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熱能動力裝置

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將熱能轉化為機械能而產生原動力的成套熱力設備。熱能的來源包括利用煤、石油、天然氣、油頁岩等燃料燃燒所放出的熱能以及核能、太陽能、地熱能等。熱能動力裝置包括汽輪機動力裝置、內燃機動力裝置、燃氣輪機動力裝置和核能動力裝置等。它們主要是由原動機(汽輪機、內燃機、燃氣輪機)及其輔助設備組成。火力發電就是利用熱能動力裝置所產生的原動力來驅動發電機生產電能。

1 熱能動力裝置 -熱能動力裝置

 

2 熱能動力裝置 -正文

 
  組成  火電廠熱能動力裝置主要由以下3部分組成。
  ①燃燒系統:燃燒煤使爐水變成蒸汽,即將化學能轉化為熱能。完成的主要流程為煙氣流程、通風流程和排灰流程。煙氣流程是煤在爐內燃燒,產生的熱煙氣經過鍋爐的各部受熱面傳遞熱量后,流過除塵器及煙囪排入大氣。這部分的裝置有鍋爐、煙道、除塵器、煙囪等。裝置的設計、安裝和運行要力求使煤完全燃燒,以求得鍋爐效率≥90%。通風流程是為了滿足煤完全燃燒,需由通風機供給煤粉燃燒時所需要的空氣量;由引風機將煤粉燃燒后的尾氣和煙塵吸出,經除塵器排入大氣。這部分的裝置有磨煤機、排粉風機、引風機、送風機、風道等。基本要求是風量要大,磨煤及通風的電耗要小。排灰流程是將爐底排出的灰渣以及除塵器下部排出的細灰由機械或水力排往貯灰場。貯灰場內有渣斗、沖灰溝、灰渣泵等。要求排煙符合國家環境衛生標準。
  ②汽水系統:由鍋爐產生的高溫、高壓蒸汽推動汽輪機作功,將熱能轉化為機械能。完成的主要流程為汽水流程、補給水流程、冷卻水流程。汽水流程是將蒸汽引入汽輪機推動轉子旋轉後排入凝汽器中凝結成水,再經升壓、除氧、加熱後送回爐內,形成閉合的汽水循環。這部分裝置有凝結水泵、給水泵、低壓加熱器、凝汽器、除氧器、水箱、高壓加熱器等。要求汽水循環中汽水損失量較低。補給水流程是對汽水循環中的水量損失經常進行補充以維持額定出力。補給水要經處理合格後送入汽水系統。要求儘可能地利用汽輪機的抽汽回熱凝結水,提高鍋爐的給水溫度。冷卻水流程是在汽輪機排汽的過程中,蒸汽冷凝時放出的大量潛熱由冷卻水帶走。根據熱力學原理,熱機的效率決定於高、低溫熱源的溫差。在鍋爐的蒸汽溫度受到限制的情況下,冷卻的好壞直接影響熱能動力裝置的效益。
  ③控制系統:為保證整套熱能動力裝置安全、正常、經濟運行,需由控制系統對整個流程實行操作機械化自動化控制。完成的主要流程為燃料的裝卸、入倉、制粉機械化、自動化;鍋爐給水、蒸汽溫度以及燃燒的自動調節;鍋爐排灰機械化;汽機進汽參數自動調節;回熱系統除氧加溫自動調節;汽機轉速自動調節;自動切除電氣故障。系統的要求主要是降低勞動強度,提高勞動生產率,迅速處理故障,運行指標先進。
  改善熱能裝置經濟性的措施  主要是採用雙工質聯合裝置,有以下3種。
  ①燃氣-蒸汽聯合裝置(見圖):主要有3種聯合方式,即用燃氣輪機的排氣作為餘熱鍋爐的熱源;以燃氣輪機的排氣作為一般蒸汽鍋爐的助燃氣體;以增壓燃燒鍋爐的排氣作為燃氣輪機的工質。前兩種聯合方式通常是在改造現有蒸汽動力裝置和燃氣輪機裝置時採用,一般可提高原有裝置的效率2~5%;后一種聯合方式一般可比同參數的蒸汽動力裝置提高熱效率5~10%。
熱能動力裝置熱能動力裝置
  ②水銀-蒸汽聯合循環裝置:其工作原理和燃氣-蒸汽聯合裝置一樣,一般是在高溫段採用汞蒸汽循環發電裝置(或者是其他具有高沸點的有機載熱質),低溫段採用蒸汽循環發電裝置。採用這種雙工質複合循環的發電廠,其熱效率可達40~42%。
  ③其他雙工質聯合裝置:有蒸汽-二氧化碳以及蒸汽和低沸點工質(如氨、氟里昂等)的聯合循環裝置。由於低沸點工質在低溫時的比容比相同溫度下水蒸氣的比容要小得多,因而在同樣排汽面積下大大增加汽輪機的單機容量。這種蒸汽和低沸點工質的聯合循環裝置已成為當前的研究對象之一。
  發展動向  為了滿足日益增長的電力負荷需要,同時也為了提高發電效率,火電廠熱能動力裝置的發展主要圍繞以下幾方面:
  ①提高蒸汽參數。大多是採用亞臨界壓力17兆帕和540℃的蒸汽初參數,個別也有採用超臨界壓力22.6兆帕和570℃的機組。此外,超超臨界壓力35兆帕及600℃左右的試驗機組正在研製。
  ②強化燃燒方式。由於燃用劣質煤,除已採用液態排渣爐和旋風爐外,為了強化燃燒,正在試驗研究沸騰燃燒鍋爐、微正壓燃燒鍋爐以及脈動燃燒鍋爐等。
  ③提高自動化水平。採用計算機對火力發電廠整套設備(包括熱能動力裝置)的全部運行操作過程進行全盤自動化控制,其中包括最佳方式運行,最佳方式自動起停以及事故自動處理,達到閉環運行。
  ④加強環境保護,防止三廢污染。提高防塵效率,大力發展電除塵器是降低粉塵污染的一種主要措施。採用高煙囪,作為稀釋環境空氣中的二氧化硫及其他有害氣體的有效措施。已開始採用多管組合式煙囪,提高煙氣出口的抬升高度,加大擴散範圍,並增設排煙脫硫裝置,降低二氧化硫排放量。中國試用的方法有氨法、鈉法和石灰石法等。
  ⑤開展對灰渣的綜合利用。

 

3 熱能動力裝置 -配圖

 

4 熱能動力裝置 -相關連接

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