火力發(fā)電熱力系統(tǒng)包括哪些設備

【專家解說】：火力發(fā)電廠的設備作用和各系統(tǒng)流程 一、 燃燒系統(tǒng)生產流程 來自煤場的原煤經皮帶機輸送到位置較高的原煤倉中，原煤從原煤倉底部流出經給煤機均勻地送入磨煤機研磨成煤粉。自然界的大氣經吸風口由送風機送到布置于鍋爐垂直煙道中的空氣預熱器內，接受煙氣的加熱，回收煙氣余熱。從空氣預熱器出來約250左右的熱風分成兩路：一路直接引入鍋爐的燃燒器，作為二次風進入爐膛助燃；另一路則引入磨煤機入口，用來干燥、輸送煤粉，這部分熱風稱一次風。流動性極好的干燥煤粉與一次風組成的氣粉混合物，經管路輸送到粗粉分離器進行粗粉分離，分離出的粗粉再送回到磨煤機入口重新研磨，而合格的細粉和一次風混合物送入細粉分離器進行粉、氣分離，分離出來的細粉送入煤粉倉儲存起來，由給粉機根據(jù)鍋爐熱負荷的大小，控制煤粉倉底部放出的煤粉流量，同時從細粉分離器分離出來的一次風作為輸送煤粉的動力，經過排粉機加壓后與給粉機送出的細粉再次混合成氣粉混合物，由燃燒器噴入爐膛燃燒。 二、 汽水系統(tǒng)生產流程 儲存在給水箱中的鍋爐給水由給水泵強行打入鍋爐的高壓管路，并導入省煤器。鍋爐給水在省煤器管內吸收管外煙氣和飛灰的熱量，水溫上升到300左右，但從省煤器出來的水溫仍低于該壓力下的飽和溫度（約330），屬高壓未飽和水。水從省煤器出來后沿管路進入布置在鍋爐外面頂部的汽泡。汽包下半部是水，上半部是蒸汽，下半部是水。高壓未飽和水沿汽泡底部的下降管到達鍋爐外面底部的下聯(lián)箱，鍋爐底部四周的下聯(lián)箱上并聯(lián)安裝上了許多水管，這些水管內由下向上流動吸收爐膛中心火焰的輻射傳熱和高溫煙氣的對流傳熱，由于蒸汽的吸熱能力遠遠小于水，所以規(guī)定水冷壁內的氣化率不得大于40％，否則很容易因為工質來不及吸熱發(fā)生水冷壁水管熔化爆管事故。 鍋爐設備的流程 一、 鍋爐燃燒系統(tǒng) 1、 作用：使燃料在爐內充分燃燒放熱，并將熱量盡可能多的傳遞給工質，并完成對省煤器和水冷壁水管內的水加熱，對過熱器和再熱器管內的干蒸汽加熱，對空氣預熱器管內的空氣加熱。 2、 系統(tǒng)組成：燃燒器，爐膛，空氣預熱器組成。 二、 鍋爐的汽水系統(tǒng) 1、 作用：對水進行預熱、氣化和蒸汽的過熱，并盡可能多地吸收火焰和煙氣的熱量。 2、 系統(tǒng)的組成：水的預熱汽化系統(tǒng)，干蒸汽的過熱再熱系統(tǒng)。 三、 燃料輸送系統(tǒng) 1、 作用：完成對原煤的輸送、儲存、供給。 2、 系統(tǒng)組成：皮帶機、原煤倉和給煤機 四、 制粉系統(tǒng) 1、 作用：生產流量足夠、顆粒大小符合要求的煤粉，滿足鍋爐燃燒需求。 2、 組成：磨煤機、粗粉分離器、細粉分離器、煤粉倉、給粉機和排粉機。 五、 給水系統(tǒng) 1、 作用：向鍋爐提供壓力足夠高的高壓未飽和水，因為只有高壓才能高溫，工質在高溫高壓下能攜帶更多的熱量。 2、 組成：給水箱和給水泵 六、 通風系統(tǒng) 1、 作用：保證足夠的空氣進入爐膛并及時排出。 2、 組成：送風機、引風機和煙囪 七、 除塵系統(tǒng) 1、 作用：對即將進入煙囪高空排放的煙氣進行除塵，減少對環(huán)境的污染。 2、 組成：除塵器 汽輪機 一、 作用：將蒸汽的熱能轉換成蒸汽的動能 二、 汽輪機設備流程: 1． 回熱加熱系統(tǒng) （1） 組成：回熱加熱器和除氧器 （2） 作用：抽出汽輪機中做了部分功的蒸汽，對鍋爐給水進行加熱，這部分蒸汽自身變成凝結水而汽化潛熱完全被利用。 2． 凝氣系統(tǒng) （1） 組成：凝汽器和抽氣器 （2） 作用：1。建立并維持高度真空，降低汽輪機的背壓，提高循環(huán)熱效率 2．汽輪機的排氣凝結成水，以便重新送入鍋爐使用。 3． 冷卻水供水系統(tǒng) 兩個冷卻水用水大戶：（1）機組軸承潤滑油冷卻水 （2）汽輪機乏汽冷卻水 火電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的結構 一、 結構：三點一線，分散控制系統(tǒng)（DCS），即上位機的操作員站，工程師站，下位機的現(xiàn)地控制單元和用來連接個站點的通信網(wǎng)絡。集計算機技術、數(shù)據(jù)通信技術、控制技術與CRT顯示技術融于一體，采用分散結構和危險結構。 數(shù)據(jù)采集結構（DAS）:對機組運行參數(shù)和狀態(tài)進行采集、處理，用于顯示、報警及打印報表。 模擬量調節(jié)控制系統(tǒng)（MCS）：包括鍋爐的燃燒調節(jié)控制、汽包給水水位調節(jié)控制、主蒸汽溫度調節(jié)控制等子系統(tǒng)和輔助設備的控制子系統(tǒng)。 開關量順序控制系統(tǒng)（SCS）：對機組和輔助設備進行啟停的順序控制和連鎖保護。 鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）：通過對爐膛的自動吹掃、火焰監(jiān)測、爐膛壓力保護以及噴油、噴煤燃燒器管理，鍋爐連鎖保護等安全管理，保證了鍋爐的安全 火電廠輸煤系統(tǒng)的任務是卸煤、堆煤、上煤和配煤，以達到按時保質、保量為機組（原煤 倉）提供燃煤的目的。整個輸煤系統(tǒng)是火電廠十分重要的支持系統(tǒng)。它是保證機組穩(wěn)發(fā)滿發(fā)的 重要條件。 輸煤系統(tǒng)是火電廠的重要組成部分，其安全可靠運行是保證電廠實現(xiàn)安全、高效不可缺少的環(huán)節(jié)。輸煤系統(tǒng)的工藝流程隨鍋爐容量、燃料品種、運輸方式的不同而差別較大，并且使用設備多，分布范圍廣。作為一種具有本安性且遠距離傳輸能力強的分布式智能總線網(wǎng)絡，lonworks總線能將監(jiān)測點做到徹底的分散（在一個網(wǎng)絡內可帶32000多個節(jié)點），提高了系統(tǒng)的可靠性，可以滿足輸煤系統(tǒng)監(jiān)控的要求?；痣姀S輸煤系統(tǒng)一般都采用順序控制和報警方式，為相對獨立的控制單元系統(tǒng)，系統(tǒng)配備了各種性能可靠的測量變送器。通過運用Lonworks現(xiàn)場總線技術將各種測量變送器的輸出信號接入對應的智能節(jié)點組成多個檢測單元，然后掛接在Lonworks總線上，再通過Lonworks總線與已有的DCS系統(tǒng)集成，實現(xiàn)了對輸煤系統(tǒng)更加有效便捷的監(jiān)控。 在輸煤系統(tǒng)中，常用的測量變送器一般有以下幾種： （1）開關量皮帶速度變送器（2）皮帶跑偏開關（3）煤流開關（4）皮帶張力開關（5）煤量信號（6）金屬探測器（7）皮帶劃破探測（8）落煤管堵煤開關（9）煤倉煤位開關。 每一種測量變送器和其相對應節(jié)點共同組成智能監(jiān)測單元，對需要監(jiān)測的工況參數(shù)進行實時的監(jiān)控。監(jiān)測單元通過收發(fā)器接入Lonworks總線網(wǎng)絡進行通信，可根據(jù)監(jiān)測到的參數(shù)進行控制和發(fā)出報警信號，系統(tǒng)的結構如圖1所示。 3、 Lonworks總線智能節(jié)點的一般設計 智能節(jié)點是總線網(wǎng)絡中分布在現(xiàn)場級的基本單元，其設計開發(fā)分為兩種：一種是基于neuron芯片的設計，即節(jié)點中不再包含其它處理器，所有工作均由neuron芯片完成。另一種是基于主機的節(jié)點設計，即neuron芯片只完成通信的工作，用戶應用程序由其它處理器完成。前者適合設計相對簡單的場合，后者適應于設計相對復雜的場合。一般情況下，多采用基于芯片的設計。由于智能節(jié)點不外乎輸入/輸出模擬量和輸入/輸出開關量四種形式，節(jié)點的設計也大同小異，對此本文只給出了節(jié)點設計的一般方法。 基于芯片的智能節(jié)點的硬件結構包括控制電路、通信電路和其它附加電路組成，其基本結構如圖2所示。 圖2 智能節(jié)點基本結構圖 Fig 2 Basic Structure Of Node based On The Neuron Chip 控制電路 ①神經元芯片：采用Toshiba公司生產的3150芯片，主要用于提供對節(jié)點的控制，實施與Lon網(wǎng)的通信，支持對現(xiàn)場信息的輸入輸出等應用服務。 ②片外存儲器：采用Atmel公司生產的AT29C256（Flash存儲器）。AT29C256共有32KB的地址空間，其中低16KB空間用來存放神經元芯片的固件（包括LonTalk協(xié)議等）。高16KB空間作為節(jié)點應用程序的存儲區(qū)。采用ISSI公司生產的IS61C256作為神經元芯片的外部RAM。 ③I/O接口：是neuron芯片上可編程的11個I/O引腳，可直接與外部接口電路連接，其功能和應用由編程方式決定。 通信電路 通信電路的核心收發(fā)器是智能節(jié)點與Lon網(wǎng)之間的接口。目前，Echelon公司和其他開發(fā)商均提供了用于多種通信介質的收發(fā)器模塊。通常采用Echelon公司生產的適用于雙絞線傳輸介質的FTT-10A收發(fā)器模塊。 附加電路 附加電路主要包括晶振電路、復位電路和Service電路等。 ①晶振電路：為3150神經元芯片提供工作時鐘。 ②復位電路：用于在智能節(jié)點上電時產生復位操作。另外，節(jié)點還將一個低壓中斷設備與3150的Reset引腳相連，構成對神經元芯片的低壓保護設計，提高節(jié)點的可靠性穩(wěn)定性。 ③Service電路：專為下載應用程序設計。Service指示燈對診斷神經元芯片固件狀態(tài)有指示作用 節(jié)點的軟件設計采用Neuron C編程語言設計。Neuron C是為neuron芯片設計的編程語言，可直接支持neuron芯片的固化，并定義了34種I/O對象類型。節(jié)點開發(fā)的軟件設計分為以下幾步： （1）定義I/O對象：定義何種I/O對象與硬件設計有關。在定義I/O對象時，還可設置I/O對象的工作參數(shù)及對I/O對象進行初始化。 （2）定義定時器對象：在一個應用程序中最多可以定義15個定時器對象（包括秒定時器和毫秒定時器），主要用于周期性執(zhí)行某種操作情況，或引進必要的延時情況。 （3）定義網(wǎng)絡變量和顯示報警：既可以采用網(wǎng)絡變量又可以采用顯示報警形式傳輸信息，一般情況采用網(wǎng)絡變量形式。 （4）定義任務：任務是neuron C實現(xiàn)事件驅動的途徑，是對事件的反應，即當某事件發(fā)生時，應用程序應執(zhí)行何種操作。 （5）定義用戶自定義的其它函數(shù) ：可以在neuron C程序中編寫自定義的函數(shù)，以完成一些經常性功能，也將一些常用的函數(shù)放到頭文件中，以供程序調用。 4、基于Lonworks總線的火電廠輸煤系統(tǒng)與DCS的網(wǎng)絡集成 現(xiàn)場總線技術與傳統(tǒng)的系統(tǒng)DCS系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡集成并協(xié)同工作的情況目前在火電廠中尚為數(shù)不多。進一步推動火電廠數(shù)字化和信息化的發(fā)展，逐步推行現(xiàn)場總線技術與DCS系統(tǒng)的集成是火電廠工業(yè)控制及自動化水平發(fā)展的趨勢。就目前來講，現(xiàn)場總線技術與DCS集成方式有多種，且組態(tài)靈活。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，我們知道不少大型火電廠都已裝有DCS系統(tǒng)并穩(wěn)定運行，而現(xiàn)場總線很少或首次引入系統(tǒng)，因此可采用將現(xiàn)場總線層與DCS系統(tǒng)I/O層連接的集成，該方案結構簡便易行，其原理如圖3所示。從圖中可以看出現(xiàn)場總線層通過一個接口卡掛在DCS的I/O層上,將現(xiàn)場總線系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息映射成與DCS的I/O總線上的數(shù)據(jù)信息，使得在DCS控制器所看到的從現(xiàn)場總線開來的信息如同來自一個傳統(tǒng)的DCS設備卡一樣。這樣便實現(xiàn)了在I/O總線上的現(xiàn)場總線技術集成。火電廠輸煤系統(tǒng)無論是在規(guī)模上，還是在利用已有生產資源的基礎上，采用該方案都是可行的，同時也體現(xiàn)了把火電廠某些相對獨立控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線技術納入DCS系統(tǒng)的合理性。由此可見，現(xiàn)階段現(xiàn)場總線與系統(tǒng)的并存不僅會給生產用戶帶來大量收益，而且使用戶擁有更多的選擇，以實現(xiàn)更合理的監(jiān)測與控制。 燃煤，用輸煤皮帶從煤場運至煤斗中。大型火電廠為提高燃煤效率都是燃燒煤粉。因此，煤斗中的原煤要先送至磨煤機內磨成煤粉。磨碎的煤粉由熱空氣攜帶經排粉風機送入鍋爐的爐膛內燃燒。煤粉燃燒后形成的熱煙氣沿鍋爐的水平煙道和尾部煙道流動，放出熱量，最后進入除塵器，將燃燒后的煤灰分離出來。潔凈的煙氣在引風機的作用下通過煙囪排入大氣。助燃用的空氣由送風機送入裝設在尾部煙道上的空氣預熱器內，利用熱煙氣加熱空氣。這樣，一方面除使進入鍋爐的空氣溫度提高，易于煤粉的著火和燃燒外，另一方面也可以降低排煙溫度，提高熱能的利用率。從空氣預熱器排出的熱空氣分為兩股：一股去磨煤機干燥和輸送煤粉，另一股直接送入爐膛助燃。燃煤燃盡的灰渣落入爐膛下面的渣斗內，與從除塵器分離出的細灰一起用水沖至灰漿泵房內，再由灰漿泵送至灰場。 在除氧器水箱內的水經過給水泵升壓后通過高壓加熱器送入省煤器。在省煤器內，水受到熱煙氣的加熱，然后進入鍋爐頂部的汽包內。在鍋爐爐膛四周密布著水管，稱為水冷壁。水冷壁水管的上下兩端均通過聯(lián)箱與汽包連通，汽包內的水經由水冷壁不斷循環(huán)，吸收著煤愛燃燒過程中放出的熱量。部分水在冷壁中被加熱沸騰后汽化成水蒸汽，這些飽和蒸汽由汽包上部流出進入過熱器中。飽和蒸汽在過熱器中繼續(xù)吸熱，成為過熱蒸汽。過熱蒸汽有很高的壓力和溫度，因此有很大的熱勢能。具有熱勢能的過熱蒸汽經管道引入汽輪機后，便將熱勢能轉變成動能。高速流動的蒸汽推動汽輪機轉子轉動，形成機械能。 汽輪機的轉子與發(fā)電機的轉子通過連軸器聯(lián)在一起。當汽輪機轉子轉動時便帶動發(fā)電機轉子轉動。在發(fā)電機轉子的另一端帶著一太小直流發(fā)電機，叫勵磁機。勵磁機發(fā)出的直流電送至發(fā)電機的轉子線圈中，使轉子成為電磁鐵，周圍產生磁場。當發(fā)電機轉子旋轉時，磁場也是旋轉的，發(fā)電機定子內的導線就會切割磁力線感應產生電流。這樣，發(fā)電機便把汽輪機的機械能轉變?yōu)殡娔堋ｋ娔芙涀儔浩鲗㈦妷荷龎汉?，由輸電線送至電用戶。 釋放出熱勢能的蒸汽從汽輪機下部的排汽口排出，稱為乏汽。乏汽在凝汽器內被循環(huán)水泵送入凝汽器的冷卻水冷卻，從新凝結成水，此水成為凝結水。凝結水由凝結水泵送入低壓加熱器并最終回到除氧器內，完成一個循環(huán)。在循環(huán)過程中難免有汽水的泄露，即汽水損失，因此要適量地向循環(huán)系統(tǒng)內補給一些水，以保證循環(huán)的正常進行。高、底壓加熱器是為提高循環(huán)的熱效率所采用的裝置，除氧器是為了除去水含的氧氣以減少對設備及管道的腐蝕。 以上分析雖然較為繁雜，但從能量轉換的角度看卻很簡單，即燃料的化學能→蒸汽的熱勢能→機械能→電能。在鍋爐總，燃料的化學能轉變?yōu)檎羝臒崮?；在汽輪機中，蒸汽的熱能轉變?yōu)檩喿有D的機械能；在發(fā)電機中機械能轉變?yōu)殡娔?。爐、機、電是火電廠中的主要設備，亦稱三大主機。與三大主機相輔工作的設備成為輔助設備或稱輔機。主機與輔機及其相連的管道、線路等稱為系統(tǒng)。火電廠的主要系統(tǒng)有燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等。 除了上述的主要系統(tǒng)外，火電廠還有其它一些輔助生產系統(tǒng)，如燃煤的輸送系統(tǒng)、水的化學處理系統(tǒng)、灰漿的排放系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)與主系統(tǒng)協(xié)調工作，它們相互配合完成電能的生產任務。大型火電廠的保證這些設備的正常運轉，火電廠裝有大量的儀表，用來監(jiān)視這些設備的運行狀況，同時還設置有自動控制裝置，以便及時地對主輔設備進行調節(jié)?，F(xiàn)代化的火電廠，已采用了先進的計算機分散控制系統(tǒng)。這些控制系統(tǒng)可以對整個生產過程進行控制和自動調節(jié)，根據(jù)不同情況協(xié)調各設備的工作狀況，使整個電廠的自動化水平達到了新的高度。自動控制裝置及系統(tǒng)已成為火電廠中不可缺少的部分。