电力/热力/燃气/水
燃煤发电
燃煤发电


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简介

火力发电(thermal power,thermoelectricity power generation),利用可燃物在燃烧时产生的热能,通过发电动力装置转换成电能的一种发电方式。中国的煤炭资源丰富,1990年产煤10.9亿吨,其中发电用煤仅占12%。火力发电仍有巨大潜力。

机组类型

蒸汽发电

蒸汽发电是通过燃烧燃料来加热水路中的水,使水由液态变为气态,推动汽轮机来带动发电机发电的发电方法。

燃气涡轮发电

燃气涡轮发电是通过燃烧燃料后带动发电机的转子在定子中转动。发电机转子通过直流形成磁场,此磁场在定子中转动后,磁力线切割定子中的线圈,在线圈中产生感应电势,很多线圈的电势叠加后在发电机端子处形成电压,产生电力。

往复式发动机

往复式发动机是通过燃烧燃料产生压力,利用一个或者多个活塞将压力转换成旋转动能的发动机,也叫活塞发动机。每个活塞都在气缸内,燃料-空气混合物被注入其内,然后被点燃。 热气膨胀,推动活塞向后运动。

汽电共生

又称热电联产,热电联产为一种工业制程技巧,利用发电后的废热用于工业制造或是利用工业制造的废热发电,达到能量最大化利用的目的。在单独的电力生产中,一些能量必须作为废热被丢弃,但是在热电联产中,这些热能中的一些被投入使用。

燃料构成

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%是其它燃料发出的。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。20世纪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,还在发达国家出现了垃圾发电。垃圾发电时需先将垃圾分类,热值高的直接在锅炉内燃烧,对于不能直接燃烧的有机物进行发酵,用发酵产生的甲烷气体燃烧

燃料的来源

燃料产地

中国山西省为世界最大最高密度煤业聚集区,全省产煤120亿吨以上,采煤形成的采空区达到2万平方公里,相当于山西省1/8的面积。我国的原煤产地主要集中在西北地区,内蒙古、山西和陕西的原煤产量占到全国总产量的三分之二以上,其它地区最多只能自给自足,大部分需要从外省采购。 焦炭的主要产地在山西和河北,占到全国总产量的三分之一。除国产动力煤外,我国东南沿海很多电厂会进口煤炭,主要来自印尼及澳大利亚,进口煤售价较国产煤更低,但燃烧室会出现易爆燃、易结焦等问题。

燃料运输

煤通过高速公路卡车、铁路、船舶或煤浆管道等方式输送。一些电厂甚至直接建在煤矿边上,用传送带送煤。大型的运煤火车专列可长达两公里,包含100节车厢,每节载煤100多吨以上,总量可达一万吨左右。

燃料加工

煤会先被先碾成长度不大于2英寸(5厘米)的小块,然后运送到电厂的堆料场上,通过传送带源源不断的输入。其用量最高可达每小时3600吨。 对于燃烧粉煤的电厂,煤块在进入锅炉之前会先在磨煤机里磨成粉,然后用预热空气吹进炉中。一个600MW(兆瓦)的发电站可能有6个这样的磨煤机(一个备用),全力负载时可以每小时提供200多吨进入锅炉。不燃粉煤的电厂,2-英寸(51-毫米)的煤块直接通过料仓送到活动炉排或旋风炉(一种可以高效燃烧大块燃料的燃烧器)中。 至于燃料油和天然气发电站,燃料不需特别处理,液态的天然气和提炼过的石油产物运至发电站可直接加入机组燃料槽。

燃料价格

发电过程

火力发电的基本运作方式

流程简介

  1. 煤炭在锅炉中燃烧产生大量热量;【化学能→热能】
  2. 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;高压蒸汽的热能转化为机械能后,形成凝结水汽;【热能→机械能】
  3. 冷却水与凝结水汽热交换,凝结水汽继续循环,吸收燃烧热产生高压蒸汽;冷却水获得热量用于城市的集中供暖和供热;(家住电厂附近暖气比较旺就是这个原因)【热能→集中供暖、供热】
  4. 高压蒸汽推动转子转动发电;【机械能→电能】

具体过程

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,一方面使进入锅炉的空气温度提高,易于煤粉的着火和燃烧,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,吸收着煤受燃烧过程中放出的热量。部分水在水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台小直流发电机,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,重新凝结成水,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、低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。在锅炉中,燃料的化学能转变为蒸汽的热能;在汽轮机中,蒸汽的热能转变为转子旋转的机械能;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。为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。

燃煤系统

首先,传送带将原煤送至磨煤机内磨为煤粉以提高煤的燃烧效率。之后,煤粉将被热空气鼓入锅炉,煤粉燃烧加热锅炉并使锅炉中的水变为水蒸汽。燃烧煤形成的烟气将通过锅炉的烟气管道流动,经过省煤器和空气加热器来对水和空气进行预加热。之后将经过除尘器来脱出粉尘,通过脱硫装置脱去烟气中的硫氧化物。洁净烟尘将通过吸风机吸入烟囱并排入大气

汽水系统

火力发电厂的汽水系统是由锅炉、汽轮机、凝汽器、高低压加热器、凝结水泵和给水泵等组成,他包括汽水循环、化学水处理和冷却系统等。 水在锅炉中被加热成蒸汽,经过热器进一步加热后变成过热的蒸汽,再通过主蒸汽管道进入汽轮机。由于蒸汽不断膨胀,高速流动的蒸汽推动汽轮机的叶片转动从而带动发电机。 为了进一步提高其热效率,一般都从汽轮机的某些中间级后抽出作过功的部分蒸汽,用以加热给水。在现代大型汽轮机组中都采用这种给水回热循环。此外,在超高压机组中还采用再热循环,既把作过一段功的蒸汽从汽轮机的高压缸的出口将作过功的蒸汽全部抽出,送到锅炉的再热器中加热后再引入气轮机的中压缸继续膨胀作功,从中压缸送出的蒸汽,再送入低压缸继续作功。在蒸汽不断作功的过程中,蒸汽压力和温度不断降低,最后排入凝汽器并被冷却水冷却,凝结成水。凝结水集中在凝汽器下部由凝结水泵打至低压加热再经过除氧器除氧,给水泵将预加热除氧后的水送至高压加热器,经过加热后的热水打入锅炉,再过热器中把水已经加热到过热的蒸汽,送至汽轮机作功,这样周而复始不断的作功。 在汽水系统中的蒸汽和凝结水,由于疏通管道很多并且还要经过许多的阀门设备,这样就难免产生跑、冒、滴、漏等现象,这些现象都会或多或少地造成水的损失,因此我们必须不断的向系统中补充经过化学处理过的软化水,这些补给水一般都补入除氧器中。

发电机和电气系统的工作流程

具备一定能量的蒸汽在汽轮机中由热能转化成动能,汽轮机转子与发电机转子刚性相接,带动发电机转子转动,同时由发电机励磁系统产生的直流电通过碳刷送至转子线圈中,产生旋转磁场,由于电磁感应作用,在定子线圈中产生同步交变电流,完成了动能到电能的转换。发电机产生的电能,一部分经高压厂用变压器降压送至厂用电系统,一部分经励磁变降压送至励磁系统,绝大部分经主变压器升压后送至变电站(电气主接线),再通过输电线路送至电网。

电气系统

220KV主接线系统

系统的作用:电厂与电网的连接枢纽,汇集和分配本厂电能,也可将电网电能反送至电厂。 系统的主要组成设备:由母线单元、馈线单元、电源单元组成,具体由以下设备组成:母线、FS6断路器、隔离开关及接地刀闸、电流互感器、电压互感器、线路高频阻波器、二次系统(保护及自动装置、网络监控系统、五防机)。 系统的运行方式及工艺流程(介绍设备的运行状态): 正常运行方式:发电机出口电能24KV经主变升压至220KV后,经过发变组单元的断路器、隔离开关后送至220KV母线。其中绝大部分经出线单元将电能输送至电网,一小部分经启备变单元将电能输送至厂用电系统的公用系统。

发变组系统

(1)系统的作用:发电机将汽轮机的动能转变成电能,通过主变压和厂高变降压后送至电网及厂用电系统。 (2)系统的主要组成设备:发电机、主变压器、厂高变、励磁系统、中性点接地变压器、封闭母线、PT、CT、避雷器、保护及自动装置、(氢油水系统)。 (3)系统的工艺流程:汽轮机带动发电机转子以同步速3000rpm转动,同时发电机励磁系统将直流电通过碳刷送至发电机转子线圈中,在汽轮机的带动下,产生旋转磁场,固定在定子铁芯内的定子三项绕组切割旋转磁场, 感应出同步交变三相电动势,完成了由动能到电能的转换。发电机发出的电能分为三部分:大部分通过主变压器升压并经升压站输送至电网,小部分通过厂用高压变压器降压后送至厂用电系统,极少部分经励磁系统整流成直流电 向发电机转子提供励磁电流。

励磁系统

(1)系统的作用:发电机正常运行时向发电机提供可自动调节的励磁电流;故障时向发电机提供强励电流,发电机解列时灭磁。 (2)系统的主要设备:励磁变、整流柜、调节柜、灭磁开关、碳刷。 (3)系统的工艺流程:发电机出口(24KV)交流电能经励磁变降压(1080V)后送至整流柜,经整流后的直流电在励磁调节装置的作用下,根据发电机机端电压调整整流柜励磁电流的输出,经过碳刷送至发电机的转子线圈。

厂用电系统

(1)系统的作用:分为高压6KV和低压400V系统,为本厂自用负荷提供交流电源。 (2)系统的主要设备:母线、断路器、PT、低压厂变、柴油发电机、保护及自动装置。 (3)系统的运行方式及工艺流程:

UPS(Uninterruptible Power System/Uninterru)系统

(1)系统的作用:为单元机组的分散控制系统、自动装置、热工保护、只能装置,调节装置等不能停电负荷提供不间断且频率、电压稳定的电源。 (2)系统的主要设备:隔离变压器、稳压器、整流器、逆变器、静态开关、馈线柜。 (3)系统的运行方式及工艺流程:主路供电/直流供电/旁路供电。 直流系统 (1)系统的作用:向全厂直流控制、保护、自动装置、热控、信号、UPS、事故照明、直流电机等提供直流电。

 (2)系统的主要设备:蓄电池、充电单元、微机监控单元、绝缘监察单元.
 高频开关电源柜:输入滤波器(双向过滤杂波)---整流滤波---逆变(整流成高频交流2~3万Hz)---输出整流滤波---直流电
 微机监控:交流输入检测、直流检测、绝缘监测、电池巡检等
 绝缘监察装置:对母线绝缘实时监测、馈线绝缘进行自动巡检(对馈线的正对地、负对地绝缘电阻及对地电压一一对应显示)

生产组织

燃料车间

负责燃料准备、配煤、磨煤、输煤

锅炉车间

包括锅炉司炉、电除尘、脱硫、风机等

汽机车间

包括汽机司机、化学(给水除氧)等

电气车间

负责全厂一次系统、二次系统、直流系统等

资产与负债

资产

固定资产和非固定资产。

固定资产

企业使用期限超过1年的房屋、建筑物、机器、机械、运输工具以及其他与生产、经营有关的设备、器具、工具等。不属于生产经营主要设备的物品,单位价值在2000元以上,并且使用年限超过2年的,也应当作为固定资产。 参考:电厂固定资产目录

非固定资产

一般的火力发电厂非固定资产均是土地和自用软件之类,多为无形资产。

负债

现如今多数火电单位负债主要为银行借款和拖欠的货款组成。

库存

主要库存是燃料、石灰石、物资材料。 燃料:燃油、燃煤和燃气。燃料在燃烧时加热水生成蒸汽,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。 石灰石:用于解决烟气排放中有害物的问题。 物资材料:用于生产需求的物资。

设计和规划

位置与环境

投资与评估

规模与功能

风格与形式

组织结构

环境影响

污染来源

火力发电的污染来源主要来源于燃料。煤燃烧排放烟气中含有硫氧化物 SOX ( 主要包括 : SO2 、 SO3 ) 和氮氧化物 NOx ( 主要包括 : NO 、 NO2 、 N2O3 、 N2O4 、 N2O5 ) , 其中 SO2 、 NO 和 NO2 是大气污染的主要成分 , 也是形成酸雨的主要物质。

解决方案

目前的解决方案是使用脱硫煤矿,以及在锅炉的排烟处增加过滤措施以防止粉尘污染

成本

金融成本

原材料成本

房租成本

能耗成本

人工成本

设备折旧

收益管理

客流曲线

时间分布

空间分布

目标群体

容量控制

风险控制

重要发电厂

国际重要电厂

国内重要电厂

120万千瓦及以上火力发电厂:  宝鸡第二发电厂  广东沙角发电厂  西柏坡电厂  山西阳城电厂  江西丰城电厂  阳泉第二发电厂  武汉阳逻电厂  徐州电厂  河南鸭河口电厂  井冈山华能电厂

台中发电厂

台湾台中火力发电厂目前是世界第二大燃煤火力发电厂,同时也是台湾发电量最大的发电厂,二氧化碳排放量为世界各发电厂首位。

内蒙古托克托电厂

世界上最大的火力发电厂是内蒙古托克托发电公司,托克托电厂是位于中华人民共和国内蒙古自治区呼和浩特市托克托县的一座燃煤火力发电厂,于1995年11月由托克托电力公司进行营运 ,在2017年2月25日,第五期工程两座660MW的超超临界机组通过168小时试运行后正式商转,托克托电厂总装置容量达6720MW,超越台湾的台中火力发电厂容量5824MW,成为世界第一大火力发电厂。

标准

文档

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编辑成员
18 人

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