电力生产概论(一).ppt

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1、电力生产概论电力生产概论（动力部分）（动力部分）能源与环境工程学院动力工程系 孙坚荣2021/9/212021/9/211 1绪绪 论论 发发电电厂厂是是通通过过能能量量转转换换而而生生产产电电能能的的工工厂厂。根根据据生生产产电电能能的的能能源源不不同同，主主要要有有火火力力发发电电厂厂、水水电电站站和和核核电电站站。此此外外，还还有有一一部部分分利利用用风风能能、太太阳阳能能和和地地热热能能等等新新能能源源进进行行发发电电的的电电站站。而而火火力力发发电电厂厂是是目目前前世世界界大大多多数数国国家家电电能能生生产产的的主主力力电厂。电厂。火火力力发发电电是是利利用用煤煤、石石油油或或天天然

2、然气气等等燃燃料料的的化化学学能能来来生生产产电电能能的的。根根据据我我国国的的燃燃料料政政策策，我我国火电厂的燃料主要是煤，即为燃煤电厂，国火电厂的燃料主要是煤，即为燃煤电厂，燃煤火电厂的生产过程如图燃煤火电厂的生产过程如图0 01 1所示。所示。2021/9/212021/9/212 22021/9/212021/9/213 32021/9/212021/9/214 42021/9/212021/9/215 5 由上图可以看出，在火力发电厂的生产过程中存在着三种形式的能量转换：在锅炉中燃料的化学能转变为热能；在汽轮机中热能转变为机械能；在发电机中机械能转变为电能。锅炉、汽轮机和发电机称为火

3、力发电厂的三大主机。2021/9/212021/9/216 6n 第一章 能量转换基本知识n 第一节第一节 热力学基本定律热力学基本定律一、基本概念一、基本概念 “热力发动机热力发动机”“工质工质”“高温热源高温热源”“低温热源低温热源”“热力系统热力系统”“闭口系统闭口系统”“开口系统开口系统”“绝热系统绝热系统”2021/9/212021/9/217 7 （一）常用参数描写工质在平衡状态下热力特征的物理量压力 (P，压强)；温度 (T，热力学温标)；比容 (v，与密度互为倒数)；焓 (比焓)是用来衡量单位工质具有“热力势 能”大小的一个尺度，符号用“h”表示，国 际单位为“Jkg、kJ/k

4、g”。2021/9/212021/9/218 8(二二)基本热力过程基本热力过程 热力系统由其初始平衡状态，经过一系列之间状态热力系统由其初始平衡状态，经过一系列之间状态变化而达到另一个新的平衡状态，其中间的物理变化过变化而达到另一个新的平衡状态，其中间的物理变化过程称为程称为“热力过程热力过程”。常见的基本热力过程有：常见的基本热力过程有：(1)(1)定压过程定压过程：热力系：热力系热力热力统状态变化过程中，统状态变化过程中，工质的工质的压力保持不变。如工质在锅炉内的吸热过程。压力保持不变。如工质在锅炉内的吸热过程。(2)(2)定温过程定温过程：热力系统状态变化过程中，工质的温度保：热力系统

5、状态变化过程中，工质的温度保持不变。如工质在凝汽器内的放热过程。持不变。如工质在凝汽器内的放热过程。(3)(3)绝热过程绝热过程：热力系统状态变化过程中，工质与外界无：热力系统状态变化过程中，工质与外界无任何热量交换。如工质在汽轮机内的膨胀做功过程。任何热量交换。如工质在汽轮机内的膨胀做功过程。(4)(4)定容过程定容过程：热力系统状态变化过程中，工质的比容保：热力系统状态变化过程中，工质的比容保持不变。如工质在汽油机内的加热过程。持不变。如工质在汽油机内的加热过程。2021/9/212021/9/219 9n n二二 热力学基本定律热力学基本定律 热力学基本定律的实质：热力学基本定律的实质：

6、*研究热能和机械能相互转化的基本规律研究热能和机械能相互转化的基本规律例如：各种电厂的能源转换基本过程例如：各种电厂的能源转换基本过程火电厂：燃料化学能火电厂：燃料化学能热能热能机械能机械能电能电能核电厂：重核裂变能核电厂：重核裂变能热能热能机械能机械能电能电能水电厂：水电厂：水能水能机械能机械能电能电能（一）热力学第一定律（一）热力学第一定律 1 1、热力学第一定律的表述、热力学第一定律的表述 热可以变为功，功也可以变为热；热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时，必产生与之数量相当的功；一定量的热消失时，必产生与之数量相当的功；消耗一定量的功时，也必出现相应数量的热；消耗一定量的功时

7、，也必出现相应数量的热；2 2、热力学第一定律表达形式：、热力学第一定律表达形式：进入系统的能量进入系统的能量 离开系统的能量离开系统的能量 系统储存能量的增加系统储存能量的增加 对于开口系统：对于开口系统：进入系统的能量进入系统的能量 离开系统的能量离开系统的能量 2021/9/212021/9/211010（二）热力学第二定律（二）热力学第二定律1 1、热力学第二定律的表述、热力学第二定律的表述 各种说法各种说法热不可能自发地、不付代价地从低温物体传向高温物体。热不可能自发地、不付代价地从低温物体传向高温物体。只冷却一个热源而连续做功的循环发动机是制造不成功只冷却一个热源而连续做功的循环发

8、动机是制造不成功的。的。在经历任意过程之后，孤立系统的熵只会增加或保持不在经历任意过程之后，孤立系统的熵只会增加或保持不变，但永远不会减少。（熵增定律）变，但永远不会减少。（熵增定律）2 2、热力学第二定律的实质、热力学第二定律的实质 一切事物都具有方向性：一切事物都具有方向性：热、功之间的相互转化也具有方向性：热、功之间的相互转化也具有方向性：有序有序无序，无条件的，功无序，无条件的，功热；热；无序无序有序，有条件的，有序，有条件的，热热功功。能量是有品位的能量是有品位的 给定的热量，有多少可以转化为机械能？给定的热量，有多少可以转化为机械能？2021/9/212021/9/2111113.

9、3.卡诺循环卡诺循环 著名的卡诺循环著名的卡诺循环(由两个等温过程和两个绝热过程组由两个等温过程和两个绝热过程组成成)是实际动力循环中效率最高的理想循环，它在理论上是实际动力循环中效率最高的理想循环，它在理论上确定了一定范围内热能转变为机械功的最大限度，为实际确定了一定范围内热能转变为机械功的最大限度，为实际循环的组成及热效率的提高指出了方向与途径，其循环的循环的组成及热效率的提高指出了方向与途径，其循环的热效率表达式为热效率表达式为 1 1T T2 2/T/T1 1（式中（式中T1T1为热源温度，为热源温度，T2 T2 为冷源温度）为冷源温度）由上式得出一些由上式得出一些重要结论重要结论如下

10、：如下：1)1)循环热效率决定于高温热源与低温热源的温度循环热效率决定于高温热源与低温热源的温度T1T1和和T2T2，提，提高工质吸热温度并且尽可能降低工质排向冷源高工质吸热温度并且尽可能降低工质排向冷源(大气环境大气环境)的温度，可提高循环热效率。的温度，可提高循环热效率。2021/9/212021/9/2112122)2)循环热效率永远小于循环热效率永远小于100100，因为，因为T1T1无穷大和无穷大和T2T20 0都是无法都是无法实现的，这正是热力学第二定律所揭示的规律。实现的，这正是热力学第二定律所揭示的规律。3)3)当当T1T1T2T2时，循环热效率为零。这就是说，在没有温差存在的

11、时，循环热效率为零。这就是说，在没有温差存在的体系中，热能不可能转变为机械功，要利用热能来产生动力，就体系中，热能不可能转变为机械功，要利用热能来产生动力，就一定要有温度高于环境的高温热源。一定要有温度高于环境的高温热源。4)4)在两个不同温度的恒温热源间工作的一切可逆循环，均具有相在两个不同温度的恒温热源间工作的一切可逆循环，均具有相同的热效率，且与工质的性质无关。同的热效率，且与工质的性质无关。5)5)在两个不同温度的恒温热源间工作的任何不可逆循环，其热效在两个不同温度的恒温热源间工作的任何不可逆循环，其热效率必低于在两个同样恒温热源间工作的可逆循环。实际循环都是率必低于在两个同样恒温热源

12、间工作的可逆循环。实际循环都是不可逆循环，其热效率必低于同温限的卡诺循环。不可逆循环，其热效率必低于同温限的卡诺循环。2021/9/212021/9/211313n第二节 水蒸气动力循环一、水蒸气的基本性质 1 1、水的饱和状态、水的饱和状态（1 1）饱和状态）饱和状态 对于一个汽对于一个汽液共存系液共存系统，当液体汽化和蒸汽统，当液体汽化和蒸汽液化的速度相等时，这液化的速度相等时，这一动态平衡状态称为饱一动态平衡状态称为饱和状态。和状态。处于饱和状态时，系统处于饱和状态时，系统的压力、温度称为饱和的压力、温度称为饱和压力、饱和温度压力、饱和温度（2 2）饱和压力（）饱和压力（p ps s）（

13、3 3）饱和温度（）饱和温度（t ts s）对于一定的物质饱和压对于一定的物质饱和压力和饱和温度是一一对力和饱和温度是一一对应的。应的。1atm1atm下，水的沸点下，水的沸点1001002 2、水及水蒸气的状态、水及水蒸气的状态（1 1）过冷水（未饱和水）过冷水（未饱和水）（2 2）饱和水）饱和水（3 3）湿蒸汽（湿饱和蒸）湿蒸汽（湿饱和蒸汽）汽）饱和水和饱和蒸汽的混饱和水和饱和蒸汽的混合物，其中纯饱和蒸汽合物，其中纯饱和蒸汽的质量百分数称为湿蒸的质量百分数称为湿蒸汽的干度，以汽的干度，以x x表示，其表示，其状态一般由（状态一般由（p ps s，x x）或）或（t ts s，x x）确定。

14、）确定。（4 4）干饱和蒸汽）干饱和蒸汽（5 5）过热蒸汽）过热蒸汽2021/9/212021/9/211414n n3、水及水蒸气的六个基本状态参数（1 1）压力）压力 p MPa p MPa（2 2）温度）温度 t t （3 3）比容）比容 v m3/kg v m3/kg（4 4）比焓）比焓 h kJ/kg h kJ/kg（5 5）比熵）比熵 s kJ/kg s kJ/kg（6 6）干度）干度 x /x /注意：注意：在饱和水线、湿蒸汽区、干饱和蒸汽线，压力和温度是一一对应在饱和水线、湿蒸汽区、干饱和蒸汽线，压力和温度是一一对应的，此时这两个参数将缩减为一个参数；的，此时这两个参数将缩减为

15、一个参数；通常已知其中两个独立参数，可以求得其他参数。通常已知其中两个独立参数，可以求得其他参数。2021/9/212021/9/211515n n4 4、水及水蒸气的临界点水及水蒸气的临界点 临界点参数临界点参数 压力压力 Pc=22.129MPa Pc=22.129MPa 温度温度 t c=374.15 t c=374.15 比容比容 vc=0.00326 m3/kg vc=0.00326 m3/kg 特性及应用特性及应用 超临界参数超临界参数 P PcP Pc 在水蒸气的定压发生过程中，水直接瞬间汽化为过热在水蒸气的定压发生过程中，水直接瞬间汽化为过热蒸汽蒸汽 汽汽=水水 亚临界参数亚临

16、界参数 ppcppc 经历湿蒸汽的汽化阶段经历湿蒸汽的汽化阶段 汽汽 水水2021/9/212021/9/2116165.5.过冷水定压加热成过热蒸汽的三个阶段：过冷水定压加热成过热蒸汽的三个阶段：过冷水加热到饱和水的预热阶段，所需的热量为预热热；过冷水加热到饱和水的预热阶段，所需的热量为预热热；饱和水汽化成千饱和蒸汽的汽化阶段，所需的热量为汽饱和水汽化成千饱和蒸汽的汽化阶段，所需的热量为汽化潜热；化潜热；干饱和蒸汽加热成过热蒸汽的过热阶段，所需的热量为干饱和蒸汽加热成过热蒸汽的过热阶段，所需的热量为过热热。过热热。过冷水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽是过冷水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸

17、汽、过热蒸汽是加热过程中涉及到的五个典型状态，其中饱和水和干饱加热过程中涉及到的五个典型状态，其中饱和水和干饱和蒸汽状态是定压力下的两个惟一状态点，其他可具有和蒸汽状态是定压力下的两个惟一状态点，其他可具有无限多个状态点。无限多个状态点。2021/9/212021/9/211717二、水蒸气动力循环（一）朗肯循环(1)12(1)12为过热蒸汽在汽轮机内的为过热蒸汽在汽轮机内的理想绝热膨胀做功过程，所做理想绝热膨胀做功过程，所做的功为的功为w=hw=h1 1-h-h2 2：；：；(2)23(2)23为乏汽为乏汽(即汽轮机排汽即汽轮机排汽)向向凝汽器凝汽器(冷源冷源)的理想定压放热的理想定压放热的

18、完全凝结过程，的完全凝结过程，其放热量为其放热量为q q2 2=h=h2 2-h-h3 3；(3)34(3)34为凝结水通过水泵的理想为凝结水通过水泵的理想绝热压缩过程，所消耗的功为绝热压缩过程，所消耗的功为wpwph h4 4-h-h3 3；(4)41(4)41为高压水在锅炉内经定压为高压水在锅炉内经定压加热、汽化、过热而成为过热加热、汽化、过热而成为过热蒸汽的理想定压吸热蒸汽的理想定压吸热 过程，所过程，所吸收的热量为吸收的热量为q q1 1=h=h1 1-h-h4 4。2021/9/212021/9/211818过程编过程编过程编过程编号号号号执行设备执行设备执行设备执行设备理想过程理想

19、过程理想过程理想过程输入、输出输入、输出输入、输出输入、输出3-43-43-43-4给水泵给水泵给水泵给水泵可逆绝热压缩可逆绝热压缩可逆绝热压缩可逆绝热压缩低压给水通过给水泵增低压给水通过给水泵增低压给水通过给水泵增低压给水通过给水泵增压，得以进入锅炉，损压，得以进入锅炉，损压，得以进入锅炉，损压，得以进入锅炉，损耗泵功耗泵功耗泵功耗泵功w w w wp p p p4-5-6-14-5-6-14-5-6-14-5-6-1锅炉锅炉锅炉锅炉定压可逆吸热定压可逆吸热定压可逆吸热定压可逆吸热高压给水在锅炉中经定高压给水在锅炉中经定高压给水在锅炉中经定高压给水在锅炉中经定压预热、汽化、过热而压预热、汽化

20、、过热而压预热、汽化、过热而压预热、汽化、过热而成为过热蒸汽，吸热量成为过热蒸汽，吸热量成为过热蒸汽，吸热量成为过热蒸汽，吸热量为为为为q q q q1 1 1 11-21-21-21-2汽轮机汽轮机汽轮机汽轮机可逆绝热膨胀可逆绝热膨胀可逆绝热膨胀可逆绝热膨胀做功做功做功做功过热蒸汽在汽轮机内膨过热蒸汽在汽轮机内膨过热蒸汽在汽轮机内膨过热蒸汽在汽轮机内膨胀做功，最终变为乏汽，胀做功，最终变为乏汽，胀做功，最终变为乏汽，胀做功，最终变为乏汽，做功做功做功做功w w w wt t t t2-32-32-32-3凝汽器凝汽器凝汽器凝汽器可逆定压放热可逆定压放热可逆定压放热可逆定压放热乏汽在凝汽器中凝

21、结放乏汽在凝汽器中凝结放乏汽在凝汽器中凝结放乏汽在凝汽器中凝结放热成为凝结水，排出废热成为凝结水，排出废热成为凝结水，排出废热成为凝结水，排出废热热热热q q q q2 2 2 22021/9/212021/9/2119192021/9/212021/9/212020朗肯循环的热效率朗肯循环的热效率W=hW=h1 1-h-h2 2q q2 2=h=h2 2-h-h3 3w wp ph h4 4-h-h3 3q q1 1=h=h1 1-h-h4 4对外做功：对外做功：w w0 0=w-w=w-wp p=(h=(h1 1-h-h2 2)(h(h4 4-h-h3 3)朗肯循环的热效率朗肯循环的热效率

22、 w w0 0/q/q1 1=(h=(h1 1-h-h2 2)(h(h4 4-h-h3 3)/(h)/(h1 1-h-h4 4)W0W0很小，忽略之：很小，忽略之：(h(h1 1-h-h2 2)/(h)/(h1 1-h-h2 2)h h1 1：汽轮机的进汽焓：汽轮机的进汽焓h h2 2：汽轮机排汽压力下的排汽焓：汽轮机排汽压力下的排汽焓h h2 2：排汽压力下的饱和水焓：排汽压力下的饱和水焓提高蒸汽的初参数、降低排汽压力可以提高效率。提高蒸汽的初参数、降低排汽压力可以提高效率。2021/9/212021/9/212121(二二)中间再热循环中间再热循环 2021/9/212021/9/2122

23、221 1采用再热技术的目的采用再热技术的目的：增加吸热环节增加吸热环节 提高吸热过程平均吸热温度提高吸热过程平均吸热温度 提高循环提高循环效率效率2 2、再热循环再热循环：在朗肯循环的基础上，将做过部分功的蒸汽从汽轮机的某在朗肯循环的基础上，将做过部分功的蒸汽从汽轮机的某一中间位置（一般为高压缸排汽）抽出来，通过管道送回一中间位置（一般为高压缸排汽）抽出来，通过管道送回锅炉内的再热器，使之再加热到与过热器出口过热蒸汽相锅炉内的再热器，使之再加热到与过热器出口过热蒸汽相同或稍高的温度，然后返回到汽轮机的中、低压缸继续膨同或稍高的温度，然后返回到汽轮机的中、低压缸继续膨胀做功，直至达到终压。胀做

24、功，直至达到终压。3 3、再热循环的特点再热循环的特点（1 1）可以提高乏汽的干度，有利于汽轮机安全工作，提高了）可以提高乏汽的干度，有利于汽轮机安全工作，提高了汽轮机的内效率；汽轮机的内效率；（2 2）提高循环热效率（约）提高循环热效率（约4 45 5）；）；（3 3）减少了汽耗率，减小了设备尺寸；）减少了汽耗率，减小了设备尺寸；（4 4）（不利因素）设备复杂，运行管理要求高。）（不利因素）设备复杂，运行管理要求高。2021/9/212021/9/212323 4.4.中间再热循环的热效率中间再热循环的热效率中间再热循环的热效率中间再热循环的热效率W=hW=h1 1-h-h2 2q q2 2

25、=h=h2 2-h-h3 3w wp ph h4 4-h-h3 3q q1 1=h=h1 1-h-h4 4对外做功：对外做功：w w0 0=w-w=w-wp p=(h(h1 1-h-h2 2)(h(h4 4-h-h3 3)朗肯循环的热效率朗肯循环的热效率 w w0 0/q/q1 1=(h=(h1 1-h-h2 2)(h(h4 4-h-h3 3)/(h)/(h1 1-h-h4 4)W0W0很小，忽略之：很小，忽略之：(h(h1 1-h-h2 2)/(h)/(h1 1-h-h2 2)h h1 1：汽轮机的进汽焓：汽轮机的进汽焓h h2 2：汽轮机排汽压力下的排汽焓：汽轮机排汽压力下的排汽焓h h2

26、 2：排汽压力下的饱和水焓：排汽压力下的饱和水焓2021/9/212021/9/212424（三）（三）给水回热循环给水回热循环2021/9/212021/9/2125251 1采用给水回热循环的目的：采用给水回热循环的目的：提高给水温度提高给水温度 提高吸热过程平均吸热温度提高吸热过程平均吸热温度 提高循提高循环效率环效率 减少汽轮机排汽量减少汽轮机排汽量 减少冷源损失减少冷源损失 提高循环效率提高循环效率2 2回热循环的描述回热循环的描述 在朗肯循环基础上，从汽轮机的某些中间部位抽出一部分在朗肯循环基础上，从汽轮机的某些中间部位抽出一部分做过功的蒸汽，送入回热加热器中用来加热凝汽器来的凝做

27、过功的蒸汽，送入回热加热器中用来加热凝汽器来的凝结水，使锅炉的入口水温提高。由于锅炉中水的预热起点结水，使锅炉的入口水温提高。由于锅炉中水的预热起点温度提高，工质在锅炉内的平均吸热温度温度提高，工质在锅炉内的平均吸热温度T T；将提高，故可；将提高，故可使循环热效率提高。使循环热效率提高。一般超高压以上的机组采用一般超高压以上的机组采用7 79 9级回热。级回热。3 3给水回热的特点给水回热的特点（1 1）提高了循环的效率）提高了循环的效率（2 2）减轻了汽轮机末级的工作负荷）减轻了汽轮机末级的工作负荷2021/9/212021/9/212626n n（四）（四）热电联产循环热电联产循环202

28、1/9/212021/9/212727热电联产的概念所谓热电联产循环就是将电能生产和热能生产联合所谓热电联产循环就是将电能生产和热能生产联合成一体，既供热又供电，所供热能是已做功发电的成一体，既供热又供电，所供热能是已做功发电的汽轮机排汽所携带的热能。汽轮机排汽所携带的热能。（1 1）热电联产循环的做功发电收益（高品位能量）热电联产循环的做功发电收益（高品位能量）（2 2）热电联产循环的供热收益（低品位能量）热电联产循环的供热收益（低品位能量）将相对于朗肯循环少做的功和朗肯循环的冷源损失全部将相对于朗肯循环少做的功和朗肯循环的冷源损失全部（或部分）地送到热用户利用了。所以热电联产循环的（或部分

29、）地送到热用户利用了。所以热电联产循环的热量有效利用程度比纯动力循环要高得多，这正是热电热量有效利用程度比纯动力循环要高得多，这正是热电联产循环的意义之所在。联产循环的意义之所在。2021/9/212021/9/212828n n第三节 换热器(热交换器)n n 换热器是实现冷热流体热量交换的设备，对冷流体来说是被加热，对热流体来说是被冷却。因此，通常所说的加热器也就是冷却器。换热器在火电厂的热力系统中应用非常广泛。n n 按其工作原理，换热器一般可分为混合式、表面式和再生式三大类。(1)混合式换热器：冷、热流体通过直接接触彼此混合来完成热量交换，同时也存在质量交换。混合式换热器具有换热效率高

30、、设备简单的优点，但因冷热流体直接混合，其应用受到限制。如火电厂中给水除氧器就属于混合式换热器。2021/9/212021/9/212929n n(2)(2)表面式换热器：冷、热流体被固体壁隔开，分别在表面式换热器：冷、热流体被固体壁隔开，分别在其两侧流过，借助于固体壁，热流体的热量传给冷流体，其两侧流过，借助于固体壁，热流体的热量传给冷流体，故又称为间壁式换热器。表面式换热器是火电厂应用最故又称为间壁式换热器。表面式换热器是火电厂应用最多的一类。多的一类。n n 如锅炉中的各汽水受热面、回热加热系统中的高、如锅炉中的各汽水受热面、回热加热系统中的高、低压加热器等。低压加热器等。n n (3)

31、(3)再生式换热器：冷热流体先后交替地流过同一固再生式换热器：冷热流体先后交替地流过同一固体换热壁面，热流体流过时将壁面加热并储蓄热量，冷体换热壁面，热流体流过时将壁面加热并储蓄热量，冷流体流过时则壁面放出热量并加热冷流体，这样借助壁流体流过时则壁面放出热量并加热冷流体，这样借助壁面的蓄、放热过程，使热流体的热量传给冷流体，又称面的蓄、放热过程，使热流体的热量传给冷流体，又称回热式换热器。大容量锅炉中采用的回转式空气预热器回热式换热器。大容量锅炉中采用的回转式空气预热器就属于这类换热器。就属于这类换热器。2021/9/212021/9/213030n n表面式换热器有两种基本布置方式，即顺流式

32、和逆流式表面式换热器有两种基本布置方式，即顺流式和逆流式布置布置(如图所示如图所示)，其他布置是在基本方式上派生出来的，其他布置是在基本方式上派生出来的，称为混合流布置。称为混合流布置。2021/9/212021/9/213131n n 顺流布置，冷热流体总体上同向流动；逆流布置，顺流布置，冷热流体总体上同向流动；逆流布置，冷热流体总体上反向流动。在冷热流体进出口温度相同冷热流体总体上反向流动。在冷热流体进出口温度相同的条件下，逆流式的传热平均温差较顺流时为大，可以的条件下，逆流式的传热平均温差较顺流时为大，可以获得较好的传热效果。所需的换热面积小，但两种流体获得较好的传热效果。所需的换热面积

33、小，但两种流体的最高温度集中在换热器的同一端面上，容易造成该端的最高温度集中在换热器的同一端面上，容易造成该端面的金属壁超温而导致毁坏，没有顺流式安全。因此，面的金属壁超温而导致毁坏，没有顺流式安全。因此，在安全允许的条件下，尽量采要逆流式布置需要考虑在安全允许的条件下，尽量采要逆流式布置需要考虑壁面安全时，则采用顺流式布置，或低温段采用逆流布壁面安全时，则采用顺流式布置，或低温段采用逆流布置而高温段采用顺流布置即混合流布置。在锅炉内的各置而高温段采用顺流布置即混合流布置。在锅炉内的各受热面的布置就突出了这一原则。受热面的布置就突出了这一原则。2021/9/212021/9/213232n第二

34、章 火力发电目前我国的火电厂绝大部分是燃煤火电厂目前我国的火电厂绝大部分是燃煤火电厂第一节第一节第一节第一节 火电厂生产过程火电厂生产过程火电厂生产过程火电厂生产过程 在在火火力力发发电电厂厂的的生生产产过过程程中中存存在在着着三三种种形形式式的的能能量量转换：转换：在锅炉中燃料的化学能转变为热能；在锅炉中燃料的化学能转变为热能；在汽轮机中热能转变为机械能；在汽轮机中热能转变为机械能；在发电机中机械能转变为电能。在发电机中机械能转变为电能。锅炉、汽轮机和发电机称为火力发电厂的三大主机。锅炉、汽轮机和发电机称为火力发电厂的三大主机。2021/9/212021/9/2133332021/9/212

35、021/9/213434n n火电厂的经济性指标1.发电热效率：发出电能与燃料供给热量的百分比是在循环效率的基础上再考虑到锅炉、汽轮机、发电机及管道的热效率后得出的，大机组一般发电热效率为37%41%2.供电效率：发电热效率扣除厂用电率后得出的电 厂热效率一般供电效率为30%34%3.供电煤耗率：每供一千瓦时电所消耗的标准煤量大机组的供电煤耗率一般在312360 g/(千瓦时)例如一个1200MW的中型电厂，煤耗降低10克，每天可节省288吨标准煤。2021/9/212021/9/213535n第二节第二节 锅炉设备锅炉设备n n一一.锅炉概述锅炉概述 电厂锅炉由锅炉本体和辅助设备组成。电厂锅

36、炉机组是由锅炉本体、辅助系统和附属设备、锅炉附件等构成的。锅炉本体主要包括“锅”和“炉”，“锅”部分：省煤器、汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器、进出口联箱及汽水联通管道等。“炉”部分：炉膛、燃烧器、点火装置、烟道和风道等。2021/9/212021/9/2136362021/9/212021/9/213737 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(包括平台扶梯)。现代大型电厂锅炉机组的辅助系统和附属设备较多。辅助系统包括：燃料供应系统、煤粉制备系统、给水系统、2021/9/212021/9/213838 通风系统、除尘除灰系统、吹灰系统，水处理系统、测量及

37、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。2021/9/212021/9/2139392021/9/212021/9/214040n n二、锅本体部分n n 1省煤器n n 省煤器是利用低温烟气加热给水的受热面，用来完成给水吸热的预热阶段，可以降低排烟温度、节省燃料、提高锅炉效率。n n 大容量锅炉一般采用非沸腾式省煤器，即其出口水温低于给水压力下的饱和温度(未饱和水)，给水经省煤器加热后，再进入汽包到水循环系统。n n 省煤器布置在锅炉的尾部烟道中，由许多并列蛇行钢管组成，成水平错列或顺列逆流布n n置(如图110所示)。n n 2021/9/212021/9/21414120

38、21/9/212021/9/214242n n2汽包n n 汽包是自然循环锅炉和控制循环锅炉蒸发设备中的重要部件，是汇集水和饱和蒸汽的一个厚壁圆筒形容器。其上半部是汽空间，下半部是水空问，水空间的高度就是水位。n n 汽包布置在锅炉炉墙外、炉顶部不受热，一般采用优质碳钢或低合金钢制造。大容量锅炉的汽包，直径为16001800mm左右、长度与炉膛宽度基本相同。n n 2021/9/212021/9/214343n n汽包的主要作用：n n 与下降管、水冷壁等构成水循环回路，接受省煤器来的给水，并向过热器输送饱和蒸汽，是预热、汽化、过热三阶段的连接枢纽；n n 汽包内储存有一定数量的饱和水及饱和汽

39、，具有一定的蓄热能力，故可适应负荷的骤然变化，减缓汽压的波动，有利于锅炉的运行调节；n n 汽包内部有各种设备，进行汽水混和物的分离、清洗蒸汽，保证蒸汽品质(如图1-11所示)。2021/9/212021/9/2144442021/9/212021/9/214545n n 3下降管 下降管的作用是把汽包中的水连续不断地供给水冷壁，布置在锅炉炉墙外不受热。大容量锅炉采用大直径下降管。n n 4水冷壁n n 水冷壁是锅炉的蒸发受热面，依靠火焰对其的辐射传热，使未饱和水加热成饱和水，再部分蒸发成蒸汽。水冷壁由许多单排平行管通过上下联箱组成如同墙壁式的受热面，紧贴炉墙，布满炉膛的四周。n n 现在的大

40、容量锅炉均采用膜式水冷壁，可以减轻炉墙的重量和厚度(如图112所示)。n n 2021/9/212021/9/214646n n5过热器n n 过热器是将汽包引出的饱和蒸汽加热成为具有一定过热度的过热蒸汽的受对流过热器由许多根并列的蛇形管与进出口联箱组合而成，或做成多片管屏组合在一起，现在大锅炉多采用后者。n n 对流式过热器按管内蒸汽与管外烟气的相对流向又可分为顺流、逆流和混合流等几种布置方。在烟温较高区域一般采用顺流布置或先逆流、后顺流的混合流布置，以避免管壁温度过高；在烟温较低区域则采用逆流布置，以获得较好的传热效果。2021/9/212021/9/214747n n n n 由于过热器

41、内流经的是高压、高温的过热蒸汽，传热性能差，又处于高温烟气区，过热器的管壁温度高，运行中要严格控制汽温，不允许超温。过热器按换热方式不同，可以分为对流、辐射、半辐射三种型式。n n(1)对流过热器。n n 对流过热器布置在水平烟道(垂直布置)或竖井烟道人口(水平布置)处，主要以对流换热方式吸收烟气的热量。图113所示为蛇形管对流式过热器。2021/9/212021/9/2148482021/9/212021/9/214949n n(2)半辐射式过热器。n n 半辐射式过热器是指布置在炉膛出口处折焰角前方或上方的过热器，既能直接吸收炉膛火焰的辐射热又可以吸收烟气通过时的对流热，故称为半辐射式过热

42、器。n n 半辐射式过热器的结构为多片管屏型，如图114所示。每片管屏由若干根并联管子绕制并与联箱相焊接而成，联箱中间隔开，以形成进、出口联箱，管屏沿炉膛宽度方向均匀布置，相邻管屏间留有较大的间隔，以形成畅通的烟气通道，2021/9/212021/9/2150502021/9/212021/9/215151n n(3)辐射式过热器。n n 辐射式过热器是能够直接吸收炉膛火焰辐射热而无烟气冲刷的过热器。通常悬挂在炉膛上前方空间，称为前屏过热器(或称大屏、分隔屏)，采用多片管屏型式。而在炉顶平铺的单层直管，管内流过的是过热蒸汽，故称为顶棚过热器，其吸收的热量并不多，主要作用是在其上面敷设耐火、保温

43、材料，以形成封闭的轻型炉顶，与其类似的还有包覆管过热器即在水平烟道、竖井烟道的炉墙上平铺单层直管，用来提高烟道密封性。顶棚过热器与包覆管过热器都采用膜式结构。不同型号锅炉的过热器系统布置都有差别，现大容量锅炉的过热蒸汽流程大致如下：2021/9/212021/9/215252 (汽包引出的饱和蒸汽)一 包覆管过热器 一 低温对流过热器 一 顶棚过热器 一 前屏过热器 一 后屏过热器 一 高温对流过热器 一(去汽轮机高压缸做功)。6再热器n n 随着初参数的提高，机组普遍采用中间再热循环，再热器的作用就是将汽轮机高压缸的排汽重新加热，使其温度提高后再回到汽轮机中低压缸继续膨胀做功。2021/9/

44、212021/9/215353 再热器的结构与过热器类似，由于再热器中流过的是再热器的结构与过热器类似，由于再热器中流过的是低压过热蒸汽，对管壁的冷却效果较差，以前国产锅炉的低压过热蒸汽，对管壁的冷却效果较差，以前国产锅炉的再热器一般布置在水平烟道后部或竖井烟道进口，为对流再热器一般布置在水平烟道后部或竖井烟道进口，为对流式布置。现引进型大容量锅炉，再热器不仅布置在水平烟式布置。现引进型大容量锅炉，再热器不仅布置在水平烟道，还布置在炉膛内。炉膛内的再热器一般为单排管，垂道，还布置在炉膛内。炉膛内的再热器一般为单排管，垂直密排布置在炉膛上部、紧靠前墙和两侧墙水冷壁的向火直密排布置在炉膛上部、紧靠

45、前墙和两侧墙水冷壁的向火面，直接吸收炉膛火焰辐射热，称为壁式辐射再热器。其面，直接吸收炉膛火焰辐射热，称为壁式辐射再热器。其他再热器可以做成与过热器类似的管屏结构他再热器可以做成与过热器类似的管屏结构(后屏再热器后屏再热器)或蛇形管结构或蛇形管结构(对流再热器对流再热器)，悬挂在后屏过热器后面的水，悬挂在后屏过热器后面的水平烟道中。平烟道中。2021/9/212021/9/215454n n三、炉本体部分n n 1炉膛 炉膛是由四周水冷壁、炉顶围成的供燃料燃烧的立体空间，为了使燃料的化学能尽可能完善地转换为烟气热能，炉膛内温度水平很高并有足够的空间让燃料完全燃烧，同时控制炉膛出口的烟气温度，保

46、证炉膛出口及其以后受热面的安全。n n 2燃烧器n n 燃烧器是将燃料及空气送入炉膛的设备。对于燃煤锅炉，主燃烧器是煤粉燃烧器，另有点火用的轻油燃烧器，助燃用的重油燃烧器。n n 2021/9/212021/9/215555n n煤粉燃烧器的结构和布置方式应保证煤粉和空气煤粉燃烧器的结构和布置方式应保证煤粉和空气进入炉膛后混合充分，着火迅速，燃烧稳定。国内进入炉膛后混合充分，着火迅速，燃烧稳定。国内大锅炉大多选用直流燃烧器，采用四角布置、切圆大锅炉大多选用直流燃烧器，采用四角布置、切圆燃烧方式。目前为了减少燃烧方式。目前为了减少NONO的排放，采用低的排放，采用低NONO燃燃烧器，即分级送风、

47、分段燃烧的方式。烧器，即分级送风、分段燃烧的方式。3 3空气预热器空气预热器n n 空气预热器是利用锅炉的低温烟气热量来加热空气预热器是利用锅炉的低温烟气热量来加热燃烧用空气的热交换器。随着回热循环的应用，给燃烧用空气的热交换器。随着回热循环的应用，给水进入省煤器前已达到相当高的温度，省煤器出口水进入省煤器前已达到相当高的温度，省煤器出口烟气温度超过烟气温度超过400400，采用空气预热器后，既能降，采用空气预热器后，既能降低排烟温度低排烟温度(110(110一一150150)，又可以改善炉内燃料的，又可以改善炉内燃料的着火和燃烧减少不完全燃烧损失，都可提高锅炉效着火和燃烧减少不完全燃烧损失，

48、都可提高锅炉效率，成为现代锅炉不可缺少的重要受热面。率，成为现代锅炉不可缺少的重要受热面。2021/9/212021/9/215656n n 大锅炉多采用两台回转式空气预热器，对称布置在省煤器之后，为最后一级受热面，常把空气预热器和省煤器称为尾部受热面。n n 省煤器、水冷壁、过热器、再热器、空气预热器是电站锅炉的五大受热面。n n 四、锅炉主要辅助设备n n 1通风设备n n 通风设备由送风机、引风机、风道、烟道、烟囱等组成。送风机的作用是把冷空气经空气预热器提高温度后再送入炉膛。引风机的作用是将炉膛内燃烧生成的烟气经烟道、各受热面及除尘器吸出，再经烟囱排人大气。2021/9/212021/

49、9/215757n n n n 送、引风机是锅炉的重要辅助设备，一般各配备两台，采用平衡通风方式。其炉膛和烟道内呈微小负压，称为平衡通风负压锅炉，这是我国电厂燃煤锅炉普遍采用的通风布置方式。仅具有较强通风能力送风机的锅炉，其炉膛和烟道内的压力稍大于环境压力，称为微正压锅炉。n n 2除尘设备n n 大锅炉常用干式静电除尘器。(效率大于99)，清除排烟中的飞灰，减少对环境的污染。2021/9/212021/9/215858n n 3 3制粉设备制粉设备n n 制粉设备是锅炉的主要辅助设备，也称为制粉系统，制粉设备是锅炉的主要辅助设备，也称为制粉系统，其作用是将原煤磨成合格的煤粉连续不断地供给锅炉

50、，并其作用是将原煤磨成合格的煤粉连续不断地供给锅炉，并根据锅炉负荷的需要随时调节燃料量的大小。根据锅炉负荷的需要随时调节燃料量的大小。n n n n 制粉系统有直吹式和中间储仓式两种。制粉系统有直吹式和中间储仓式两种。n n n n 直吹式制粉系统中，磨煤机出口的煤粉与空气混合物直吹式制粉系统中，磨煤机出口的煤粉与空气混合物由排粉风机直接送入炉膛内燃烧；由排粉风机直接送入炉膛内燃烧；n n n n 中间储仓式制粉系统中，磨煤机出口的煤粉与空气混中间储仓式制粉系统中，磨煤机出口的煤粉与空气混合物由排粉机先进入旋风分离器，利用离心力将煤粉从空合物由排粉机先进入旋风分离器，利用离心力将煤粉从空气中分