发电厂热力设备及系统1.doc

发电厂热力设备及系统 07623班参考资料一：锅炉设备及系统1 有关锅炉的组成（本体、辅助设备） 锅炉包括燃烧设备和传热设备； 由炉膛、烟道、汽水系统以及炉墙和构架等部分组成的整体，称为锅炉本体； 供给空气的送风机、排除烟气的引风机、煤粉制备系统、给水设备和除灰除尘设备等一系列设备为辅助设备。2 A 燃料的组成成份 化学分析：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种元素和水分（M）、灰分（A）两种成分。 B 水分、硫分对工作的影响； 硫分对锅炉工作的影响：硫燃烧后形成的SO3和部分SO2，与烟气中的蒸汽相遇，能形成硫酸和亚硫酸蒸汽，并在锅炉低温受热面等处凝结，从而腐蚀金属；含黄铁矿硫的煤较硬，破碎时要消耗更多的电能，并加剧磨煤机的磨损。 水分对锅炉工作的危害：（1）降低发热量（2）阻碍着火及燃烧（3）影响煤的磨制及煤粉的输送（4）烟气流过低温受热面产生堵灰及低温腐蚀。 C 水分、灰分、挥发分的概念： 水分：由外部水和内部水组成；外部水分，即煤由于自然干燥所失去的水分，又叫表面水分。失去表面水分后的煤中水分称为内部水分，也叫固有水分。 挥发分：将固体燃料在与空气隔绝的情况下加热至850摄氏度，则水分首先被蒸发出来，继续加热就会从燃料中逸出一部分气态物质，包括碳氢化合物、氢、氧、氮、挥发性硫和一氧化碳等气体。 灰分：煤中含有不能燃烧的矿物杂质,它们在煤完全燃烧后形成灰分。 D 挥发分对锅炉的影响： 燃料挥发分的高低对对燃烧过程有很大影响。挥发分高的煤非但容易着火，燃烧比较稳定，而且也易于燃烧安全；挥发分低的煤，燃烧不够稳定，如不采取必要的措施来改善燃烧条件，通常很难使燃烧安全。 E 燃料发热量：发热量是单位质量的煤完全燃烧时放出的全部热量。煤的发热量分为高位发热量和低位发热量。1kg燃料完全燃烧时放出的全部热量称为高位发热量；从高位发热量中扣除烟气中水蒸气汽化潜热后，称为燃料的低位发热量。 F 标准煤：假设其收到基低位发热量等于29270kj/kg的煤。（书88页） G 灰的性质：固态排渣煤粉炉中，火焰中心气温高达14001600摄氏度。在这样的高温下，燃料燃烧后灰分多呈现融化或软化状态，随烟气一起运动的灰渣粒，由于炉膛水冷壁受热面的吸热而同烟气一起冷却下来。如果液态的渣粒在接近水冷壁或炉墙以前已经因温度降低而凝结下来，那么它们附着到受热面管壁上时，将形成一层疏松的灰层，运行中通过吹灰很容易将它们除掉，从而保持受热面的清洁。若渣粒以液体或半液体粘附在受热面管壁或炉墙上，将形成一层紧密的灰渣层，即为结渣。H 灰分对锅炉工作的危害：（1）降低发热量（2）阻碍着火及燃烧（3）烟气携带飞灰流过受热面产生结渣、积灰、磨损、腐蚀等有害现象。3 热平衡： 输入锅炉的热量=有效利用热量(输出锅炉的热量)+未完全燃烧的热损失+其它热损失 4 A 燃烧系统：煤粉锅炉的燃烧设备由燃烧室（炉膛）和燃烧器两部分组成。煤粉燃烧的器包括作为主燃烧器的煤粉燃烧器、辅助燃烧的油燃烧器和点火装置。 B 风机类型及作用功能：按照使用方式来分有送风机和引风机，送风机用来将空气送入空气预热器，锅炉的热烟气将其热量传送给进入的空气；而引风机是用来将无用的烟气抽出，经处理排向大气。 C 二次风与一次风的区别：二次风系统的作用是供给燃料燃烧所需的大量热空气，一次风系统的作用是用来干燥和输送煤粉，并供给燃料挥发份燃烧所需要的空气。 D 燃烧器的分类：直流燃烧器和旋流燃烧器。直流燃烧器是由若干直流射流的喷口组成的，其中包括携带煤粉的一次风喷口、纯粹热空气的二次风喷口，还可能有制粉系统乏气的三次风喷口；旋流燃烧器出口气流为旋转射流。 E 燃烧器的作用：（1）保证送入炉内的煤粉气流能迅速、稳定地着火燃烧（2）供应合理的二次风，使它与一次风能及时良好地混合，确保较高的燃烧效率（3）火焰在炉膛的充满程度较好，且不会冲墙贴壁，避免结渣（4）有较好的燃料适应性和负荷调节范围（5）流动阻力较小，污染物生成量小（6）能减少NOX的生成，减少对环境的污染。5 锅炉几种受热面的类型及其作用功能： 水冷壁、过热器（再热器）、省煤器和空气预热器； 水冷壁：在锅炉炉膛中，水在水冷壁内流动，燃料在炉膛中燃烧并对炉膛四周的水冷壁管进行辐射换热； 过热器：在水平烟道中，蒸汽在过热器管道内流动，高温烟气在管外流过对管壁进行对流放热，这样，燃料燃烧所释放出来的热量大部分便通过各种换热方式最终传给工质； 省煤器：利用锅炉烟气的余热来加热给水的低温受热面，它可降低排烟温度、提高锅炉效率，因而起到省煤的作用； 空气预热器：因锅炉给水温度较高，导致省煤器出口烟气温度仍然很高，采用空气预热器进一步降低烟气温度，提高锅炉效率。6 A 过热器的形式：对流式、辐射式和半辐射式; B 气温调节方法：可归纳为蒸汽侧调节和烟气侧调节。蒸汽侧调节是指通过改变蒸汽的焓值来调节气温；烟气调节方式是指通过改变锅炉内辐射受热面和对流受热面的吸热量比例或通过改变流经受热面的烟气量来调节汽温。 C 热偏差：过热器（再热器）由许多平行的管子组成，由于管子的结构尺寸、管子热负荷和内部阻力系数等可能不同，不同管中蒸汽的焓增可能不同，这一现象称为过热器的热偏差。 D 再热器、省煤器及空气预热器的方位：通常把再热器布置在过热器后面烟气温度稍低的区域；省煤器和空气预热器布置在锅炉对流烟道的最后或对流烟道的下方。 E 省煤器 （a）分类：按水在其中的加热程度分为非沸腾式和沸腾式水煤气（b）布置：省煤器蛇形管内，水流由下向上流动，便于排除水中的气体，避免造成管 内局部氧腐蚀。一般省煤器蛇形管在烟道中的布置可以垂直于锅炉前墙，也可以与 前墙平行。 F 空气预热器 （a）分类：最常用的传热式预热器是管式空气预热器和回转式空气预热器（b）管式空气预热器由许多直管组成，管子两端焊接在上下管板上，其体积庞大，只适用于容量小的电厂锅炉（c）回转式空气预热器有二仓的和三仓的，其优点：外形小，重量轻；传热元件允许有较大的磨损特别适用于大容量锅炉；缺点：漏风量大，结构复杂。 二：汽轮机设备及系统 1 水蒸气部分 A 汽化热：由饱和水定压加热为干饱和蒸汽的过程，虽然压力、温度不变，比体 体积却随着蒸汽增多而增大，熵值也因吸热而增大，该过程的吸热量称为汽化热； B 饱和状态：在汽化过程进行时如果撤去热源而用保温材料将容器绝热，汽、液 既不吸热也不放热而保持一定的温度，则汽、液两相的分子数保持一定的数量而处于 动态平衡。这种汽、液两相动态平衡的状态称为饱和状态。 C 一点两线三区五态：当压力提高到22.064MPa时，t=373.99摄氏度，此时饱和 水和饱和蒸汽不再有区别，成为一个状态点，称为临界状态或临界点；连接p-v图和 T-s图上不同压力下的饱和水状态和临界点所得曲线为饱和水线（或下界线），连接图 上不同压力下的干饱和蒸汽状态和临界点所得的曲线称为饱和蒸汽线，两线和在一起 称为饱和线（或上届线）；饱和线将p-v图和T-s图分为三个区域，未饱和水区、湿 蒸汽区和过热蒸汽区；位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水、饱和水、湿（饱和）蒸汽、（干）饱和蒸汽和过热蒸汽。 D 水的定压汽化过程（书45页图） 2 蒸汽动力循环 A 朗肯循环示意图、设备及过程：蒸汽动力循环中的锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵是循环中的基本设备； 过程4-1：水在锅炉B和过热器S中吸气，由未饱和水变为过热蒸汽。过程中工质与外界无技术功交换。忽略了工质流动过程的阻力，该过程为定压过程。 过程1-2：过程蒸汽在汽轮机T中膨胀并对外输出轴功，在汽轮机T出口，工质达到低压下的湿蒸汽状态，称为乏汽。忽略工质的摩擦与散热，该过程为绝热可逆的定熵过程。 过程2-3：在凝汽器C中乏汽放热给冷却水，凝结成为冷凝器C乏汽压力下的饱和水。该过程视为定压过程。 过程3-4：凝结后的饱和水经水泵P升压后压力提高，再次进入锅炉B，完成一个循环。饱和水经水泵的升压过程可视为定熵过程。（图见55页） B 朗肯循环热效率：（书55页） C 蒸汽参数对热效率的影响： （1）初温的影响：在相同初压和背压下，提高新气温度，使得朗肯循环的平均吸热温度升高，循环的热效率得以提高； （2）初压的影响：在相同初温和背压下，提高新气的压力，使得朗肯循环的平均吸热温度升高，使循环热效率得到提高； （3）背压的影响：在相同初温和初压下，降低排气压力（背压），则使得朗肯循环的平均放热温度有明显下降，而平均吸热温度相对下降的极少，这样使循环的热效率得以提高。 2 汽轮机设备 A 基本概念：是火力发电厂和核电站的原动机，是一种外燃回转式动力机械，通过它将蒸汽的热能转换成机械能，借以拖动发电机旋转发电。 B 按工作原理分类：冲动式汽轮机和反动式汽轮机；按热力过程分类：凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、调整抽气式汽轮机、混压式汽轮机和中间再热式汽轮机。 C 汽轮机的型号分类（书177页） D 级：汽轮机的基本能量转换单元。通常我们将一列喷嘴叶栅和相应的一系列叶栅称作汽轮机的一个级。 E 气轮机的组成：气轮机主要由静止和转动两大部分组成；静止部分主要包括喷嘴、隔板、汽缸和轴承等主要部件；转动部分由动叶、叶轮及主轴组成；由若干个喷嘴片组成的固定不动的蒸汽流道称之为喷嘴叶栅（静叶），由若干个动叶片组成的可作轮周运动的蒸汽流道称之为动叶栅（动叶片）； F 气轮机各部件作用：（a）喷嘴：气轮机的喷嘴又称静叶，蒸汽流过喷嘴时，产生膨胀，压力降低，速度增大，蒸汽的部分热能被转换为动能，使蒸汽以一定的速度进入动叶（b）隔板：隔板又叫喷嘴板，它将气轮机的各个压力级分隔开来（c）盘车：为了避免转子产生热弯曲，就需要一种设备带动转子在气轮机冲转前和停机后仍以一定的转速连续地转动，以保证转子的均匀受热和冷却，这种设备被称为盘车设备；（d）轴承：承受转子的重力、由于转子质量不平衡引起的离心力以及由于振动等原因引起的附加力等；确定转子的径向位置，保证转子中心线与汽缸中心线一致，从而保证转子和汽缸、汽封、隔板等静止部件之间的正确的径向间隙（e）动叶片：完成蒸汽能量转换（f）叶轮是用来装置动叶并传递汽流力在动叶栅上产生的扭矩。 G 多级气轮机重热现象及相对内效率：在水蒸气h-s图上，等压线沿着熵增加的方向逐渐扩张，即等压线之间的理想比焓降随着比熵的增大而增大，这相当于上一级的损失将引起熵增，进而使后面的理想比焓降增大，这相当于上一级损失以热能的形式被后面各级部分利用，这种现象称为多级气轮机的重热现象；由于重热现象的存在，使整机的相对内效率高于各级的相对内效率。（蒸汽在气轮机内的有效焓降与理想焓降的比值称为相对内效率）（树208页） H 凝汽设备的组成及其作用（1）通常由凝汽器、抽气设备，凝结水泵、循环水泵及其连接管组成（2）在气轮机的排汽口建立并保持高度真空，使进入气轮机的蒸汽能膨胀到尽可能低的压力，从而增大机组内蒸汽的理想比焓降，提高其热经济性；将排汽的凝结水作为锅炉的给水循环使用。 3 重要辅机及发电厂概况 A 回热加热器的类型及其经济性：（a）按传热方式可分为表面式加热器和混合式加热器；按水侧（即被加热水一侧）承受的压力不同，表面式加热器分为高压加热器和低压加热器；（b）混合式加热器与表面式加热器比较，加热效果相对较好，因此热经济性要高一些，另外混合式加热器的金属消耗量小，也不需要配置输水设备，但是每一个加热器都需要配置一台水泵，将已被加热的水送入压力较高的加热器继续加热，使得系统复杂，运行可靠性低故在电厂实际采用的回热系统中除了除氧器因为要具备除氧功能非得使用混合式加热器外，一般均采用表面式加热器。 B 除氧设备：（a）主要作用是除去锅炉给水中的氧气和其他不凝结气体，以保证给水品质合格，若水中溶解氧气，与水接触的金属就会被腐蚀（b）给水除氧的方法主要由化学除氧和热力除氧两种，对于亚临界组，热力除氧已基本满足除氧要求，而对超临界组，则需要在热力除氧的基础上，用化学除氧作为补充手段（c）除氧设备主要部件是除氧器（或称除氧头）和除氧水箱，其中除氧头为除氧装置，除氧水箱为储存除氧水的容器。 C 润滑油系统中泵：（a）主油泵：是蜗壳型双吸离心泵结构，由气轮机主轴直接驱动，且与气轮机主轴采用刚性连接；功能是通过注油机向各轴承和保护跳闸部套提供工作油。（b）辅助油泵：润滑油系统的辅助油泵设计成能满足自动启动、遥控及手动启动的要求，并有独立的压力开关，停止自动运行按钮控制开关以及具有能用电磁阀操作油泵自起动的试验阀门的功能；辅助油泵包括交流润滑油泵、直流润滑油泵（事故危急油泵）和氢密封备用油泵（或高压启动油泵）。 D 蒸汽参数对电厂的热经济性的影响：（a）主整齐压力对经济性的影响：对于给定的热力系统，假定气轮机蒸汽的初温、排汽压力保持不变，当蒸汽初压在允许范围内变化时，只影响气轮机运行的经济性，因为，若调节汽门开度不变，除少数低压级之外，绝大多数级内蒸汽理想焓降不变，故可认为气轮机的效率保持不变。（b）主蒸汽温度和再热温度对热经济性的影响：当主蒸汽温度升高时，说明蒸汽在锅炉中的平均吸热温度升高，因此循环效率相应提高，又因为能量转换效率得以提高，所以在热耗量不变的条件下，气轮机的功率增加，使热耗率相应减小（c）排汽压力对经济性的影响：当主蒸汽、再热蒸汽的温度和压力保持不变，气轮机的进汽量也保持不变时，排汽压力的变化将引起循环效率和气轮机效率的相应变化，进而影响气轮机的经济性，排汽压力降低，排汽焓减小，冷源损失相应减少，循环效率相应提高。 E 经济性的评价相关的一系列经济指标：汽轮机装置的经济指标、汽轮发电机组的经济指标、锅炉的经济指标、主蒸汽管道的经济指标和单元机组的经济指标。 G （a）发电煤耗率：汽轮发电机组与锅炉及其连接管道一起构成单元机组，它的经济性指标定义为输出能量与输入能量之比，被称为发电煤耗率，即单位发电量所消耗的煤量（b）标准煤：将热值为29307.6kj/kg的燃煤定义为标准煤（c）标准发电煤耗率：单位发电量所消耗的煤量（d）供电煤耗量：若将厂用电的因素考虑进去，将发电量扣除厂用电量后的煤耗率称为供电煤耗率（e）厂用电率：厂用电量与发电量之比称为厂用电率。