第一章 燃煤电厂生产过程

第一节 燃煤电厂生产过程概述

火力发电厂是指利用煤、石油或天然气等作为燃料生产电能的工厂，简称火电厂。我国的火电厂以燃煤为主，新建火电厂基本上全部为燃煤电厂。燃煤电厂的发电方式可分为汽轮机发电、燃气轮机发电、内燃机发电和燃气-蒸汽联合循环发电。按是否供热，燃煤电厂分为发电厂和热电厂，热电厂既供热又供电，又称为“热电联产”。

2010—2017年我国装机容量、发电量见表1-1。

近年来，我国电力工业在电源建设、电网建设和电源结构建设等方面都取得了令世人瞩目的成就，已经开始步入“大电厂”“大电网”“高电压”“高自动化”的新阶段。从电力结构看，目前火电在我国现有电力结构中占据绝对的优势，占全国总发电量的比重达到60%以上。

一、燃煤电厂典型生产过程

各类燃煤电厂的生产过程基本相同，实质上是一个能量转换的过程。首先，燃料在锅炉中燃烧，将水加热成蒸汽，燃料的化学能转变成蒸汽的热能；其次，高温高压的蒸汽在汽轮机中冲动汽轮机转子，蒸汽的热能转变为转子高速旋转的机械能；最后，在发电机中将机械能转换为电能；通过主变压器升压后，经升压站和输电线路送入电网，再由电网调度中心统一分配给电力用户。图1-1为燃煤电厂的生产过程示意图。

原煤一般用火车运到电厂的储煤场，将锅炉用煤由储煤场通过运煤皮带送往碎煤机，预先经过破碎处理，而后由皮带运输机送入锅炉房的原煤仓 （亦称煤斗）。继而从原煤仓送入钢球磨煤机，在其中磨成煤粉，同时送入热空气来干燥和输送煤粉。

锅炉运行时，煤粉由给粉风机送入输粉管，而旋风分离器中的空气则由排粉风机抽出，两者在输粉管内混合后，通过喷燃器，喷入锅炉炉膛内燃烧。

煤燃烧所需要的空气由送风机压入空气预热器中加热，预热后的空气，一部分经过风道被送入磨煤机作为原煤干燥及输送煤粉之用，而后由排粉机送入炉膛，其余大部分直接引至喷燃器进入炉膛。

燃烧生成的高温烟气，在引风机的吸引作用下，先是沿着锅炉本体的倒U形烟道依次经过炉膛、过热器、省煤器和空气预热器，同时逐步将其热能传递给工质及空气，变成低温的烟气进入除尘器进行净化，净化除尘后的烟气被引风机抽出，经烟囱排入大气。燃料燃烧时从炉膛内落下的灰渣、从尾部烟道内落入空气预热器下面的灰斗中的飞灰以及除尘器收集下来的飞灰，利用排渣系统及输灰系统等将其排到厂外。

锅炉的给水，先在省煤器中被预热到接近饱和温度，然后引入锅炉顶部汽包的空间内。锅炉水由于本身的重量沿着炉膛外的下降管往下流动，经下联箱进入铺设在炉膛四周的水冷壁（上升管），在其中吸热汽化，形成的汽水混合物上升到汽包内并使汽水分离。水不断在下降管、水冷壁及汽包内循环，不断汽化，形成的饱和蒸汽汇集在汽包上部，将它导入过热器，使之继续受热变为过热蒸汽。由过热器中出来的过热蒸汽也称为新蒸汽或主蒸汽，沿管道进入汽轮机。主蒸汽在汽轮机中膨胀做功完毕后，乏汽排入凝汽器，并在这里冷却凝结成水，称为主凝结水。

汇集在凝汽器热井中的主凝结水，通过凝结水泵压入低压加热器，预热后再进入除氧器，在其中继续加热并除掉溶解于水中的各种气体（主要是氧气）。除过氧的主凝结水和化学补充水汇集于给水箱中，成为锅炉的给水，经给水泵升压后，送往高压加热器，再沿给水管路送入锅炉的省煤器。

由于机炉等热力设备对其水品质要求都很高，汽水循环过程中所损失掉的工质，一般都用化学除盐过滤器等水处理设备处理过的高质量软化水进行补充。

为使乏汽在凝汽器内冷却凝结，还必须借助于循环水泵将冷却水（又称循环水）升压，并使其沿着冷却水进水管进入凝汽器。从凝汽器中出来的具有一定温升的冷却水则沿排水管流回河道。这就形成了汽轮机的冷却水系统。但在缺水地区或距河道较远的电厂，则需设有冷却水塔或配水池等庞大的循环水冷却设备，以实现闭式供水。

发电机由汽轮机带动，所发出的交流电，一部分用于本厂的磨煤机、送风机、引风机以及各种电动水泵等设备，成为厂用电。其余大部分电能均通过变压器（又称主变压器）升高电压后送入电力系统。

各类燃煤电厂由于所用锅炉、汽轮机等设备的形式不同，它们的生产设备和过程也有某些差异，但从能量转化角度来看其电能生产过程是相同的，都是由煤燃烧开始，煤在炉膛内燃烧时，它的化学能首先变为烟气的热能，当烟气在锅炉的炉膛及其后面的烟道中流过时，它的热能就逐渐传递给锅炉各部分，受热面内流动的水、蒸汽和空气，在这些传热过程中，作为热量的形态并未发生变化，只是热能从一种介质传递给另一种介质。锅炉产生的主蒸汽进入汽轮机后逐级膨胀加速，蒸汽的部分热能转变为蒸汽的动能，高速气流作用于汽轮机转子叶片上，推动叶轮同整个转子旋转，于是蒸汽的动能又被转换为汽轮机轴上的机械能。汽轮机通过靠背轮带动发电机转动，汽轮机轴上的机械能便由发电机转换成电能。

上述能量转换的各个环节是相互紧密配合的，不能脱节。鉴于电能无法大量储存的特点，生产与消费必须同时进行。因此，发电厂的各生产环节都严格协调，统一管理，应具有高的安全性、可靠性和机动性。

二、燃煤电厂的生产主系统

燃煤电厂一般由三大主要设备——锅炉、汽轮机、发电机，以及相应的辅助设备组成，它们通过管道或线路相连构成生产主系统，即燃烧系统、汽水系统和电气系统。

1.燃烧系统

燃烧系统的主要任务是利用煤的燃烧，将水变成蒸汽，把化学能转换为热能。燃烧系统还包括许多子系统，如燃料制备和输送系统、烟气系统、通风系统和除灰系统等。燃烧系统流程如图1-2所示。

2.汽水系统

汽水系统又称热力系统，其主要任务是产生蒸汽推动汽轮机做功，把热能转换为机械能。热力发电厂的汽水系统还包括中间抽汽供应热用户的汽水网络。凝汽式燃煤电厂的汽水系统流程如图1-3所示。它包括由锅炉、汽轮机、凝汽器、给水泵等组成的汽水循环系统、冷却系统和水处理系统等。

3.电气系统

电气系统的主要任务是通过汽轮机带动发电机完成机械能转换为电能，并且合理地发电、输电、配电、供电和用电。发电机发出的电能大部分由主变压器把电压升高，经过高压配电装置和高压输电线路向外供电；其发出电能的一小部分作为本厂自用，称作厂用电。

电气系统示意图如图1-4所示。

由此可见，火力发电厂主要由炉、机、电三大部分组成，它们各自构成相应的系统，并相互配合保证主机安全生产，完成发电任务。

三、火力发电厂的分类

火力发电厂的分类方法很多，本教程仅介绍几种常用的分类方法。

1.按照生产的能量和产品的性质分类

（1）凝汽式发电厂。只对外供应电能，将在汽轮机中做完功的蒸汽排入凝汽器凝结成水，再送往锅炉循环使用，这种发电厂称为凝汽式发电厂。

（2）供热式发电厂。它不仅可以供给用户电能，还利用在汽轮机中做过功的抽汽或排汽向热用户供热，其能量利用效果较好，热效率高。这种既生产电能又对外供热的电厂又称为热电厂。

（3）综合利用发电厂。不仅可生产电能和热能，还可把燃煤与灰渣综合利用，生产其他副产品。例如煤在燃烧前，先炼煤焦油作化工原料。而灰渣又可制作水泥、保温材料和建筑材料等。

2.按供电规模分类

（1）区域性发电厂（联网发电厂）。许多电厂连接成一个区域性的电力系统（简称电网），发电厂发出的电力，不是直接送往用户，而是先送入电网，然后再由电网分送到各用户。其特点是容量大、并连在一个共同电力网运行，利用高电压通过输电线路可将大量电能输送并分配给较远处的用户。该类型电厂常建在燃料基地或接近水源的地方。

（2）地方性发电厂（孤立发电厂）。这种发电厂与电网无联系，多建在用户附近，生产出的电能直接供给附近地区。因输电距离短，输电量也较小，故多不用高压电网分配电力。

（3）城市发电厂。供给城市各工业企业、居民所需的电能和热能。

（4）企业发电厂。厂矿企业专用的电厂，又称“工业自备电厂”。

（5）城乡发电厂。因地制宜，利用当地能源，供应城乡所需电能和热能。

（6）列车电站及船舶电站。把成套的发电设备装置在特制的火车车厢或船舶上，属于机动性电站，用于基本建设工地或经常流动的单位。

3.按原动机的类型分类

（1）汽轮机发电厂。以汽轮机为原动机，容量从几百千瓦到几百万千瓦不等，可采用高温高压蒸汽，热效率较高，工作可靠性和运行的自动化程度较高。乏汽凝结水干净，利用汽轮机中间抽汽较方便，可兼供热。

（2）内燃机发电厂。采用内燃机作为原动机，其结构紧凑，热效率较高，可以快速启动，不需要很多的运行人员。其缺点是燃料价格高，机组容量不能太大。可用于缺水地区，石油产地或作电厂备用装置。

（3）燃气轮机发电厂。用燃气轮机作为原动机，构造比较紧凑，热效率较高，冷却水需要量少，管理简便。

4.按燃用的一次能源分类

（1）燃煤发电厂。以煤为燃料的发电厂。根据我国的能源政策，应优先采用劣质煤来发电。

（2）燃油发电厂。以石油及其加工副产品为燃料的发电厂。除国家批准的燃油发电厂外，应严格控制发电厂内使用燃油。

（3）燃气发电厂。以各种可燃气作为燃料的发电厂。在产天然气地区可充分燃用天然气进行发电。当企业有副产品煤气时，也可用煤气为燃料来发电。

（4）工业废热发电厂（余热发电）。利用工业企业排放的废热或其他废料（可燃物），采用余热锅炉进行发电的发电厂。

（5）生物质发电厂。生物质发电主要是利用农业、林业和工业废弃物为原料，也可以将城市垃圾作为原料，采取直接燃烧或气化的方式发电。我国目前主要以秸秆发电、沼气发电与生物质气化发电为主，虽然在实际应用过程中仍存在不少问题，但生物质能发电行业有着广阔的发展前景。

5.按发电厂总容量分类

（1） 小容量发电厂。装机总容量在100MW以下。

（2） 中容量发电厂。装机总容量为100～250MW。

（3） 大中容量发电厂。装机总容量为250～600MW。

（4） 大容量发电厂。装机总容量为600～1000MW。

（5） 特大容量发电厂。装机总容量为1000MW及以上。

容量的大、中、小也是相对的，随着火力发电厂装机容量的不断增加，划分标准也会变化。

6.按主蒸汽参数分类

（1）低压发电厂。主蒸汽参数为1.4MPa／350℃，适用于3MW及以下汽轮机，10～20t/h锅炉。

（2）中压发电厂。主蒸汽参数为3.9MPa/450℃，适用于6～50MW汽轮机，35～220t/h锅炉。

（3）高压发电厂。主蒸汽参数为9.8MPa/540℃，适用于25～100MW汽轮机，120～410t/h锅炉。

（4）超高压发电厂。主蒸汽参数为13.7MPa/540℃（555℃），适用于125～200MW汽轮机，400～670t/h锅炉。

（5）亚临界压力发电厂。主蒸汽参数为16.7MPa/540℃（555℃），适用于300～600MW汽轮机，1000～2050t/h锅炉。

（6）超临界压力发电厂。现在常规的超临界压力机组采用的主蒸汽参数为24.1MPa/538℃（566℃），适用于600～1000MW汽轮机。

（7）超超临界压力发电厂。超超临界压力机组一般采用二次再热，其参数为31MPa/566℃（566℃/566℃），或31MPa/593℃（593℃/593℃），或34.5MPa/649℃（593℃/593℃），适用于1000MW及以上汽轮机。

火力发电厂的分类除以上的介绍外，还可以按发电厂的位置特点分为坑口（路口、港口）发电厂、负荷中心发电厂；按发电厂承担电网负荷的性质分为基本负荷发电厂、中间负荷（腰荷）发电厂和调峰发电厂；按机炉组合分为非单元机组发电厂和单元机组发电厂等。