燃煤火力发电厂
第一节、锅炉机组的基本工作原理
一、火力发电厂的三大设备：锅炉、汽轮机、发电机。 二、火力发电厂的能量转换过程
燃料的化学能转变为热能和机械能，然后通过交流发动机转变为电能
第二节、锅炉机组的系统及组成部件 一、燃煤锅炉的组成部件
⏹ 锅炉机组由锅炉本体设备和辅机设备组成。 ⏹ 本体设备包括：
⏹ 炉（燃烧系统）：炉膛、烟道、燃烧器、空气预热器；
⏹ 锅（汽水系统）省煤器、汽包、下降管、水冷壁、汽水分离器、过热器、再热器等。 ⏹ 辅机设备包括：给煤机、磨煤机、送风机、吸风机、给水泵、吹灰器、碎渣机、除
尘器、灰浆泵等。 锅炉辅助系统：
输煤、制粉、送引风、给水、除灰除尘、排污、控制测量、烟气脱硫脱硝8大系统。
二、锅炉的工作过程及设备组成 1、输煤系统
⏹ 铁路或公路
⏹ 卸煤设备是将煤从车厢中卸出的设备。对其要求是卸煤的速度要快，要彻底干净且
不损伤车厢。目前我国常用的有螺旋卸车机、翻车机、自卸式底开车厢等几种方式。
1、螺旋卸车机：(1)桥式螺旋卸车机 (2)门式螺旋卸车机 2、翻车机： (1)转子式翻车机 （2）侧倾式翻车机 3、自卸式底开车厢
2、制粉系统
发电厂使用的磨煤机大致分为以下三种。
1、低速磨煤机：转动速度为15～25r/min，目前常用的是双进双出的钢球筒式磨煤机、单进单出的钢球筒式磨煤机。
2、中速磨煤机：转动速度为50～300r/min，目前常用的是MPS中速磨煤机、RP（或HP）中速磨煤机、MBF中速磨煤机。
3、高速磨煤机：工作转速高达750～1500r/min，目前常用的是风扇式磨煤机。
中速磨煤机正压直吹式制粉系统
风扇磨煤机三介质（热风、高温炉烟、低温炉烟）干燥直吹式制粉系统
3、送引风与燃烧系统：
⏹ 炉膛
1、结构：全悬吊结构；高、宽、深；平炉顶、斜炉顶；全钢结构；平衡通风；负压；岛式；半露天、全封闭；
⏹ 直流式煤粉燃烧器
直流燃烧器通常由一列矩形或圆形喷口组成。煤粉气流和热空气从喷口射出后，形成直流射流。直流射流的主要特点是沿流动方向的速度衰减比较慢，具有比较稳定射流核心区，且一次风和二次风的后期混合比较强。通常将燃烧器布置在炉膛四角，称为四角切圆布置方式
直流式燃烧器的布置方式
1、均等配风直流式燃烧器
适用于燃烧容易着火的煤，如烟煤、褐煤等。这类燃烧器的一、二次风喷口通常交替间隔排列，相邻两个喷口的中心间距较小，称为均等配风直流燃烧器。 2、一次风集中布置的分级配风直流式燃烧器
劣质烟煤。
⏹ 特点：几个一次风喷口集中布置在一起，一、二次风喷口中心间距较大，如图所示。
由于一次风中携带的煤粉着火比较困难，一、二次风的混合过早，会使火焰温度降低，引起着火不稳定。为了维持煤粉火焰的稳定着火，希望推迟煤粉气流与二次风的混合，所以将二次风分为先后两批送入着火后的煤粉气流中。
旋流式燃烧器
旋流式燃烧器由圆形喷口组成，燃烧器中装有各种型式的旋流发生器（简称旋流器）。煤粉气流或热空气通过旋流器时，发生旋转，具有切向、轴向、径向三个方向的速度，从喷口射出后即形成旋转射流。利用旋转射流，能形成有利于着火的高温烟气回流区，并使气流强烈混合。
⏹ 煤粉气流经过蜗壳式旋流器后形成旋转气流，射出喷口后在气流中心形成回流区，
这个回流区叫内回流区。
⏹ 旋流燃烧器通常布置在锅炉的前墙布置，或者前后墙、左右墙双侧对冲布置。 旋流燃烧器的布置方式：
a)前墙布置 (b)两面墙布置 (c)半开炉膛对冲 (d)炉底布置（e）炉顶布置 (b-1) 两面墙交错布置 (b) 两面墙对冲布置
空气预热器
⏹ 空气预热器特点：
1、吸收烟气热量，降低排烟温度，提高锅炉效率；
2、预热空气改善了燃料的着火条件，强化燃烧，减少了不完全燃烧损失； 3、提高了炉膛温度，强化辐射传热； 4、预热空气干燥了煤粉；
⏹ 尾部受热面布置：
可以单级或双级布置，300MW以上机组采用回转式空气预热器单级布置。
⏹ 存在低温腐蚀、积灰、磨损等问题；
送引风系统
4、汽水系统
器
水冷壁
类型与结构： 辐射式受热面 1、光管式水冷壁 2、刺管式水冷壁 3、鳍片管（膜式）水冷壁
过热器与再热器
一、作用与工作特点
1、过热器的作用：将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽，提高电厂的循环热效率。 2、再热器的作用：将汽轮机高压缸的排汽再一次加热，然后再送到中、低压缸膨胀做功，提高汽轮机末几级干度和电厂的循环热效率。
3、过热器和再热器的工作特点：吸热多，可占总吸热量的50%；面积大。
二、结构型式：
按传热方式过热器与再热器可以分为：对流式、辐射式、半辐射式三类。 1、对流式过热器和再热器
⏹ 蛇形管组组成；
⏹ 立式；吊挂方便，积灰较少，应用广泛，但停炉后管内积水难以排除 ⏹ 卧式；易于疏水，但支吊较复杂，常采用管子吊挂的方式
汽 包
省煤器
省煤器特点：
1、省煤器吸收尾部烟道中低温烟气的热量，降低锅炉的排烟温度，提高了锅炉热效率，节省燃料。
2、省煤器的采用提高了进入锅筒的水温，减少了锅筒壁与给水之间的温度差，从而使锅筒热应力降低，提高了锅筒的寿命。
给水系统
5、排渣除灰过程：
⏹ 燃烧产生的大块熔渣（约占总灰量的10～20%），经水冷壁冷却形成固态渣由炉底
排放 →经碎渣机破碎；
⏹ 烟气中携带的细灰粒（约占总灰量的80～90%），经除尘器将细灰从烟气中分离出
来，由除灰系统送往灰场；
⏹ 锅炉运行中沉积到受热面上的细灰由吹灰器清除进入除灰系统。
6、烟气排放系统
⏹ 燃烧产生的烟气由锅炉尾部的空气预热器出口排出后，经过除尘器，将烟气中的大
部分细灰分离出来，排往除灰系统，以防止粉尘粒子对大气产生污染；
⏹ 分离出来的气体经过吸风机排往烟囱。为了减少SO3 、SO2等有害气体对大气的
污染，现代锅炉还设有烟气脱硫脱氮装置。
7、除尘器
(1)电除尘器
⏹ 不均匀电场产生电离，电晕区。
(2)布袋除尘器
8、脱硫系统
⏹ 石灰石湿法烟气脱硫（FGD）
⏹
汽轮机结构及系统
主要内容：
一、汽轮机在国民经济中的地位
二、汽轮机的主要类型
三、汽轮机型号的表示方法
四、汽轮机设备的组成
⏹ 汽轮机是以蒸汽为工质的旋转式机械，主要用作发电原动机，也用来直接驱动各种
泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。
汽轮机：以水蒸汽为工质，将热能转变为机械能的高速旋转式原动机。
⏹ 优点：
1 . 单机功率大
2 . 效率高
3 . 运转平稳
4 . 单机功率制造成本低
5 . 使用寿命长
⏹ 汽轮发电机组：汽轮机与发电机的组合。
⏹ 单元机组：锅炉+汽轮机+发电机
⏹ 汽轮机组：汽轮机及其附属设备的总称。
⏹ 发电比例：全世界，各种发电总量的80%是由汽轮机带动发电机产生的。
⏹ 此外：汽轮机还用于带动泵、风机、压气机、船舶螺旋桨等。
二、汽轮机的主要类型
1、按工作原理分类
（1）冲动式汽轮机
各级按照冲动原理设计。蒸汽主要在喷嘴中膨胀或在动叶中只有少量膨胀的汽轮机。
（2）反动式汽轮机
各级按冲动和反动原理设计。蒸汽在喷嘴中膨胀程度与在动叶中膨胀的程度相等的汽轮机。调节级采用冲动级，其它级均为反动级。
2、按热力特性分类
（1）凝汽式汽轮机
汽轮机排汽排入凝汽器的汽轮机。
（2）调整抽汽凝汽式汽轮机
汽轮机除作为驱动用处外，还利用抽汽供给工业或采暖或同时供给二者的抽汽。抽汽压力在一定范围内可以进行调节。
（3）背压式汽轮机
汽轮机排汽在高于大气压力下排出，排汽可供给工业或采暖热负荷的用汽。
（4）抽汽背压式汽轮机
利用抽汽供给工业用汽，汽轮机排汽在高于大气压力下排出，排汽供采暖或其它热负荷用汽。抽汽压力在一定范围内可以进行调节。
3、按主蒸汽压力分类
4、按应用范围分类
（1）发电用汽轮机
区域发电厂、工业自备电厂带动发电机发电的汽轮机，要求转速基本恒定。
（2）驱动用工业汽轮机
用于化学、石油等企业中带动给水泵、离心式压缩机、鼓风机等的汽轮机，要求变动转速以适应从动机械变负荷的要求。
5、按结构特点分类
（1）单级汽轮机
由一个冲动级或一个双列级组成的汽轮机。
2）多级汽轮机
由多个级通过串联或并联布置组成的汽轮机。应用比较广泛。
三、汽轮机型号的表示方法
Δ 型式
额定功
率 例如：N300-16.7/538/538
额定功率为300MW的凝汽式汽轮机，主蒸汽压力为16.7MPa，温度为538ºC，再热蒸汽温度538ºC。
四、汽轮机设备的组成
（一）汽轮机本体
包括：汽轮机转动部分和静止部分 变型设计次蒸汽参数 序
（二）调节保安和油系统
包括：自动主汽门、调节汽门、调速器、调速传动机构、主油泵、油箱、安全保护系统等
（三）汽轮机热力系统及设备：主蒸汽系统、再热蒸汽系统、凝结水系统、给水回热系统、给水除氧系统等，热力设备有凝汽器、抽气设备、高低压加热器、给水泵、凝结水泵、循环水泵、疏水泵等。
（一）汽轮机本体
汽轮机本体是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。 汽轮机本体由转动部分（转子）和固定部分（静子）组成。
（1）转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。
（2）固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。
（3）固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。
（4）汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。
1、汽轮机的级：由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成的工作单元。
2、汽轮机的工作原理：在喷嘴通道内，蒸汽膨胀压力降低，温度降低，汽流速度加快，可见蒸汽从喷嘴的进口到出口实现了由热能向动能的转换。高速流动的蒸汽由喷嘴出口进入动叶，给予动叶以冲动力，通常汽流在动叶槽道中继续膨胀，并转变方向，当汽流离开动叶槽道时，它给叶片以反动力，这两个力的合力，推动动叶带动叶轮和轴旋转，做出机械功。
3、汽轮机级的分类：对轴流式汽轮机来说，所采用的轴流级按照级内蒸汽能量转换的特点，可分为纯冲动级、冲动级、反动级和复速级等几种。
4、隔板和喷嘴
⏹ 汽轮机中隔板的作用是将汽轮机各级隔离开来，并固定喷嘴和阻止各级间的漏汽。 ⏹ 隔板是由隔板外缘、喷嘴和隔板体构成的圆形板状组合体。隔板按照制造方法的不
同可以分为铸造隔板、焊接隔板和组合隔板三种。目前大型汽轮机普遍采用焊接隔板。焊接隔板是将预先加工好的喷嘴叶栅焊接在隔板体和外缘之间制成。隔板通常做成水平对分形式，汽轮机的主轴穿过其内圆孔。
⏹ 喷嘴的作用是对蒸汽进行加速，将热能转变为动能。
5、动 叶
⏹ 汽轮机动叶是固定在叶轮上的。动叶是完成将蒸汽动能转变为机械能的重要部件。 ⏹ 按照动叶横截面积沿叶高的变化规律，将动叶分为等截面叶片和变截面叶片。等截
面叶片的截面积沿叶高是不变的，变截面叶片的截面积沿叶高按照一定的规律减小，即叶片绕各截面形心连续发生扭转，通常又称为扭曲叶片。
7、汽 缸
⏹ 汽缸是汽轮机的外壳。按照承受压力的不同,可以分为高压缸、中压缸和低压缸。汽
缸内部装有隔板、喷嘴等部件。汽缸都为上下两部分对分形式，用螺栓将上下两部分连接起来。汽轮机转子穿过汽缸，转子上装有叶轮、动叶。每列喷嘴后面都对应一列动叶。
⏹ 汽轮机高压缸是承受蒸汽温度、压力最高的部分。一般对参数在12.75MPa、 535℃
及以上的汽轮机，都将高压缸做成内、外两层汽缸。
8、联轴器
⏹ 联轴器也叫靠背轮或对轮。它的作用是连接汽轮机各转子以及汽轮机转子与发电机
转子，借以将蒸汽作用在汽轮机转子上的扭矩传递给发电机转子，使发电机转子旋转，从而产生电能。
⏹ 汽轮发电机组中，常用的联轴器有刚性联轴器和半挠性联轴器。这里，主要介绍刚
性联轴器。
10、推力轴承
⏹ 推力轴承是用来承受转子的轴向推力，并确定转子的轴向位置，从而保证动静件之
间的轴向间隙在允许范围内。
⏹ 大型汽轮机通常都采用高中压缸反向布置以及低压缸分流等措施，但由于高中压缸
的轴向推力不可能做到完全平衡，故其轴向推力仍具有较大的数值。
⏹ 例如国产200MW汽轮机额定工况下的轴向推力为13.25吨，300MW汽轮机为14
吨，而且运行工况变化时还可能出现更大的瞬时轴向推力或反向推力。所以，推力轴承的工作是十分重要的。
11、轴向推力的组成及平衡
（1）汽轮机的轴向推力组成：
１、作用在叶片上的轴向推力
２、作用在叶轮面上或轮鼓锥形面上
的轴向推力
３、作用在转子阶梯上的轴向推力
4 、作用在轴封突肩上的轴向推力
二）汽轮机调节系统
⏹ 由于交流电能不能大量储存，因此发电厂必须根据外界负荷及时地生产相应数量的
电能。
⏹ 在火电厂中，汽轮发电机组的工作是由蒸汽在汽轮机转子上产生的作用力矩和发电
机转子受到负载的反动力矩之间的平衡关系所决定的。当这两个力矩相等时，汽轮发电机组在一定的转速下稳定运转。我国电网频率为50Hz，相应的汽轮机额定转速就是3000r/min。
⏹ 但外界用户的用电情况总是经常不断地变化，因此发电机的负载力矩随外界用户的
变化也在不断地变化，如果汽轮机蒸汽力矩不能随着相应地变化，机组的稳定运转就遭到破坏，从而导致汽轮机转速的变化，转速的变化意味着供电频率的变化。
1、调节系统的任务
为了保证供电质量，确保机组安全运行，汽轮机必须装有调节系统。其基本任务是：在外界负荷变化时，及时地调节汽轮机功率，以满足用户用电量变化的需要，同时保证汽轮发电机组的工作转速在正常允许变化范围内。
2、最简单的调节系统-直接调节
3、间接调节
三）汽轮机热力系统及设备：
1、凝汽系统及设备
2）凝结水泵：由于凝汽器热井内处于真空状态，水不会自动流出来。凝结水泵的作用就是将热井内的凝结水抽吸出来，经过低压加热器加热后送到除氧器。
（3）抽气器或水环式真空泵
维持凝汽器的真空，抽出不凝结气体，如氧气、氮气等。
（4）循环水泵：将冷却循环水供给凝汽器，冷却凝结汽轮机低压缸蒸汽。循环水可采用地下水、井水、江河水或海水等。
（5）冷却塔：将冷却循环水送至冷却塔降温冷却
2、主蒸汽系统：吹动汽轮机旋转，带动发电机做功，是发电厂主要的做功工质通过的系统。
3、再热蒸汽系统：辅助主蒸汽系统做功，提高机组热效率。
4、回热抽汽系统：尽量减少进入凝汽器的无用能量，提高机组热效率。
5、旁路系统：协助调解机组参数；回收工质，降低噪音；保护再热器。
6、给水系统：提供给锅炉给水的管道及设备。
1、低压加热器：低压加热器的作用是利用在汽轮机内做过部分功的蒸汽，抽至加热器内部
加热由凝结水泵来的凝结水。低压加热器通常都采用表面式加热器，即抽汽与凝结水不直
接接触，凝结水在管内流动，抽汽在管外流动。这种低压加热器的结构比较简单，运行可靠性高。
⏹ 由于加热器内部水侧压力近似为凝结水泵出口的压力，压力较低，故将其称为低压
加热器。
2、除氧器
⏹ 当水与空气或某种气体混合物接触时，就会有部分气体溶解在水中。由于凝汽器、
部分低压加热器处于真空状态下工作，凝结水和锅炉补充水中
也不可避免地溶入部分气体。电厂热力设备发生腐蚀的主要原因是水中溶解有活性游离气体，这些游离气体中主要是氧气。氧气在高温条件下可以直接和钢铁产生化学反应，腐蚀设备，降低机组安全性，另外在热交换器中如有气体聚集，将会使传热恶化，降低机组的经济性。
⏹ 为保证发电厂安全、经济运行，必须将锅炉给水的含氧量控制在允许的范围内，特
别是高参数大容量的锅炉对给水品质的要求更高。为此，除氧器的任务是，及时除去锅炉给水中溶解的氧气和其它气体，以防止腐蚀热力设备和影响传热。由于除氧器清除的主要对象是氧气，所以习惯上将给水除气设备称为除氧器。
2、给水泵
⏹ 在火电厂各类水泵中，给水泵是最重要的一种水泵，它的作用是向锅炉连续供给具
有足够压力、流量和相当温度的给水。
3、高压加热器
⏹ 由给水泵出来的给水，压力已经比较高。例如，对于国产200MW机组，其给水泵
出口额定工作压力为17.65MPa；对于300MW机组，其给水泵出口额定工作压力约为22.74MPa。此时，加热器中水侧承受的是给水泵出口的压力，故将位于给水泵与锅炉之间的加热器称为高压加热器。
⏹ 高压加热器的结构特征及工作原理与低压加热器基本相同，只是在强度上要求较
高。经过若干个高压加热器的加热后，对于300MW机组，锅炉给水温度已经达到279℃左右，即可以送入锅炉省煤器，再依次经过汽包、水冷壁、过热器后又变成蒸汽，继续进入汽轮机进行作功，完成热力循环。