1、 1.1 省煤炭厅消息 据湖南省煤炭厅有关负责人介绍，攸县大型火力发电厂是湖南加速能源开发和完善湘中电网的重要项目，整个工程投资在15亿元以上。与湖南其他火电厂不同的是，这座火电厂的燃料将全部采用湖南本省煤炭。该电厂将坐落于株洲攸县境内，因为攸县境内的黄兰煤矿是湖南最大的煤田之一，储藏的优质煤炭近2亿吨，可以供应电厂近100年的运营原料。1. 引言 经过专家们的多方考量，湖南省正在筹建的大型坑口火力发电厂株洲电厂B厂正式确定选址攸县网岭新塘冲。 攸县地处湖南省东南部，北邻株洲、长沙，南接郴州，西有衡阳，具有独特的区位优势和地区影响力。当地煤炭资源十分丰富，全县煤炭地质储量约为3亿吨，黄兰煤田现
2、已探明工业储量为2.46亿吨，年产原煤400多万吨。用于火力发电的煤炭资源较为丰富。 据悉，大型坑口火力发电厂株洲电厂B厂预计建4台60万千瓦机组，项目总投资100亿元。工程分两期完成，首期两台机组在“十五”末开工，“十一五”中期建成投产。2.1 概述 火力发电一般是指利用煤炭、石油和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式的总称。我国的火电厂以燃煤为主。 2.1.1火电厂的分类（1）按燃料分类： 燃煤发电厂，即以煤作为燃料的发电厂； 燃油发电厂，即以石油（实际是提取汽油、 煤油、柴油后的渣油）为燃料的发电厂； 燃气发电厂，即以天然气
3、、煤气等可燃气体 为燃料的发电厂； 余热发电厂，即用工业企业的各种余热进行 发电的发电厂。此外还有利用垃圾及工业废料 作燃料的发电厂。（2）按原动机分类： 凝汽式汽轮机发电厂、燃汽轮机发电厂、内燃机发电厂和蒸汽-燃汽轮机发电厂等。（3）按发电厂总装机容量的多少分类： 小容量发电厂，其装机总容量在100MW以下的发 电厂； 中容量发电厂，其装机总容量在100250MW范 围内的发电厂； 大中容量发电厂，其装机总容量在250600MW 范围内的发电厂； 大容量发电厂，其装机总容量在6001000MW 范围内的发电厂； 特大容量发电厂，其装机容量在1000MW及以上 的发电厂。火电厂的种类虽很多，但
4、从能量转换的观点分析，其生产过程却是基本相同的，概括地说是把燃料（煤）中含有的化学能转变为电能的过程。整个生产过程可分为三个阶段（如图2.1.2）： （1）燃料的化学能在锅炉中转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统； （2）锅炉产生的蒸汽进入汽轮机，推动汽轮机旋转，将热能转变为机械能，称为汽水系统； （3）由汽轮机旋转的机械能带动发电机发电，把机械能变为电能，称为电气系统。2.1.2 火电厂的生产流程及特点与水电厂和其他类型的电厂相比，火电厂有如下特点：（1）火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定。（2）火电厂建造工期短，一般为水电厂的一半甚至更短。 一次性建造投资少，仅为水
5、电厂的一半左右。（3）火电厂耗煤量大，目前发电用煤约占全国煤碳总产 量的25左右，加上运煤费用和大量用水，其生产 成本比水力发电要高出34倍。（4）火电厂动力设备繁多，发电机组控制操作复杂，厂 用电量和运行人员都多于水电厂，运行费用高。（5）汽轮机开、停机过程时间长，耗资大，不宜作为调 峰电源用。（6）火电厂对空气和环境的污染大。2.1.2 凝汽式火电厂生产过程示意图火力发电厂的燃料主要有煤、石油（主要是重油、天然气）。我国的火电厂以燃煤为主，目前的政策是尽量压缩烧油电厂，新建电厂全部烧煤。 火力发电厂由三大主要设备锅炉、汽轮机、发电机及相应辅助设备组成，它们通过管道或线路相连构成生产主系统，
6、即燃烧系统、汽水系统和电气系统。其生产过程简介如下。 2.2.1 燃烧系统 燃烧系统由输煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等环节组成，其流程如图2.2.1所示。（l）运煤 电厂用煤量很大，一座装机容量430万kW的现代火力发电厂，煤耗率按360gkw.h计，每天需用标准煤（每千克煤产生7000卡热量）360（g）120万（kw）24（h）=10368t。据统计，我国用于发电的煤约占总产量的1/4，主要靠铁路运输，（2）磨煤 用火车或汽车、轮船等将煤运至电厂的储煤场后，经初步筛选处理，用输煤皮带送到锅炉间的原煤仓。煤从原煤仓落入煤斗，由给煤机送入磨煤机磨成煤粉，并经空气预热器来的一次风烘干并带至粗粉分离
7、器。在粉粉分离器中将不合格的粗粉分离返回磨煤机再行磨制，合格的细煤粉被一次风带入旋风分离器，使煤粉与空气分离后进入煤粉仓。一般要求电厂贮备十天以上的用煤量。 煤粉由可调节的给粉机按锅炉需要送入一次风管， 同时由旋风分离器送来的气体（含有约10左右未能分离出的细煤粉），由排粉风机提高压头后作为一次风将进入一次风管的煤粉经喷燃器喷入炉膛内燃烧。（3）锅炉与燃烧（4）风烟系统 送风机将冷风送到空气预热器加热，加热后的气体一部分经磨煤机、排粉风机进人炉膛，另一部分经喷燃器外侧套筒直接进入炉膛。炉膛内燃烧形成的高温烟气，沿烟道经过热器、省煤器、空气预热器逐渐降温，再经除尘器除去9099（电除尘器可除去9
8、9）的灰尘，经引风机送入烟囱，排向天空。（5）灰渣系统 炉膛内煤粉燃烧后生成的小灰粒，被除尘器收集成细灰排入冲灰沟，燃烧中因结焦形成的大块炉渣，下落到锅炉底部的渣斗内，经过碎渣机破碎后也排入冲灰沟，再经灰渣水泵将细灰和碎炉渣经冲灰管道排往灰场（或用汽车将炉渣运走）。2.2.1电厂煤粉炉燃烧系统流程图火电厂的汽水系统由锅炉、汽轮机、凝汽器、除氧器、加热器等设备及管道构成，包括凝给水系统、再热系统、回热系统、冷却水（循环水）系统和补水系统，如图2.2.2所示。2.2.2 汽水系统 2.2.2 电厂汽水系统流程示意图（1）给水系统 由锅炉产生的过热蒸汽沿主蒸汽管道进入汽轮机，高速流动的蒸汽冲动汽轮机
9、叶片转动，带动发电机旋转产生电能。在汽轮机内作功后的蒸汽，其温度和压力大大降低，最后排入凝汽器并被冷却水冷却凝结成水（称为凝结水），汇集在凝汽器的热水井中。凝结水由凝结水泵打至低压加热器中加热，再经除氧器除氧并继续加热。由除氧器出来的水（叫锅炉给水），经给水泵升压和高压加热器加热，最后送人锅炉汽包。在现代大型机组中，一般都从汽轮机的某些中间级抽出作过功的部分蒸汽（称为抽汽），用以加热给水（叫做给水回热循环），或把作过一段功的蒸汽从汽轮机某一中间级全部抽出，送到锅炉的再热器中加热后再引入汽轮机的以后几级中继续做功（叫做再热循环）。（2）补水系统 在汽水循环过程中总难免有汽、水泄漏等损失，为维持汽
10、水循环的正常进行，必须不断地向系统补充经过化学处理的软化水，这些补给水一般补入除氧器或凝汽器中，即是补水系统。 （3）冷却水（循环水）系统 为了将汽轮机中作功后排入凝汽器中的乏汽冷凝成水，需由循环水泵从凉水塔抽取大量的冷却水送入凝汽器，冷却水吸收乏汽的热量后再回到凉水塔冷却，冷却水是循环使用的。这就是冷却水或循环水系统。2.2.3 电气系统 发电厂的电气系统，包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电所等，如图2.2.3所示。 2.2.3 发电厂电气系统示意图 发电机的机端电压和电流随着容量的不同而各不相同，一般额定电压在1020kV之间，而额定电流可达2OkA。发电机发出的电能，其中一小部分
11、（约占发电机容量的48），由厂用变压器降低电压（一般为63kV和400V两个电压等级）后，经厂用配电装置由电缆供给水泵、送风机、磨煤机等各种辅机和电厂照明等设备用电，称为厂用电（或自用电）。其余大部分电能，由主变压器升压后，经高压配电装置、输电线路送入电网。锅炉是火力发电厂中主要设备之一。它的作用是使燃料在炉膛中燃烧放热，并将热量传给工质，以产生一定压力和温度的蒸汽，供汽轮发电机组发电。电厂锅炉与其他行业所用锅炉相比，具有容量大、参数高、结构复杂、自动化程度高等特点。 2.3.1 锅炉（1）电厂锅炉的容量和参数 锅炉容量即锅炉的蒸发量，指锅炉每小时所产生的蒸汽量。在保持额定蒸汽压力、额定蒸汽温
12、度、使用设计燃料和规定的热效率情况下，锅炉所能达到的蒸发量称作额定蒸发量。 电厂锅炉的额定参数是指额定蒸汽压力和额定蒸汽温度。所谓蒸汽压力和温度是指过热器主汽阀出口处的过热蒸汽压力和温度。对于装有再热器的锅炉，锅炉蒸汽参数还应包括再热蒸汽参数。 我国电厂锅炉的蒸汽参数及容量系列如下表所示。参数最大连续蒸发量（MCR）（t/h）发电功率（MW）蒸汽压力（Mpa）蒸汽温度（）给水温度（）2.54001052033.945014515535，656，12165175130259.9540205225220，41050，10013.8540/540220250420，670125，20016.8540
13、/540250280102530017.5540/5402602901025，2008300，600我国电厂锅炉的蒸汽参数及容量系列（2）锅炉机组基本工作过程 各种锅炉的工作都是为了通过燃料燃烧放热和高温烟气与受热面的传热来加热给水，最终使水变为具有一定参数的品质合格的过热蒸汽。水在锅炉中要经过预热、蒸发、过热三个阶段才能变为过热蒸汽。实际上，为了提高蒸汽动力循环的效率，还有第四个阶段，即再过热阶段，即将在汽轮机高压缸膨胀做功后压力和温度都降低了的蒸汽送回锅炉中加热，然后再送到汽轮机低压缸继续做功。为适应这四个变化阶段的需要，锅炉中必须布置相应的受热面，即省煤器、水冷壁、过热器和再热器。过热器
14、和再热器布置在水平烟道和尾部烟道上部，省煤器布置在尾部烟道下部。为了利用烟气余热加热燃烧所需要的空气，常在省煤器后再布置空气预热器。大型锅炉有的在炉膛中增设预热受热面或过热、再热受热面。锅炉机组的基本工作过程是：燃料经制粉系统磨制成粉，送入炉膛中燃烧，使燃料的化学能转变为烟气的热能。高温烟气由炉膛经水平烟道进入尾部烟道，最后从锅炉中排出。锅炉排烟再经过烟气净化系统变为干净的烟气，由风机送入烟囱排入大气中。烟气在锅炉内流动的过程中，将热量以不同的方式传给各种受热面。例如，在炉膛中以辐射方式将热量传给水冷壁，在炉膛烟气出口处以半辐射、半对流方式将热量传给屏式过热器，在水平 烟道和尾部烟道以对流方式
15、传给过热器、再热器、省煤气和空气预热器。于是，锅炉给水便经过省煤器、水冷壁、过热器变成过热蒸汽，并把汽轮机高压缸做功后抽回的蒸汽变成再热蒸汽。 此外，目前，国内电厂锅炉连续运行时数可达四千小时以上，事故率为1左右，可用率可达90。锅炉热效率是指送人锅炉的全部热量被有效利用的百分数。电厂锅炉热效率一般在90%以上。汽轮机是火力发电厂三大主要设备之一。它是以蒸汽为工质，将热能转变为机械能的高速旋转式原动机。它为发电机的能量转换提供机械能。 汽轮机的工作原理如下： 由锅炉来的蒸汽通过汽轮机时，分别在喷嘴（静叶片）和动叶片中进行能量转换。根据蒸汽在动、静叶片中做功原理不同，汽轮机可分为冲动式和反动式两
16、种。 冲动式汽轮机工作原理2.3.2如图所示。具有一定压力和温度的蒸汽首先在固定不动的喷嘴中膨胀加速，使蒸汽压力和温度降低，部分热能变为动能。从喷嘴喷出的高速汽流以一定的方向进入装在叶轮上的动叶片流道，在动叶片流道中改变速度，产生作用力，推动叶轮和轴转动，使蒸汽的动能转变为轴的机械能。在反动式汽轮机中，蒸汽流过喷嘴和动叶片时，蒸汽不仅在喷嘴中膨胀加速，而且在动叶片中也要继续膨胀，使蒸汽在动叶片流道中的流速提高。当由动叶片流道出口喷出时，蒸汽便给动叶片一个反动力。动叶片同时受到喷嘴出口汽流的冲动力和自身出口汽流的反动力。在这两个力的作用下，动叶片带动叶轮和轮高速旋转，这就是反动式汽轮机的工作原理
17、。2.3.2 冲动式汽轮机工作原理l一大轴2一叶轮3一动叶片4一喷嘴发电机是电厂的主要设备之一，它同锅炉和汽轮机会称为火力发电厂的三大主机。目前，在电力系统中，几乎所有的发电机：汽轮发电机、水轮发电机、核发电机、燃汽轮发电机及太阳能发电机等都属同步发电机。尽管其容量大小、原动机类型、构造形式、冷却方式等各有差异，但其工作原理是相同的。 （1） 同步发电机的基本构造和工作原理 同步发电机是利用电磁感应原理将机械能转换成电能的设备，工作原理如图2.3.3（1）所示。由图可见，同步发电机分为定子和转子两大部分，定子部分主要由定子铁芯和绕组组成，分为A、B、C三相均匀的分布在定于槽中；转子部分由转子铁
18、芯和绕组组成，绕组通以直流电，建立发电机的磁场。当转子由原动机（如汽轮机）带动旋转时，产生一旋转磁场，定子绕组（导线）切割了转子磁场的磁力线，就在定子绕组上感应出电动势，当定于绕组接通用电设备时，定于绕组中即产生三相电流，发出电能。图2.3.3（1） 同步发电机的工作原理发电机出厂时都在铭牌上标注出额定参数，这些额定参数主要有： 额定容量（或额定功率）:额定容量是指发电机在设计技术条件下运行输出的视在功率，用kVA或MVA表示；额定功率是指发电机输出的有功功率，用kw或MW表示。 额定定子电压:指发电机在设计技术条件下运行时，定子绕组出线端的线电压，用kV表示。我国生产的300MW和600MW
19、发电机组额定定子电压均为20kV 额定定子电流:指发电机定子绕组出线的额定线电流，单位为A。 额定功率因数（COS):指发电机在额定功率下运行时，定于电压和定子电流之间允许的相角差的余弦值。300MW机组的额定功率因数为0.85，600MW机组的额定功率因数为0.9。（2）同步发电机的主要技术数据额定转速:指正常运行时发电机的转速，用 rmin（每分钟转数）表示。我国生产的汽轮发电机转速均为3O00rmin。额定频率:我国电网的额定频率为50HZ（即每秒50周）。额定励磁电流:指发电机在额定出力时，转子绕组通过的励磁电流，用A或kA表示。额定励磁电压:指发电机励磁电流达到额定值时，额定出力运行
20、在稳定温度时的励磁电压。额定温度:指发电机在额定功率运转时的最高允许温度（）。效率:指发电机输出与输入能量之百分比，一般额定效率在9398之间，300MW和600MW大型机组在98以上。我国上海汽轮发电机厂设计的QFSN-600-2型 600 MW水氢氢（转子采用氢内冷，定子铁芯采用氢表冷，定子绕组采用水内冷，即简称水氢氢冷却方式）汽轮发电机的主要技术参数为:额定功率 600MW 额定电压 20KV 额定定子电流 19245A； 额定功率因数 0.9 额定转速 3000rmin 额定氢压 0.4MPa 额定励磁电流电压 3820A/417V 效 率 98.94 短路比0.54； 冷却方式 水氢
21、氢 发电机要发出电来，除了需要原动机带动其旋转外，还需给转子绕组输人直流电流（称为励磁电流），建立旋转磁场。供给励磁电流的电路，称为励磁系统，包括励磁机、励磁调节器及控制装置等。 励磁系统由两个基本部分组成，即励磁功率单元和励磁调节器。励磁功率单元，包括交流电源及整流装置，它向发电机的励磁绕组提供直流励磁电流；励磁调节器（AVR）是根据发电机发出的电流、电压情况，自动调节励磁功率单元的励磁电流的大小，以满足系统运行的需要。 励磁控制系统指励磁系统及其控制对象（发电机）共同组成的闭环反馈控制系统。励磁控制系统原理框如图2.3.3（2）所示。图2.3.3（2）励磁控制系统原理框图 励磁系统的作用不
22、仅是在发电机中建立旋转磁场，而且还对发电机及电网的安全、经济运行起着重要作用。励磁系统的主要功能是： 在正常运行情况下，供给发电机励磁电流，并根据发电机所带负荷的变化，自动调整励磁电流的大小，以维持发电机的机端电压在给定值（额定电压值）。 当发电机并列运行时，使各发电机组所带的无功功率稳定并实现合理分配。 在电力系统发生短路故障、发电机端电压严重下降时，能对发电机强行励磁，使励磁电压迅速增升到顶值（300MW和 600MW发电机强励顶值电压为额定值的2倍），以提高电力系统的暂态稳定性；短路故障切除后，使电压迅速恢复正常。 当发电机突然甩负荷时，能进行强行减磁，将励磁电流迅速降到安全数值，以防止
23、发电机电压过分升高。 当发电机内部发生短路故障（如定于绕组相间短路，转子绕组两点接地短路）跳闸时，能对发电机快速灭磁，将励磁电流减到零，以减小故障损坏程度。发电机的励磁方式主要有三种：直流励磁机励磁方式；交流励磁机励磁方式，又分为静止整流器励磁方式（称有刷励磁）和旋转整流器励磁方式（称无刷励磁）；静止励磁方式（如自共励励磁方式）。 60年代以前，汽轮发电机的励磁方式均采用同轴直流发电机作为励磁机，通过励磁调节器改变直流励磁机的励磁电流，来改变发电机转子绕组的励磁电压，以调节转子的励磁电流，达到调节发电机机端电压和输出无功功率的目的。目前100MW以下的汽轮发电机仍采用这种励磁方式。 随着机组容量的不断增大，直流励磁机励磁方式表现出了明显的缺陷，一是受换向器所限其制造容量不可能大；二是整流子、碳刷及滑环磨损，污染环境，运行维护麻烦；三是励磁调节速度慢，可靠性低，直流励磁机励磁方式已无法适应大容量汽轮发电机的需要。
