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了解火力发电厂的生产概况
在我国，发电量比例最高的是火力发电厂，火电设备容量占总装机容量的75%左右。2007年底，全国发电设备容量达到71822万KW。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。火电厂按燃料分类分为：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；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。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。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。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：燃料系统。燃烧系统。汽水系统。电气系统。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。燃烧系统由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等环节组成。据统计，我国用于发电的煤约占总产量的4/1，主要靠铁路运输，约占铁路全部运输量的40%。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。磨煤系统。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。在粗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。燃烧系统。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。 目前我国新建电厂以MW300及以上机组为主。MW300机组的锅炉蒸发量为ht/1000（亚临界压力），采用强制循环（或自然循环）的汽包炉；MW600机组的锅炉为ht/2000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MPa64.17~66.16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MPa62.18时，应采用直流锅炉风烟系统则由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?~?（电除尘器可除去?）的灰尘，经引风机送入烟囱，排向天空。灰渣系统是炉膛内煤粉燃烧后生成的小灰粒，被除尘器收集成细灰排
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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） 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、再热系统、回热系统、冷却水（循环水）系统和补水系统。给水系统由锅炉产生的过热蒸汽沿主蒸汽管道进入汽轮机，高速流动的蒸汽冲动汽轮机叶片转动，带动发电机旋转产生电能。在汽轮机内作功后的蒸汽，其温度和压力大大降低，最后排入凝汽器并被冷却水冷却凝结成水（称为凝结水），汇集在凝汽器的热水井中。凝结水由凝结水泵打至低压加热器中加热，再经除氧器除氧并继续加热。由除氧器出来的水（叫锅炉给水），经给水泵升压和高压加热器加热，最后送人锅炉汽包。在现代大型机组中，一般都从汽轮机的某些中间级抽出作过功的部分蒸汽（称为抽汽），用以加热给水（叫做给水回热循环），或把作过一段功的蒸汽从汽轮机某一中间级全部抽出，送到锅炉的再热器中加热后再引入汽轮机的以后几级中继续做功。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软化水，这些补给水一般补入除氧器或凝汽器中，即是补水系统。 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。火力发电厂的电气系统是完成机械能转化为电能及电力输送的系统。主要有同步发电机、励磁装置，厂用电系统，主变压器、断路器、隔离开关、母线等。下面介绍主要介绍各个电气设备的工作原理。 同步发电机：在火力发电厂中，同步发电机是将机械能转变成电能的唯 一电气设备。因而将一次能源（煤、油等）转换为二次能源的发电机。在发电厂中的交流同步发电机，电枢是静止的，磁极由原动机拖动旋转。其励磁方式为发电机的励磁线圈由同轴的并激直流励磁机经电刷及滑环来供电。同步发电机由定子和转子两部分组成。定子由定子铁心、定子线圈、机座、端盖、风道等组成。定子铁心和线圈是磁和电通过的部分，其他部分起着固定、支持和冷却的作用，转速达到3000r/min。 励磁装置：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）。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。 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。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。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。 厂用电系统则是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10~20kV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4％～8％），由厂用变压器降低电压后，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。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。 主变压器是根据电磁感应原理工作的，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，
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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φ，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。火电厂的主变压器系统主要是升压变电站。火电厂的断路器用以切断或关合高压电路中工作电流或故障电流的电器。断路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将3kV以上的称为高压电器。 高压断路器(或称高压开关)是发电厂、变电所主要的电力控制设备，具有灭弧特性,当系统正常运行时，它能切断和接通线路以及各种电气设备的空载和负载电流;当系统发生故障时,它和继电保护配合，能迅速切断故障电流,以防止扩大事故范围。因此，高压断路器工作的好坏,直接影响到电力系统的安全运行；高压断路器种类很多，按其灭弧的不同，可分为：油断路器（多油断路器、少油断路器）、六氟化硫断路器（SF6断路器）、真空断路器、压缩空气断路器等 隔离开关：隔离开关将相连的电路空载切断或关合的设备。隔离开关隔离 开关是高压开关电器中使用最多的一种电器，刀闸的主要特点是无灭弧能力，目的是要将断路器与电源隔离，形成明显断开点 ，隔离开关主要用来将高压配电装置中需要停电的部分与带电部分可靠地隔离，以保证检修工作的安全。隔离开关的触头全部敞露在空气中，具有明显的断开点，隔离开关没有灭弧装置，因此不能用来切断负荷电流或短路电流，否则在高压作用下，断开点将产生强烈电弧，并很难自行熄灭，甚至可能造成飞弧（相对地或相间短路），烧损设备，危及人身安全，这就是所谓“带负荷拉隔离开关”的严重事故。隔离开关还可以用来进行某些电路的切换操作，以改变系统的运行方式。例如：在双母线电路中，可以用隔离开关将运行中的电路从一条母线切换到另一条母线上。同时，也可以用来操作一些小电流的电路。母线是指在变电所中各级电压配电装置的连接，以及变压器等电气 设备和相应配电装置的连接，大都采用矩形或圆形截面的裸导线或绞线，这统称为母线。母线的作用是汇集、分配和传送电能。母线采用铜排或者铝排，其电流密度大，电阻小，集肤效应小，无须降容使用。电压降小也就意味着能量损耗小，最终节约用户的投资。而对于电缆来讲，由于电缆芯是多股细铜线，其根面积较同电流等级的母线要大。并且其 “集肤效应”严重，减少了电流额定值，增加了电压降，容易发热。线路的能量损失大，容易老化。火电厂安全运行中主要担负着安全性保障的是现代继电保护在不正常工作提示及电力系统运行监控的作用。因此，火电厂继电保护必须能够在被保护的电力系统元件发生故障时，由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响。同时能够反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的 同时发出信号，以便值班人员进行处 ，或装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气漫备予以切除。另外继电保护系统还要担负着监控电力系统正常运行工作。了解了继电保护基本作用与要求对于更好的分析与排除继电保护故障有着重要的意义。 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。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。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。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。就地控制：锅炉、汽轮机、发电机及辅
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顶岗实习 了解火力发电厂的生产概况
