1、火力发电的基础知识火力发电的基础知识前言前言火电：利用煤、石油和天然气等化石燃料所含能量发电的方式统称为火力发电。按发电方式，火力发电分为燃煤汽轮机发电、燃油汽轮机发电、燃气蒸汽联合循环发电和内燃机发电等。火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气或其他燃料的化学能生产电能的工厂。火电厂主要组成为:1、锅炉及附属设备，确保燃料的化学能转化为热能。2、汽轮机及附属设备，确保热能变为机械能。3、发电机及励磁机，确保机械能变为电能。4、主变压器，把电能提升为高压电输送给输电线路。火力发电的优势是：早期建设成本低，发电量稳定，一年四季均匀生产，所以在世界各国的电力生产中都占主要地位，一般在70%左右
2、。火力发电的缺点是：所用的煤、油、气等是不可再生资源，虽然储量多，始终会枯竭，污染严重。第一节第一节 电源、供电、供热系统电源、供电、供热系统 网络构成网络构成锅炉锅炉发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电电能能用用户户输电线输电线热热能能用用户户汽轮机汽轮机抽抽汽汽电力网电力网电力系统电力系统动力系统动力系统动力系统与电力系统、电力网关系示意图动力系统与电力系统、电力网关系示意图电能的传输、分配和转换。电能的传输、分配和转换。水电厂水电厂核电厂核电厂工厂工厂电气化铁路电气化铁路风力发电机风力发电机变电所居民终端变终端变电所电所220kV110kV火电厂火电厂枢纽变枢纽变电站电
3、站110kV 电力经过电力经过发电、送电发电、送电、变电变电和和配电配电分配到分配到各用电场所，通过各种设备再转换成为各用电场所，通过各种设备再转换成为动力动力（机械能）（机械能）、热热、光光的不同形式的能量。的不同形式的能量。热力经热力管网分配到各用热场所，如居民热力经热力管网分配到各用热场所，如居民楼、工厂生产线、高楼的空调等等。楼、工厂生产线、高楼的空调等等。第二节第二节 火力发电过程概述火力发电过程概述发电过程：发电过程：煤粉在炉膛内燃烧，将水冷壁中的水加热成蒸汽进入汽包，分离出的蒸汽经过过热器加热后，进入汽轮机高压缸做功，高压缸排汽继续引入锅炉的再热器，加热后进汽轮机的中压缸、低压缸
4、做功，蒸汽冲动汽轮机旋转，带动同轴的发电机以3000转/分的速度旋转，切割磁力线，产生电能。整个发电过程是化学能、热能、机械能、电能的转换过程。第三节第三节 热力系统概述热力系统概述汽水系统汽水系统风烟系统风烟系统制粉系统制粉系统 汽水系统汽水系统凝结水凝结水泵8、7、6、5低加除氧器给水泵3、2、1高加省煤器汽包水冷壁汽包过热器高压缸再热器中压缸低压缸凝汽器 风烟系统风烟系统送风机暖风器空气预热器二次风（燃烧用）炉膛一次风机空气预热器冷热一次风1.制粉2.携带煤粉进炉膛烟气炉膛空气预热器电除尘引风机脱硫系统烟囱 制粉系统制粉系统原煤仓给煤机磨煤机煤粉分离器（粉仓给粉机）由一次风携带到炉四角进
5、入炉膛第四节第四节 热工测量热工测量热工测量主要参数热工测量主要参数:温度、压力、流量、料位、位移、转速、振动、成分等 等 温度：温度：TE、TI意义：主汽温度过高爆管，过低汽轮机效率低，影响经济性。热电偶：由两种不同材料的金属组成，两端有温差，产生热电势。热电偶的三个定律：均质导体定律 中间导体定律 中间温度定律热电阻：热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜 双金属温度计：工作原理：两种不用线膨胀系数的双金属片叠焊在一起，弯曲程度与温度高低成正比。压力式温度计：工作原理：利用定容气体、液体热胀冷缩压力变化
6、或饱和汽压力变化的性质进行测温的，使弹簧管的曲率发生变化，使其自由端发生位移。辐射高温计：用于测量炉膛烟温、床温。压力：压力：P、Pd、PT、PS、PI 意义：压力高过热器水冷壁受不了，锅炉跳闸；压力低影响效率，真空达不到降低效率。压力表：弹簧管压力表，结构简单，使用方便，价格低廉，使用范围广，测量范围宽；可测负压、微压、低压、中压和高压；精度有0.5、1.0、1.6、2.5等。变送器：工作时，高、低压侧的隔离膜片和灌充液将过程压力传递给灌充液，接着灌充液将压力传递到传感器中心的传感膜片上。传感膜片是一个张紧的弹性元件，其位移随所受压而变化，且位移量与压力成正比。两侧的电容极板检测传感膜片的位
7、置。传感膜片和电容极板之间电容的差值被转换为相应的电流，电压或数字信号。流量：流量：FT、FS、FI 意义：给水主汽流量是调节汽包水位的重要信号，对外供汽流量是收费的依据。原理：流体通过节流件，流速增加，静压减小，在节流件前后产生静压差。流量传感器：孔板、喷嘴、文丘里管、靠背管（用于测量气体风速）等。风速风量测量装置基于靠背管多点测量原理，测量装置安装在管道上，其深头插入管内，当管内有气流流动时，迎风面受气流冲击，在此处气流的动能转换成压力能，因而迎面管内压力较高，其压力称为“全压”，背风侧由于不受气流冲压，其管内的压力为风管内的静压力，其压力称为“静压”，全压和静压之差称为差压，其大小与管内
8、风速有关，风速越大，差压越大；风速小，差压也小，风速与差压的关系符合伯努利方程。料位：料位：LT、LS、LI 意义：很多设备的水位保持在一定范围内才能安全经济运行。粉仓、水罐超声波料位计、雷达料位计、激光料位计。位移：位移：SE、ST、SI 意义：发电机组、电动机组轴系自由活动空间很小，否则损坏设备。偏心、差胀、相对膨胀、轴向位移等 振动：振动：Vb 意义：发电机组、电动机组轴系振动很小，否则损坏设备。轴的振动、瓦的振动等 转速：转速：RPM 意义：发电机组、电动机组转速测量要准确，还要受控，否则容易引起共振、飞车。发电机转速、电动机转速等。成分：成分：AE、AT、AI意义：通过氧量的监视来了
9、解过剩空气系数，判断锅炉是否处于最佳燃烧状态。将氧量作为校正信号来控制送风量。以保证锅炉经济燃烧。氧量的测量：氧浓差电势不仅与氧化锆两侧气体中氧气含量有关，而且和所处温度有关。其他还有SO化物、CO化物、NO化物、导电度、含硅量、含钠量、PH等的测量。就不一一讨论了。第五节第五节 热工控制系统热工控制系统分散控制系统 Distributed Control System，简称DCS。主要包含以下子系统：1、协调控制系统，简称CCS。2、炉膛安全监控系统，简称FSSS。3、顺序控制系统，简称SCS。4、汽轮机数字电液控制系统，简称DEH。5、汽轮机监视仪表，简称TSI。6、汽轮机的危急遮断系统，
10、简称ETS。1、分散控制系统 采用计算机、通信和屏幕显示技术，实现对生产过程的数据采集、控制和保护等功能，利用通信技术实现数据共享的多计算机监控系统，其主要特点是功能分散，操作显示集中，数据共享，可靠性高。根据具体情况也可以是硬件布置上的分散。图 2-1 W DPF 分 散 控 制 系 统 基 本 组 成数 据 高 速 公 路 （Data Highway)I/O 卡 件I/O 卡 件I/O 卡 件I/O 卡 件生 产 过 程I/O 卡 件DPU冗 余DPUDPU54DPU4DPU53DPU3DPU52DPU2DPU51DPU1操 作 员 站操 作 员 站记 录 站历 史 站工 程 师 站信 息
11、 高 速 公 路 （Information Highway)2、协调控制系统 将锅炉-汽轮发电机组作为一个整体进行控制，通过控制回路协调锅炉与汽轮机组在自动状态的工作，给锅炉、汽轮机的自动控制系统发出指令，以适应负荷变化的需要，尽最大可能发挥机组调频、调峰的能力，它直接作用的执行级是锅炉燃烧控制系统和汽轮机控制系统。CCS系统主要负担生产过程中水、煤、汽、油、风、烟诸系统的闭环控制任务和单元机组的负荷控制。负荷指令处理装置机炉主控制器汽机控制系统锅炉控制系统外部的负荷指令单元机组主控制系统TMN03、炉膛安全监控系统 对锅炉点火、燃烧器和油枪进行程序自动控制，防止锅炉炉膛由于燃烧熄火、过压等原
12、因引起炉膛爆炸（外爆或内爆）而采取的监视和控制措施的自动系统。主要功能如下：锅炉点火前吹扫油层启停控制燃煤控制运行监视紧急停炉4、顺序控制系统 对机组的某一工艺系统或主要辅机按一定规律（输入信号条件顺序、动作顺序或时间顺序）进行控制的系统。主要功能用于完成机组主要辅机的顺序启停和连锁保护等功能。5、汽轮机数字电液控制系统 按电气原理设计的敏感元件、数字电路（计算机）、按液压原理设计的放大元件及液压伺服机构构成的汽轮机控制系统。主要功能：汽机挂闸准备启动；高压缸启动；ATC自启动/经验曲线启动/操作员自动；自动升速控制 ；自动快速过临界 ；暖阀/暖机；阀门严密性试验 ；自动同步控制 ；自动带初负
13、荷；电超速保护试验、机械超速保护试验 ；负荷限制功能；定压与滑压运行 ；自动调节机组电负荷 ；自动调节机组热负荷；主汽压控制及限制 热负荷/电负荷解耦调节 ；阀门管理；阀门活动试验；低真空保护与限制 ；参与电网一次调频，与CCS系统配合实现机炉协调，实现AGC发电；快速减负荷RB；快速切负荷FCB；超速保护控制OPC。6、汽轮机安全监视及保护系统监视汽轮机运行状态（转速、振动、膨胀、位移等机械参数）的仪表。转速轴的转速，如果转动力矩不平衡，转速会发生变化零转速主轴与盘车机构啮合时的转动周期轴振轴相对于机壳的振动。过分强烈的振动意味着机组内存在着各种缺陷，动静部分发生摩擦或咬合，可导致机组严重损坏而被迫停机。绝对振动轴、机壳的绝对振动、轴相对于机壳的振动、轴在轴承中的位置壳体膨胀壳体相对于基础的膨胀胀差轴相对于汽机壳体之间的受热膨胀值，过大会使动静部分产生摩擦，引起机组强烈振动，造成机组损坏。轴向位移转轴相对于轴承止推环的轴向位移。轴向位移超过设计的动、静部件之间的预留间隙时，将会折断叶片，大轴弯曲，隔板和叶轮碎裂等恶性事故。偏心度转轴在轴承内的平衡位置及大轴挠度，对轴弯曲进行监视。7、汽轮机紧急跳闸系统 控制系统至少具有下列停机功能：汽机转速3300转/分轴向位移过大轴承振动过大 润滑油压低（三取二）支持轴承温度高凝汽器真空低（三取二）发变组故障手动停机保护。
