火力发电厂

火力发电厂
火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气作为燃料生产电能的工厂，它的基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧加热水使成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。
火力发电厂-生产过程
   
火力发电厂生产过程
燃煤，用输煤皮带从煤场运至煤斗中。大型火电厂为提高燃煤效率都是燃烧煤粉。因此，煤斗中的原煤要先送至磨煤机内磨成煤粉。磨碎的煤粉由热空气携带经排粉风机送入锅炉的炉膛内燃烧。煤粉燃烧后形成的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动，放出热量，最后进入除尘器，将燃烧后的煤灰分离出来。洁净的烟气在引风机的作用下通过烟囱排入大气。助燃用的空气由送风机送入装设在尾部烟道上的空气预热器内，利用热烟气加热空气。这样，一方面除使进入锅炉的空气温度提高，易于煤粉的着火和燃烧外，另一方面也可以降低排烟温度，提高热能的利用率。从空气预热器排出的热空气分为两股：一股去磨煤机干燥和输送煤粉，另一股直接送入炉膛助燃。燃煤燃尽的灰渣落入炉膛下面的渣斗内，与从除尘器分离出的细灰一起用水冲至灰浆泵房内，再由灰浆泵送至灰场。
火力发电厂
在除氧器水箱内的水经过给水泵升压后通过高压加热器送入省煤器。在省煤器内，水受到热烟气的加热，然后进入锅炉顶部的汽包内。在锅炉炉膛四周密布着水管，称为水冷壁。水冷壁水管的上下两端均通过联箱与汽包连通，汽包内的水经由水冷壁不断循环，吸收着煤爱燃烧过程中放出的热量。部分水在冷壁中被加热沸腾后汽化成水蒸汽，这些饱和蒸汽由汽包上部流出进入过热器中。饱和蒸汽在过热器中继续吸热，成为过热蒸汽。过热蒸汽有很高的压力和温度，因此有很大的热势能。具有热势能的过热蒸汽经管道引入汽轮机后，便将热势能转变成动能。高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形成机械能。
汽轮机的转子与发电机的转子通过连轴器联在一起。当汽轮机转子转动时便带动发电机转子转动。在发电机转子的另一端带着一太小直流发电机，叫励磁机。励磁机发出的直流电送至发电机的转子线圈中，使转子成为电磁铁，周围产生磁场。当发电机转子旋转时，磁场也是旋转的，发电机定子内的导线就会切割磁力线感应产生电流。这样，发电机便把汽轮机的机械能转变为电能。电能经变压器将电压升压后，由输电线送至电用户。
释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出，称为乏汽。乏汽在凝汽器内被循环水泵送入凝汽器的冷却水冷却，从新凝结成水，此水成为凝结水。凝结水由凝结水泵送入低压加热器并最终回到除氧器内，完成一个循环。在循环过程中难免有汽水的泄露，即汽水损失，因此要适量地向循环系统内补给一些水，以保证循环的正常进行。高、底压加热器是为提高循环的热效率所采用的装置，除氧器是为了除去水含的氧气以减少对设备及管道的腐蚀。
以上分析虽然较为繁杂，但从能量转换的角度看却很简单，即燃料的化学能→蒸汽的热势能→机械能→电能。在锅炉总，燃料的化学能转变为蒸汽的热能；在汽轮机中，蒸汽的热能转变为轮子旋转的机械能；在发电机中机械能转变为电能。炉、机、电是火电厂中的主要设备，亦称三大主机。与三大主机相辅工作的设备成为辅助设备或称辅机。主机与辅机及其相连的管道、线路等称为系统。火电厂的主要系统有燃烧系统、汽水系统、电气系统等。
除了上述的主要系统外，火电厂还有其它一些辅助生产系统，如燃煤的输送系统、水的化学处理系统、灰浆的排放系统等。这些系统与主系统协调工作，它们相互配合完成电能的生产任务。大型火电厂的保证这些设备的正常运转，火电厂装有大量的仪表，用来监视这些设备的运行状况，同时还设置有自动控制装置，以便及时地对主辅设备进行调节。现代化的火电厂，已采用了先进的计算机分散控制系统。这些控制系统可以对整个生产过程进行控制和自动调节，根据不同情况协调各设备的工作状况，使整个电厂的自动化水平达到了新的高度。自动控制装置及系统已成为火电厂中不可缺少的部分。
火力发电厂-工作原理
   
火力发电厂
采用煤炭作为一次能源----利用皮带传送技术----锅炉输送经处理的煤粉---煤粉燃烧对锅炉里的水一次加热之后--水蒸汽进入高压缸---为了提高热效率，对水蒸汽进行二次加热---水蒸汽进入中压缸---蒸汽去推动汽轮发电机发电。
从中压缸引出进入对称的低压缸。已经作过功的蒸汽一部分从中间段抽出供给炼油、化肥等兄弟企业，其余部分流经凝汽器水冷，成为40度左右的饱和水作为再利用水。40度左右的饱和水经过凝结水泵，经过低压加热器到除氧器中，此时为160度左右的饱和水，经过除氧器除氧，利用给水泵送入高压加热器中，其中高压加热器利用再加热蒸汽作为加热燃料，最后流入锅炉进行再次利用。以上就是一次生产流程。
火力发电厂-燃料构成
   
火力发电厂
火电厂的燃料构成决定于国家资源情况和能源政策。20世纪80年代以后，中国火电厂的燃料主要是煤。1987年，火电厂发电量的87％是煤电，其余13％是烧油或其他燃料发出的。有烟煤资源或依赖进口煤的国家，其火电厂主要燃用烟煤，因其热值高、易燃。其他煤种占较大比重的国家，有用褐煤（德国、澳大利亚）、无烟煤（前苏联、西班牙、朝鲜等）的；中国燃用煤一半以上是烟煤，贫煤次之，无烟煤在10％以下。一些国家还根据石油国际市场的情况，采用燃油和天然气发电机组。除蒸汽机组外，还有的用燃气轮机和内燃机发电机组。70年代以来，燃气-蒸汽联合循环机组发电的火电厂得到重视。
火力发电厂-组成与流程
   
火力发电厂
现代化火电厂是一个庞大而又复杂的生产电能与热能的工厂。它由下列5个系统组成：①燃料系统。②燃烧系统。③汽水系统。④电气系统。⑤控制系统。在上述系统中，最主要的设备是锅炉、汽轮机和发电机，它们安装在发电厂的主厂房内。主变压器和配电装置一般装放在独立的建筑物内或户外，其他辅助设备如给水系统、供水设备、水处理设备、除尘设备、燃料储运设备等，有的安装在主厂房内，有的则安装在辅助建筑中或在露天场地。火电厂基本生产过程是，燃料在锅炉中燃烧，将其热量释放出来，传给锅炉中的水，从而产生高温高压蒸汽；蒸汽通过汽轮机又将热能转化为旋转动力，以驱动发电机输出电能。到80年代为止，世界上最好的火电厂的效率达到40％，即把燃料中40％的热能转化为电能。
在上述系统的所有设备中，最主要的设备是锅炉、汽轮机和发电机，它们安装在发电厂的主厂房内。主变压器和配电设备一般是安装在独立的建筑物内和户外；其他辅助设备如给水系统、供水设备、水处理设备、除尘设备、燃料储运设备等，有的安装在主厂房内，有的则是安装在辅助建筑中或在露天场地。
火力发电厂-运行
   
代市火电厂
近代火电厂由大量各种各样的机械装置和电工设备所构成。为了生产电能和热能，这些装置和设备必须协调动作，达到安全经济生产的目的。这项工作就是火电厂的运行。为了保证炉、机、电等主要设备及各系统的辅助设备的安全经济运行，就要严格执行一系列运行规程和规章制度。
火电厂的运行主要包括3个方面,即起动和停机运行、经济运行、故障与对策。火电厂运行的基本要求是保证安全性、经济性和电能的质量。
就安全性而言，火电厂如不能安全运行，就会造成人身伤亡、设备损坏和事故，而且不能连续向用户供电，酿成重大经济损失。保证安全运行的基本要求是：①设备制造、安装、检修的质量要优良；②遵守调度指令要求，严格按照运行规程对设备的启动与停机以及负荷的调节进行操作；③监视和记录各项运行参数，以便尽早发现运行偏差和异常现象，并及时排除故障；④巡回监视运行中的设备及系统是否处于良好状态，以便及时发现故障原因，采取预防措施；⑤定期测试各项保护装置，以确保其动作准确、可靠。
就经济性而言，火电厂的运行费用主要是燃料费。因此，采用高效率的运行方式以减少燃料消耗费是非常重要的。具体措施有以下3点。
①滑参数起停。滑参数起动可以缩短起动时间，具有传热效果好、带负荷早、汽水损失少等优点。滑参数停机可以使机组快速冷却，缩短检修停机时间，提高设备利用率和经济性。
②加强燃料管理和设备的运行管理。定期检查设备状态、运行工况，进行各种热平衡和指标计算，以便及时采取措施减少热损失。
③根据各类设备的运行性能及其相互间的协调、制约关系，维持各机组在具有最佳综合经济效益的工况下运行；在电厂负荷变动时，按照各台机组间最佳负荷分配方式进行机组出力的增、减调度。
电厂在安全、经济运行的情况下，还要保证电能的质量指标，即在负荷变化的情况下，通过调整以保持电压和频率的额定值，满足用户的要求。
火力发电厂-效率
   
效率是衡量火电厂运行水平的一个重要指标。火电厂所需的能量是通过煤、石油或天然气等燃料的燃烧得来的。但是，燃料中所蕴藏的全部能量（即燃料的发热量）并不是100%的都能转换为电能。到80年代为止，世界上最好的火电厂也只能把燃料中40％左右的热能转换为电能。这种把热能转换为电能的百分比，称为火电厂效率。
火力发电厂-保护与控制
   
华能玉环电厂
火电厂中锅炉、汽轮机、发电机之间的关系极为密切。任何一个环节出现事故都会影响电厂的安全经济运行。因此，为了保证火电厂的安全经济运行，必须装备完善的保护控制装置和系统。基本的保护方式有以下3种。
①联锁保护：当某一设备或工况出现异常现象时，相关联的设备联动跳闸，切除有故障的设备或系统，备用的设备或系统立即投入运行。
②继电器组成的保护：以热工参量和电气参量的限值，以及设备元件的条件联系为动作判据，采用各种继电器组成保护回路，对某一设备或系统进行保护。
③固定的保护装置:有机械的、电动的保护装置，如锅炉的安全门、汽轮机的危急保安器、电机的过电压保护器等。
近代的单元机组均采用综合保护连锁系统，即将机、炉、电的分别保护与单元的整体保护系统相互协调，形成一个完善的保护系统。
火电厂的基本控制方式有以下3种。
①就地控制：锅炉、汽轮机、发电机及辅助设备就地单独进行控制。这种方式适用于小型电厂。
②集中控制：将锅炉、汽轮机、发电机联系起来进行集中控制。例如大型电厂采用的机、炉、电单元的集中控制。
③综合自动控制：将电厂的整个生产过程作为一个有机整体进行控制，以实现全盘自动化。
上世纪80年代，大型电厂多采用单元机组。对于单元机组自动调节系统的主要控制方式有以下3种。
①锅炉跟踪调节方式：由电力负荷指令操作调节汽轮机的阀门，以控制发电机的出力。而在锅炉方面则调节燃料输入，保证其产生的蒸汽在流量和参数方面满足汽轮机的需要。
②汽轮机跟踪调节方式：以电力负荷指令控制燃料的输入，改变锅炉出力；对于汽轮机，则通过调节汽压以决定负荷。
③机、炉协调控制方式：将机、炉、电作为一个统一整体进行控制，以机、炉共同调整机组的负荷来适应外界负荷变化的要求。
现代化电厂多采用程序控制，以提高自动化水平。程序控制是将生产过程中大量分散的操作，按辅机与热力系统的工艺流程划分为若干有规律的程序进行控制，并结合保护、联锁条件，使运行人员通过少数开关式按钮，即可由程控系统自动完成控制系统的操作。
随着计算机应用的日益扩大，特别是微机及微处理器的发展，现代火电厂的自动化已实现以小型机、微机和微处理器为基础的分层综合控制方式。
火力发电厂-分类
   
华能玉环电厂
按燃料的类别可分为燃煤火电厂、燃油火电厂和燃气火电厂等。按功能又可分为发电厂和热电厂。发电厂只生产并供给用户以电能；而热电厂除生产并供给用户电能外，还供应热能。按服务规模可分为区域性火电厂、地方性火电厂以及流动性列车电站。区域性电厂装机容量较大，一般建造在燃料基地，如大型煤矿附近。又称坑口电厂。其电能通过长距离的输电线路供给用户。地方性电厂多建在负荷中心，需经长距离运进燃料，它生产的电能供给比较集中的用户。火电厂还按蒸汽压力分为低压电厂（蒸汽初压力约为0.12～1.5兆帕（MPa）、中压电厂（2～4MPa）、高压电厂（6～10MPa）、超高压电厂（12～14MPa） 、亚临压力电厂（16～18MPa ）和超临界压力电厂（22.6MPa）。
3、www.c