火力發(fā)電詳細(xì)介紹

由于地球上化石燃料的短缺，人類正盡力開發(fā)核能發(fā)電、核聚變發(fā)電以及高效率的太陽能發(fā)電等，以求最終解決人類社會(huì)面臨的能源問題。最早的火力發(fā)電是1875年在巴黎北火車站的火電廠實(shí)現(xiàn)的。隨著發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)制造技術(shù)的完善，輸變電技術(shù)的改進(jìn)，特別是電力系統(tǒng)的出現(xiàn)以及社會(huì)電氣化對電能的需求，20世紀(jì)30年代以后，火力發(fā)電進(jìn)入大發(fā)展的時(shí)期?；鹆Πl(fā)電機(jī)組的容量由200兆瓦級提高到300～600兆瓦級（50年代中期），到1973年，最大的火電機(jī)組達(dá)1300兆瓦。大機(jī)組、大電廠使火力發(fā)電的熱效率大為提高，每千瓦的建設(shè)投資和發(fā)電成本也不斷降低。到80年代后期，世界最大火電廠是日本的鹿兒島火電廠，容量為4400兆瓦。但機(jī)組過大又帶來可靠性、可用率的降低，因而到90年代初，火力發(fā)電單機(jī)容量穩(wěn)定在300～700兆瓦。，其所占中國總裝機(jī)容量約在70%以上?；鹆Πl(fā)電所使用的煤，占工業(yè)用煤的50%以上。目前我國發(fā)電供熱用煤占全國煤炭生產(chǎn)總量的50%左右。大約全國90%的二氧化硫排放由煤電產(chǎn)生，80%的二氧化碳排放量由煤電排放。 


 

火力發(fā)電按其作用分單純供電的和既發(fā)電又供熱的。按原動(dòng)機(jī)分汽輪機(jī)發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、柴油機(jī)發(fā)電。按所用燃料分，主要有燃煤發(fā)電、燃油發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電。為提高綜合經(jīng)濟(jì)效益，火力發(fā)電應(yīng)盡量靠近燃料基地進(jìn)行。在大城市和工業(yè)區(qū)則應(yīng)實(shí)施熱電聯(lián)供。

火力發(fā)電一般是指利用可燃物燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能來加熱水，使水變成高溫、高壓水蒸氣，然后再由水蒸氣推動(dòng)發(fā)電機(jī)來發(fā)電的方式的總稱。以可燃物作為燃料的發(fā)電廠統(tǒng)稱為火電廠 [2]  。

火力發(fā)電廠主要設(shè)備系統(tǒng)包括：燃料供給系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及其他一些輔助處理設(shè)備。

多數(shù)火電廠采用煤炭作為一次能源，利用皮帶傳送技術(shù)，向鍋爐輸送經(jīng)處理過的煤粉，煤粉燃燒加熱鍋爐使鍋爐中的水變?yōu)樗羝?，?jīng)一次加熱之后，水蒸汽進(jìn)入高壓缸。為了提高熱效率，應(yīng)對水蒸汽進(jìn)行二次加熱，水蒸汽進(jìn)入中壓缸。通過利用中壓缸的蒸汽去推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。從中壓缸引出進(jìn)入對稱的低壓缸。已經(jīng)作過功的蒸汽一部分從中間段抽出供給煉油、化肥等兄弟企業(yè)，其余部分流經(jīng)凝汽器水冷，成為40度左右的飽和水作為再利用水。40度左右的飽和水經(jīng)過凝結(jié)水泵，經(jīng)過低壓加熱器到除氧器中，此時(shí)為160度左右的飽和水，經(jīng)過除氧器除氧，利用給水泵送入高壓加熱器中，其中高壓加熱器利用再加熱蒸汽作為加熱燃料，最后流入鍋爐進(jìn)行再次利用。以上就是一次生產(chǎn)流程。

火力發(fā)電的流程依所用原動(dòng)機(jī)而異。在汽輪機(jī)發(fā)電方式中，其基本流程是先將燃料送進(jìn)鍋爐，同時(shí)送入空氣，鍋爐注入經(jīng)過化學(xué)處理的給水，利用燃料燃燒放出的熱能使水變成高溫、高壓蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)作功而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。熱電聯(lián)產(chǎn)方式則是在利用原動(dòng)機(jī)的排汽（或?qū)ｉT的抽汽）向工業(yè)生產(chǎn)或居民生活供熱。在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電方式中，基本流程是用壓氣機(jī)將壓縮過的空氣壓入燃燒室，與噴入的燃料混合霧化后進(jìn)行燃燒，形成高溫燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)膨脹作功，推動(dòng)輪機(jī)的葉片旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在柴油機(jī)發(fā)電中，基本流程是用噴油泵和噴油器將燃油高壓噴入汽缸，形成霧狀，與空氣混合燃燒，推動(dòng)柴油機(jī)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

在火力發(fā)電方面，燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)發(fā)電廠目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了迄今最高的能源效率 - 超過60%。由于啟動(dòng)時(shí)間非常短，這類電廠最適宜于補(bǔ)充風(fēng)力發(fā)電帶來的自然電力波動(dòng)。而通過熱電聯(lián)產(chǎn)電廠可以達(dá)到更高的能源效率 - 超過90% 。

根據(jù)火力發(fā)電的生產(chǎn)流程，其基本組成包括燃燒系統(tǒng)、 汽水系統(tǒng)(燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電和柴油機(jī)發(fā)電無此系統(tǒng)，但這二者在火力發(fā)電中所占比重都不大)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。

主要由鍋爐的燃燒室（即爐膛）、送風(fēng)裝置，送煤（或油、天然氣）裝置、灰渣排放裝置等組成。主要功能是完成燃料的燃燒過程，將燃料所含能量以熱能形式釋放出來，用于加熱鍋爐里的水。主要流程有煙氣流程、通風(fēng)流程、排灰出渣流程等。對燃燒系統(tǒng)的基本要求是：盡量做到完全燃燒，使鍋爐效率≥90%；排灰符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

主要由給水泵、循環(huán)泵、給水加熱器、凝汽器、除氧器、水冷壁及管道系統(tǒng)等組成。其功能是利用燃料的燃燒使水變成高溫高壓蒸汽，并使水進(jìn)行循環(huán)。主要流程有汽水流程、補(bǔ)給水流程、冷卻水流程等。對汽水系統(tǒng)的基本要求是汽水損失盡量少；盡可能利用抽汽加熱凝結(jié)水，提高給水溫度。

主要由電廠主接線、汽輪發(fā)電機(jī)、主變壓器、配電設(shè)備、開關(guān)設(shè)備、發(fā)電機(jī)引出線、廠用結(jié)線、廠用變壓器和電抗器、廠用電動(dòng)機(jī)、保安電源、蓄電池直流系統(tǒng)及通信設(shè)備、照明設(shè)備等組成?；竟δ苁潜ＷC按電能質(zhì)量要求向負(fù)荷或電力系統(tǒng)供電。主要流程包括供電用流程、廠用電流程。對電氣系統(tǒng)的基本要求是供電安全、可靠；調(diào)度靈活；具有良好的調(diào)整和操作功能，保證供電質(zhì)量；能迅速切除故障，避免事故擴(kuò)大。

主要由鍋爐及其輔機(jī)系統(tǒng)、汽輪機(jī)及其輔機(jī)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)及電工設(shè)備、附屬系統(tǒng)組成。基本功能是對火電廠各生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)行自動(dòng)化的調(diào)節(jié)、控制，以協(xié)調(diào)各部分的工況，使整個(gè)火電廠安全、合理、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，遇有故障時(shí)能迅速、正確處理，以避免釀成事故。主要工作流程包括汽輪機(jī)的自起停、自動(dòng)升速控制流程、鍋爐的燃燒控制流程、滅火保護(hù)系統(tǒng)控制流程、熱工測控流程、自動(dòng)切除電氣故障流程、排灰除渣自動(dòng)化流程等。

電力是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要能源，火力發(fā)電是中國和世界上許多國家生產(chǎn)電能的主要方法。然后蒸汽沿管道進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)一起高速旋轉(zhuǎn)，從而發(fā)出電來。最后又被給水泵送回鍋爐中重復(fù)參加上述循環(huán)過程。顯然，在這種火力發(fā)電廠中存在著三種型式的能量轉(zhuǎn)換過程：

發(fā)電用鍋爐稱為電站鍋爐。電站鍋爐與其它工廠用的工業(yè)鍋爐相比有如下明顯特點(diǎn)：①電站鍋爐容量大；②電站鍋爐的蒸汽參數(shù)高；③電站鍋爐自動(dòng)化程度高，其各項(xiàng)操作基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和自動(dòng)化，適應(yīng)負(fù)荷變化的能力很強(qiáng)，多達(dá)90以上，工業(yè)鍋爐的熱效率多在60～80之間。

火力發(fā)電廠燃用的煤通常稱為動(dòng)力煤，其分類方法主要是依據(jù)煤的干燥無灰基揮發(fā)分進(jìn)行分類。

煤粉爐燃燒用的煤粉是由磨煤機(jī)將煤炭磨成的不規(guī)則的細(xì)小煤炭顆粒，其顆粒平均在0.05~0.01mm，其中20~50μm（微米）以下的顆粒占絕大多數(shù)。由于煤粉顆粒很小，表面很大，故能吸附大量的空氣，且具有一般固體所未有的性質(zhì)——流動(dòng)性。煤粉的粒度越小，含濕量越小，其流動(dòng)性也越好，但煤粉的顆粒過于細(xì)小或過于干燥，則會(huì)產(chǎn)生煤粉自流現(xiàn)象，使給煤機(jī)工作特性不穩(wěn)，給鍋爐運(yùn)行的調(diào)整操作造成困難。另外煤粉與氧氣接觸而氧化，在一定條件下可能發(fā)生煤粉自燃。在制粉系統(tǒng)中，煤粉是由氣體來輸送的，氣體和煤粉的混合物一遇到火花就會(huì)使火源擴(kuò)大而產(chǎn)生較大壓力，從而造成煤粉的爆炸。

鍋爐燃用的煤粉細(xì)度應(yīng)由以下條件確定：燃燒方面希望煤粉磨得細(xì)些，這樣可以適當(dāng)減少送風(fēng)量，使 損失降低；從制粉系統(tǒng)方面希望煤粉磨得粗些，從而降低磨煤電耗和金屬消耗。所以在選擇煤粉細(xì)度時(shí)，應(yīng)使上述各項(xiàng)損失之和最小?？倱p失蟬聯(lián)小的煤粉細(xì)度稱為“經(jīng)濟(jì)細(xì)度”。由此可見，對揮發(fā)分較高且易燃的煤種，或?qū)τ谀ブ泼悍垲w粒比較均勻的制粉設(shè)備，以及某些強(qiáng)化燃燒的鍋爐，煤粉細(xì)度可適當(dāng)大些，以節(jié)省磨煤能耗。由于各種煤的軟硬程度不同，其抗磨能力也不同，因此每種煤的經(jīng)濟(jì)細(xì)度也不同。

由煤粉制備系統(tǒng)制成的煤粉經(jīng)煤粉燃燒器進(jìn)入爐內(nèi)。燃燒器是煤粉爐的主要燃燒設(shè)備。燃燒器的作用有三：一是保證煤粉氣流噴入爐膛后迅速著火；二是使一、二次風(fēng)能夠強(qiáng)烈混合以保證煤粉充分燃燒；三是讓火焰充滿爐膛而減少死滯區(qū)。煤粉氣流經(jīng)燃燒器進(jìn)入爐膛后，便開始了煤的燃燒過程。燃燒過程的三個(gè)階段與其它爐型大體相同。所不同的是，這種爐型燃燒前的準(zhǔn)備階段和燃燒階段時(shí)間很短，而燃盡階段時(shí)間相對很長。

電廠煤粉爐對煤種的適用范圍較廣，它既可以設(shè)計(jì)成燃用高揮發(fā)分的褐煤，也可設(shè)計(jì)成燃用低揮發(fā)分的無煙煤。但對一臺(tái)已安裝使用的鍋爐來講，不可能燃用各種揮發(fā)分的煤炭，因?yàn)樗艿絿娙计餍褪胶蜖t膛結(jié)構(gòu)的限制。發(fā)電用煤質(zhì)量指標(biāo)有：

①揮發(fā)分。是判明煤炭著火特性的首要指標(biāo)。揮發(fā)分含量越高，著火越容易。根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)要求，供煤揮發(fā)分的值變化不宜太大，否則會(huì)影響鍋爐的正常運(yùn)行。如原設(shè)計(jì)燃用低揮發(fā)分的煤而改燒高揮發(fā)分的煤后，因火焰中心逼近噴燃器出口，可能因燒壞噴燃器而停爐；若原設(shè)計(jì)燃用高揮發(fā)分的煤種而改燒低揮發(fā)分的煤，則會(huì)因著火過遲使燃燒不完全，甚至造成熄火事故。因此供煤時(shí)要盡量按原設(shè)計(jì)的揮發(fā)分煤種或相近的煤種供應(yīng)。②灰分?；曳趾繒?huì)使火焰?zhèn)鞑ニ俣认陆?，著火時(shí)間推遲，燃燒不穩(wěn)定，爐溫下降。③水分。水分是燃燒過程中的有害物質(zhì)之一，它在燃燒過程中吸收大量的熱，對燃燒的影響比灰分大得多。④發(fā)熱量。為的發(fā)熱量是鍋爐設(shè)計(jì)的一個(gè)重要依據(jù)。由于電廠煤粉對煤種適應(yīng)性較強(qiáng)，因此只要煤的發(fā)熱量與鍋爐設(shè)計(jì)要求大體相符即可。⑤灰熔點(diǎn)。由于煤粉爐爐膛火焰中心溫度多在1500℃以上，在這樣高溫下，煤灰大多呈軟化或流體狀態(tài)。⑥煤的硫分。硫是煤中有害雜質(zhì)，雖對燃燒本身沒有影響，但它的含量太高，對設(shè)備的腐蝕和環(huán)境的污染都相當(dāng)嚴(yán)重。因此，電廠燃用煤的硫分不能太高，一般要求最高不能超過2.5。

火力發(fā)電廠的主要生產(chǎn)系統(tǒng)包括汽水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，現(xiàn)分述如下：

火力發(fā)電廠的汽水系統(tǒng)是由鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器、高低壓加熱器、凝結(jié)水泵和給水泵等組成，他包括汽水循環(huán)、化學(xué)水處理和冷卻系統(tǒng)等。

水在鍋爐中被加熱成蒸汽，經(jīng)過熱器進(jìn)一步加熱后變成過熱的蒸汽，再通過主蒸汽管道進(jìn)入汽輪機(jī)。由于蒸汽不斷膨脹，高速流動(dòng)的蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。

為了進(jìn)一步提高其熱效率，一般都從汽輪機(jī)的某些中間級后抽出作過功的部分蒸汽，用以加熱給水。在現(xiàn)代大型汽輪機(jī)組中都采用這種給水回?zé)嵫h(huán)。此外，在超高壓機(jī)組中還采用再熱循環(huán)，既把作過一段功的蒸汽從汽輪機(jī)的高壓缸的出口將作過功的蒸汽全部抽出，送到鍋爐的再熱器中加熱后再引入氣輪機(jī)的中壓缸繼續(xù)膨脹作功，從中壓缸送出的蒸汽，再送入低壓缸繼續(xù)作功。在蒸汽不斷作功的過程中，蒸汽壓力和溫度不斷降低，最后排入凝汽器并被冷卻水冷卻，凝結(jié)成水。凝結(jié)水集中在凝汽器下部由凝結(jié)水泵打至低壓加熱再經(jīng)過除氧器除氧，給水泵將預(yù)加熱除氧后的水送至高壓加熱器，經(jīng)過加熱后的熱水打入鍋爐，再過熱器中把水已經(jīng)加熱到過熱的蒸汽，送至汽輪機(jī)作功，這樣周而復(fù)始不斷的作功。

在汽水系統(tǒng)中的蒸汽和凝結(jié)水，由于疏通管道很多并且還要經(jīng)過許多的閥門設(shè)備，這樣就難免產(chǎn)生跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都會(huì)或多或少地造成水的損失，因此我們必須不斷的向系統(tǒng)中補(bǔ)充經(jīng)過化學(xué)處理過的軟化水，這些補(bǔ)給水一般都補(bǔ)入除氧器中。

燃燒系統(tǒng)是由輸煤、磨煤、粗細(xì)分離、排粉、給粉、鍋爐、除塵、脫硫等組成。是由皮帶輸送機(jī)從煤場，通過電磁鐵、碎煤機(jī)然后送到煤倉間的煤斗內(nèi)，再經(jīng)過給煤機(jī)進(jìn)入磨煤機(jī)進(jìn)行磨粉，磨好的煤粉通過空氣預(yù)熱器來的熱風(fēng)，將煤粉打至粗細(xì)分離器，粗細(xì)分離器將合格的煤粉（不合格的煤粉送回磨煤機(jī)），經(jīng)過排粉機(jī)送至粉倉，給粉機(jī)將煤粉打入噴燃器送到鍋爐進(jìn)行燃燒。而煙氣經(jīng)過電除塵脫出粉塵再將煙氣送至脫硫裝置，通過石漿噴淋脫出流的氣體經(jīng)過吸風(fēng)機(jī)送到煙筒排入天空。

發(fā)電系統(tǒng)是由副勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁盤、主勵(lì)磁機(jī)（備用勵(lì)磁機(jī)）、發(fā)電機(jī)、變壓器、高壓斷路器、升壓站、配電裝置等組成。發(fā)電是由副勵(lì)磁機(jī)（永磁機(jī)）發(fā)出高頻電流，副勵(lì)磁機(jī)發(fā)出的電流經(jīng)過勵(lì)磁盤整流，再送到主勵(lì)磁機(jī)，主勵(lì)磁機(jī)發(fā)出電后經(jīng)過調(diào)壓器以及滅磁開關(guān)經(jīng)過碳刷送到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過旋轉(zhuǎn)其定子線圈便感應(yīng)出電流，強(qiáng)大的電流通過發(fā)電機(jī)出線分兩路，一路送至廠用電變壓器，另一路則送到SF6高壓斷路器，由SF6高壓斷路器送至電網(wǎng)。