发电厂概述.pptx

1先修课程：高等数学、大学物理、电路、电机学等等。知识点：u能源开发与有效利用；u水电站的主要类型和设备及生产过程与特点；u火力发电厂的主要设备和生产过程及原理；u风力机的原理和风力发电的运行方式及特点；u太阳能热发电和太阳能光发电的过程与原理；重点：水力、火力、风力和太阳能电厂的生产过程与原理 难点：风力和太阳能电厂的生产过程与原理。23第一节 能源开发与利用w能源资源能源资源 柴草、煤、石油、天然气、水能；太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、核能。4能源一次能源常规常规能源能源可再生能源：水力非可再生能源：煤、石油、天然气、核裂变新能源新能源可再生能源：可再生能源：太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能非可再生能源非可再生能源：核聚变材料二次能源 电力、焦炭、煤气、汽油、煤油、柴油、重油、沼气、蒸汽、热水表1-1 能源分类5w资源的有效利用资源的有效利用 人类生产和生活始终面临着一个无法避免的问题：资源稀缺。注重：能源开发与节约并重6第二节 水力发电 w水电站是将水能转变成电能的工厂，能量转换过程：水能机械能电能。水流量(m3/s)和水头（落差m）w我国水力资源 理论蕴藏量：6.98亿千瓦 技术可开发：4.93亿千瓦 经济可开发：3.95亿千瓦 目前已开发：1.08亿千瓦7水电站的型式图11 水电站示意图1水库；2压力水管；3水电站厂房；4水轮机5发电机；6尾水渠道（1）坝后式8示例：水口水电厂三峡电站9三峡电站水轮机10（2 2）河床式水电站）河床式水电站图12 河床式水电站示意图 11葛洲坝水电站（河床式）12图13 引水式水电站示意图（3）引水式水电站13引水式电站示例14（4）梯级电站图14 梯级水电站布置示意图古田溪梯级电站、富泉溪梯级电站15（5）抽水蓄能电站图15 抽水蓄能式水电站w既是电源又是负荷，起到削峰填谷作用；w具有调频、调相、负荷备用、事故备用的功能。1617浙江天荒坪抽水蓄能电站水库18w水电站的主要动力设备 水轮机 能将水能转换成旋转的机械能。仅利用水流的动能转换为机械能的水轮机称为冲击式水轮机。同时利用水流的压能、动能转换成机械能的水轮机称为反击式水轮机（最广泛）。19w1、冲击式水轮机 根据水流冲击转轮的部位和方向的不同，冲击式水轮机可分为水斗式、斜击式和双击式。水斗式水轮机应用最广泛，它的主要部件有转轮、喷嘴、喷针、折向器、主轴和机壳。图16 水斗式水轮机1转轮；2喷嘴；3转轮室；4机壳；5调节手轮；6针阀20w2、反击式水轮机 反击式水轮机种类很多，有混流式、斜流式、轴流式（定浆式、转浆式）、贯流式（全贯流式、半贯流式）。主要由水轮机室、导水机构、转轮和泄水机构四大部分组成。21（1）水轮机室 是引水机构，常称蜗壳，其作用是将引水管来的水流沿圆周方向均匀导向转轮。图17 蜗壳外形图22w（2）导水机构 导水机构的作用是使水流沿着有利的方向进入水轮机的转轮。调整导叶的开度，调节进入转轮的流量，从而改变水轮机的输出功率。导水机构关闭导叶，可使水轮机停止运行。w（3）转轮23w（4）尾水管图18 尾水管示意图 242526w（1）水能是可再生能源，没有损耗，没有污染。w（2）不排放有害气体、烟尘和灰渣，没有核废料。w（3）水力发电的效率高，常规水电厂的发电效率在80%以上。w（4）机组起停灵活，输出功率增减快、可变幅度大，便于调峰、调频和承担事故备用电源。w（5）水库可以综合利用，承担防洪、灌溉、航运、生活和生产用水、养殖、旅游等任务。w（6）受丰枯变化的影响较大。w（7）对生物资源生态环境有破坏。水力发电的特点：27第三节 火力发电火电厂按照原动机不同可分为:汽轮机电厂、燃气轮机电厂、蒸汽燃气轮机联合循环电厂。火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气或其他燃料的化学能生产电能的工厂。w 燃煤火电厂、w燃油火电厂、w燃气火电厂。28一、火电厂生产过程 从能量转换观点分析，其基本过程都是：燃料的化学能热能机械能电能。图19 蒸汽动力发电厂原理图1锅炉；2汽轮机；3发电机；4凝汽器；5凝结水泵；6回热加热器；7给水泵过热器锅炉汽轮机发电机凝汽器回热加热器提高循环效率提高循环效率29w 锅炉将燃料的化学能转化为蒸汽热能，蒸汽机将蒸汽热能转化为机械能，发电机将机械能转化为电能。w 锅炉、汽轮机、发电机是常规火力发电厂的三大主机。w 动力设备就是指锅炉、汽轮机及其附属设备与热力系统（如图110所示）。w 30图110 凝汽式火力发电厂生产系统组合示意图31浙江华能火电厂32二、火电机组的经济指标w国内大机组（300MW和600MW）的发电热效率在37%-41%左右，相应发电煤耗率在300-340g标准煤/（kWh）左右。w凝汽式火电厂的厂用电率一般在4%-10%。w国内大机组的供电煤耗率在312-360g标准煤/（kWh）左右，相当或接近世界先进水平。标准煤?33标准煤的定义：凡能产生29.27MJ的热量（低位）的任何数量的燃料折合为1kg标准煤。或标准煤：指每千克收到基低位热值为29.27兆焦（MJ）（相当于7000卡）的煤。标准煤亦称煤当量，是将不同品种、不同含热量的能源按各自不同的含热量折合成为一种标准含量的统一计算单位的能源。34三、动力设备锅炉1、锅炉作用：1)燃料在炉膛内燃烧将其化学能转变为烟气热能；2)烟气热能加热给水；3)水经过预热、汽化、过热三个阶段成为具有一定压力、温度的过热蒸汽。锅炉由锅炉本体和辅助设备两大部分组成。（1）锅炉本体：由“锅”和“炉”两部分组成的。（2）锅炉的辅助设备：送风机、引风机、制煤系 统以及除渣、除尘设备等。工质：水352 2、锅本体、锅本体 是汽水系统，能将是汽水系统，能将水变成蒸汽的吸热过水变成蒸汽的吸热过程程。（1 1）省煤器；（）省煤器；（2 2）汽包；（）汽包；（3 3）下降管；）下降管；（4 4）水冷壁；）水冷壁；（5 5）过热器；）过热器；（6 6）再热器）再热器3 3、炉本体、炉本体 是燃烧系统，能将是燃烧系统，能将煤变成烟气热能煤变成烟气热能。（1 1）炉膛；）炉膛；（2 2）燃烧器；（）燃烧器；（3 3）空气）空气预热器预热器36火电厂锅炉外观37四、动力设备 汽轮机w汽轮机的工作原理 将蒸汽热能转换成机械能的高速旋转设备。汽轮机和发电机的组合称为汽轮发电机组。38汽轮机模型39五、火电厂对环境的影响及防止措施w烟气烟气 粉尘粉尘-静电除尘、效果还好静电除尘、效果还好 硫氧化物硫氧化物SOx-SOx-脱硫技术脱硫技术 氮氧化物氮氧化物NOx-NOx-脱硝技术脱硝技术w灰渣灰渣w废水废水-污水处理污水处理40第四节 风力发电w风能资源 风能就是指流动的空气所具有的能量，是由太阳能转化而来的。全球大气中总的风能量约为:1017kW，可被开发利用的风能约为:21010kW，比世界上可利用的水能:大10倍。因此，风能的开发利用具有非常广阔的前景。41 20052005年年1111月月7-87-8日，于北京举行国际可日，于北京举行国际可再生能源大会，来自再生能源大会，来自7878个国家和地区的代个国家和地区的代表通过表通过北京宣言北京宣言，呼吁各国加快可再，呼吁各国加快可再生能源的发展，以应对能源压力生能源的发展，以应对能源压力 可再生能源法可再生能源法20062006年年1 1月月1 1日生效。日生效。我国的新能源政策：我国的新能源政策：42w古代对风能的利用:几千年(埃及最早)的历史:风车用于碾谷和抽水、借风航行等w现代对风能的利用：风力发电 如：新疆达板城风电场、福建平潭、东山等地风电场43一、风力发电机（1）风力发电的能量转换过程：空气动能 旋转机械能 电能 风力机发电机与电风扇对照！44（3）风力机的型式图113 风力机a 水平轴风力机 b 垂直轴风力机45（4）风力机的组成图114 典型并网风力机的剖面图 目前商用大中型水平轴风力发电机，由风轮、升速齿轮箱、发电机、偏航装置（对风装置）、控制系统、塔架等部件所组成。各部件的作用4647484950二、风力发电的运行方式 通常可分为独立运行和并网运行。w1、独立运行(5kw以下机组)w 图115 独立运行的风力发电系统风太大时,耗去多余电能交流机要经整流保证稳定输出,不间断供电51w2 2、并网运行、并网运行 风力发电机与电网连接，向电网输送电能风力发电机与电网连接，向电网输送电能的运行方式，是的运行方式，是克服风的随机性而带来的蓄克服风的随机性而带来的蓄能问题能问题的最稳妥易行的运行方式，并可达到的最稳妥易行的运行方式，并可达到节约矿物燃料的目的。节约矿物燃料的目的。10kW10kW以上直至兆瓦级以上直至兆瓦级的风力发电机皆可采用这种运行方式。的风力发电机皆可采用这种运行方式。在风能资源良好的地区，将几十、几百台在风能资源良好的地区，将几十、几百台或几千台单机容量从数十千瓦、数百千瓦直或几千台单机容量从数十千瓦、数百千瓦直至兆瓦级以上的风力发电机组按一定的阵列至兆瓦级以上的风力发电机组按一定的阵列布局方式成群安装而组成的风力发电机群体，布局方式成群安装而组成的风力发电机群体，称为称为风力发电场风力发电场，简称，简称风电场风电场。风力发电场。风力发电场属于大规模利用风能的方式，其发出的电能属于大规模利用风能的方式，其发出的电能全部经变电设备送往全部经变电设备送往大电网大电网。52w交-直-交系统(稳定,但价高)w交-交系统如:平潭的长江澳风电场(50台*2MW)、东山乌礁湾风电场。3、风力-柴油发电系统联合运行、风光互补系统53风光互补路灯系统54三、风力发电的特点 （1）风能是可再生能源，用之不竭。（2）清洁、无空气污染。（3）占地少、建设工期短、投资规模灵活。不影响农牧业。（4）运行简单，可以做到无人值守。55（5）具有随机性、间歇性，需要其他形式供电或储能配合。（6）风能的能量密度低，同样单机容量下，风力发电设备的体积大、造价高。（9）运转时会发出噪声及金属叶片对电视机与收音机的信号接收会造成干扰，对环境有一定影响。56第五节 太阳能发电w1、太阳能资源 太阳能是地球的能源之母、万物生长之源。可再生能源，用之不竭，免费使用。而且是清洁、无污染。但是，太阳能的能流密度较低，还具有间歇性和不稳定性。572、常规太阳能热发电系统图116 典型太阳能热发电站热力循环系统原理图太阳辐射能 热能 机械能 电能58w聚光集热装置 聚光器 接收器 跟踪装置w中间热交换器w储能系统（蓄热器）w 热机（汽轮机）和发电机w工质w辅助燃料锅炉593、塔式太阳能热发电系统w图117 塔式太阳能热发电系统原理图w1定日镜；2接收器；3塔；4热盐槽；5冷盐槽w6蒸汽发生器；7汽轮发电机组；8凝汽器聚光倍数：聚光倍数：1000300010003000工作温度：工作温度：500-2000500-2000可以单工质或双工质低温储热罐低温储热罐熔盐或导热油，水6061塔式发电原理塔式发电原理 大型受热器位于一高塔上大型受热器位于一高塔上,定日镜群以高塔为中心定日镜群以高塔为中心,呈圆呈圆周状分布周状分布,以便将太阳光精确地聚焦到高塔顶部的受热器上以便将太阳光精确地聚焦到高塔顶部的受热器上,将将受热器中的传热介质加热至受热器中的传热介质加热至500500以上以上,存入高温储罐。需存入高温储罐。需要时用要时用泵将高温传热介质泵将高温传热介质泵入泵入蒸汽发生器蒸汽发生器内内,与给水进行热与给水进行热交换产生交换产生10MPa,50010MPa,500以上的蒸汽以上的蒸汽,最后利用该最后利用该高温高压蒸汽高温高压蒸汽驱动驱动RankineRankine循环汽轮发电机组发电循环汽轮发电机组发电。汽轮机排汽经冷凝器冷凝后泵回给水系统汽轮机排汽经冷凝器冷凝后泵回给水系统,供蒸汽发生供蒸汽发生器重复循环利用。高温传热介质在蒸汽发生器中经热交换后器重复循环利用。高温传热介质在蒸汽发生器中经热交换后,温度降至温度降至250300,250300,被泵入低温储罐储存被泵入低温储罐储存,需用时需用时,再泵送再泵送回高塔上受热器内加热。回高塔上受热器内加热。传热介质传热介质沿沿受热器受热器高温储罐高温储罐蒸汽发生器蒸汽发生器低温储罐低温储罐循环流动循环流动,所发生的所发生的能量转换过程能量转换过程为为:太阳热能太阳热能(定日镜场定日镜场)传热介质内能传热介质内能(受热器受热器)蒸蒸汽动能汽动能(蒸汽发生器蒸汽发生器)电能电能(汽轮发电机汽轮发电机)。624、抛物面槽式太阳能热发电系统w图118 抛物面槽式太阳能热发电系统原理图聚光倍数：聚光倍数：10501050工作温度：工作温度：400400可以单工质或双工质可以单工质或双工质（熔盐、水蒸汽）（熔盐、水蒸汽）635、太阳能光发电能量：太阳的光能转换成电能。方式：光伏发电、光感应发电、光化学发电、光生物发电。光伏发电是根据光生伏打效应光生伏打效应原理，利用太阳能电池（光伏电池）将太阳能直接转化成电能。64656667图120 太阳能电池发电系统！w太阳能电池（光伏电池）发电系统一般由太阳能电池方阵、防反充二极管、储能蓄电池、充电控制器、逆变器等设备组成（如图120所示）。686970风力太阳能互补发电系统和风力柴油发电系统图71第六节 其他能源发电（自学）一、核能发电 核电厂是利用核裂变能转化为热能，再按火电厂的发电方式，将热能转换为电能。它的原子核反应堆相当于锅炉。原子核发生裂变，产生的巨大能量主要以热能形式被高压水带至蒸汽发生器，在此产生蒸汽，送至汽轮发电机组。72图121 压水堆核电厂发电方式示意图73 福建省在福鼎、福清筹福建省在福鼎、福清筹建核电站，作为能源的建核电站，作为能源的过渡过渡方案。方案。w问题 （1）辐射环境影响 排放的汽体、液体、固体废物 （2）非辐射环境影响 排放的废热、废水等74w垃圾焚烧发电厂 生物质 燃烧 热能 电能 （在深圳、广东、浙江较多）w沼气发电厂w木煤气发电厂w薪柴发电厂w蔗渣发电厂二、生物质能发电75三、地热发电w1、地热资源的类型 （1）蒸汽型，以过热蒸汽为主、杂有少量其它气体和水。（2）热水型，以热水或湿蒸汽为主。（3）地压型，以地压水的形式在地表下 23km,被岩石封闭，有很高的压力。（4）干热岩型，热岩石 （5）岩浆型，熔融状，温度可达600-1500。76 （1）直接利用地热蒸汽发电 蒸汽 分离去固体杂质 汽轮发电机组w2、地热发电原理和分类从地热井中引出77图123 闪蒸地热发电系统（a）热水 (b)湿蒸汽（2）闪蒸地热发电系统（减压扩容法）热水 减压扩容 蒸汽 汽轮发电机组湿蒸汽 分离热水蒸汽78图124 双循环地热发电系统流程图（3）双循环地热发电系统低沸点工质循环（氢气等）双工质循环热能较充分利用。热水和氢气热水和氢气79四、海洋能发电 主要为潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水温差能和海水浓度差能。潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力作用，其他海洋能均源自太阳辐射。801、潮汐电站 潮汐能是指海水潮涨和潮落形成的水的势能，多为10m以下的低水头，平均潮差在3m以上就有实际应用价值，潮汐电站目前已经实用化。在海湾入口或河口筑坝构成水库，在坝内或坝侧安装水轮发电机组，利用堤坝两侧潮汐涨落的水位差驱动水轮发电机组发电。2、波浪能电站 3、海流能电站4、海水温差发电81w 我国的一次能源结构决定了我国发电必然以煤电为主的基本格局，这是长期难以改变的。w 由于火电给环境带来很大压力，必须加大水电开发力度，使火电、水电、核电都得到不同程度的发展，并通过开发新能源和可再生能源，在满足电力需求和经济发展的同时，尽可能减少石油、煤炭等不可再生能源的使用。82太阳卫星太阳能电站太阳能电池板或聚光镜直流电能微波源或激光器微波或激光天线发射出地面天线接收微波或激光整流器直流电能经变配电供给用户35800km高空、与地球同步