《发电厂电气主系统 第4版》许珉|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《发电厂电气主系统 第4版》

【作　者】许珉

【丛书名】“十三五”国家重点出版物出版规划项目；卓越工程能力培养与工程教育专业认证系列规划教材；电气工程及其自动化、自动化专业

【页 数】 418

【出版社】 北京：机械工业出版社 , 2021

【ISBN号】978-7-111-67922-6

【分 类】电厂电气系统-高等学校-教材-发电厂-电气设备-高等学校-教材

【参考文献】 许珉. 发电厂电气主系统 第4版. 北京：机械工业出版社, 2021.

图书封面：

图书目录：

《发电厂电气主系统 第4版》内容提要：

本书着重讲述了发电厂和变电站电气部分的有关基本理论和设计方法。

《发电厂电气主系统 第4版》内容试读

第一章

绪论

电是能量的一种表现形式，是现代社会中最方便、最洁净和最重要的能源。在工农业生产、交通运输以及城乡人民的日常生活等各个方面，广泛地使用着电能。电能有许多优点：第一，电能便于转换，在电能生产部门，可以方便地将其他形式的能源转换成电能；在电能使用部门，可方便地将电能转换成其他形式的能量。例如，通过电动机将电能转换成机械能，拖动各种机械设备；通过各种灯具转换成光能，满足用户照明需要：通过电炉等设备转换成热能，满足加热和熔炼需要。第二，电能通过输电线路可以远距离经济输送，供给远方用户使用。第三，电能便于控制，生产部门利用电能控制生产过程，容易实现自动化，能提高产品质量和企业的经济效益。第四，电能是洁净能源，不会对环境造成污染。

自从1882年有电力以来至1949年，经过67年发展，我国装机总容量只达到185万kW,年发电量为43亿kWh,分别居世界第21位和第25位。新中国成立以后，我国电力工业以世界罕见的速度向前发展。1996年，我国发电装机容量和年发电量均居世界第二位，仅次于美国：2014年，我国发电装机容量超过美国。2005年我国全年发电量为24975亿kWh,全国发电装机容量为51718万kW,水电11739万kW。2010年我国全年发电量为42278亿kW,全国发电装机容量为96641万kW,其中，水电21340万kW,火电70663万kW,核电1082万kW,风电3107万kW。2015年我国全年发电量为56938亿kWh,全国发电装机容量152121万kW,其中，水电31953万kW,火电100050万kW,核电2717万kW,风电13130万kW,太阳能4263万kW。2018年我国全年发电量为69940亿kWh,全国发电装机容量190000万kW,其中，水电35000万kW,火电114000万kW,核电4466万kW,风电18000万kW,太阳能17000万kW。

第一节发电厂和变电站的基本类型

电能不能大量储存，电能生产的特点是，发电、输电、变电、配电和用电是在同

一瞬间完成的，即发电厂生产电能和用户消耗电能是同时完成的。大部分大型发电厂都远离用户，发电厂生产的电能需要经过变压器升压和高压输电线路远距离输送，再经过降压变电站若干次降压后用户才可使用。发电厂、高压交流和直流输电线路、变电站、配电线路和用户构成了一个整体一电力系统。

一、发电厂的基本类型

发电厂是把各种一次能源，如燃料的化学能、水能、核能、风能、太阳能和其他

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发电厂电气主系统第4版

能源转换成二次能源一电能的工厂。按照发电厂所消耗一次能源的不同，发电厂有以下类型。

1.火力发电厂

以煤炭、石油、天然气等为燃料的发电厂称为火力发电厂。由于火电项目建设周期短，建设投资相对较少，我国煤炭的储量又较大，在我国的电源结构中，火电机组装机容量约占总装机容量的60%~70%。但是燃煤电厂产生的二氧化硫($02)、氮氧

化物(NO,)、二氧化碳(CO2)和粉尘物等均为大气污染源，易形成雾霾天气。燃煤

产生的S02将引起酸雨，腐蚀材料，毁坏庄稼；燃煤产生大量C02,而C02将引起温室

效应，使全球气候变暖，导致全球气候变化异常，冰山融化，地球陆地变小，威胁人

类未来的生存；燃煤产生的NO,会破坏臭氧层，造成紫外线对地面生物的强烈辐射，

危害生物。节能减排，采用大容量、高参数、高效率、低排放的机组是火电设备发展的主流方向。燃煤电厂需要采取烟气“超低排放”技术措施，以减轻对环境的污染。60万kW和100万kW机组已经成为燃煤电厂的主力机型，我国已建成一批总装机容量在4O0万kW以上的大型燃煤电厂。我国最大的火电厂（也是世界最大）内蒙古大唐托克托电厂装机容量672万kW(8×60万kW+2×30万kW+2×66万kW)。容量为110万kW的超超临界空冷发电机组是我国最大的燃煤机组（安装在新疆农六师煤电有限公司)。

燃煤电厂使用的工质是水，水的临界压力和温度是22.115MPa和347.15℃，在这个压力和温度下，水的密度和蒸汽的密度是相同的。一般把锅炉内工质压力低于这个值的称为亚临界锅炉，高于这个压力值的称为超临界锅炉：主蒸汽和再热蒸汽温度为600℃、蒸汽压力27MPa及以上的称为超超临界锅炉。在超临界与超超临界状态，水由液态直接变为气态，即由湿蒸汽直接成为饱和蒸汽、过热蒸汽，超临界与超超临界机组只能采用没有汽包的直流锅炉。

火力发电厂按蒸汽压力和温度的不同分为以下几类：

1)中低压发电厂：蒸汽压力一般为3.92MPa、温度为450℃的发电厂，锅炉蒸发量小于或等于130t/h,单机功率小于或等于25MW。

2)高压发电厂：蒸汽压力一般为9.9MPa、温度为540℃的发电厂，锅炉蒸发量小于或等于410/h,单机功率小于或等于100MW。

3)超高压发电厂：蒸汽压力一般为13.83MPa、过热器/再热器出口温度为540

▣检洗▣℃/540℃的发电厂，锅炉蒸发量小于或等于670/h,单机功率小于或等于200MW。

4)亚临界压力发电厂：蒸汽压力一般为16.77MPa、过热器/再热器出口温度为540℃/540℃的发电厂，锅炉蒸发量为1025/h,单机功率为300MW。

5)超临界压力发电厂：蒸汽压力大于22.115MPa、温度为550℃/550℃的发电厂，

100万kW机锅炉蒸发量发1900t/h,单机功率为600MW及以上。组火电厂视频

6)超超临界压力发电厂：物理学中没有超超临界这个分界点，只表示超临界技术

发展的更高阶段，表示更高的压力和温度。我国超超临界锅炉主蒸汽压力为27MP及

以上，主蒸汽和再热蒸汽温度一般为600℃及以上，单机功率为600MW及以上。发电

机容量越大且温度越高，热效率越高，煤耗越少，节约能源效果越好。

以煤炭、天然气为燃料的火力发电厂的生产过程简介如下：2

第一章绪论

(1)凝汽式火电厂凝汽式火电厂仅生产电能。凝汽式火电厂中，煤粉（或石油、天然气等)在锅炉的炉膛里燃烧时将化学能转换成热能，加热锅炉里的软化水产生蒸汽，蒸汽通过管道送到汽轮机，推动汽轮机旋转，将热能转换成机械能，再由汽轮机带动发电机旋转，将机械能转换成电能。汽轮机做完功的蒸汽进人凝汽器凝结成水。

图1-1为某600MW超超临界机组风烟、制粉系统流程示意图。用斗轮机将煤场的

原煤装到输煤带上输送到锅炉间的原煤斗，再落人给煤机，由给煤机调节煤量，送进磨煤机磨成煤粉。这部分煤粉再进入煤粉分离器将煤粉分成粗细两部分，粗粉返回磨煤机重新磨制，合格的细粉经一次风管道被混合的一次风（一次风用来输送、加热干燥煤粉，并为煤粉燃烧初期提供氧气。由一次风机提供，从一次风机出来分两路，进入空气预热器加热送到磨煤机的风叫一次热风，不经过空气预热器而直接送到磨煤机的风叫一次冷风。一次热风和一次冷风在磨煤机入口处进行混合)吹进燃烧器，进入锅炉炉膛内燃烧。同时冷空气经送风机进入空气预热器加热为热空气（称为二次风）送到炉膛补充氧气助燃，提高燃烧质量。锅炉的三大风机包括送风机、引风机和一次风机，它们是火力发电厂的主要辅机之一，其耗电量占发电厂发电量的1.5%~2.5%。

600MW机组有2台送风机，2台引风机，2台一次风机（也称为六大风机），另有2台

密封风机（供给磨煤机密封用空气的风机）。给煤机采用一次冷风密封以防止磨煤机中的热风粉混合物回流给煤机。

原煤斗

给煤机

密封风机

一次风机

磨煤机

粗粉

一次冷风

一次热风

分离器

细粉

送

机

说

燃烧器

二次风

炉

热

分隔屏过热器后屏过热器高温过热器高温再热器

烟

烟气脱硫装置引风机

电除

器

烟气脱硝装省煤器

低温过热器

低温再热器

烟气

烟气旁路

图1-1某600MW超超临界机组风烟、制粉系统流程示意图

在炉膛内，燃料燃烧放出热量，其热量加热炉膛内四周水冷壁内的软化水成为蒸汽进入过热器。布置在炉膛上部的分隔屏过热器、后屏过热器和高温过热器主要吸收炉膛

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发电厂电气主系统第4版

辐射热量加热蒸汽，另外它们还依次吸收烟气热量来加热蒸汽。烟气在排出过程中继续经过水平烟道的高温再热器和尾部双烟道内安置的低温再热器、低温过热器、省煤器和空气预热器，把热量传给过热蒸汽、水和空气。尾部烟道底部的低温烟气经脱硝装置脱硝、电除尘器除去烟气中的灰尘、脱硫装置脱硫后，通过引风机从烟囱排入大气

燃料在炉膛内燃烧后落入锅炉底部的灰渣和除尘器下部排出的细灰，用高压水将其冲到灰渣泵房，经灰渣泵排至储灰场。大机组多采用气力除灰，用空压机在管道中传送煤灰到灰库。

图1-2为某600MW机组汽水系统，该机组采用3台高压加热器、1台除氧器及4

台低压加热器的8级回热系统。来自锅炉（直流锅炉）的过热蒸汽首先在汽轮机高压缸内做功，从高压缸排出后又送入锅炉低温再热器和高温再热器中再加热，加热后的蒸汽又进入中压缸、低压缸继续做功，最后汽轮机的排汽进入凝汽器，并被冷却水冷却（循环水泵从冷却塔抽取大量的冷却水经管道进入凝汽器吸收热量），凝结成水。冷却水将吸收的热量排入冷却塔冷却后循环使用。为了提高机组的热效率，凝结水并不直接送人锅炉中，而是经过一系列的加热器加热后再进入锅炉。加热器的热源来自由汽缸的不同部位抽出的蒸汽，用它们对加热器中的水进行加热。凝结水集中在凝汽器下部由凝结水泵升压后依次流过轴封冷却器（也称加热器）和4个低压加热器，在那里吸收来自汽轮机低压缸抽汽的热量，凝结水温度不断升高然后进入除氧器，除氧器将凝结水中溶解的氧气除去，以免对设备和管道造成腐蚀。同时除氧器本身也是一个混合式加热器，也可对凝结水进行加热。从除氧器下部水箱出来的水被送入前置给水泵增加给水泵进口压力，防止给水泵汽蚀（给水泵、凝结水泵、循环水泵是火力发电厂最主要的3种水泵)，再由给水泵将水升到很高的压力。从给水泵出来的水称为给水，给水依次流过3个高压加热器，温度进一步升高后又进人锅炉进行下一轮的汽水循环，即经过省煤器、水冷壁、汽水分离器、低温过热器、分隔屏过热器、后屏过热器、高温过热器再次变成合格的过热蒸汽。为了使用和管理上的方便，一般将加热器进行编号，高压加热器为1~3号，除氧器为4号，低压加热器为5~8号。

高压缸

中压缸

低压缸

过热器

汽水分

再热器

离器

水冷壁

凝汽器

至冷却塔

省煤器

⊙-冷却水

锅炉

除氧器

循环水泵

凝结水泵

给水

小汽机

泵

轴封冷却器

四迎-网

水

泵

四面迎网

1~3号高压加热器

5~8号低压加热器

图1-2某600MW机组汽水系统

第一章绪论

汽水系统中的蒸汽和凝结水，由于经过许多管道、阀门和设备，难免产生泄漏等各种汽水损失，因此必须不断向系统补充经过化学处理的补充给水，这些补充给水一般都补入除氧器或凝汽器中。

蒸汽在高、低压加热器中对给水或凝结水加热过程中不断放出热量而降温凝结成水，这种在加热器内由蒸汽凝结成的水称为疏水。高压加热器疏水逐级自流入除氧器，低压加热器疏水逐级自流入凝汽器。

汽水分离器内装有脱水装置，防止蒸汽带水进入过热器管中。分离的水经连接管进入储水箱再与给水混合后进人省煤器、水冷壁进行再循环或至凝汽器。汽水分离器在起动时或低负荷时，起汽水分离作用：在正常运行时，呈干态运行，只作为一个通道。

由于在凝汽器中，大量的热量被循环水带走，故一般凝汽式火电厂的效率都比较低，即使是现代超超高温高压的凝汽式火电厂，效率也只有40%~50%。

(2)热电厂热电厂除了发电以外，还向用户供热。它与凝汽式火电厂的不同之处主要是从汽轮机中间段抽出一部分做过功的蒸汽供给热用户使用，或经热交换器将水加热后，供给用户热水。这样，可以减少被循环水带走的热量损失，提高总效率。热电厂的总效率可达到60%~70%。

(3)燃气发电厂燃气发电厂中的燃气轮机与凝汽式火电厂的汽轮机工作原理相似，所不同的是燃气轮机的工质是高温高压的气体而不是蒸汽。这些作为工质的气体可以是天然气，也可以是用清洁煤技术将煤炭转化成的清洁煤气等。

燃气轮机的工作过程是：空气被压气机连续地吸入和压缩，压力升高后流入燃烧室与天然气或清洁煤气混合成高温燃气，燃烧产生的高温高压气体进入燃气轮机中膨胀做功，推动叶片旋转，燃气轮机再带动发电机发电，燃烧做功后的乏烟气压力降低排进大气（或利用）。这种单纯用燃气轮机驱动发电机的燃气发电厂的热效率只有35%~40%,因为燃气轮机循环的工质最高温度比蒸汽动力循环高，它最后的排出温度还很高。为了提高效率，燃气发电厂一般采用燃气-蒸汽联合循环系统，即将燃气轮机中做功后的乏烟气再利用，排进余热锅炉，如图1-3所示，加热余热锅炉中的水产生高温高压蒸汽，再送蒸汽到汽轮机中去做功，从而提高了发电机的输出功率。汽轮机做功后的蒸汽进入凝汽器凝结成水，再进入余热锅炉加热产生高温高压蒸汽。余热锅炉中降低温度的乏烟气排进大气。燃气-蒸汽联合循环系统

天然气或

高温

清洁煤气

的热效率可达53%~60%以

高压

燃烧室

上。燃气-蒸汽联合循环发电

蒸汽

压气机

汽轮机

环保性能好，燃气燃烧后排乏烟气去烟囱

热

出的乏烟气不含灰尘，几乎

○发电机

炉

不含二氧化硫(S02),氮氧

燃气轮机

凝汽器

化物(NO,)和二氧化碳

空气

(C0,)排放少，因此燃气发

电厂被称为“清洁电厂”。

图1-3燃气-蒸汽联合循环发电原理图

上述生产过程中，如

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发电厂电气主系统第4版

果燃料采用清洁煤气，煤的气化过程需要空气和蒸汽，在联合循环中，空气可以从燃气轮机的压气机中抽气供给，蒸汽可以从汽轮机或锅炉中抽气供给，这样就把煤的气化与联合循环的主要部件组成一个有机整体，故称为整体煤气化联合循

环(IGCC)。采用清洁煤技术的电站，对提高发电厂的效率和环境保护，无疑意

义是巨大的。

2.水力发电厂

水力资源是一种便宜且绿色的用之不竭的可再生能源。我国水能资源丰富，河流水能资源技术可开发装机容量为5.4亿kW,经济可开发装机容量为3.95亿kW,是世界上水力资源最丰富的国家，水电装机容量居世界第一。三峡水力发电厂（三峡水电站)是我国最大也是世界最大的水力发电厂，共安装32台70万kW水轮发电机组，其中左岸14台，右岸12台，地下6台，另外还有2台5万kW的厂用电源机组，总装机容量为2250万kW,年均发电量为847亿kWh,远远超过位居世界第二的巴西伊泰普水电站（共安装20台70万kW水轮发电机组）。白鹤滩水电站是金沙江下游4个梯级开发的巨型水电站一乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝中的第2个梯级，具有以发电为主，兼有防洪、拦沙、改善下游航运条件和发展库区通航等综合效益，水库正常蓄水位为825m,安装16台世界上单机容量最大的100万kW的巨型水轮发电机组，总装机容量为1600万kW,年均发电量为602.43亿kWh,预计2022年全部机组发电。电站建成后，将仅次于三峡水力发电厂，成为中国也是世界第二大水力发电厂。白鹤滩拦河坝为混凝土双曲拱坝，高289m,坝顶高程834m,顶宽13m,最大底宽72m。金沙江下游第3个梯级溪洛渡水电站是我国第三大水力发电厂，安装18台单机容量77万kW的水轮发电机组，总装机容量为1386万kW。金沙江下游第4个梯级向家坝水电站，安装8台单机容量为80万kW的巨型水轮发电机组，总装机容量共775万kW(8×80万kW+3×45万kW)。金沙江下游第1个梯级乌东德水电站安装12台单机容量为85万kW的巨型水轮发电机组，总装机容量为1020万kW,预计2022年全部机组发电。金沙江下游4个梯级水电站总装机容量超过了2个三峡水力发电厂

水力发电厂是将水的位能和动能转换成电能的工厂，也称水电站。根据水利枢纽布置的不同，水电站的类型可以分为堤坝式、引水式、混合式等

(1)堤坝式水电站由于水的位能和动能是与水流量及水的落差（也称为水头）成正比的，它直接影响到水电站的总装机容量。在水流量一定的情况下，要提高水电站的总装机容量必须提高水头。但是许多河流水位的落差沿河流是分散的，为提高落差就需要在河流的上游修建堤坝蓄水，提高水头，进行发电。这种水电站就叫作堤坝式水电站，通常这类水电站又细分为堤后式和河床式两种。

1)堤后式水电站。这种水电站的厂房建在坝后，全部水头的压力由坝体承受，水库的水由压力水管引入厂房，推动水轮发电机发电。堤后式水电站适合于高、中水头的场合，其布置情况如图1-4所示。著名的三峡水电站就是采用堤后式布置方式

2)河床式水电站。这种水电站的厂房和挡水坝连成一体，厂房也起挡水作用。由于厂房修建在河床中，故称河床式。河床式水电站的水头一般较低，大都在30m以下，其布置情况如图1-5所示。葛洲坝水电站采用的是河床式布置方式。

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···试读结束···