火力发电厂培训教材
4×60MW母管制火力发电机组
培
训
教
材
设
备
原
理
篇
编写: 徐伟
2005年7月10日
目录
绪论 (10)
发电厂的生产过程简介 (10)
一、火力发电厂主要设备及其作用 (11)
二、火力发电厂主要生产过程 (12)
单元一系统分析 (16)
课题一锅炉设备及系统 (16)
一、锅炉本体部分介绍 (17)
1.锅炉的结构特点 (17)
2.锅炉的技术规范 (17)
2.1主要参数 (17)
2.2锅炉主要承压部件及受热面 (18)
2.3锅炉安全门 (20)
二、锅炉汽水系统 (21)
1、汽水系统的组成 (21)
2、汽水系统及设备的特点和主要技术参数 (21)
1.汽包 (21)
2.水冷壁（上升管） (22)
3.省煤器 (22)
4.过热器 (23)
5.汽水系统的工作流程 (24)
三、锅炉燃烧系统 (25)
(一)燃烧系统的组成 (25)
(二)燃烧系统各设备的特点和主要技术参数 (27)
1.煤粉燃烧器 (27)
2.弯头式水平浓淡燃烧器的工作原理 (29)
(三)燃烧的调整 (29)
1.燃烧调节的任务 (29)
2.燃料量与风量的调整 (30)
3.燃烧器配风工况的调整 (30)
4.锅炉运行调整的主要任务： (30)
5.锅炉水位的调整 (31)
6.汽压和汽温的调整 (32)
7.锅炉燃烧的调整 (33)
四、锅炉风烟系统 (34)
(一)风烟系统的作用及流程 (34)
1.作用 (34)
2.流程 (34)
(二)风烟系统设备及运行 (35)
五、锅炉制粉系统 (39)
(一)制粉系统组成 (39)
(二)制粉系统各设备的特点和主要技术参数 (39)
1.磨煤机 (39)
2.给煤机 (40)
3.粗粉分离器 (41)
4.细粉分离器 (41)
5.给粉机 (41)
6.排粉机 (42)
7.输粉机 (43)
8.锁气器 (44)
9.煤粉管道及其附件 (44)
10.防爆门 (44)
(三)中间储仓式制粉系统的工作原理 (44)
(四)中间储仓式制粉系统的出力调整 (45)
六、锅炉辅助系统 (45)
1.锅炉疏水系统 (45)
2.锅炉排污系统 (45)
3.锅炉点火系统 (46)
4.锅炉灰渣系统 (46)
5.锅炉除尘系统——电除尘器 (48)
6.LD浓相气力输送泵 (51)
7.烟囱 (52)
8.压缩空气系统 (53)
9.工业冷却水系统 (54)
课题二汽轮机设备及系统 (55)
一、汽轮机本体介绍 (55)
1.汽轮机基本概念 (55)
1.1汽轮机基本工作原理 (55)
1.1.1冲动作用原理 (56)
1.1.2反动作用原理 (56)
1.2汽轮机的级及反动度 (56)
1.2.1汽轮机的级 (56)
1.2.2级的反动度 (57)
1.C60—8.83/0.981型抽汽式汽轮机技术规范 (57)
2.抽汽机组回热抽汽参数(额定工况) (59)
3.N60—8.83型冷凝式机组技术规范 (59)
4.凝汽机组回热抽汽参数(额定工况) (60)
5.调节保安系统的主要技术规范 (60)
5.1 抽汽式机组调节保安系统的主要技术规范 (60)
6.抽汽式、冷凝式汽轮机辅机技术规范 (62)
6.1 凝汽器技术规范 (62)
6.2 汽封加热器技术规范 (62)
6.3 空气冷却器技术规范 (63)
6.4 冷油器设备规范 (63)
6.5 主油箱设备规范 (63)
6.6 各油泵和排烟风机设备规范 (63)
6.7 泵类设备规范 (64)
6.8 盘车装置规范 (64)
6.9 轴加风机规范： (65)
二、汽轮机结构及系统的说明 (65)
1. C60—8.83/0.981型抽汽式汽轮机概述 (65)
1.1转子、联轴器 (66)
1.2喷嘴、隔板、隔板套、叶片 (66)
1.3汽封 (67)
1.4轴承 (67)
1.5前轴承座 (67)
1.6汽缸 (67)
1.7盘车设备 (68)
1.8自动主汽门 (68)
1.9调节汽门与凸轮配汽机构 (69)
2.热力系统 (69)
2.1主热力系统流程 (69)
2.2汽封系统 (69)
2.3法兰螺栓加热系统 (70)
2.4 疏水系统 (70)
2.5局部冷却系统 (70)
3. N60—8.83型冷凝式汽轮机概述 (71)
3.1 N60—8.83型冷凝式汽轮机结构概述及系统的一般说明 (71)
3.2 转子 (71)
3.2 喷嘴组、隔板、隔板套 (72)
3.3 汽缸 (72)
3.4 调节汽阀与凸轮配汽机构 (73)
3.5热力系统 (73)
3.5.1主热力系统流程 (73)
3.5.2 回热抽汽系统 (73)
4.调速保安系统概述 (74)
4.1 调速系统的工作原理和系统介绍 (74)
4.1.1 基本原理 (74)
5. 提高自动化水平功能 (79)
6. 调速保安系统 (79)
6.1 超速保护装置 (79)
6.2 危急遮断装置 (80)
6.3 电磁保护装置 (80)
6.4 调节汽阀危急遮断装置——单向阀 (80)
7. 汽轮机组联锁保护 (81)
7.1 汽轮机的保护 (81)
7.1.1机械液压保护装置 (81)
7.1.2 汽轮机主保护——自动停机的条件 (81)
7.1.3 汽轮机低油压联锁及低油压保护 (82)
7.1.4 抽汽逆止门联锁保护 (82)
7.1.5 高压加热器联锁保护 (82)
7.1.8 其它附属动力设备联锁保护 (83)
一、汽轮机油系统 (83)
1.供油系统的作用: (83)
2.油系统的辅助部件 (85)
二、给水回热系统 (85)
1.给水回热系统的工作原理 (85)
2.给水回热系统的布置 (85)
3.回热系统各设备的结构特点和主要技术参数 (86)
3.1低压加热器 (86)
3.1.1结构及参数 (86)
3.1低压加热器运行维护注意事项 (86)
3.2高压加热器 (88)
4.1 给水系统 (89)
4.1.1 给水泵的作用、结构 (89)
4.1.2 给水泵主要技术参数 (90)
4.1.3 给水系统相关保护 (91)
4.1.3.1高压给水母管低水压联锁 (91)
4.1.3.2 给水泵跳闸联锁： (91)
4.1.3.3 给水泵保护联锁： (91)
3.1.3.4给水泵低油压联锁 (92)
4.1.4热工方面保护 (92)
4.2除氧器系统 (92)
4.2.1 给水除氧的意义 (93)
4.2.2我厂化学监督规定，正常运行时水质控制标准如下表： (93)
4.2.2.1正常运行时控制标准 (93)
4.2.2.2停、备用机组启动时水汽质量标准 (94)
4.2.3 除氧方法和原理 (95)
4.2.3.1热力除氧 (96)
3.2.3.2化学除氧 (97)
4.2.4 除氧器的作用 (98)
4.2.3.2除氧器相关保护 (98)
(四)轴封系统 (99)
1.轴封系统的作用和组成 (99)
2.汽封的工作原理 (99)
(五)汽封的结构 (100)
(六)轴封系统的特点和主要参数 (100)
(七)凝汽设备及凝结水系统 (101)
1.凝汽设备的作用及组成 (101)
1.1 凝汽器 (101)
1.1.1凝汽器的作用 (101)
1.1.2凝汽器的基本构造. (101)
1.1.3凝汽器的工作过程 (102)
1.2抽汽系统——水环真空泵 (102)
1.2.1抽汽系统的任务： (102)
1.2.2水环式真空泵系统组成 (102)
1.2.2工作过程 (103)
1.2.3 水环式真空泵的工作原理 (103)
1.3凝结水系统的各子系统 (104)
1.4凝结水系统调节与保护 (104)
(八)主蒸汽系统 (105)
课题三电气设备及系统 (106)
一、电力系统概述 (106)
1.发电厂、变电站及电力系统 (106)
2.电力系统与电力网 (106)
3.电力生产的特点 (107)
4. 电力系统的运行要求 (107)
5. 电力安全生产 (107)
6. 变电站 (108)
7.发电厂、变电站电气设备概述 (109)
7.1 主要电气设备 (109)
7.2二次设备 (111)
二、电气接线和装置 (111)
1. 电气接线 (112)
2. 配电装置 (112)
3.电气设备的主要参数 (112)
4.电力网和用电设备的额定电压 (113)
(一)发电机的结构特点 (116)
1. 发电机概述 (116)
1.1发电机规范 (116)
1.2 发电机永磁机规范 (117)
1.3 发电机交流励磁机规范 (117)
2. 发电机结构 (118)
2.1 定子 (118)
(二)变压器 (119)
1.变压器的结构特点 (119)
1.1 主变、高备变、高厂变设备技术规范 (120)
1.2 各厂用变设备规范 (120)
2. 变压器的作用及基本原理 (121)
2.1 作用 (121)
2.2 变压器的基本原理： (121)
2.3 变压器分类 (122)
2.4 变压器的基本结构 (122)
2.4.1铁芯 (122)
2.4.2 绕组 (122)
2.4.3 油箱及变压器油 (123)
2.4.4 其他附件 (123)
2.4.4.1 油枕(储油柜) (123)
2.4.4.2 气体继电器 (123)
2.4.4.3安全气道——压力释放阀（防爆门） (124)
2.4.4.4 绝缘套管 (124)
2.4.4.5温差滤过器——净油器 (124)
2.4.4.6 调压装置—无励磁调压分接开关 (124)
2.4.5 变压器的铭牌数据 (124)
2.4.5.1 型号 (124)
2.4.5.2 变压器的主要技术规范 (125)
三、电气主接线系统 (126)
1、电气主接线的基本要求： (126)
2、电气主接线的作用及基本类型 (127)
2.1主接线的作用 (127)
2.2主接线的基本类型 (127)
3、本机组主接线系统及厂用电系统概述 (128)
1. 110KV系统 (128)
2. 10KV系统 (128)
3. 6KV系统 (129)
4. 400V系统 (129)
4.3 化水系统 (129)
4.4 除尘系统 (129)
4.5 输煤系统 (130)
4.6 除灰系统 (130)
四、发电机励磁系统 (130)
五、发电机同期系统 (134)
㈠同期系统的作用 (134)
(二) 同期系统的工作原理 (135)
1、合闸部分 (135)
2、调频部分 (136)
3、调压部分 (136)
4、电源部分 (137)
六、电力系统其他知识介绍 (137)
1.电力系统中性点 (137)
2.电力系统短路及计算 (137)
3.开关电器 (138)
4.母线、绝缘子、电力电缆 (139)
5.配电装置 (140)
6.保护接地 (140)
7.过电压及过电压保护设备 (141)
8.操作电源 (142)
9.测量监察回路 (143)
10.控制回路 (144)
11.信号回路 (144)
12.同期回路 (145)
13.二次回路接线图 (146)
课题四仿真机系统原理简介 (147)
四、4×60MW母管全范围仿真系统总体原则 (151)
五、本仿真机的总体目标 (151)
六、本仿真机仿真对象概况 (152)
1.电气系统 (152)
2.锅炉系统 (153)
3.汽机系统 (153)
4.热控系统 (153)
绪论
发电厂的生产过程简介
发电厂是把其它形式的能量(如燃料的化学能、水能、风能、原子能等一次能源)转换为电能的特殊工厂。
发电厂是电力系统的中心环节，根据一次能源形式的不同，可以分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂及其他类型的发电厂；根据电厂的装机容量及在电力系统内地位的不同，又可以分为区域性发电厂、地方性发电厂及自备专用电厂等。
火力发电厂是以煤、石油、天然气等作为燃料，燃料燃烧时的化学能被转换为热能，再借助汽轮机等热力机械将热能变为机械能，并由汽轮机带动发电机将机械能变为电能。
火力发电厂按其作用来分，有单纯供电和既供电又兼供热的两种类型，前者称为凝汽式发电厂，后者称为供热式发电厂(简称热电厂)。
发电厂、变电站概述
火力发电厂中的原动机大都为汽轮机，现在柴油机和燃气轮机都得到了应用。火力发电厂又可以分为：
1.凝汽式火力发电厂(通常称火电厂)：
燃料在炉膛内燃烧发出热量，被锅炉本体内的水吸收后产生蒸汽，送到汽轮机，带动发电机发出电能。已作过功的蒸汽进入汽轮机末端的凝汽器被冷却水还原为水后再送回锅炉。凝汽式电厂中的工质在发电过程中经历了水—汽—水的反复循环，从而实现将燃料的化学能—热能—机械能—电能的过程。在凝
汽器中，大量的热量被冷却水带走，所以效率较低，只有30％～40％。
2.供热式火力发电厂(通常称热电厂)
与火电厂不同的是热电厂中将部分作了功的蒸汽从汽轮机中段抽出供给电厂附近的热用户，减少了凝汽器中的热量损失，使电厂的效率提高到60％～70％。
一、火力发电厂主要设备及其作用
(一)锅炉部分
锅炉部分是由锅炉本体、过热器、省煤器、炉膛、空气预热器、磨煤机、排粉机、送风机、引风机和除尘器组成，它们的作用如下：
(1)锅炉本体：吸收炉膛中的热量，产生饱和蒸汽。
(2)过热器：将饱和蒸汽进一步加热，提高蒸汽温度为过热蒸汽。
(3)省煤器：利用烟气的余热提高给水温度，可以节约燃料10％～15％。
(4)炉膛：是供给燃料与空气混合，预热与燃烧的场所。
(5)空气预热器：利用排烟的余热，对进入炉膛的冷空气进行加热，这样可提高锅炉的效率和改善炉膛的燃烧条件。
(6)磨煤机：将原煤研磨成煤粉。
(7)排粉机：向炉膛输送煤粉空气混合物。·
(8)送风机：从锅炉房内吸入空气，升压后经空气预热器送入炉膛。
(9)引风机：把烟气从锅炉尾部抽出，排入烟道，使炉膛中形成负压。
(10)除尘器：它可以清除烟气中的飞灰。
(二)汽轮机部分
汽轮机部分是由汽轮机本体、调速系统、危急保安器及油系统组成。
(1)汽轮机本体：由锅炉输出的高温高压蒸汽吹动叶轮转动，将热能变换为机械能。
(2)调速系统：使汽轮机在负荷变化时，自动增大和减小蒸汽的进汽量，保持汽轮机在额定转速(3000r/min)下稳定运行。
(3)危急保安器：当汽轮机调速系统失灵，转速超过3330r／min，飞环式危急保安器动作，将主汽门、调速汽门关闭，并通过水控联动装置关闭抽汽逆止门，防止汽轮机损坏。
(4)油系统：供给汽轮机和发电机各处轴承的润滑油和调速系统用油。
(三)电气部分
电气部分是由发电机、变压器、高低压配电装置、输电线路（馈线）及厂用电系统组成。
(1)发电机：将机械能转换为电能。
(2)变压器：将发电机输送出的电压升高或降低。
(3)高低压配电装置：它是按主接线的要求，由开关设备、保护测量电器、母线和必要的辅助建筑构成的总体，其作用是在正常时用来接收和分配电能，在系统故障时迅速切断故障部分，恢复正常运行。
(4)输电线路：向用户输送电能和与系统联络，以保证供电的可靠性。
(5)厂用电系统，供给发电厂生产用电、照明、检修等的自用电。
二、火力发电厂主要生产过程
(一)输煤系统
我厂用煤是用汽车从煤矿直接运至发电厂，煤卸至煤场，然后经过各路皮带由碎煤机将煤打碎，再将煤运至锅炉的原煤仓。
汽车来煤
重车地中衡干煤棚贮煤场
汽车卸煤槽桥式抓斗起重机(50F装载机) 1#叶轮给煤机 1#电动三通 2#叶轮给煤机 1#转运站 2#皮带机振动给料机1#-1皮带机 1#-2皮带机
1#除铁器2#除铁器
2#转运站 2#转运站
3#皮带机 2#电动三通3#电动三通
电动双侧犁煤器 4#-1皮带机 4#-2皮带机
干煤棚贮煤场1#电子皮带秤2#电子皮带秤
3#除铁器4#除铁器
1#振动筛2#振动筛
1#碎煤机2#碎煤机
5#-1皮带机5#-2皮带机
4#电动三通5#电动三通
6#-1皮带机6#-2皮带机
电动双侧犁煤器电动双侧犁煤器
原煤仓
(二)磨煤制粉系统
原煤仓里的煤是由给煤机送至磨煤机进口，而后随着热风进入磨煤机，进行磨制和干燥。磨制的煤粉经粗粉分离器分离，较粗的煤粉返回磨煤机重新磨制，而细煤粉进入旋风分离器作气粉分离，旋风分离器中的热风含有10%的煤粉由排粉机送入炉膛，经喷燃器喷入炉膛燃烧。
(三)风烟系统
冷空气经送风机打入空气预热器加热后，一部分热风送到喷燃器(二次风，起助燃作用)喷入炉膛，另一部分送到磨煤机干燥煤粉，并经旋风分离器送入排
粉机，再经喷燃器(三次风，起调温助燃作用)喷入炉膛燃烧，煤粉仓中的煤粉经叶轮给粉机送至一次风管，由一次风母管来的一次风送入炉膛，经喷燃器喷入炉膛燃烧。在炉膛中热风与煤粉混合燃烧，其热量先后传给锅炉的水冷壁管、过热器、省煤器和空气预热器，再进入电除尘器除尘，最后烟气被引风机吸到烟囱，排入大气。
(四)汽水系统
由给水泵打出的给水经高压加热器、省煤器加热后，进入汽包，再进入水冷壁吸收热量，逐渐被加热汽化，汽水混合物上升到汽包进行汽水分离，水再次循环进入水冷壁吸热，而饱和蒸汽则进入高温过热器继续吸热，变成过热蒸汽，然后经蒸汽管道送入汽轮机中，为防止汽轮机发生水冲击，使叶片损坏，所以进入汽轮机中必须是过热蒸汽。蒸汽不断膨胀，高速流动的蒸汽冲动汽轮机转子叶片，带动发电机发电。
在汽轮机内作完一部分功的蒸汽从中段抽出，用作抽汽回热的加热汽源，加热凝结水和给水，以提高热力循环经济性，我厂可调整抽汽式机组可对外供热，提高了热效率。热电厂的效率可达60％～70％以上，从供热和供电全局来看，可节约燃料20％～25％。
(五)电气系统
发电机发出的电，除电厂自用电外，一般由主变压器升高电压后，经高压配电装置和输电线路向电网供电。发电厂自用电部分由厂用变压器或电抗器供给厂内各种负荷的用电。
(六)化学水处理系统
1、预处理供水系统流程
加PAC
黄河水
深井水机械加速澄清池四千方清水池综合泵房
水库水
化水车间
工业水系统
综合水泵循环冷却水补水
其他小量用水
消防水泵全厂消防系统
2、设备运行方式及启停操作
加PAC
综合泵房来水清水箱清水泵生水加热器（冬季低温时投运）
双滤料
机械过滤器活性炭过滤器
3、反渗透脱盐系统
阻垢剂
活性炭过滤器保安过滤器高压泵反渗透淡水箱
4、除盐系统
淡水箱淡水泵阳床阴床混床除盐水箱
5、除盐水利用
除氧器(补充给水)
除盐水箱除盐水泵除盐水母管凝汽器(补充凝结水)
采暖站(补充供暖循环水)
真空泵(补充工作液)
水汽取样间(水质化验用水)
单元一系统分析
内容提要：
本单元主要是针对我公司60MW火力发电机组全范围仿真机编写的，介绍了锅炉、汽轮机、发电机、热工自动控制等四大部分的主要设备、系统及基本工作原理，并对仿真机本身的硬件与软件的构成等也进行了简要说明。
课题一锅炉设备及系统
教学目的：
1熟记240T/h锅炉设备的主要技术参数；
2清楚与锅炉相关的辅助系统的工作原理，了解锅炉主要辅助设备的技术参数；
3熟悉锅炉各主要系统的组成、基本工作原理。
教学内容：
火力发电厂的生产过程是把燃料的化学能转变为便于输送和使用的电能。整个生产过程其有三个阶段：一是在锅炉中将燃料的化学能转变为水蒸汽的热能；二是在汽轮机中将蒸汽的热能转变为汽轮发电机转子的机械能；三是通过发电机把机械能转变为电能。整个过程由发电厂三大设备即锅炉、汽轮机和发电机来实现。
锅炉是火电厂的三大主要设备之一。由锅炉本体、辅助设备及附件构成。锅炉本体部分是锅炉的主要部分，由“锅”和“炉”两大部分组成。“锅”是以汽包、下降管、下联箱、上升管（水冷壁）、上联箱、过热器和省煤器组成的汽水系统，主要任务是吸收燃料放出的热量，使水蒸发并最后变成具有一定参数地过热蒸汽，供汽轮机使用。“炉”即燃烧系统，由炉膛、烟道、燃烧器、空气预热器等组成，主要任务是使燃料在炉内良好地燃烧，放出热量。
对于我厂的煤粉锅炉，其主要辅助设备包括通风设备、输煤设备、制粉设
备、供油设备、给水设备、除尘设备了一些锅炉附件等。
一、锅炉本体部分介绍
1.锅炉的结构特点
我厂锅炉为武汉锅炉股份有限公司生产的高压自然循环“п”型布置，单锅筒，固态排渣煤粉炉，尾部双级布置，管式空气预热器。末级为Φ51×1.5 CORTEN钢管预热器。
2.锅炉的技术规范
WGZ240/9.8—2型锅炉按BMCR工况设计，最大连续蒸发量为240 T/h，适合带基本负荷，定压运行，并可调峰。当高压加热器全部停运时，锅炉蒸发量仍能使汽轮发电机达到额定负荷。
2.1主要参数
序号项目单位数值备注
1 锅炉蒸发量T/h 240
2 汽包工作压力MPa 11.31
3 过热器出口压力MPa 9.8
4 给水温度℃215
5 冷风温度℃20
6 热风温度℃345
7 排烟温度℃136.3
8 过热蒸汽温度℃540
9 饱和蒸汽温度℃320
10 炉膛出口烟气温度℃1141.9
11 锅炉汽水总容积m3110
12 排污率% ≤2
13 锅炉热效率% 90.964
2.2锅炉主要承压部件及受热面
序号项目单位数值备注
1 汽包BHW35号钢(西德
产)
内径mm Φ1600
壁厚mm 65
筒身长度mm 13030
Ф315旋风分离器只40
2 下降管20g
数量根 4
外径及壁厚mm 368×25
长度mm 31140
3 水冷壁20g
型式膜式
管数根352
外径及壁厚mm Ф60×5
4 顶棚过热器20g
管数根75
外径及壁厚mm Ф51×5
5 尾部后包墙过热器20g
型式
管数根47
外径及壁厚mm Ф51×5
6 尾部侧包墙过热器
型式
管数根96
外径及壁厚mm Ф51×5
7 低温过热器20g
型式立式蛇型管受热面积m2604.7
管数根148
外径及壁厚mm Ф42×5
8 一级减温器20g
型式喷水减温
数量根 2
外径及壁厚mm Ф219×20
流量T/h 9.42
9 屏式过热器12Gr1MoVG
型式
受热面积m2291.6
管数根320
外径及壁厚mm Ф42×5
10 高温过热器冷段12Gr1MoVG
型式立式蛇型管受热面积m2364.7
管数根57×2
外径及壁厚mm Ф42×5.5
11 二级减温器12GrlMovG
型式喷水减温
数量根 2
外径及壁厚mm Ф273×30
流量T/h 6.19
12 高温过热器热段12Gr1MoVG
型式立式蛇型管
受热面积m2345.8
管数根108
外径及壁厚mm Ф42×5
13 一级省煤器20g
型式卧式蛇型管
受热面积m21196.0
管数根82
外径及壁厚mm Ф38×4.5
14 二级省煤器20g
型式卧式蛇型管
受热面积m2933.6
管数根77
外径及壁厚mm Ф38×4.5
2.3锅炉安全门
本锅炉汽水系统采用弹簧式安全阀，汽包上用两个，控制安全门整定压力为11.31×1.06=11.99MPa，工作安全门整定压力为11.31×1.08=12.21MPa；过热器出口集箱一个，整定压力为9.8×1.05=10.29MPa。过热出口集箱上（集汽集箱上）装有电磁泄压装置，排放压力为10.1MPa。
序号项目单位数值备注
1 汽包控制安全门
型式弹簧式
数量个 1
动作压力MPa 11.99