发电厂主要设备及其功能

能源就是人类社会赖以存在与发展的重要物质条件,从其形成条件上可分为一次能源与二次能源。煤、石油、天然气等可以直接从自然界获得,它们就是一次能源。 但一次能源有其自身的不足与局限性,如不便于直接利用、热效率低、不利于运输与储藏等。于就是,人们将一次能源转换为二次能源,如电能,蒸汽,汽油等,以使能源得以充分利用,并且能方便地转换为社会所需要的各种形式的能。然而一次能源向二次能源转换需要一定的条件,并且要在一定的设备或系统中实现。因此,将天然能源转化为电能的发电厂也就应运而生了。按输入能源形式及转换过程的不同可将发电厂分为火电厂、水电厂、核电厂及其她形式电厂。下面我们将结合图1给出的典型火力发电厂的设备构成进行简要说明。

图１ 火力发电厂的主要设备

一、在发电厂中,实现“燃料”能量释放、传递与向机械能形成转换的系统与设备称作发电厂的动力部分,主要有锅炉设备、汽轮机设备、水轮机设备与核反应堆。

1.锅炉设备就是火力发电的三大主机设备中最基本的能量转换装置。它的主要作用就是使经过预处理燃料(煤、油、气等)的化学能通过燃烧释放出高温热能,并最终把给水加热成高温、高压过热蒸汽供给汽轮机。锅炉设备由锅炉本体与辅助设备构成。本体包括汽水系统与燃气系统。辅助设备包括通风设备、燃料运输设备、给水设备、除灰设备及除尘设备等。

在此,通过对汽水系统与燃气系统关键部分的简要说明,并且结合燃煤火力发电厂中能量流程图我们可对锅炉设备有更深刻的了解。

⑴炉膛即燃烧室就是燃料与空气充分混合后,进行完全燃烧的地方。

⑵在汽包中通过内部汽水分离器将来自蒸汽管的汽水进行分离。

⑶过热器就是对来自汽包的饱与蒸汽进行加热的装置,一般放在燃烧气体的通路中。

⑷再热气就是为了提高效率与防止汽轮机叶片腐蚀,把在汽轮机高压缸做过功的低温低压蒸汽再送到锅炉中加热,后送到汽轮机的中压缸及低压缸去做功的装置。

⑸省煤器就是利用烟道气体(废气)将锅炉给水进行预热的装置,它能提高整个发电厂的热效率。

⑹空气预热器就是利用通过省煤器废气中的热量,在空气送到锅炉之前再加热,以回收余热,提高锅炉效率的热交换器。

⑺通风装置就是燃烧时向锅炉提供必要的空气,并将燃烧后产生的气体从锅炉中排出的装置。

图２ 燃煤火力发电厂中能量流程

在辅助设备中燃料运输设备(包括煤的卸载运输与存储设备)发挥着重要作用。它们将煤卸下并运送至锅炉或煤场。煤场作为储煤设备能保证厂外无来煤或来煤数量少时锅炉有足够的燃料,同时它还起到煤的干燥及不同煤种的混合作用。

2.汽轮机设备由汽轮机本体与附属设备(调节保安油系统、凝汽及抽气系统、回热加热系统)及连接这些设备的管道组成。其中本体汽轮机就是以水蒸汽为工质的叶轮式发动机,就是热力发电厂普遍采用的动力机械。汽轮机的主要功能就是将高压、高温、蒸汽携带的热能,在汽轮机内部部分地转换成电能。汽轮机具有转速高、运转平稳、单机功率大、工作可靠、有较高经济性与便于与发电机直接组合等特点。汽轮机的分类方式很多,就其工作的原理可分为冲动式汽轮机与反动式汽轮机,按照热力特性可分为凝汽式汽轮机、背压式汽轮机等。

３.水轮机就是水电站的主要动力设备,就是将水能转换为旋转机械功的原动机,它与水轮发电机直接相连接,构成水轮发电机组。按照水流作用于转轮时的能量转换特点可分为冲击型与反击式两类。

４.从防辐射角度出发,核电厂的系统分为核岛部分与常规岛部分。常规岛部分的动力设备及系统(如汽轮机与发电机等的布置)与火电厂没有区别。反应堆就是核电厂的动力设备,它位于核岛部分,以铀(钚或铀钚混合物)作核燃料,就是实现受控核裂变链式反应的装置。其主要作用就是控制核裂变、产生热能并由传热工质(通常为水)吸收。反应堆由压力外壳与堆芯组成。

二、发电厂的电气设备根据其用途可分为一次设备与二次设备。其中直接生产、输送与分配电能的设备就是一次设备,由发电机、变压器以及配电设备(开关电器、限流器、互感器、导体绝缘子等)构成。二次设备就是保证一次设备安全、可靠运行的重要组成部分,其任务就是监视一次设备与电力系统的工作状况,对一次设备进行控制,并在电气一次设备及电力系统发生故障时,能使故障部分迅速退出运行或给值班人员信号,以便采取措施及时处理,它由控制电源、继电保护、控制系统、信号系统、同步系统、控制电缆构成。

一次设备:

１.发电机将机械能与水的热能转换为电能。常见类型有同步发电机与异步发电机。同步发电机一般应用于热力电厂,异步发电机在风力发电中得到广泛应用。

2.变压器就是一种静止的电力机械,它的主要作用就是通过电磁感应把一种电压的交流电能转变为同频率的另一种电压的交流电能。发电厂用升压器将发电机端电压升高至较高电压等级后,将电能送入枢纽变电站。

３.开关电器主要功能有三点:正常运行时分合电路,如负荷开关;故障时在继电保护装置控制下自动切断故障电路,如高压断路器;设备检修时使被检修设备可靠的与电源隔离,如高压隔离开关。

４.限流电器:在输配电设备中用以增加电路的短路阻抗以限制短路电流的装置。

５.互感器:将一次接线系统的高电压、大电流变换成标准等级的电压与电流,向二次测量、控制与调节装置及仪表提供电流电压信号。主要有电压互感器与电流互感器。

６.导体:连接各种电气设备,使发电、输电、配电、用电组成一个可以调度的系统。通常有裸导线、硬铝母线及电力电缆等。

７.绝缘子:支持无绝缘的导体,保证对地绝缘及其机械强度。

８.接地装置:发电厂与变电站的接地装置按其作用可分为工作接地、保护接地与防雷接地。工作接地就是为了保证电力系统正常情况下与事故情况下能可靠工作,而将电力系统中的某一点接地,如变压器中性点直接接地;保护接地就是为了保护人身安全,防止人身触电,而将电器设备外壳或金属结构接地;防雷接地就是针对防雷保护而设置的接地,如避雷针接地。

９.补偿装置:补偿电网中的电容电感参数,或向电网提供无功功率(容性或感性),以提高电能质量,保证电网安全、经济运行。　

二次设备:

１、 控制电源:为电厂的控制、保护、信号、测量系统及装置供电。

２.继电保护:监测电气设备或线路不正常运行情况或故障,并发出警告信号或有选择地发出跳闸或停机指令的自动化技术及装置。其作用一就是发出警告信号后,通过运行调整终止不正常运行情况的发展;二就是自动、迅速有选择性地将发生故障的电气设备或线路,从电力系统中切除,终止故障的发展,保证电力系统中无障碍部分恢复正常运行。

３.控制系统:对电站内主要机电设备进行控制及功率调节与断路器控制等。

４.信号系统:机电设备运行状态与事故不正常运行工况的显示与报警装置。它以声光、文字等形式提醒运行人员注意设备的运行工况,以便及时采取处理措施。

５.控制系统:对电站内主要机电设备进行控制,施行功率调节与断路器控制等。

６.同步系统:将交流同步发电机投入电力系统或使电力系统之间联网并列运行的装置。

７.控制电缆:传递控制、测量保护与信号等载流信息。

三、火力发电厂的控制:

火力发电厂的生产过程变化复杂、迅速且连续不断。因此,实现生产过程的自动化就是非常必要的。如图３所示,发电厂接受来自中央调度所的指令,对锅炉的燃料、空气、给水等进行控制,对汽轮机进气量进行控制,通过自动负荷控制装置对发电机进行自动控制。

图３ 汽轮发电机的控制

参考文献:

「1」《发电厂动力》 关金峰 编 中国电力出版社

「2」《发电厂动力设备》 易大贤 史振声 合编 水利电力出版社

「3」《中国电力百科全书》 水力发电卷

「4」《发电厂电气主系统》 宗士杰 编 中国电力出版社

「5」《发电厂变电站电器部分》牟道魏 主编 重庆大学出版社

「6」《图解电气大百科》 科学出版社

一 中1的(1)~ (7) 见参考文献「6」

二 中“一次设备”中的1~7见参考文献「5」

二 中“一次设备”中的8见参考文献「4」

二 中“二次设备”参考文献「3」

发电厂主要设备及其功能