[物理]火力发电厂生产过程zql演示教学.ppt

物理火力发电厂生产过程zql Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望火力发电厂生产基本过程火力发电厂生产基本过程张启连张启连2第一部分第一部分火力发电厂生产概述火力发电厂生产概述3一、发电厂按能源的分类：火力发电厂 太阳能发电厂水力发电厂 秸秆发电厂风力发电厂 潮汐发电原子能发电厂 地热电站垃圾电站4火电厂：以煤、石油或天然气作为燃料的发电厂统称为火电厂。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；辛电电厂燃气发电厂，即以天然气、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。5（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）按供出能源分类：凝汽式发电厂，即只向外供应电能的电厂；热电厂，即同时向外供应电能和热能的电厂。6（4）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。7（5）按蒸汽压力和温度分类：中低压发电厂，其蒸汽压力在3.92MPa、温度为450的发电厂，单机功率小于25MW；地方热电厂。高压发电厂，其蒸汽压力一般为9.9MPa、温度为540的发电厂，单机功率小于100MW；超高压发电厂，其蒸汽压力一般为13.83MPa、温度为540540的发电厂，单机功率小于200MW；亚临界压力发电厂，其蒸汽压力一般为16.77MPa、温度为540540的发电厂，单机功率为30OMW直至1O00MW不等；超临界压力发电厂，其蒸汽压力大于22.llMPa、温度为550550的发电厂，机组功率为600MW及以上。超超临界电厂：28MPa以上我国现正研制1000MW级的超临界机组8（6）按供电范围分类：区域性发电厂，在电网内运行，承担一定区域性供电的大中型发电厂；孤立发电厂，是不并入电网内，单独运行的发电厂；自备发电厂，由大型企业自己建造，主要供本单位用电的发电厂（一般也与电网相连）。92、火电厂的生产流程及特点火电厂的种类虽很多，但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：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；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；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。10能量转变 化学能 热能 电能 机械能锅炉设备汽轮机设备发电机设备燃料其基本生产流程为：11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。12131415163、火电厂的系统构成常规火力发电厂的基本组成输煤系统接受燃煤并向锅炉输送；热力系统煤制成合格的细（粒）度在锅炉燃烧，并将合格的炉水烧成合格的蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电；由锅炉、汽轮机、凝汽器、水泵、加热器及其管路组成；电气系统将发出的电能升压以便远距离输送给用户，并提供可靠的厂用电；除灰系统将煤燃烧后的灰、渣运出、堆放的系统；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除盐水，这些补给水一般补入除氧器或凝汽器中，即是补水系统。化学水处理系统向热力系统提供并不断补充满足要求的热力系统循用工质除盐水的系统；17供水系统向热力系统凝汽器提供冷却用循环水的系统；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。热工仪表及自动控制系统；除尘、脱硫、脱销系统。附属生产系统：1819电厂基本汽水系统流程（朗肯循环）：给水锅炉过热蒸汽汽轮机凝汽器给水泵给水送入锅炉。作用：锅炉将燃料的化学能转换为热能送给汽轮机，汽轮机将水蒸气的热能转换为机械能送给发电机。锅炉汽轮机给水泵发电机凝汽器A、电厂汽水系统20B、燃料、燃烧系统输煤及燃运系统：运输卸煤装置煤场碎煤机皮带原煤仓；制粉系统：原煤仓给煤机磨煤机粗粉分离器细粉分离器煤粉仓给粉机燃烧器炉膛；21C风烟系统与灰渣系统风烟系统：（风）吸风口冷风道送风机暖风器空预器热风道磨煤机 粗分器细分器排粉机燃烧器炉膛；（烟）炉膛屏过对流过热器省煤器空预器除尘器引风机烟囱大气。灰渣系统：（炉渣）炉膛冷灰斗除渣装置冲灰沟灰渣泵输灰管灰场。（飞灰）除尘器集灰斗除灰装置运灰车灰加工厂。22D.除尘、脱硫、脱销、制水系统23第二部分第二部分 三大系统简介三大系统简介24一、锅炉设备及系统的组成锅炉本体：燃烧器、炉膛、烟道、汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器、省煤器及空气预热器等组成；辅助设备：送引风机、给煤机、磨煤机、（一次风机）排粉机、除尘和脱硫、脱销（脱氮）设备、烟囟等。25一、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所示。（l）运煤。电厂的用煤量是很大的，一座装机容量43O万kW的现代火力发电厂，煤耗率按36Ogkw.h计，每天需用标准煤（每千克煤产生70O0卡热量）360（g）120万（kw）24（h）=10368t。因为电厂燃煤多用劣质煤，且中、小汽轮发电机组的煤耗率在40O5O0gkwh左右，所以用煤量会更大。据统计，我国用于发电的煤约占总产量的14，主要靠铁路运输，约占铁路全部运输量的4O。为保证电厂安全生产，一般要求电厂贮备十天以上的用煤量。262）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。（3）锅炉与燃烧。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。2728目前我国新建电厂以300MW及以上机组为主。300MW机组的锅炉蒸发量为10O0th（亚临界压力），采用强制循环（或自然循环）的汽包炉；600MW机组的锅炉为200Oth的（汽包）直流锅炉。在锅炉的四壁上，均匀分布着4支或8支喷燃器，将煤粉（或燃油、天然气）喷入炉膛，火焰呈旋转状燃烧上升，又称为悬浮燃烧炉。在炉的顶端，有贮水、贮汽的汽包，内有汽水分离装置，炉膛内壁有彼此紧密排列的水冷壁管，炉膛内的高温火焰将水冷壁管内的水加热成汽水混合物上升进入汽包，而炉外下降管则将汽包中的低温水靠自重下降至下连箱与炉内水冷壁管接通，靠炉外冷水下降而炉内水冷壁管中热水自然上升的锅炉叫自然循环汽包炉，而当压力高到16.6617.64MPa时，水、汽重度差变小，必须在循环回路中加装循环泵，即称为强制循环锅炉。当压力超过1862MPa时，应采用直流锅炉。29（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99）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）。30二、汽水系统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、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，如下图所示。3132 三、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4所示。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（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。3334第三部分第三部分 电厂主要设备介绍电厂主要设备介绍35锅炉 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。一、锅炉设备及系统的组成锅炉本体：燃烧器、炉膛、烟道、汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器、省煤器及空气预热器等组成；辅助设备：送引风机、给煤机、磨煤机、（一次风机）排粉机、除尘和脱硫、脱销（脱氮）设备、烟囟等。36锅炉 空预器 炉膛 炉膛内屏过 省煤器 37 一、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。38二、电厂锅炉的分类 1按蒸汽参数分类 （1）中压锅炉。压力为3.822MPa（39kgfcm2），温度为450。(2)高压锅炉。压力为610MPa，常用压力为9.8MPa（100kgfcm2），温度为540。（3）超高压锅炉。压力为1014MPa，常用压力为13.72MPa（14O kgfcm2），温度为555或540。（4）亚临界压力锅炉。压力为 1422.2MPa，常用压力为16.66MPa（170 kgfcm2），温度为 555。（5）超临界压力锅炉。压力大于22.2MPa（225.65 kgfcm2），温度为 550570。(6)超超临界压力锅炉。压力大于28MPa39 2、按容量分类小型锅炉蒸发量小于220th。中型锅炉蒸发量为 22O410th。大型锅炉蒸发量不小于670th。3按燃烧方式分类（l）悬浮燃烧锅炉。燃料在炉膛空间悬浮燃烧，燃烧可为煤粉、油或气体燃料。（2）沸腾燃烧锅炉。固体燃料颗粒在炉排上呈沸腾状态进行燃烧，又称流化床锅炉。4按排渣方式分类 固态排渣锅炉。燃料燃烧生成的灰渣呈固态排出。液态排渣锅炉。燃料燃烧生成的灰渣呈液态排出。40 5按循环方式分类 按照锅炉蒸发受热面内工质流动的方式可将锅炉分为下列几种，如图所示。自然循环锅炉，是具有由汽包、下降管和上升管组成的循环回路的锅炉。它依靠下降管和上升管中工质柱重差产生自然循环的动力。（邹县电厂）（2）强制循环锅炉，是在循环回路下降管上装有强制循环泵，以提高循环动力。（石横电厂）（3）控制循环锅炉，是在强制循环锅炉的上升管入口加装节流圈，以控制各上升管中的工质流，防止发生循环停滞或倒流等故障。（石横电厂）（4）直流锅炉是没有循环回路的锅炉，工质一次性通过各受热面变为过热蒸汽。41锅炉蒸发受热面内工质流动的几种类型（a）自然循环锅炉；(b)强制循环锅炉；(c)控制循环锅炉(d)直流锅炉1-给水泵，2-省煤器，3-汽包，4-下降管，5-联箱，6-蒸发受热面，7-过热器，8-循环泵，9-节流圈425）复合循环锅炉，它具有循环回路和再循环泵，同时具有切换阀门，低负荷时按再循环方式运行，高负荷时切换为直流方式运行，如图所示。也可在全部负荷下以较低的循环倍率进行循环，这种锅炉称作低倍率循环锅炉，如图所示。目前，大型火力发电厂的锅炉多为亚临界压力以上的大型煤粉锅炉。43复合循环锅炉 （a）全负荷复合循环锅炉；比）部分负荷复合循环锅炉 1一来自给水泵；2一省煤器；3一汽水分离器；4一混合器；5一蒸发受热面；6一循环泵；7一控制阀；8-节流圈；9-去过热器44三、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。45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。46汽机 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。4748汽轮机外观结构49汽轮机转子结构50 一、汽轮机的工作原理 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种。冲动式汽轮机工作原理如图所示。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。51冲动式汽轮机工作原理l一大轴；2一叶轮；3一动叶片；4一喷嘴汽轮机工作原理52二、汽轮机设备的组成 汽轮机设备包括汽轮机本体、调速保护及油系统、辅助设备和热力系统等。1汽轮机本体 汽轮机本体由静止和转动两大部分构成。前者又称“静子”，包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封和轴承等部件；后者又称“转子”，包括轴、叶轮和动叶片等部件。2调速保护及油系统 汽轮机的调速保护及油系统包括调速器、油泵、调速传动机构、调速汽门、安全保护装置和冷油器等部件。3辅助设备 汽轮机的辅助设备有凝汽器、抽汽器、除氧器、加热器和凝结水泵等。4热力系统 汽轮机的热力系统包括主蒸汽系统、给水除氧系统、抽汽回热系统和凝汽系统等。汽轮机53三、汽轮机的分类 1按工作原理分类 如前所述，按工作原理不同，汽轮机可分为冲动式和反动式两种。2按热力过程特性分类 按照热力过程特性的不同，汽轮机可分为下面四种：（1）凝汽式汽轮机。其特点是在汽轮机中做功后的排汽，在低于大气压力的真空状态下进入凝汽器凝结成水。（2）背压式汽轮机。其特点是在排汽压力高于大气压力的情况下，将排汽供给热用户。（3）中间再热式汽轮机。其特点是在汽轮机高压部分做功后蒸汽全部抽出，送到锅炉再热器中加热，然后回到汽轮机中压部分继续做功。（4）调整抽汽式汽轮机。其特点是从汽轮机的某级抽出部分具有一定压力的蒸汽供热用户使用，排汽仍进入凝汽器。54 3按主蒸汽参数分类 进人汽轮机的蒸汽参数是指蒸汽压力和温度。按不同压力等级可分为：（1）低压汽轮机。主蒸汽压力小于1.47MPa；（2）中压汽轮机。主蒸汽压力为 l.963.92MPa；（3）高压汽轮机。主蒸汽压力为 5.889.8MPa；（4）超高压汽轮机。主蒸汽压力为11.7713.93MPa；（5）亚临界压力汽轮机。主蒸汽压力为15.6917.65MPa；（6）超临界压力汽轮机。主蒸汽压力大于22.15MPa；此外，按用途分类有电厂汽轮机、工业汽轮机、船用汽轮机；按汽流方向分类有轴流式、辐流式、周流式汽轮机；按汽缸数目分类有单缸、双缸和多缸汽轮机；按机组转轴数目分类有单铀和双轴汽轮机等。55 五、汽轮机的经济和安全指标 l。汽轮机运行的经济指标 （1）循环热效率。汽轮机设备的循环热效率是在理想条件下1kg蒸汽在汽轮机内转换机械功的热量与锅炉送出蒸汽热量之比。目前大功率汽轮机的循环热效率已达40以上。（2）汽轮机内效率。汽轮机相对内效率是蒸汽在汽轮机内的有效比焓降与等嫡比焓降之比，它是评价汽轮机结构先进程度的一个重要指标。（3）汽耗率。汽耗率是汽轮发电机组每生产1kwh电所需要的蒸汽量，一般为3.O3.2kg（kwh）。（4）热耗率。热耗率是汽轮发电机组每生产Ikwh电所消耗的热量。一般为8000kJ/（kwh）左右。562汽轮机运行的安全指标 （1）可用率。机组的可用率是指在统计期间，机组运行累计小时数及备用停机小时数之和与统计期间日历小时数的百分比。（2）等效可用率。等效可用率为考虑到降低出力影响的可用率，即等效可用率 =(统计期间小时数运行累计小时数备用小时数)/等效小时数100%上式中等效小时数为机组运行中降低出力小时数折算成机组全停的小时数。（3）强迫停机率。强迫停机率是指在统计期间机组的强迫停运小时数与统计期间小时数的百分比。（4）等效强迫停机率。等效强迫停机率为考虑到降低出力影响的强迫停机率，即等效强迫停机率=(强迫停运小时数运行累计小时数1、2、3类等效非计划降低出力小时数之和)/l强迫停运小时数运行累计小时数l、2、3类等效非计划降低出力备用停机小时数 100%57发电机 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。58一、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，其工作原理如图所示。由图可见，同步发电机可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。59同步发电机的工作原理60 二、同步发电机的分类 同步发电机因用途不同，结构也相差甚大，一般可按其原动机的类别、本体结构特点、安装方式等进行分类。（1）按原动机的类别不同，同步发电机可分为汽轮发电机、水轮发电机、燃汽轮发电机及柴油发电机等。（2）按冷却介质的不同，可分为空气冷却、氢气冷却和水冷却等。（3）按主轴安装方式不同，可分为卧式安装和立式安装等。（4）按本体结构不同，可分为隐极式和凸板式、旋转电枢式和旋转磁极式等。同步发电机的结构，主要是由原动机的特性决定的。如汽轮发电机，由于转速高达3000rmin，故极对数少，转子采用隐极式，卧式安装；水轮发电机由于转速低（一般在500rmin以下）故其极对数多，转子采用凸极式，立式安装。61 三、同步发电机的主要技术数据 为使发电机按设计技术条件运行，一般在发电机出厂时都在铭牌上标注出额定参数，并在说明书中加以说明。这些额定参数主要有：（1）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。（2）额定定子电压是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发电机组额定定子电压均为20kV （3）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。（4）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。62（5）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。（6）额定频率。我国电网的额定频率为50HZ（即每秒50周）。（7）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。（8）额定励磁电压。指发电机励磁电流达到额定值时，额定出力运行在稳定温度时的励磁电压。（9）额定温度。指发电机在额定功率运转时的最高允许温度（）。（10）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。63四、汽轮发电机的励磁系统 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图如下所示。6465（一）励磁系统的主要功能 励磁系统的作用不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：（1）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）。（2）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。（3）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。（4）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，以防止发电机电压过分升高。（5）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。66（二）发电机励磁系统简介 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）。1直流励磁机励磁系统 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。674自并励励磁（静止励磁）系统 自并励励磁系统，其励磁电源由发电机自身供给，整个励磁装置没有转动部分，因此又称为静止励磁系统或全静态励磁系统。如图所示为自并励励磁系统的原理图。用一只接在机端的励磁变压器取得励磁电源，通过受励磁调节器控制的可控硅整流装置，直接控制发电机的励磁，这种励磁方式比前述几种都简单，因此又称简单自励方式。6869 自并励励磁系统具有下列优点：（l）运行可靠。由于没有旋转部件，设备接线简单，减少了事故的机率。据统计，自并励励磁系统的强迫停机率仅为交流励磁机励磁系统的13，平均修复时间仅为交流励磁机励磁系统的14。大大提高了运行的可靠性。（2）改善了发电机轴系的稳定性。自并励励磁系统使30OMW机组的输系长度减少了约3m，因无励磁机，轴承座也减少，所以提高了轴系的稳定性，从而提高了机组的安全运行水平。（3）提高了电力系统的稳定水平。自并励励磁系统响应速度快，调压性能好，短路后机端电压恢复快。由于配置了电力系统稳定器（PSS），对小干扰的稳定水平较交流励磁机系统有明显提高。（4）经济性好，可降低投资。由于该系统设备简单，轴系长度又有缩短，降低了设备和厂房基础投资；加之调整维护简单，故障修复时间短，可提高发电的效益。自并励励磁系统存在的问题是：当发电机近端发生三相短路而切除时间又较长时，不能及时提供足够的强行励磁；另外，接于地区网络的发电机，由于短路电流衰减快，继电保护配合较复杂。目前，在大型汽轮发电机上采用自并励励磁方式已成发展方向。70五、发电机的运行与控制 （一）发电机的起动 发电机由停机状态（检修后或新安装）投入运行，需按规程进行一系列试验及启动前的准备工作。待发电机逐渐升速至额定转速3000rmin。（二）发电机的并列 现代电力网是由多座发电厂、多台发电机并列运行的大电网方式，省级电网、跨省的区域网，甚至跨国电力网已取得十分成熟的运行经验。多台发电机并列运行的大电网方式对提高电能的质量、供电的可靠性、系统的稳定性以及经济性等都有着重大意义。同时，电网的规模也是一个国家现代科学技术水平和经济发达的标志。发电机的并列运行，又称为同步运行，就是各发电机的转子以相同的电角速度一齐旋转，而电角度差不超过允许值的运行状态。将发电机与发电机、发电机与系统进行同步运行的操作，称为同步并列（俗称并网）。发电机常用的同步并列方法有两种：准同步并列法和自同步并列法。此外还有异步起动和非同步合闸法（事故情况下用）71（一）发电机的起动 发电机由停机状态（检修后或新安装）投入运行，需按规程进行一系列试验及启动前的准备工作。待发电机逐渐升速至额定转速3000rmin。（二）发电机的并列 现代电力网是由多座发电厂、多台发电机并列运行的大电网方式，省级电网、跨省的区域网，甚至跨国电力网已取得十分成熟的运行经验。多台发电机并列运行的大电网方式对提高电能的质量、供电的可靠性、系统的稳定性以及经济性等都有着重大意义。同时，电网的规模也是一个国家现代科学技术水平和经济发达的标志。发电机的并列运行，又称为同步运行，就是各发电机的转子以相同的电角速度一齐旋转，而电角度差不超过允许值的运行状态。将发电机与发电机、发电机与系统进行同步运行的操作，称为同步并列（俗称并网）。发电机常用的同步并列方法有两种：准同步并列法和自同步并列法。此外还有异步起动和非同步合闸法（事故情况下用）72自动准同步并列 自动准同步并列装置是一种自动控制装置，它能根据系统的频率，检查待并发电机的转速，并发出调节脉冲去调节待并发电机的转速，使其略高出系统一预定数值。然后检查同步的回路开始工作，当待并发电机以微小的转差向同步点接近，且待并发电机与系统的电压差在5V以内时，就提前一个预定时间发出合闸脉冲，合上主断路器，使发电机与系统并列。73（三）发电机的负荷调整 3、1有功负荷的调整 发电机在运行中对有功负荷的调整，是通过汽轮机的调速系统进行的，当需增加有功负荷时，就加大进汽量；当需减小有功负荷时，就减小进汽量，以保持发电与负荷的平衡，维持发电机的转速恒定。3、2无功负荷的调整 发电机在运行中对无功负荷的调整，是通过改变发电机励磁电流来实现的。通常利用自动电压调节器（简称调节器）自动调节，也可手动调节。（1）自动调节方式。这是主要运行方式，即根据发电机端电压的变化，采用负反馈原理对发电机励磁电流进行自动调节，以维持发电机端电压的恒定。（2）手动控制方式。当自动电压调节器因有故障失去作用时，改用由运行人员手动操作调节方式。一般自动调节为主要方式，手动调节为备用方式。74五、发电机的解列与停机 发电机要解列时，应先将所带厂用电转至备用电源，然后再将发电机所带的有功负荷和无功负荷转移到其他并列机组上去，并在有功负荷降至零时，断开发电机断路器，将发电机解列。当跳开发电机断路器解列后，如果发电机需停下来，应再跳开灭磁开关，并通知汽轮机值班员减速停机。停机后拉开发电机出线隔离开关。75电力变压器 电力变压器是电力系统中输配电能的主要设备。电力变压器利用电磁感应原理，可以把一种电压等级的交流电能方便地变换成同频率的另一种电压等级的交流电能。经输配电线路将发电厂和变电所的变压器连接在一起，便构成了工农业生产的主能源网络电力网。76、变压器的基本原理变压器是根据电磁感应原理工作的，图所示为变压器基本原理示意图。由图可见，变压器由两个互相绝缘且匝数不等的绕组，套在由良好导磁材料制成的同一个铁芯上，其中一个绕组接交流电源，称为一次绕组；另一个绕组接负荷，称为二次绕组。当一次绕经中有交流电流流过时，则在铁芯中产生交变磁通，其频率与电源电压的频率相同；铁芯中的磁通同时交链一、二次绕组，由电磁感应定律可知，一、二次绕组中分别感应出与匝数成正比的电动势，其二次绕组内感应的电动势，向负荷输出电能，实现了电压的变换和电能的传递。可见，变压器是利用一、二次绕组匝数的变化实现变压的。77变压器基本原理示意图78 二、变压器的分类 为适应不同的用户要求，变压器分为多种类型。1按用途分为 （1）电力变压器。在输配电系统中应用，又进一步分为升压变压器、降压变压器、联络变压器（连接几个不同电压等级的电网）等。仪用变压器。指电流互感器和电压互感器等，用于仪表测量、继电保护和操作电源。特殊用途变压器。有整流变压器、电炉变压器、焊接变压器、实验变压器等。792按统组数分为 （1）自耦变压器。高、低压侧共用一个绕组，两侧接线匝数不同。（2）双绕组变压器。指每相有高、低压两个绕组。（3）三绕组变压器。每相有高、中、低压三个绕组，常用于联络变压器。（4）分裂绕组变压器。用作大容量厂用电变压器。803按相数分为 （1）单相变压器。容量过大且受运输条件限制时，在三相电力系统中用三台单相变压器组合成三相变压器组。（2）三相变压器。用于三相电力系统，三相绕组和铁芯连为一体。4按冷却方式分为 （l）油浸式变压器。绕组与铁芯完全浸在变压器油里。又可分为：油浸自冷式变压器-油自然循环进行冷却；油浸风冷式变压器-在散热器上装设风扇吹风冷却；强迫油循环水冷却变压器-用油泵强迫变压器油通过变压器外专设的水冷却器冷却后再送回变压器内。（2）干式变压器。铁芯和绕组都由空气直接冷却。81分散控制系统一、概述：分散控制系统（Distributed Control System，简称 DCS）广泛应用于流程工业（如电力、化工等）过程控制。从90年代开始，我国火力发电厂的控制系统更是以分散控制系统为主。火电厂属于流程工业，自动控制的任务相当复杂艰巨，除了对锅炉、汽轮机、发电机进行控制外，还要对许多辅助设备，如除氧器、凝汽器、化学水处理设备等进行控制。控制的任务就是要保证电厂生产的产品电能满足一定的数量和质量要求，同时保证生产过程的安全性和经济性。为达到这一目的，要求完成自动检测、自动控制、顺序控制、自动保护等不同功能，即由这四部分构成电厂生产过程自动化的全部内容。DCS可以完成电厂生产过程自动化的全部功能。DCS的采用使发电厂的控制具有高度的可靠性和灵活性，可以为高水平的自动化提供有力的技术手段，加快了我国电厂自动化的步伐并缩小了与先进工业国家的差距。82该系统特点叙述如下：积木式标准硬件结构，面向问题的语言分布式处理单元（DPU）采用冗余配置，能独立完成各种控制功能，控制功能分散，危险分散，系统可靠性高。通过1：1冗余的数据通信网络（Data Highway)实现分布式实时数据库，在提高可靠性的基础上实现信息集中管理。各操作员站、工程师站等高层人机接口采用了SUN工作站，软件功能丰富，操作界面友好。采用开放型的Ethernet信息网络（Information Highway)，便于实现流程工业的综合自动化（CIPS)。故障诊断与控制系统集成，自诊断能力强，可以确定故障位置。83历史数据存储和检索（历史数据存储和检索（HSR）、记录站（）、记录站（LOG）历史数据存储和检索站用于对WDPF数据高速公路来的实时过程数据以及手动输入的离线数据的采集和归档存储，归档的数据可以用于产生历史趋势和自由形式的报告；还提供大容量的存储器以存储和检索历史数据用于以后的分析。一个温彻斯特硬盘作中期存储用（暂存），任选的光盘机则提供长期存储。记录站采集记录数据，打印标准格式的数据报表。记录的内容有：可选时间间隔的周期性记录事件顺序记录由其他站来的文本记录等84第四部分第四部分 发电厂的技术经济指标发电厂的技术经济指标85一、技术经济指标 发电厂的技术经济指标是反映火力发电厂运行技术经济性能的数据。主要指发电厂热-电转换效率有关的发电机组或全厂的运行指标。主要介绍以下几种。1电厂热效率e。发电厂的热效率e,为发电量(kWh)折成热量与耗用热量HRe之比,即 HRe为发电热耗率，即发1kwh电所消耗的热量（kJ）；HRe29.308b。(kJkwh)；b。为发电煤耗率，为发1kwh电所消耗的标准煤量B0，即(g/kw.h),W。为发电量。燃煤火电厂的热效率是很低的，一般电厂为3O以内；在现代发电厂中，由于采用30OMW或60OMW的大容量发电机组，改进了燃烧技术，提高了蒸汽参数，并采用中间再热等措施，电厂最高热效率已达40以上。以供热为主兼供电能的热电厂甚至高达6O。862煤耗率煤耗率一般指供电煤耗率bn（gkwh），为对外供电1kwh所消耗的标准煤量g即：（g/kw.h）。其中 Bo发电厂消耗的标准煤，kg；W。电厂总发电量，kwh；W。厂用电量，kwh。现代凝汽式发电厂发电标准煤耗率为300360 g标准煤/（KWh），供电标准煤耗率为307410 g标准煤/（KW h）.873厂用电率 发电厂自用电（水泵、风机、磨煤机及照明器具等）功率与总发电功率之比，即 普通电厂厂用电率为61O；3OOMW机组电厂厂用电率为5左右，而6OOMW机组电厂的厂用电率为4.8左右。发电厂的厂用电率平均在6%8%。88 4发电成本 发电成本是发电厂生产电能所需的全部费用。包括燃料费、水费、材料费、大修理费、折旧费、工资、职工福利基金和其他费用等八