以煤作为原材料用于火力发电的过程是怎样的?
内(形式已不限于棚式,也有方仓,筒仓等等形式)。通过输煤皮带和转运站,煤会从煤棚中被传送出来,根据传输高度和距离的关系,经历若干个栈桥和转运站传输。在这样的一个过程中,先经过被切割成小块的煤,再传至煤仓间,也就是流程图中输煤皮带的形式。以上是运煤专业的任务。
煤进入煤仓间(通常有侧煤仓和前煤仓两种布置形式)的煤斗后,落入磨煤机室的磨煤机,磨成极细的煤粉后,通过送风机(兼具调温功能)吹送至锅炉房中的锅炉。利用燃煤高温加热经过化水车间除盐处理过的纯净水,使水成为蒸汽,便可推动汽机房中的汽轮机带动发电机发电(转子、定子组合),产生出的电经过GIS(gas insulated substation)控制楼里的主变压器转化为可传输的电流送出。以上是机务(锅炉、汽机、热控……)专业的任务。
蒸汽在汽轮机中消耗了大量的能量成为乏气,需要再循环成为液态水并送至锅炉重新加热为蒸气(经过汽机房内的凝结水泵、除氧器、给水泵等多种设备)。为了使这部分蒸气转化为水,通常用外部的水作为介质在凝汽器中对蒸汽进行冷却。这些吸收了蒸气余热的外部的水,又要经过自然通风冷却塔来散热成为新的冷却水(其中又分开式循环和闭式循环)。邻近海水的电厂也能够最终靠淡化海水来冷却。在干旱沙漠地带可以用空冷方式。循环水泵房中的设备为冷却水在循环水管道中的周而复始地流转提供了动力。这是水工专业的任务。
煤燃烧后生成的气体和固体混合物由引风机吸出锅炉排放。由于其中含有大量的污染物,混合物会顺着烟道支架经过电除尘、脱硫、脱硝等工艺处理,使之成为相对洁净的烟气,最终通过烟囱排放。烟囱越高,污染扩散越远,污染密度也越低。剩下的煤灰,通过分选设备被导入盛有指定粗细颗粒的灰库(通常有原灰库、中灰库、细灰库),这些灰还能由水泥厂等厂家回收利用。以上是脱硫、除灰等专业的任务。
另一些辅助控制设备和结构,即BOP(全厂辅控网控制管理系统)所布置的区域,如制氢(多用于为发电机导热冷却)、材料库、点火油罐、石膏脱水工艺及浆液循环(用于脱硫)、氨区(与脱硝处理有关)、化水处理。集中控制(DCS集散控制管理系统)、生产办公楼等厂前区部分就不展开了。
本人专职土建,对各专业具体事务只能讲述大概,还要专业人士指正补充。更多专业回答,请参见:火电厂的冷却塔造型为什么那么设计?有什么优势?汽轮机做功的蒸汽为何需要高温度高压力的,只有高压行不行?热电厂锅炉原理是什么?煤炭的燃前脱硫,燃中脱硫,燃后脱硫的经济效益分析?为什么火电厂的烟筒要建得很高?火电有核污染吗?粉煤灰能够干什么用?
本人电厂运行狗一枚,结合一下我厂60万千瓦机组来答一波~下面的回答里会放上一些厂里的实拍图
首先简而言之,火力发电就跟以前烧煤球炉一样,以煤作为燃料加热水,水蒸发产生蒸汽,蒸汽推动汽轮机旋转,汽轮机带动发电机发电,机组并网后把电送上电网。
因此从上面那个过程中能够准确的看出,煤是这一切过程激发点。通常来说火电厂都靠近河流或者海边,不仅仅是因为火力发电需要大量的水,也因为煤大多数是采用船运运进发电厂。当煤从船上卸下来之后,会通过皮带进入煤场堆着,进行采样以及热值分析等等工作。
当分析完毕锅炉需要加煤时,煤场的煤就会继续通过皮带,经过碎煤机粉碎之后送入煤仓。煤仓下面连着的就是给煤机。给煤机能控制给煤率,就是控制进锅炉的煤的多少。
经过给煤机计算给煤率之后,煤进入到磨煤机。这里解释一下碎煤机和磨煤机的区别:碎煤机是把大块的煤变成小块;磨煤机是把煤块磨成煤粉,同时剔除影响燃烧的石子煤。在磨煤机中,磨碗和磨辊共同作用把煤磨成粉。
在煤磨成煤粉之后。会由一次风干燥,并且输送到对应层的煤粉燃烧器,在煤粉燃烧器中点火形成高温火炬喷入炉膛。同时二次风进入炉膛补充煤粉充分燃烧所需要的氧量。OK现在就可以上流程图啦
一边是炉膛中火焰燃烧产生巨大热量;另一边水在水冷壁中上升并且吸收炉膛产生的热形成水蒸气。汽包的作用就是分离水蒸气和水,水进入下降管重新再吸收热量,蒸汽进入汽轮机的高中低压缸分级做工,推动汽轮机旋转,进而带动发电机切割磁感线发电。这就是火力发电的部分啦。
接下来再讲一讲蒸气在汽轮机里做功之后去哪里呢。在汽轮机中做完功的乏汽进入到凝汽器,所谓的凝汽器就是把乏汽冷凝成凝结水。而在凝汽器中作为冷却介质的就是开式冷却水(即江里抽出来的江水),江水在凝汽器中吸收乏气的余热后,再在冷却塔冷却,最后排回江中。而乏汽凝结成的水,经过加热器加热,除氧器除氧后,重新进入水冷壁吸收锅炉燃烧的热量形成水蒸气进行新的循环。
最后就是炉膛燃烧之后的烟气啦。哪怕是用热量将水蒸发成水蒸气后,炉膛出口的烟气温度依旧能达到将近900多度。此时的烟气会经过过热器(加热器的作用把从汽包中产生的蒸汽加热到过热态),再热器(再热器的作用是加热已经在高压缸做过一次功的蒸汽,提高热效率),省煤器(省煤器的作用是加热进入水冷壁的水)和空气预热器(空气预热器的作用是加热一次风和二次风)。最后通过吸风机经过烟囱排出啦。
火力发电厂燃烧的煤通常为动力煤,其分类方法主要是依据煤的干燥无灰基挥发分进行分类。通俗来讲凡是以发电、机车推进、锅炉燃烧等为目的,产生动力而使用的煤炭都属于动力用煤。动力煤具有以下性质:
煤特性:煤特性指煤的水分、灰分、挥发分、固定碳、元素含量(碳、氢、氧、氮、硫)、发热量、着火温度、可磨性、粒度等。这些指标与燃烧、加工(例如磨成煤粉)、输送和储存有直接关系。
灰特性:灰特性指煤灰的化学成分、高温下的特性、以及比电阻等。这些特性对燃烧后的清洁程度,对钢材的腐蚀性以及煤灰的清除等有很大的影响。
火力发电对煤质的要求:低位发热量大于4186.8kJ/kg的煤矸石就可作沸腾锅炉的燃料。除了发热量,火电对于煤质的要求还包括灰熔点的高低、结渣的难易程度以及可磨性系数,链条式锅炉燃料必须要格外注意煤的含块率等指标。
第一步:将化学能转化为热能。在锅炉中燃烧化石燃料产生热能,热能被水吸收变成水蒸气。
第三步:将机械能转化为电能。利用汽轮机的旋转引动发电机转子转动,通过切割磁力线来产生电能。
煤炭通过电磁铁、碎煤机送至煤仓间煤斗内,进入磨煤机进行磨粉,磨好的煤粉通过空气预热器鼓入的热风被打至粗细分离器,粗细分离器将合格的煤粉送至粉仓,最终由给粉机将煤粉打入喷燃器送到锅炉进行燃烧。
火力发电厂即火电厂,是利用可燃物(中国的火电厂以燃煤为主)作为燃料生产电能的工厂。它的基本生产的全部过程是: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。
现代化火电厂是一个庞大而又复杂的生产电能与热能的工厂。根据燃料、原动机、蒸汽压力、装机容量等不同维度,火电厂可划分为多种类型。随着火电技术的逐步的提升,火电厂的建设与运营也在逐渐适应低能减排的社会持续健康发展要求。
汽轮机发电:先将燃料送进锅炉,同时送入空气,锅炉注入经过化学处理的给水,利用燃料燃烧放出的热能使水变成高温、高压蒸汽,驱动汽轮机旋转做功而带动发电机发电。热电联产方式则是在利用原动机的排汽(或专门的抽汽)向工业生产或居民生活供热。
燃气轮机发电:用压气机将压缩过的空气压入燃烧室,与喷入的燃料混合雾化后进行燃烧,形成高温燃气进入燃气轮机膨胀做功,推动叶片旋转并带动发电机发电。
柴油机发电:用喷油泵和喷油器将燃油高压喷入汽缸,形成雾状,与空气混合燃烧,推动柴油机旋转并带动发电机发电。
燃料系统:完成燃料输送、储存、制备的系统。燃煤电厂具有卸煤设施、煤场、上煤设施、煤仓、给煤机、磨煤机等设备;燃油电厂备有油罐、加热器、油泵、输油管有等设备。
燃烧系统:主要由锅炉的燃烧室、送风装置,送煤装置、灰渣排放装置等组成。基本功能是完成燃料的燃烧过程,将燃料所含能量以热能形式释放开来,用于加热锅炉里的水。主要流程有烟气流程、通风流程、排灰出渣流程等。
汽水系统:主要由给水泵、循环泵、给水加热器、凝汽器等组成。其功能是利用燃料的燃烧使水变成高温度高压力蒸汽,并使水进行循环。主要流程有汽水流程、补给水流程、冷却水流程等。
电气系统:主要由电厂主接线、汽轮发电机、主变压器、配电设备、开关设备、发电机引出线、蓄电池直流系统及通信设施、照明设备等组成。基本功能是保证按电能质量发展要求向负荷或电力系统供电。主要流程包括供电用流程、厂用电流程。
控制系统:主要由锅炉及其辅机系统、汽轮机及其辅机系统、发电机及电工设备、附属系统组成。主要工作流程包括汽轮机的自起停、自动升速控制流程、锅炉的燃烧控制流程等。
火力发电厂的核心设备最重要的包含锅炉、汽轮机和发电机,它们安装在发电厂的主厂房内。主变压器和配电设备一般是安装在独立的建筑物内和户外,其他辅助设备,如水处理设备、除尘设施、燃料储运设备等,安装在主厂房内或安装在辅助建筑中和露天场地。
发电设备的程序控制是将生产的全部过程中大量分散的操作,按辅机与热力系统的工艺流程划分为若干有规律的程序来控制与保护,运行保护分为联锁保护、继电器组成的保护和固定的保护设施,运行控制分为就地控制、集中控制和综合自动控制。
热电联产:热电联产是利用热机或发电站同时产生电力和有用的热量。热电联产是燃料的热力学有效使用,该技术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进行发电,达到能量最大化利用的目的。由于传统发电机效率只有30%左右,高达70%燃料能量被转化成无用的热,汽电共生能再利用超过30%的热能于工业,使燃料利用率达到60%以上。
冷热电三联产:热电冷三联供系统是一个从能源中心同时产生并向区域内供应热、电和冷量的装置及其外围设备。蒸汽轮机发电系统除发电外,其抽汽或乏汽可用于生产的基本工艺和生活供暖,而部分电或热又可经过其中制冷系统的转换以满足生产和生活的冷量需求。该系统既使得一次能源的能量获得了梯级利用,又提高相关设备的利用率,是一种节能、经济的能量供应模式。当供应区较小(如一个楼群)时,也可用内燃机发电,利用其排气和冷却水供热、制冷。
IGCC技术:成熟的清洁高效煤电技术IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle)即整体煤气化联合循环发电系统,是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电两部分所组成。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气进化设施(包括硫的回收装置);第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。与传统煤电技术相比,IGCC将煤气化和燃气-蒸汽联合循环发电技术集成具有发电效率高、污染物排放低,二氧化碳捕集成本低等优势,是目前国际上被验证的、能够工业化的、最具发展前途的清洁高效煤电技术。
超临界、超超临界机组:具有较高的节能与环保性能火电厂超临界机组和超超临界机组指的是锅炉内工质的压力。锅炉内的工质都是水,水的临界压力是22.115MPa,临界温度是374.15°C;在这个压力和温度时,水和蒸汽的密度是相同的,就叫水的临界点,炉内工质压力小于这个压力就叫亚临界锅炉,大于这个压力就是超临界锅炉,炉内蒸汽温度不低于593°C或蒸汽压力不低于31MPa被称为超超临界。在工程上,也常常将25MPa以上的称为超超临界。
大型空冷发电技术:大范围的应用于缺水地区空冷发电机组是利用强制流动的空气作为热源的载体,达到设备散热的目的。当前用于发电厂的空冷系统主要有三种,即直接空冷、外表式凝汽器间接空冷系统和混合式凝汽器间接空冷系统。其中直接空冷多采用机械通风方式。在水资源条件相同的条件下,采用空冷机组可使装机容量扩大几倍,空冷机组在缺水地区新建火电机组中得到了广泛应用,对在缺水地区新建火电机组,节约水资源,满足电力工业的发展。
大型CFB电站:提高煤炭使用效率循环流化床(CFB)是将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中,从而使颗粒具有流体的某些表观特征,这种流固接触状态称为固体流态化。循环流化床锅炉具有优良的低负荷运行能力,适合电网负荷调峰。建设大型CFB电站,可燃用煤矸石、末煤、泥煤、劣质煤,提高煤炭的综合使用效率,同时可减少废弃煤矸石、劣质煤等占用土地,减少对环境的污染。
传统火力机组功率调整要经过化学能、热能、动能、电能的一系列转换,调节流程长,反应慢,难以响应日频次达百次级的调频需求。通过锂电池等储能技术辅助机组进行调频,可使响应时间从分钟级降到秒级,大幅度提高调频性能指标K值,同时稳定机组出力,降低机组损耗和能耗。根据国际机构测算,储能调频对火电机组的替代效果能够达到25倍。此外,火电附加储能能够大大减少火电厂的煤耗和机组磨损。
储能参与调频的良好效果使其在全球主要电力市场得到了规模化的应用,火电储能调频的发展为新能源储能起到了积极的示范作用,随着新能源渗透率的提升,储能参与新能源调频的方式有望成为电力调频的重要手段,具备广阔的发展前景。
在烟气脱硫技术路线中,根据不同的反应物及生成物的物质形态,可分为湿法、半干法和干法三种。以石灰石-石膏湿法的应用最为普及,技术优点是吸收剂来源广泛、煤种适应能力强、价格低、副产物可回收利用。
燃煤烟气的脱硝处理,可理解为可逆反应经过金属催化剂作用,明显提升了正反应的转化率。因此,保证烟气温度处于催化剂的有效温度窗口之内是很重要的,否则反应转化率将会显著下降。而由于烟气刚刚排出锅炉时的温度最适宜,按照烟气进入催化反应器之前,是否经过除尘装置,可将催化反应器的布置方式,分为高含尘布置与低含尘布置两种,其中高含尘布置为主流方式。
我知道很多人会说就是烧开水,但是其实电厂和家里烧开水还是有区别的,最重要的物理本质区别就是电厂要实现【热力循环】。
很好理解,家里烧开水烧开了就完了,这壶开水拿去喝,拿去洗澡,总而言之是没有了,但是电厂这样不行,如果烧开了就完事儿,那难道你的电用一下就灭掉吗?当然不,我们要实现的是长达数月甚至一年的连续不断地运转发电。
要实现连续不断地发电,其实有两个不太为人知的设备是很重要的,一个叫凝汽器,一个叫给水泵。
凝汽器(日语叫复水器,更直观)的作用其实和烧开水是相反的,烧开水是把水变成蒸汽,凝汽器就是把蒸汽再变成水,烧开水是加热,凝汽器就是冷却。怎么冷却?多数是用循环水,没有水可以用空气。总而言之是把蒸汽中热量带走,让它重新变成水,这样做才能够循环利用。
重新变成水的水(好像这样说有点奇怪,但事实就是如此),就要进入给水泵了。这里又是电厂和家里烧开水的一点区别,家里烧开水就是敞开口的一个壶,压力是正常的一个大气压下,但是电厂这样不行,要让蒸汽具备进入汽轮机做功的能力,就要把压力提得很高,这个压力就是要给水泵来实现的。给水泵把水的压力压到足够高,才会送到锅炉里面去烧。
所以这样才是完整的一个循环,在给水泵里把水的压力提高,然后送到锅炉里去烧开水,烧成高温度高压力的蒸汽,推动汽轮机做功,做完功能量被释放掉(转化成电能)的低温低压的蒸汽在凝汽器当中被冷凝成水再送回给水泵,这样循环往复,电就能持续不断的发出来了。
除了烧煤的锅炉,垃圾发电、核电站、光热电站原理都是这样的,只是热能的来源不同罢了。