知识提升：电厂专业知识问答（机炉篇）
1、发电厂按使用能源划分有几种基本类型?答:发电厂按使用能源划分有下述基本类型：(1)火力发电厂:火力发电是利用燃烧燃料(煤、石油
1、发电厂按使用能源划分有几种基本类型?
答:发电厂按使用能源划分有下述基本类型：
(1)火力发电厂:火力发电是利用燃烧燃料(煤、石油及其制品、天然气等)所得到的热能发电。火力发电的发电机组有两种主要形式：利用锅炉产生高温高压蒸汽冲动汽轮机旋转带动发电机发电,称为汽轮发电机组;燃料进入燃气轮机将热能直接转换为机械能驱动发电机发电,称为燃气轮机发电机组。火力发电厂通常是指以汽轮发电机组为主的发电厂。
(2)水力发电厂:水力发电是将高处的河水(或湖水、江水)通过导流引到下游形成落差推动水轮机旋转带动发电机发电。以水轮发电机组发电的发电厂称为水力发电厂。水力发电厂按水库调节性能又可分为:
①径流式水电厂，②日调节式水电厂，③年调节式水电厂， ④多年调节式水电厂。
(3)核能发电厂:核能发电是利用原子反应堆中核燃料(例如铀)慢慢裂变所放出的热能产生蒸汽(代替了火力发电厂中的锅炉)驱动汽轮机再带动发电机旋转发电。以核能发电为主的发电厂称为核能发电厂,简称核电站。根据核反应堆的类型,核电站可分为压水堆式、沸水堆式、气冷堆式、重水堆式、快中子增殖堆式等。
(4)风力发电场:利用风力吹动建造在塔顶上的大型桨叶旋转带动发电机发电称为风力发电,由数座、十数座甚至数十座风力发电机组成的发电场地称为风力发电场。
(5)其他还有地热发电厂、潮汐发电厂、太阳能发电厂等。
2、锅炉的循环方式有几种,简述其含义?
答:火力发电厂中的锅炉按水循环方式可分为自然循环、强制循环、直流锅炉三种类型。依靠工质的重度差而产生的循环流动称为自然循环。借助水泵压头使工质产生的循环流动称为强制循环。自然循环形成:汽包、下降管、下联箱和上升管(即水泠壁)组成一个循环回路。由于上升管中的水在炉内受热产生了蒸汽,汽水混合物的重度小,而下降管在炉外不受热,管中是水,其重度大,两者重度差就产生推动力,水沿下降管向下流动,而汽水混合物则沿上升管向上流动,这样就形成水的自然循环流动。强制循环锅炉的结构与自然循环基本相同,它也有汽包,所不同的在下降管中增加了循环泵,作为增强汽水循环的动力。直流炉的结构与自然循环锅炉结构不同,它没有汽包,是依靠给水泵压力使工质锅炉受热面管子中依次经过省煤器,蒸发受热面和过热器一次将水全部加热成为过热蒸汽。现在一般只宜用于亚临界、超临界压力锅炉。
强制循环锅炉与自然循环锅炉比较:
优点:可适用于亚临界、超临界压力;由于工质在受热面中是强制流动,因而受热面的布置较灵活,受热均匀水循环好;起停炉快;水冷壁可使小管径、薄管壁(压力准许),相对汽包容积减小,节省钢材。
缺点:加装循环泵,系统复杂,投资高,检修困难。
3、试述火力发电厂主要生产过程?
答:火力发电厂(以燃煤发电厂为例)主要生产过程是:储存在储煤场(或储煤罐)中的原煤由输煤设备从储煤场送到锅炉的原煤斗中,再由给煤机送到磨煤机中磨成煤粉。煤粉送至分离器进行分离,合格的煤粉送到煤粉仓储存(仓储式锅炉)。煤粉仓的煤粉由给粉机送到锅炉本体的喷燃器,由喷燃器喷到炉膛内燃烧(直吹式锅炉将煤粉分离后直接送入炉膛)。燃烧的煤粉放出大量的热能将炉膛四周水冷壁管内的水加热成汽水混合物。混合物被锅炉汽包内的汽水分离器进行分离,分离出的水经下降管送到水冷壁管继续加热,分离出的蒸汽送到过热器,加热成符合规定温度和压力的过热蒸汽,经管道送到汽轮机作功。过热蒸汽在汽轮机内作功推动汽轮机旋转,汽轮机带动发电机发电,发电机发出的三相交流电通过发电机端部的引线经变压器什压后引出送到电网。在汽轮机内作完功的过热蒸汽被凝汽器冷却成凝结水,凝结水经凝结水泵送到低压加热器加热,然后送到除氧器除氧,再经给水泵送到高压加热器加热后,送到锅炉继续进行热力循环。再热式机组采用中间再热过程,即把在汽轮机高压缸做功之后的蒸汽,送到锅炉的再热器重新加热,使汽温提高到一定(或初蒸汽)温度后,送到汽轮机中压缸继续做功。
4、锅炉本体有哪些主要部件?各有什么功能?
答:在火力发电厂中,锅炉的功能是利用燃料燃烧放出的热能产生高温高压蒸汽。锅炉本体的结构和主要部件都是为了实现它的功能而设置的。锅炉本体的结构有炉膛、水平烟道和垂直烟道(尾部烟道),主要部件按燃烧系统和汽水系统来设置,有空气预热器、喷燃器、省煤器、汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器等。空气预热器分层布置在垂直烟道中(旋转式的不分层,布置在垂直烟道底部),它把送风机送来的空气利用流经垂直烟道的烟气进行加热,加热后的空气分别送到磨煤机(做为热风源)、排粉机、一次风箱和二次风箱。喷燃器布置在炉膛四角(或前后墙),数目多时可上下分层。给粉机把煤粉送入喷燃器,一次风引入喷燃器把煤粉吹入炉膛。二次风口布置在喷燃器近旁,喷入助燃空气。直吹式锅炉由排粉机将煤粉直接吹入炉膛。煤粉燃烧后形成飞灰(细灰和粗灰)和灰渣。飞灰随烟气经水平烟道、垂直烟道到除尘器,除尘器把烟气中98%以上的细灰除下落入除尘器下部的灰斗中,极少的细灰随烟气经吸风机送入烟囱排入大气;灰渣则落入炉膛底部形成炉底渣,由除灰设备定时除出炉外。省煤器分层布置在垂直烟道中,它把给水母管送来的水利用烟气进行加热再送到汽包中。汽包布置在锅炉顶部,它在锅炉的汽水循环中起着接收来水、储水和进行汽水分离的作用。汽包中的水经下降管、水冷壁下联箱(它们都布置在炉膛外壁)送到水冷壁。在强制循环式锅炉的下降管中安装有强制循环泵,加强水循环。水冷壁是布置在炉膛四周的排管,在炉膛内燃烧的燃料所放出的热把水冷壁管内的水加热成汽水混合物。汽水混合物经水冷壁上联箱和上升管进入汽包。汽包中的汽水分离器把汽水混合物进行分离,分离出的蒸汽送到过热器,余下的水留在汽包中继续参加水循环。直流式锅炉没有汽包,水冷壁将水直接加热成蒸汽送入过热器。过热器布置在炉膛上部和水平烟道中,它把蒸汽加热并调节成符合规定温度的过热蒸汽,过热蒸汽经集汽联箱、主汽门到汽轮机。过热器又可分为低温过热器和高温过热器。在锅炉水平烟道入口处装有屏式过热器,在炉膛顶部装有顶棚过热器。再热式机组的再热器也布置在水平烟道和垂直烟道中,再热器的功能是将在汽轮机高压缸做过功的蒸汽再次加热到一定温度送回到气轮机中压缸继续做功。
5、目前我国对于单元制机组一般采用什么方法启动?试述其含义。
答:一般采用滑参数启动。滑参数启动按操作方法分为压力法和真空法两种。压力法滑参数启动就是锅炉先要产生一定温度和压力的蒸汽之后才开启电动主闸门及主汽门冲动汽轮机。启动参数一般为0.8～1.5 Mpa、220～250°C。这种启动方法由于操作简单、控制方便而被广泛采用。真空法启动就是启动前全开电动主闸门、主汽门和调速汽门,真空区一直扩展到锅炉汽包,点火后炉水在真空状态下汽化,在不到0.1 Mpa的压力下就可以冲动汽轮机,随着锅炉燃烧的增强,一方面提高汽温、汽压,一方面汽轮机升速、定速、并网、带负荷。由于真空法滑参数启动具有疏水困难、蒸汽过热度低、汽机转速不易控制、易引起水冲击等安全性较差及再热器出口温度很难提高、抽真空困难等缺点,目前真空法滑参数启动已很少采用。滑参数启动按启动前汽缸金属温度的高低可分为冷态滑参数启动和热态滑参数启动。启动时高压缸调节级汽室下内壁温度低于它在额定参数下维持空转的金属温度时称为冷态滑参数启动;如果高压缸调节级汽室下内壁温度高于此温度则称为热态滑参数启动。
6、汽轮发电机组的停机方式有几种,简述过程及注意事项。
答:汽轮发电机的停机可分为正常停机及故障停机,对于正常停机按其停机过程不同又可以分为定参数停机与滑参数停机。
(1)、定参数停机
即在停机过程中,主蒸汽参数保持在额定值不变,仅通过关小调门减少进汽量来减少负荷,一般可以在40-50min内将负荷减至零,电气解列,汽机打闸停机。这样停机后汽机金属温度保持在较高水平,利于再次启动,尽快接带负荷。
注意事项:在减负荷过程中,必须严格控制汽机金属温度的下降速度和温度的变化。一般要求金属温度的下降速度控制在1.5℃/min之内。
(2)、滑参数停机
即在停机过程中,调门保持全开,仅通过降低主蒸汽的参数方法来减少负荷。如果整个过程全部采用滑参数方式,停机后汽缸温度可以达到较低的水平,有利于汽机检修,缩短工期。对于20MW以上机组一般采取滑参数方式停机。额定工况下滑停应先把负荷减至80-85%额定负荷,随主蒸汽参数降低全开调门,稳定一端时间。当金属温度降低,各部件温差减小后,开始滑停。滑停一般分段进行。严格控制汽机金属温度的下降速度和温度的变化,一般要求金属温度的下降速度控制在1.5℃/min之内。减至较低负荷时,打闸停机,锅炉熄火,电气解列发电机。
注意事项:
1) 主蒸汽必须保持有50℃的过热度。
2) 整个停机过程中主蒸汽温降必须控制在1-2℃/min 内,再热机组再热蒸汽温降控制在2℃以内。当主汽温度低于汽缸,法兰温度35℃时,应停止参数滑降,稳定运行一段时间。
7、汽轮发电机组启动方式有几种,简述过程?
答:按启动过程中新蒸汽参数的情况,可分为额定参数启动和滑参数启动两种启动方式;按汽轮机启动前的金属温度高低,又可分为冷态启动和热态启动;按冲动转子时所用阀门的不同,又可分为调节门启动、自动主汽门和电动主闸门(或其旁路门)启动。额定参数冷态启动电动主闸门前的新蒸汽参数在整个启动过程中始终保持在额定值。启动过程一般包括主蒸汽管道暖管及前期准备,冲动转子暖机升速,定速并列带负荷等阶段。主蒸汽管道暖管及前期准备: 冷态的主蒸汽管道被高温高压的新蒸汽加热到与新蒸汽同温度压力的状态称为主蒸汽管道暖管。在暖管过程中,可以进行启动前的准备,凝汽器通循环水,启动凝结水泵,抽真空,送轴封, 检查润滑油系统,启动盘车连续运转等。冲动转子暖机升速:冲动转子一般使用调门或电动主闸门(或其旁路门),这根据汽机调速系统的不同来选择。冲动转子后控制转子转速分别进行低, 中,高速暖机。暖机过程中严格控制汽缸壁温升,上下缸,内外缸,法兰,螺栓等处温差。一般控制温升在1-2℃/min, 温差在30-50℃内。定速并列带负荷:汽机转速3000r/min 定速,电气进行并列操作,机组并列,带负荷暖机。带负荷暖机过程中仍应严格控制各处温升及温差等。随缸温升高,机组接带负荷至额定出力。(整个启动过程共需时约8 小时) 滑参数冷态启动电动主闸门前的新汽参数随转速、负荷的升高而滑升,汽轮机定速或并网前,调门一般处于全开状态。启动过程一般为:锅炉点火及暖管,冲动转子升速暖机,并列接带负荷等。锅炉点火及暖管:锅炉点火前,汽机应做好前期准备包括凝汽器通循环水,检查润滑油系统,启动盘车连续运转等。联系锅炉点火,汽机抽真空,送轴封。锅炉升温升压,应及时开启旁路。电动主闸门前压力,温度达到冲动转子条件时,即可冲动转子。冲动转子升速暖机:冲动转子后,低速暖机全面检查后即可在40-60min 内将转速提到3000r/min, 定速。并列接带负荷:定速后应立即并列接带少量负荷进行低负荷暖机。联系锅炉加强燃烧,严格按启动曲线控制升温升压速度。70% 额定负荷后,汽缸金属的温度水平接近额定参数下额定工况下金属的温度水平时,锅炉滑参数加负荷的过程结束。此后,随着锅炉参数的提高,逐渐关小调门保持负荷不变,锅炉定压。当主汽参数达到额定值后再逐渐开大调门加负荷至额定出力。
8、什么是汽轮机的真空和真空度?简述其含义。
答:当容器中的压力低于大气压力时,把低于大气压力的部分叫做真空,而容器内的压力叫绝对压力。另一种说法是,凡压力比大气压力低的容器都称做真空。真空有程度上的区别:当容器内没有压力即绝对压力等于零时,叫做完全真空;其余叫做不完全真空。汽轮机凝汽器内的真空就是不完全真空。真空、绝对压力与大气压力之间的关系如下:h1+ h2 = h 式中h1: 容器内真空水银柱的高度,单位:mm h2: 相当于容器内绝对压力的水银柱高度,单位:mm h: 大气压力的水银柱高度,单位:mm 真空也可以用百分比表示,叫做真空度,即用测得的真空水银柱高度除以相当于大气压力的水银柱高度,再化为百分数表示,用公式表示为: 真空度= h1/ h ×100%。在凝汽器内绝对压力不变的情况下,真空度随着大气压力的变化而变化。所以,在理论计算上使用绝对压力来表示汽轮机凝汽器内的真空较为妥善。在已经测得大气压力和凝汽器内真空水银柱高度之后,绝对压力可由下述公式计算: P =( h -h1)/735.6 ( 工程大气压) 例如:测得汽轮机凝汽器内的真空等于720mm 水银柱,另由压力表测得当时的大气压力是750mm 水银柱, 则凝汽器的绝对压力和真空度各为: P =(h -h1)/735.6 =(750 -720)/735.6=0.04( 工程大气压)真空度= h1/ h×100% =(720/750)×100% =96% 。
9、什么是汽轮机调速系统的迟缓率、速度变动率和调差系数?
答:汽轮机调速系统的迟缓率是指在调速系统中由于各部件的摩擦、卡涩、不灵活以及连杆、绞链等结合处的间隙、错油门的重叠度等因素造成的动作迟缓程度。机械液压型调速器最好的迟缓率ε= 0.3～0.4 % 。采用电液压式数字型调速器灵敏度很高,迟缓率(人工死区)可以调节到接近于零。速度变动率是指汽轮机由满负荷到空负荷的转速变化与额定转速之比,其计算公式为:δ=(n1 -n2)/n×100%式中n1：汽轮机空负荷时的转速, n2: 汽轮机满负荷时的转速, n：汽轮机额定转速。对速度变动率的解释如下:汽轮机在正常运行时,当电网发生故障或汽轮发电机出口开关跳闸使汽轮机负荷甩到零,这时汽轮机的转速先升到一个最高值然后下降到一个稳定值,这种现象称为动态飞升。转速上升的最高值由速度变动率决定,一般应为4～5 %。若汽轮机的额定转速为3000 转/分,则动态飞升在120～150 转/分之间。速度变动率越大, 转速上升越高,危险也越大。汽轮机调速系统的静态频率调节效应系数kf 的倒数为调速系统的调差系数。调差系数的计算公式为: kδ=△f(%)/△P(%) 式中: △f(%): 电网频率变化的百分数,△P(%): 汽轮发电机组有功功率变化的百分数。调差系数的大小对维持系统频率的稳定影响很大。为了减小系统频率波动,要求汽轮机调速系统有合理的调差系数值,一般为4%～5 % 。
10、什么是蒸汽一燃气联合循环机组,运行上有何特点?
答:蒸汽－燃气联合循环机组是把蒸汽轮机循环以及燃气轮机循环综合在一起的动力装置。
用提高初温的办法来提高蒸汽轮机循环的效率时,受到金属材料的限制,使初温难以继续提高。由于蒸汽轮机的循环终参数较低,而燃气轮机循环的初参数却较高,所以蒸汽-燃气联合循环机组,利用燃气轮机循环有较高初温及蒸汽轮机循环有较低终参数的优点来提高整个循环的热效率。采用不同方式的机组特点不同。
余热锅炉联合循环机组特点是:汽轮机的容量和新蒸汽参数由燃气轮机容量、排汽温度决定,汽轮机不能单独运行,而且汽轮机负荷随燃气轮机而变动。
补燃余热锅炉联合循环机组特点是:加装补燃器,利用燃气轮机排气中还有14％－18％的氧帮助燃烧,增加输入热量,提高汽轮机的功率和效率。
增压锅炉联合循环机组特点是:因锅炉增加燃烧,燃烧迅猛,使传热系数大为增加,燃气轮机的蒸汽参数随燃气轮机进气温度提高而增加;燃气轮机和汽轮机都不能单独运行。
排气助然锅炉联合循环机组特点是:不仅回收燃气轮机的排气余热,同时充分利用排气中的余热,燃气轮机和汽轮机可以分开运行;可配置高参数大型汽轮机;锅炉中的所用燃料可任意选择。
11、同步发电机的冷却方式分哪几种?各有什么优缺点?
答:同步发电机的冷却分为外冷和内冷两种:
1 、外冷:包括空冷和氢冷空冷:冷却介质为空气, 即用空气把发电机内因损耗而产生的热量带走,这种方式结构简单,但冷却效率不高。最大装机容量可达100MW 左右; 氢冷:冷却介质为氢气,即用氢气把热量带走。与空气相比,冷却能力高。通风损耗较小,但结构复杂,需配置储氢设备。最大装机容量可达200MW 左右;
2 、内冷:包括定子水内冷,转子氢内冷等内冷(直接冷却方式):冷却介质为水、油、氢气,即将氢、水或油通过导线内部,直接把热量带走,与前述两种表面冷却方式相比,冷却能力高,可以缩小发电机体积,节省材料,便于制造大容量发电机,但发电机结构复杂,铜损较大,铁损和机械损耗较小,总损耗相差不多。
12、简述大型单元机组的功率调节方式。
答:大型单元机组的功率调节方式有三种。
1）以锅炉为基础的运行方式在这种方式下,锅炉通过改变燃烧率以调节机组负荷,而汽机则是通过改变调速汽门开度以控制主蒸汽压力。当负荷要求改变时,由锅炉的自动控制系统,根据负荷指令来改变锅炉的燃烧率及其它调节量,待汽压改变后由汽轮机的自动控制系统去改变调速汽门开度,以保持汽轮机前的汽压为设定值,同时改变汽轮发电机的输出功率。汽机跟随控制方式的运行特点是:当负荷要求改变时,汽压的动态偏差小而功率的响应慢。
2）以汽机为基础的运行方式在这种方式下,锅炉通过改变燃烧率调节主蒸汽压力,而汽机则以改变调速汽门开度调节机组负荷。当负荷要求改变时,由汽轮机的自动控制系统根据负荷指令改变调速汽门开度,以改变汽轮发电机的输出功率。此时,汽轮机前的蒸汽压力改变,于是锅炉的自动控制系统跟着动作, 去改变锅炉的燃烧率及其它调节量(如给水量、喷水量等),以保持汽轮机前的汽压为设定值。这种控制方式的运行特点是:当负荷要求改变时,功率的响应快而汽轮机前汽压的动态偏差大。
3）功率控制方式这种方式是以汽机为基础的协调控制方式,机、炉作为一个整体联合控制机组的负荷及主蒸汽压力,也称为机炉整体控制方式。当负荷要求改变时,根据负荷指令和机组实际输出功率之间的偏差,以及汽轮机主汽门前汽压与其设定值之间的偏差,使锅炉和汽轮机的自动控制系统协调地实时改变汽轮机的调速汽门开度和锅炉的燃烧率(和其它调节量),使汽轮机前汽压的动态偏差较小而功率响应较快。近来参加电网调频的大型火力发电机组大都采用这种控制方式。
13、在什么情况下机组需要紧急停机?
答:当遇有下列情况时,需要紧急停机: (1) 水击。(2) 机组超速。(3) 胀差超过允许值。(4) 机组内有清晰的金属声。(5) 控制油箱油位低于停机油位。(6) 油系统着火,威胁机组安全。(7) 冷油器出口油温过高或超出规定值。(8) 轴承金属温度高。(9) 发电机密封油回油温度高。(10) 主、再热蒸汽温度高。(11) 正常运行时主、再热蒸汽温度低。(12) 高缸排汽温度高。(13) 低缸排汽温度高。(14) 主机轴向位移大。(15) 偏心率大。(16) 主机推力轴承温度高。(17) 主机凝汽器水位过高。当遇有下列情况时,发电机必须与系统解列: (1) 发电机、励磁机内冒烟、着火或氢气爆炸。(2) 发电机或励磁机发生严重的振动。(3) 发生威胁人员生命安全时。
14、在什么情况下机组可以紧急停炉?
答:在下列情况下,可以紧急停炉:
(1) 运行工况、参数达到事故停炉保护动作定值,而保护拒动。
(2) 全部给水流量表损坏,造成主汽温度不正常或虽然主汽温度正常但半小时之内流量表计未恢复。
(3) 主给水、蒸汽管路发生爆破时。
(4) 炉膛内或烟道内发生爆炸,设备遭到严重损坏时。
(5) 蒸汽压力超过极限压力,安全门拒动或对空排汽门打不开时。
(6) 中压安全门动作后不回座,再热器压力、汽温下降,达到不允许运行时。
(7) 主要仪表电源消失．无法监视机组运行情况时。
(8) 低负荷锅炉燃烧不稳,炉膛压力波动大(蒸汽流量迅速下降)时。
(9) 锅炉四管爆破,危及临近管子安全时。
(10)汽包水位计全部损坏或失灵,无法监视水位时。
(11)汽包水位过高或过低。
15、试述什么是离散控制系统(DCS)?
答:离散控制系统DCS(distributed control system 的简称)是以微处理器及微型计算机为基础, 融汇计算机技术、数据通信技术、CRT 屏幕显示技术和自动控制技术为一体的计算机控制系统,它对生产过程进行集中操作管理和分散控制。即分布于生产过程各部分的以微处理器为核心的过程控制站,分别对各部分工艺流程进行控制,又通过数据通信系统与中央控制室的各监控操作站联网,因此也称集散控制系统(TDCS) 。操作员通过监控站CRT 终端,可以对全部生产过程的工况进行监视和操作,网络中的专业计算机用于数学模型或先进控制策略的运算,适时地给各过程站发出控制信息、调整运行工况。分散控制系统可以是分级系统,通常可分为过程级、监控级和管理级、分散控制系统由具有自治功能的多种工作站组成,如数据采集站、过程控制站、工程师(操作员)操作站、运行远操作站等。这些工作站可独立或配合完成数据采集与处理、控制、计算等功能,便于实现功能、地理位置和负载上的分散。且当个别工作站故障时,仅使系统功能略有下降,不会影响整个系统的运行,因此是危险分散。各种类型分散控制系统的构成基本相同,都由通信网络和工作站(节点)两大部分组成。分散控制系统可以组成发电厂单元机组的数据采集系统（DAS) 、自动控制系统(ACS) 、顺序控制系统(SCS) 及安全保护等,实现计算机过程控制。
用DCS 实现大型火电机组自动化的主要优点是: 1) 连续控制、继续控制、逻辑控制和监控等功能集中于统一的系统中,可由品种不多的硬件,凭借丰富的软件和通信功能来实现综合控制,既节省投资,又提高了系统的可靠性、可操作性和维修性。2) 可按工艺、控制功能、可靠性要求由功能和地理位置不同的各个工作站组成控制系统,系统结构灵活,且大大节省电缆。3) 一个站的故障不会影响其它站的正常运行,系统可靠性高。4) 各种监视控制功能均采用软件模块来完成,所以修改方便,易于实现高级控制。
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