）左右?！?.2鍋爐及燃燒系統(tǒng)§2.2鍋爐及燃燒系統(tǒng)--多媒體演示火電廠生產(chǎn)過程總體示意（2.20~5.16）鍋爐及燃燒示意圖鍋爐設(shè)備（5.16~）鍋爐中的汽水流程（7.50~）輸煤系統(tǒng)（15.12~）煙風(fēng)及燃燒系統(tǒng)（24.07~29.34）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?！?.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)使用冷凝器把低溫、低壓蒸汽由氣態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)§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體循環(huán)水，生成高溫、高壓水蒸氣?！?.3汽輪機及汽水系統(tǒng)冷凝塔§2.3汽輪機及汽水系統(tǒng)--多媒體演示汽輪機設(shè)備（29.34~44.32）汽缸（35.4~）葉片（38~）軸承（39~）熱力系統(tǒng)（51.10~1.19.39）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)1）繼續(xù)提高超臨界火電機組效率2）燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)3）潔凈煤發(fā)電技術(shù)4）燃煤磁流體發(fā)電技術(shù)5）冷、熱電聯(lián)產(chǎn)6）空冷發(fā)電技術(shù)25song§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26song35~40%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)。是全球環(huán)境污染的主要影響因素Sulfurdioxide(SO2)NitrogenOxide(NOx)CarbonDioxide(CO2)Mercury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，可與天然降水混合并落在地上酸雨觸發(fā)心臟發(fā)作和中風(fēng)

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(dāng)?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。Anestimated140.5millionAmericansliveinareaswithunhealthylevelsofsmogaccordingtotheTheAmericanLungAssociation.

汞最危險的污染物釋放到空氣通過排氣系統(tǒng)當(dāng)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?！?.4高效火力發(fā)電新技術(shù)超臨界流體（Supercriticalfluid,SCF）是一種物質(zhì)狀態(tài)，當(dāng)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1.0g/ml之間?！?.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kW·h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。36song

§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，GasTurbineCombinedCycle）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，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?！?.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，GasTurbineCombinedCycle）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30％～35％之間，但是產(chǎn)生的廢熱煙氣溫度高達450～550℃，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)電技術(shù)，整體煤氣化燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)（簡稱IGCC，IntegratedCoalGasificationCombinedCycle）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，IntegratedCoalGasificationCombinedCycle）IGCC的特點（1）熱效率高，其效率比煤粉爐高10％以上，可達40％～50％；（2）污染排放少，環(huán)保性能優(yōu)良；脫硫率98％～99％，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-bedCombustion）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(fēng)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)?！?.4高效火力發(fā)電新技術(shù)IGCCPuertollano,Spain,315MWcapacity,builtin1995§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)（Magnetohydrodynamicgenerator）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?zé)煔庵刑砑与婋x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。46§2.4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)（Magnetohydrodynamicgenerator）優(yōu)點：聯(lián)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。49§2.4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,combinedheatingandpower)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80％～90％。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80％～90％（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2．28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1．2億噸。50

CHP§2.4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)6～8℃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(dāng)于一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?！?.4高效火力發(fā)電新技術(shù)MatimbaPowerStation,Ellisras,SouthAfrica–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