​一文了解火电发电原理

一文了解火电发电原理

截止2023年9月底,我国火电装机容量占比49.22%;太阳能发电装机容量占比18.70%;水电装机容量占比15.03%;风电装机容量占比14.34%;核电装机容量占比2.2%。(数据来源:国家能源局)

我国电力行业正迅速向可再生能源转型,那么各类发电装置的工作原理是什么呢?今天,首先总结一下火电发电原理。

简单来说,火电发电原理就是燃料的化学能转化为电能的过程。燃料在锅炉中燃烧加热水,产生高温高压水蒸汽,水蒸汽推动汽轮—发电机组高速转运,通过切割磁感线产生了电能。

一、燃料

能源种类很多,热值(1kg某种燃料完全燃烧时放出的热量)也各不相同,为便于相互对比和研究,引入标准煤的概念。标准煤热值是7000千卡/千克,通常将各种能源折合成标准煤。

目前,煤炭是火电发电最常用的燃料。根据煤的煤化程度,分为褐煤、烟煤、无烟煤。褐煤热值较低,通常在2000-4500千卡/千克之间。烟煤热值较高,通常为5500-7000千卡/千克。无烟煤热值与烟煤相近,通常为5500-7000千卡/千克。

二、锅炉—燃烧燃料

锅炉从不同的角度能分成多种形式,以蒸汽锅炉为例,是利用燃料燃烧产生的热量(Q=mq),将水加热成为蒸汽。

具体工作流程可分为:燃料燃烧过程、火焰和烟气向锅水的传热过程、水的加热汽化、蒸汽分离、蒸汽输出过程。

锅炉分为“锅”和“炉”:“炉”是燃烧系统,它的任务是使燃料在炉内良好的燃烧,放出热量,它由炉膛、燃烧器、点火装置、空气预热器、烟风道及炉墙、构架等组成。

“锅”是汽水系统,它主要的任务是吸收燃料放出的热量,使水加热、蒸发并最后变成具有一定参数的过热蒸汽。它由省煤器、汽包、下降管、联箱、水冷壁、过热器和再热器等设备及其连接管道和阀门组成。

锅炉基本特性参数之一是锅炉容量(别称锅炉出力),指锅炉每小时所产生的蒸汽量。单位:t/h(吨每时),锅炉容量在设计时就已经确定。一般地:小于20吨/时的锅炉称小型锅炉,20-75吨/时的锅炉称中型锅炉,大于75吨/时的锅炉称大型锅炉。

三、汽轮机

汽轮机,也称蒸汽透平机,是一种旋转式蒸汽动力装置,将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。

汽轮机分为本体和辅助系统,本体将蒸汽的热能转换为机械能,维持高速旋转。辅助系统是为了提高热效率而设置的回热系统,包括辅机、发电机冷却系统。

汽轮机本体由转动部分和静止部分两个方面组成,转动部分包括主轴、叶轮、动叶栅和联轴器等;静止部分包括汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。

辅助系统有凝汽器、回热加热设备等。

汽轮机的级:由一列喷嘴和一列动叶栅组成,用来完成蒸汽热能转变为机械能全过程的基本单元。

高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流,高速气流进入动叶栅流动,在流动过程中产生作用力带动叶轮和轴旋转,于是在汽轮机轴上便得到可以向外输出的机械功。

功率是汽轮机特征参数之一,指汽轮机在单位时间内所做的机械功。老厂以50MW、100MW、125MW、135MW、200MW、300MW等为主,新厂以300MW、600MW、1000MW等为主,有少量的330MW、350MW、400MW、500MW、800MW、900MW机组。

在北方,由供热需要,在热电联产企业中,就是利用汽轮机的排汽或中间抽汽进行供热。

四、发电机

汽轮机产生机械能传给发电机,发电机根据电磁感应原理,通过转子和定子的相对运动,将机械能转变为电能。

发电机转子为磁极,内部装有励磁绕组,当通上直流电后产生磁场,一般给转子供给直流电的设备我们叫励磁机(接在发电机后部)。

发电机定子铁芯上嵌有三相对称绕组(定子线圈),发电机工作时,汽轮机带动发电机转子(磁极)旋转,使定子线圈绕组不断切割转子磁场而感应出三相交流电动势,发出电能。

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