1、 发电厂工艺过程 第一节第一节 发电厂生产过程概述发电厂生产过程概述 电力是一个国家经济发展的基础，是国民经济的先电力是一个国家经济发展的基础，是国民经济的先行官。与其他能源相比，电力具有很大的优越性，它效行官。与其他能源相比，电力具有很大的优越性，它效率高，便于控制和远距离传输，使用方便，所以现代社率高，便于控制和远距离传输，使用方便，所以现代社会发展对电力的依赖程度越来越高，电气化程度是衡量会发展对电力的依赖程度越来越高，电气化程度是衡量一个国家现代化水平的重要标志之一。一个国家现代化水平的重要标志之一。 但是电力不是一种天然能源，必须由其他能源转换但是电力不是一种天然能源，必须由其他能源
2、转换而成。大规模的电能生产一般在电站中进行。而成。大规模的电能生产一般在电站中进行。目前的发目前的发电方式主要有火力发电、水力发电、核能发电和新能源电方式主要有火力发电、水力发电、核能发电和新能源发电等发电等。由于我国的能源以煤为主，所以火力发电是我。由于我国的能源以煤为主，所以火力发电是我国目前主要的发电方式，占我国发电总量的国目前主要的发电方式，占我国发电总量的70左右左右。 波浪发电站风力发电站水力发电站地热发电站太阳能发电站太阳能收集站沼气发酵池潮汐发电站火力发电站核电站第二节第二节 火电厂生产过程火电厂生产过程 利用燃料燃烧进行发电的设备称为火力发利用燃料燃烧进行发电的设备称为火力发
3、电机组，主要有电机组，主要有三大设备三大设备组成：组成：锅炉、汽锅炉、汽轮机和发电机轮机和发电机。火力发电机组的发电过程。火力发电机组的发电过程如以下示意图所示。如以下示意图所示。 n 火电厂基本热力过程锅炉锅炉n 由上可以看出，在火力发电厂的生产过程中存由上可以看出，在火力发电厂的生产过程中存在着在着三种形式的能量转换：三种形式的能量转换：n在锅炉中：在锅炉中：燃料的化学能转变为热能；燃料的化学能转变为热能；n在汽轮机中：在汽轮机中：热能转变为机械能；热能转变为机械能；n在发电机中：在发电机中：机械能转变为电能。机械能转变为电能。n 锅炉和汽轮机是火力发电厂三大主机中最基锅炉和汽轮机是火力发
4、电厂三大主机中最基本的能量转换设备。锅炉的作用是本的能量转换设备。锅炉的作用是利用燃料在炉利用燃料在炉内燃烧释放的热能加热给水，产生规定参数内燃烧释放的热能加热给水，产生规定参数(温温度、压力度、压力)和品质的蒸汽，送往汽轮机做功。和品质的蒸汽，送往汽轮机做功。 在汽轮机中，在汽轮机中，高温高压的过热蒸汽在通流部高温高压的过热蒸汽在通流部分膨胀做功，冲动汽轮机的叶轮转动，将蒸汽的分膨胀做功，冲动汽轮机的叶轮转动，将蒸汽的热能转变成转子上的机械能热能转变成转子上的机械能n一一 电厂锅炉电厂锅炉n 电厂锅炉的构成和工作过程电厂锅炉的构成和工作过程n一.电厂锅炉的构成 电厂锅炉机组是由锅炉本体、辅助
5、系统及设备、锅炉附件等构成的。 下图是一台典型煤粉炉及其辅助系统示意图，可以用来说明锅炉的主要构成和工作过程。 “锅锅” 和和 “炉炉” 两部分两部分锅炉本体锅炉本体主要包括主要包括 ， “锅锅” 部分：省煤器、汽包、下降管、水冷壁、过热部分：省煤器、汽包、下降管、水冷壁、过热器、器、 再热器、进出口联箱及汽水联通管道等。再热器、进出口联箱及汽水联通管道等。 “炉炉” 部分：炉膛、燃烧设备、空气预热器、烟道和部分：炉膛、燃烧设备、空气预热器、烟道和风道等。风道等。 此外，锅炉本体还包括用来固定和悬吊锅炉部件、此外，锅炉本体还包括用来固定和悬吊锅炉部件、受热面、炉墙等设备的构架受热面、炉墙等设备
6、的构架(包括平台扶梯包括平台扶梯)。 辅助系统辅助系统包括：燃料供应系统、煤粉制备系统、给水包括：燃料供应系统、煤粉制备系统、给水系统、通风系统、除尘除灰系统、吹灰系统，水处理系系统、通风系统、除尘除灰系统、吹灰系统，水处理系统、烟气脱硫系统和监视及控制系统等。各个辅助系统统、烟气脱硫系统和监视及控制系统等。各个辅助系统都配有相应的附属设备和控制装置。都配有相应的附属设备和控制装置。 由于火电站锅炉设备和部件繁多，工艺流程复杂，由于火电站锅炉设备和部件繁多，工艺流程复杂，直接由人工控制则很难保证各设备及系统的正常运行，直接由人工控制则很难保证各设备及系统的正常运行，因此现代火电站均配有先进的计
7、算机集散控制系统因此现代火电站均配有先进的计算机集散控制系统（DCS），同时配有机组的数据采集系统（），同时配有机组的数据采集系统（DAS）, 协调协调控制系统（控制系统（CCS），其下还包括很多子系统。另外锅炉），其下还包括很多子系统。另外锅炉还有燃烧安全监控系统（还有燃烧安全监控系统（FSSS）或燃烧器管理控制系统）或燃烧器管理控制系统（BMS）等，对锅炉进行监视与控制。）等，对锅炉进行监视与控制。 2. 电厂锅炉的工作过程电厂锅炉的工作过程 电厂锅炉的工作过程可以分成两大系统的工作过程，电厂锅炉的工作过程可以分成两大系统的工作过程，即即燃烧系统燃烧系统和和汽水系统汽水系统的工作过程。的工
8、作过程。 以下示意图便是电厂锅炉的燃烧系统和汽水系统的流以下示意图便是电厂锅炉的燃烧系统和汽水系统的流程。程。n燃烧系统由燃烧设备、制粉系统和风烟系统等组成，完燃烧系统由燃烧设备、制粉系统和风烟系统等组成，完成燃料在炉内的燃烧和高温烟气对受热面的传热过程。成燃料在炉内的燃烧和高温烟气对受热面的传热过程。n燃烧设备主要由炉膛、燃烧器和点火装置组成，要求达燃烧设备主要由炉膛、燃烧器和点火装置组成，要求达到燃烧效率高到燃烧效率高 ，燃烧稳定和连续，燃烧稳定和连续 ，污染物的排放量低，污染物的排放量低, 运行调节方便等目的。运行调节方便等目的。n制粉系统由磨煤机及其辅助部件构成，其任务是将原煤制粉系统
9、由磨煤机及其辅助部件构成，其任务是将原煤磨制成一定细度的煤粉，并将其送入炉膛进行燃烧。制磨制成一定细度的煤粉，并将其送入炉膛进行燃烧。制粉系统主要有直吹式和中间储仓式两种，目前直吹式制粉系统主要有直吹式和中间储仓式两种，目前直吹式制粉系统得到广泛应用。粉系统得到广泛应用。n风烟系统由送风机、引风机和风道及烟道组成，其任务风烟系统由送风机、引风机和风道及烟道组成，其任务是向炉内送入足够的空气，满足燃料完全燃烧所需的氧是向炉内送入足够的空气，满足燃料完全燃烧所需的氧气，并及时将燃烧产生的烟气排出。气，并及时将燃烧产生的烟气排出。 目前电厂锅炉常采用平衡通风方式，即引风量略大于送目前电厂锅炉常采用平
10、衡通风方式，即引风量略大于送风量，维持炉内一定的微负压，风量，维持炉内一定的微负压，n汽水系统由汽水系统由给水系统、蒸发系统和过热系统及再热系统给水系统、蒸发系统和过热系统及再热系统组成，分组成，分别完成水的加热、蒸发和过热三个阶段的任务。别完成水的加热、蒸发和过热三个阶段的任务。n给水系统的受热面主要是给水系统的受热面主要是省煤器省煤器，给水在进入锅炉前先经过该受，给水在进入锅炉前先经过该受热面，吸收烟气的热量，使排烟温度降低，锅炉效率提高而节省热面，吸收烟气的热量，使排烟温度降低，锅炉效率提高而节省燃料，因而该受热面就称为省煤器燃料，因而该受热面就称为省煤器n蒸发系统由蒸发系统由汽包、下降
11、管、水冷壁汽包、下降管、水冷壁和联箱及联通管道组成，其受和联箱及联通管道组成，其受热面为水冷壁，吸收炉膛中的辐射热，将下降管送入的水蒸发成热面为水冷壁，吸收炉膛中的辐射热，将下降管送入的水蒸发成饱和蒸汽。饱和蒸汽。n过热系统由不同型式的过热系统由不同型式的过热器及减温器过热器及减温器组成，其工作任务是把水组成，其工作任务是把水冷壁所产生的饱和蒸汽过热到一定温度的过热蒸汽，同时在锅炉冷壁所产生的饱和蒸汽过热到一定温度的过热蒸汽，同时在锅炉允许的负荷波动保持过热蒸汽温度在正常范围内。允许的负荷波动保持过热蒸汽温度在正常范围内。n再热系统由不同型式的再热系统由不同型式的再热器及减温器再热器及减温器组
12、成，其工作任务是把汽组成，其工作任务是把汽轮机高压缸的排汽再次加热，再送至汽轮机中压缸继续做功，以轮机高压缸的排汽再次加热，再送至汽轮机中压缸继续做功，以提高循环效率，并减少汽轮机末端的蒸汽湿度，保证汽轮机的安提高循环效率，并减少汽轮机末端的蒸汽湿度，保证汽轮机的安全。全。二 电厂汽轮机n 1 电厂汽轮机的工作原理 汽轮机是将蒸汽热能转换成机械功的高速旋转汽轮机是将蒸汽热能转换成机械功的高速旋转设备，具有功率大、效率高、结构简单、运转平稳设备，具有功率大、效率高、结构简单、运转平稳的优点，是火电厂及核电厂中采用的原动机。蒸汽的优点，是火电厂及核电厂中采用的原动机。蒸汽轮机、燃气轮机、水轮机等都
13、是涡轮机，它们最基轮机、燃气轮机、水轮机等都是涡轮机，它们最基本的原理与风车相同，利用工质的动能做功，即利本的原理与风车相同，利用工质的动能做功，即利用具有一定速度的工质冲动其转动部分，从而输出用具有一定速度的工质冲动其转动部分，从而输出机械功。机械功。 具有一定压力和温度的蒸汽在汽轮机中先流过固定的喷具有一定压力和温度的蒸汽在汽轮机中先流过固定的喷嘴，蒸汽的压力、温度逐渐降低，体积不断膨胀，蒸汽的嘴，蒸汽的压力、温度逐渐降低，体积不断膨胀，蒸汽的速度越来越高；从喷嘴中流出的高速蒸汽冲击在动叶片速度越来越高；从喷嘴中流出的高速蒸汽冲击在动叶片上，动叶片受到汽流的作用力带动叶轮和轴转动。蒸汽源上
14、，动叶片受到汽流的作用力带动叶轮和轴转动。蒸汽源源不断地从喷嘴中流出，推动汽轮机的转轴连续转动，将源不断地从喷嘴中流出，推动汽轮机的转轴连续转动，将蒸汽的热能转换为轴旋转的机械能。蒸汽的热能转换为轴旋转的机械能。 因此，实现蒸汽热能到机械能的转换可分为因此，实现蒸汽热能到机械能的转换可分为两个阶段：两个阶段：(1)(1)在喷嘴中蒸汽的热力势能在喷嘴中蒸汽的热力势能( (焓降焓降) )转变为高速汽流的转变为高速汽流的 动能。动能。(2) (2) 在动叶片流道中蒸汽的动能转变为旋转的机械能。在动叶片流道中蒸汽的动能转变为旋转的机械能。多级汽轮机外形n2、汽轮机设备的组成及工作过程n 汽轮机设备由汽
15、轮机本体和汽轮机辅助设备两部分组成，如下图所示。汽轮机本体：汽轮机本体：静止部分、转动部分、主汽门、调节 汽门等汽轮机辅助设备：汽轮机辅助设备：凝汽设备、回热加热设备、调节 保安装置、供油系统等。 汽轮机本体及其辅助设备由管道和阀门连成一个整体，称为汽轮机设备。汽轮机与发电机的组合称为汽轮发电机组汽轮发电机组。n锅炉来的高温高压的蒸汽流经主汽阀、调节阀进入汽轮机，在压力差的作用下蒸汽依次通过各级向排汽口处流动。在流动中，蒸汽的压力、温度逐级降低，逐级将热能转变为机械能能。压力、温度已很低的汽轮机的排汽(乏汽)，进入凝汽设备，被冷凝成凝结水后送往低压加热器加热，进入除氧器除去水中所含的气体，经给
16、水泵升压再由高压加热器加热后送回锅炉循环使用。此外，汽轮机的调节系统用来调节进汽量，以适应外界负荷的变化，保证供电的数量和质量。保护装置则用于监测汽轮机的运行，在危急情况下保证汽轮机的安全。 3回热加热系统 采用回热循环是提高循环热效率的有效手段。电厂的回热系统用一台混合式加热器作除氧器，即利用汽轮机的抽汽来加热给水至沸腾以除去水中所含的气体，其余的均为表面式加热器。位于凝结水泵和除氧器之间的表面式加热器，其水侧压力为凝结水泵的出口压力，称为低压加热器(低加)；位于除氧器下的给水泵与炉给水操作台之间的表面式加热器，其水侧压力为给水泵出口压力，称为高压加热器(高加)。国内300MW、600MW机
17、组，其回热系统采用八级回热，即三台高压加热器、四台低压加热器和一台除氧器，简称：“三高、四低、一除氧三高、四低、一除氧”。见下图n回热加热系统中各部件各部件的作用：n高、低压加热器高、低压加热器：利用汽轮机抽汽，对给水、凝结水进行加热，其目的是提高整个热力系统经济性。n除氧器除氧器：除去锅炉给水中的各种气体，主要是水中的游离氧。n凝汽器凝汽器：使汽轮机排汽口形成最佳真空，使工质膨胀到最低压力，尽可能多地将蒸汽热能转换为机械能，将乏汽凝结成水。n凝结泵凝结泵：将凝汽器的凝结水通过各级低压加热器补充到除氧器。 给水泵给水泵：将除氧水箱的凝结水通过给水泵提高压力，经过高压加热器加热后，输送到锅炉省煤
18、器入口，作为锅炉主给水。火电厂水系统 火电厂水系统主要包括:n 凝汽器冷却水或冷却塔补给水(循环供水)n 汽轮机凝结水精处理系统n 锅炉补给水(化学水处理)n 锅内水处理（加药，使锅内结垢软化或溶解，通过锅炉排污排出，n还要调节锅水PH值和成分间的比例。）n 工业冷却水(其他冷却器和转动机械的轴承冷却水)n 除尘/除灰/通风用水n 生活/消防用水n 疏水和生产回水处理（含腐蚀产物和油，一般采用过滤方法回收）n 废水处理火电厂水系统化学水处理系统化学水处理系统 化学水处理系统主要包括:n 锅炉补给水处理系统n 汽轮机凝结水精处理系统化学水处理系统锅炉补给水处理系统(化学除盐化学除盐)工艺示意图工
19、艺示意图- 锅炉补给水处理系统锅炉补给水处理系统(化学除盐化学除盐)锅炉补给水处理系统(化学除盐化学除盐)工艺示意图工艺示意图化学水处理系统-锅炉补给水处理系统锅炉补给水处理系统(1)n主要目的: 火电厂热力系统中水、汽不断循环，由于设备和管道系统水的排放、蒸发、泄漏 等，会造成水、汽损失，为保持平衡，必须向系统中补给所需水量。n 普通水（地表水或地下水）含有大量钙、镁、钠的重碳酸化物、氯化物、硫酸化 物、硅酸等，它们对热力设备均有危害，要除去这些物质。 主要设备包括:n 清水箱、过滤器、阳床、除碳器、阴床、混床、酸/碱储存罐、计量箱、中间水 箱, 泵、阀门和风机等。n主要控制量: 水泵、除碳
20、风机、阀门、水位、PH值（E+H、Honeywell、罗斯蒙特）、酸/碱浓 度（罗斯蒙特）、流量、压力、钠表（钠离子浓度检测，作为再生条件。 Honeywell、罗斯蒙特）n主要控制方式: 全自动、半自动、步操（分支工艺段独立操作）、手动（通过点击鼠标操作设 备）、就地 主要流程：再生控制流程、制水流程（顺序控制） 一般要求控制系统热备，本地站+扩展、5001000点（DI/DO占90%，AI占10%）化学水处理系统-锅炉补给水处理系统锅炉补给水处理系统(2)主要过程:n化学除盐:n 阳离子交换：（使水软化）利用Na型树脂除去水中钙、镁离子。再用食盐再生。 2RNa+Ca2+ R2Ca+2Na
21、+ 2RNa+Mg2+ R2Mg+2Na+n 失效树脂再生: R2Ca+2Na+ 2RNa+Ca2+ R2Mg+2Na+ 2RNa+Mg2+n 脱碳：去除水中的CO2，防止水呈酸性。除二氧化碳器有鼓风式和真空式两 种。n 鼓风式: 水从上喷淋而下水从上喷淋而下, 空气自下而上空气自下而上,由于二者由于二者CO2压力不同压力不同, 水中游离水中游离的的CO2析出。n 真空式: 抽真空使水达到沸点抽真空使水达到沸点, 去除水中溶解的气体。去除水中溶解的气体。化学水处理系统-锅炉补给水处理系统锅炉补给水处理系统(3)n主要过程: 化学除盐: 阴离子交换：利用OH型树脂除去经过阳离子交换处理后的水中的
22、无机酸。需再生。 ROH+HCl RCl+H2O ROH+H2CO3 RHCO3+H2O ROH+H2SiO3 RHSiO3+H2On 失效树脂再生: RCl+NaOH ROH+NaCl RHCO3+NaOH ROH+NaHCO3 RHSiO3+NaOH ROH+NaHSiO3化学水处理系统- 凝结水精处理系统凝结水精处理系统 化学水处理系统-凝结水精处理系统凝结水精处理系统n凝结水是锅炉给水的主要组成部分。n按运行压力分为: 中压凝结水精处理系统和低压凝结水精处理系统中压凝结水精处理系统和低压凝结水精处理系统n主要工艺系统: 高速混床系统：包括高速混床、树脂捕捉器、再循环单元、旁路单元等。n
23、 再生系统：包括锥体分离再生装置（阳树脂再生兼分离塔、阳树脂再生/混合兼储 存塔、树脂隔离罐、仪表、阀门、管道等）n 再生辅助系统：包括酸碱系统（酸碱槽、酸碱计量箱、酸碱喷射器或计量泵）、n热水箱单元、冲洗水单元、罗茨风机单元、阀门、树脂等。n主要控制特点:n 一般工艺配置：高速混床250%（两台运行，不设备用）；3 50%（两台运行， 一台备用）；多采用柱型混床。1 100%，多采用球型混床。n 混床出水水质超标或累积制水量达到设定值或压差超过规定值，报警并自动解列 失效混床，失效树脂送至再生系统进行擦洗再生；对于3 50%系统，先投入备用 混床，再解列失效混床，然后进行失效树脂的擦洗、分离
24、、再生。n 树脂分离、再生装置目前以英国的KENNICOTT较为先进、凯迪公司是其在国内唯 一的合作伙伴，采用锥斗分离（CONESEPS）技术：锥底配水集水装置、）技术：锥底配水集水装置、“二二 次分离”技术、树脂界面检测系统、“固化”的多次（最多可达20次）树脂擦洗、正洗、反洗、反冲洗工艺等。 化学水处理系统-凝结水精处理系统凝结水精处理系统n主要控制特点(续续) :n 仪表、阀门数量较多，AI较多，阀门开度调节控制的AO也有，一般超过1000点 I/O，控制程序复杂。n 仪表信号：压力、导电度、流量、二氧化硅含量、PH值、钠浓度、差压、液位等。n 要求控制系统双机热备。n 一般本地控制，主
25、机架+扩展即可。n 部分用户在阴/阳树脂分离技术上可能直接采用进口设备，如：英国的凯尼科特等n主要控制功能: 去除水、汽系统产生或漏入的腐蚀产物、悬浮杂质，使其含量达到规定要求。（采用“固化”的多次树脂擦洗、正洗、反洗、反冲洗工艺等。） 去除水、汽系统存在或漏入的溶解杂质，使其达到最低水平。 凝汽器仪表信号：压力、导电度、流量、二氧化硅含量、PH值、钠浓度、差压、液位等。n 要求控制系统双机热备。n 一般本地控制，主机架+扩展即可。n 部分用户在阴/阳树脂分离技术上可能直接采用进口设备，如：英国的凯尼科特 除灰/除渣系统除渣系统n锅炉排渣: 水力排渣装置：收集炉膛或炉排落下的炉渣，以压力水流为
26、动力将其清除的装置。 水力排渣槽：炽热炉渣经炉膛冷灰斗落入炉渣室，熄火喷嘴喷水浇灭，当存到一定量时，冲渣喷嘴和排渣门开启，利用水流和重力由排渣门排出，经碎渣机破碎排至渣沟。 水封斗式排渣装置：水封渣斗 炉渣：锅炉燃烧过程中残存在炉膛底部灰斗内的颗粒或焦块状的固体。 细灰：烟气通过锅炉尾部、烟道及除尘器时从烟气中分离、沉积在灰斗内的粉末状物质。n除灰系统: 分机械除灰、水力除灰、气力除灰三种。 对灰、渣混合排出的灰渣混除系统；对灰、渣分别单独排出的灰渣分除系统 除灰/除渣系统除渣系统 烟气除尘系统n常用除尘器：n 旋风除尘器：气流在圆筒内作旋转运动，分离粉尘。（除尘效率低，小型锅炉多用）n 湿式
27、除尘器：用水或其他液体形成液网、液膜、液滴与含尘气体接触。（常用的有：旋风水膜除尘器，也称捕滴器；斜棒栅除尘器；文丘里管除尘器）n 静电除尘器：利用强电场使气体电离，粉尘荷电，并在电场力作用下分离、捕集粉尘的装置。分立式和卧式。（除尘效率高，占地面积大，运行要求严格。）n 袋式除尘器：利用织物制作的袋状过滤元件捕集含尘气体中的固体颗粒。烟气脱硫系统(Flue Gas Desulphurization, FGD)n定义：用吸收剂(反应剂)脱除燃料燃烧所生成的 烟气中的SO2。n 一般安装在锅炉空气预热器或除尘器后。n分类：n 按反应物质的状态(液态或固态) 分为：干法或湿法。n 按反应产物的处理方式分为：抛弃法或回收法。烟气脱硫系统(Flue Gas Desulphurization, FGD)
