1、發電廠按使用能源劃分有幾種基本類型?
答:發電廠按使用能源劃分有下述基本類型:
(1)、火力發電廠:火力發電是利用燃燒燃料(煤、石油及其制品、天然氣等)所得到的熱能發電。火力發電的發電機組有兩種主要形式:利用鍋爐產生高溫高壓蒸汽沖動汽輪機旋轉帶動發電機發電,稱為汽輪發電機組;燃料進入燃氣輪機將熱能直接轉換為機械能驅動發電機發電,稱為燃氣輪機發電機組。火力發電廠通常是指以汽輪發電機組為主的發電廠。
(2)、水力發電廠:水力發電是將高處的河水(或湖水、江水)通過導流引到下游形成落差推動水輪機旋轉帶動發電機發電。以水輪發電機組發電的發電廠稱為水力發電廠。
水力發電廠按水庫調節性能又可分為:
①、徑流式水電廠:無水庫,基本上來多少水發多少電的水電廠;
②、日調節式水電廠:水庫很小,水庫的調節周期為一晝夜,將一晝夜天然徑流通過水庫調節發電的水電廠;
③、年調節式水電廠:對一年內各月的天然徑流進行優化分配、調節,將豐水期多余的水量存入水庫,保證枯水期放水發電的水電廠;
④、多年調節式水電廠:將不均勻的多年天然來水量進行優化分配、調節,多年調節的水庫容量較大,將豐水年的多余水量存入水庫,補充枯水年份的水量不足,以保證電廠的可調出力。
(3)、核能發電廠:核能發電是利用原子反應堆中核燃料(例如鈾)慢慢裂變所放出的熱能產生蒸汽(代替了火力發電廠中的鍋爐)驅動汽輪機再帶動發電機旋轉發電。以核能發電為主的發電廠稱為核能發電廠,簡稱核電站。根據核反應堆的類型,核電站可分為壓水堆式、沸水堆式、氣冷堆式、重水堆式、快中子增殖堆式等。
(4)、風力發電場:利用風力吹動建造在塔頂上的大型槳葉旋轉帶動發電機發電稱為風力發電,由數座、十數座甚至數十座風力發電機組成的發電場地稱為風力發電場。
(5)、其他還有地熱發電廠、潮汐發電廠、太陽能發電廠等。
2、鍋爐的循環方式有幾種,簡述其含義?
答:火力發電廠中的鍋爐按水循環方式可分為自然循環,強制循環,直流鍋爐三種類型。 依靠工質的重度差而產生的循環流動稱為自然循環。借助水泵壓頭使工質產生的循環流動稱為強制循環。 自然循環形成:汽包、下降管、下聯箱和上升管(即水泠壁)組成一個循環回路。由于上升管中的水在爐內受熱產生了蒸汽,汽水混合物的重度小,而下降管在爐外不受熱,管中是水,其重度大,兩者重度差就產生推動力,水沿下降管向下流動,而汽水混合物則沿上升管向上流動,這樣就形成水的自然循環流動。 強制循環鍋爐的結構與自然循環基本相同,它也有汽包,所不同的在下降管中增加了循環泵,作為增強汽水循環的動力。 直流爐的結構與自然循環鍋爐結構不同,它沒有汽包,是依靠給水泵壓力使工質鍋爐受熱面管子中依次經過省煤器,蒸發受熱面和過熱器一次將水全部加熱成為過熱蒸汽。現在一般只宜用于亞臨界,超臨界壓力鍋爐。強制循環鍋爐與自然循環鍋爐比較: 優點:可適用于亞臨界、超臨界壓力;由于工質在受熱面中是強制流動,因而受熱面的布置較靈活,受熱均勻水循環好;起停爐快;水冷壁可使小管徑、薄管壁(壓力準許),相對汽包容積減小,節省鋼材。缺點:加裝循環泵,系統復雜,投資高,檢修困難。
3、試述火力發電廠主要生產過程?
答:火力發電廠(以燃煤發電廠為例)主要生產過程是:儲存在儲煤場(或儲煤罐)中的原煤由輸煤設備從儲煤場送到鍋爐的原煤斗中,再由給煤機送到磨煤機中磨成煤粉。煤粉送至分離器進行分離,合格的煤粉送到煤粉倉儲存(倉儲式鍋爐)。煤粉倉的煤粉由給粉機送到鍋爐本體的噴燃器,由噴燃器噴到爐膛內燃燒(直吹式鍋爐將煤粉分離后直接送入爐膛)。燃燒的煤粉放出大量的熱能將爐膛四周水冷壁管內的水加熱成汽水混合物。混合物被鍋爐汽包內的汽水分離器進行分離,分離出的水經下降管送到水冷壁管繼續加熱,分離出的蒸汽送到過熱器,加熱成符合規定溫度和壓力的過熱蒸汽,經管道送到汽輪機作功。過熱蒸汽在汽輪機內作功推動汽輪機旋轉,汽輪機帶動發電機發電,發電機發出的三相交流電通過發電機端部的引線經變壓器什壓后引出送到電網。在汽輪機內作完功的過熱蒸汽被凝汽器冷卻成凝結水,凝結水經凝結泵送到低壓加熱器加熱,然后送到除氧器除氧,再經給水泵送到高壓加熱器加熱后,送到鍋爐繼續進行熱力循環。再熱式機組采用中間再熱過程,即把在汽輪機高壓缸做功之后的蒸汽,送到鍋爐的再熱器重新加熱,使汽溫提高到一定(或初蒸汽)溫度后,送到汽輪機中壓缸繼續做功。
4、鍋爐本體有哪些主要部件?各有什么主要功能?
答:在火力發電廠中,鍋爐的功能是利用燃料燃燒放出的熱能產生高溫高壓蒸汽。鍋爐本體的結構和主要部件都是為了實現它的功能而設置的。鍋爐本體的結構有爐膛、水平煙道和垂直煙道(尾部煙道),主要部件按燃燒系統和汽水系統來設置,有空氣預熱器、噴燃器、省煤器、汽包、下降管、水冷壁、過熱器、再熱器等。 空氣預熱器分層布置在垂直煙道中(旋轉式的不分層,布置在垂直煙道底部),它把送風機送來的空氣利用流經垂直煙道的煙氣進行加熱,加熱后的空氣分別送到磨煤機(做為熱風源)、排粉機、一次風箱和二次風箱。噴燃器布置在爐膛四角(或前后墻),數目多時可上下分層。給粉機把煤粉送入噴燃器,一次風引入噴燃器把煤粉吹入爐膛。二次風口布置在噴燃器近旁,噴入助燃空氣。直吹式鍋爐由排粉機將煤粉直接吹入爐膛。煤粉燃燒后形成飛灰(細灰和粗灰)和灰渣。飛灰隨煙氣經水平煙道、垂直煙道到除塵器,除塵器把煙氣中98%以上的細灰除下落入除塵器下部的灰斗中,極少的細灰隨煙氣經吸風機送入煙囪排入大氣;灰渣則落入爐膛底部形成爐底渣,由除灰設備定時除出爐外。 省煤器分層布置在垂直煙道中,它把給水母管送來的水利用煙氣進行加熱再送到汽包中。汽包布置在鍋爐頂部,它在鍋爐的汽水循環中起著接收來水、儲水和進行汽水分離的作用。 汽包中的水經下降管、水冷壁下聯箱(它們都布置在爐膛外壁)送到水冷壁。在強制循環式鍋爐的下降管中安裝有強制循環泵,加強水循環。 水冷壁是布置在爐膛四周的排管,在爐膛內燃燒的燃料所放出的熱把水冷壁管內的水加熱成汽水混合物。汽水混合物經水冷壁上聯箱和上升管進入汽包。汽包中的汽水分離器把汽水混合物進行分離,分離出的蒸汽送到過熱器,余下的水留在汽包中繼續參加水循環。直流式鍋爐沒有汽包,水冷壁將水直接加熱成蒸汽送入過熱器。 過熱器布置在爐膛上部和水平煙道中,它把蒸汽加熱并調節成符合規定溫度的過熱蒸汽,過熱蒸汽經集汽聯箱、主汽門到汽輪機。過熱器又可分為低溫過熱器和高溫過熱器。在鍋爐水平煙道入口處裝有屏式過熱器,在爐膛頂部裝有頂棚過熱器。 再熱式機組的再熱器也布置在水平煙道和垂直煙道中,再熱器的功能是將在汽輪機高壓缸做過功的蒸汽再次加熱到一定溫度送回到氣輪機中壓缸繼續做功。
5、目前我國對于單元制機組一般采用什么方法啟動?試述其含義。
答:一般采用滑參數啟動。滑參數啟動按操作方法分為壓力法和真空法兩種。 壓力法滑參數啟動就是鍋爐先要產生一定溫度和壓力的蒸汽之后才開啟電動主閘門及主汽門沖動汽輪機。啟動參數一般為0.8～1.5 Mpa、220～250°C。這種啟動方法由于操作簡單、控制方便而被廣泛采用。 真空法啟動就是啟動前全開電動主閘門、主汽門和調速汽門,真空區一直擴展到鍋爐汽包,點火后爐水在真空狀態下汽化,在不到0.1 Mpa的壓力下就可以沖動汽輪機,隨著鍋爐燃燒的增強,一方面提高汽溫、汽壓,一方面汽輪機升速、定速、并網、帶負荷。由于真空法滑參數啟動具有疏水困難、蒸汽過熱度低、汽機轉速不易控制、易引起水沖擊等安全性較差及再熱器出口溫度很難提高、抽真空困難等缺點,目前真空法滑參數啟動已很少采用。 滑參數啟動按啟動前汽缸金屬溫度的高低可分為冷態滑參數啟動和熱態滑參數啟動。啟動時高壓缸調節級汽室下內壁溫度低于它在額定參數下維持空轉的金屬溫度時稱為冷態滑參數啟動;如果高壓缸調節級汽室下內壁溫度高于此溫度則稱為熱態滑參數啟動。
6、汽輪發電機組的停機方式有幾種,簡述過程及注意事項。
答:汽輪發電機的停機可分為正常停機及故障停機,對于正常停機按其停機過程不同又可以分為定參數停機與滑參數停機。
(1)、定參數停機
即在停機過程中,主蒸汽參數保持在額定值不變,僅通過關小調門減少進汽量來減少負荷,一般可以在40-50min內將負荷減至零,電氣解列,汽機打閘停機。這樣停機后汽機金屬溫度保持在較高水平,利于再次啟動,盡快接帶負荷。
注意事項:在減負荷過程中,必須嚴格控制汽機金屬溫度的下降速度和溫度的變化。一般要求金屬溫度的下降速度控制在1.5℃/min之內。
(2)、滑參數停機
即在停機過程中,調門保持全開,僅通過降低主蒸汽的參數方法來減少負荷。如果整個過程全部采用滑參數方式,停機后汽缸溫度可以達到較低的水平,有利于汽機檢修,縮短工期。對于20MW以上機組一般采取滑參數方式停機。額定工況下滑停應先把負荷減至80-85%額定負荷,隨主蒸汽參數降低全開調門,穩定一端時間。當金屬溫度降低,各部件溫差減小后,開始滑停。滑停一般分段進行。嚴格控制汽機金屬溫度的下降速度和溫度的變化,一般要求金屬溫度的下降速度控制在1.5℃/min之內。減至較低負荷時,打閘停機,鍋爐熄火,電氣解列發電機。
注意事項:
1) 主蒸汽必須保持有50℃的過熱度。
2) 整個停機過程中主蒸汽溫降必須控制在1-2℃/min內,再熱機組再熱蒸汽溫降控制在2℃以內。當主汽溫度低于汽缸,法蘭溫度35℃時,應停止參數滑降,穩定運行一段時間。
7、汽輪發電機組啟動方式有幾種,簡述啟動過程?
答:按啟動過程中新蒸汽參數的情況,可分為額定參數啟動和滑參數啟動兩種啟動方式;按汽輪機啟動前的金屬溫度高低,又可分為冷態啟動和熱態啟動;按沖動轉子時所用閥門的不同,又可分為調節門啟動、自動主汽門和電動主閘門(或其旁路門)啟動。 額定參數冷態啟動電動主閘門前的新蒸汽參數在整個啟動過程中始終保持在額定值。啟動過程一般包括主蒸汽管道暖管及前期準備,沖動轉子暖機升速,定速并列帶負荷等階段。 主蒸汽管道暖管及前期準備:冷態的主蒸汽管道被高溫高壓的新蒸汽加熱到與新蒸汽同溫度壓力的狀態稱為主蒸汽管道暖管。在暖管過程中,可以進行啟動前的準備,凝汽器通循環水,啟動凝結水泵,抽真空,送軸封,檢查潤滑油系統,啟動盤車連續運轉等。 沖動轉子暖機升速:沖動轉子一般使用調門或電動主閘門(或其旁路門),這根據汽機調速系統的不同來選擇。沖動轉子后控制轉子轉速分別進行低,中,高速暖機。暖機過程中嚴格控制汽缸壁溫升,上下缸,內外缸,法蘭,螺栓等處溫差。一般控制溫升在1-2℃/min,溫差在30-50℃內。 定速并列帶負荷:汽機轉速3000r/min定速,電氣進行并列操作,機組并列,帶負荷暖機。帶負荷暖機過程中仍應嚴格控制各處溫升及溫差等。隨缸溫升高,機組接帶負荷至額定出力。(整個啟動過程共需時約8小時) 滑參數冷態啟動電動主閘門前的新汽參數隨轉速、負荷的升高而滑升,汽輪機定速或并網前,調門一般處于全開狀態。啟動過程一般為:鍋爐點火及暖管,沖動轉子升速暖機,并列接帶負荷等。鍋爐點火及暖管:鍋爐點火前,汽機應做好前期準備包括凝汽器通循環水,檢查潤滑油系統,啟動盤車連續運轉等。聯系鍋爐點火,汽機抽真空,送軸封。鍋爐升溫升壓,應及時開啟旁路。電動主閘門前壓力,溫度達到沖動轉子條件時,即可沖動轉子。 沖動轉子升速暖機:沖動轉子后,低速暖機全面檢查后即可在40-60min內將轉速提到3000r/min,定速。并列接帶負荷:定速后應立即并列接帶少量負荷進行低負荷暖機。聯系鍋爐加強燃燒,嚴格按啟動曲線控制升溫升壓速度。70%額定負荷后,汽缸金屬的溫度水平接近額定參數下額定工況下金屬的溫度水平時,鍋爐滑參數加負荷的過程結束。此后,隨著鍋爐參數的提高,逐漸關小調門保持負荷不變,鍋爐定壓。當主汽參數達到額定值后再逐漸開大調門加負荷至額定出力。
8、什么是汽輪機的真空和真空度?簡述其物理含義。
答:當容器中的壓力低于大氣壓力時,把低于大氣壓力的部分叫做真空,而容器內的壓力叫壓力。另一種說法是,凡壓力比大氣壓力低的容器都稱做真空。真空有程度上的區別:當容器內沒有壓力即壓力等于零時,叫做 完全真空;其余叫做不完全真空。汽輪機凝汽器內的真空就是不完全真空。 真空、壓力與大氣壓力之間的關系如下: h1 + h2 = h 式中 h1:容器內真空水銀柱的高度,單位:mm h2:相當于容器內壓力的水銀柱高度,單位:mm h: 大氣壓力的水銀柱高度,單位:mm 真空也可以用百分比表示,叫做真空度,即用測得的真空水銀柱高度除以相當于大氣壓力的水銀柱高度,再化為百分數表示,用公式表示為: 真空度= h1/ h×100%。 在凝汽器內壓力不變的情況下,真空度隨著大氣壓力的變化而變化。所以,在理論計算上使用壓力來表示汽輪機凝汽器內的真空較為妥善。在已經測得大氣壓力和凝汽器內真空水銀柱高度之后,壓力可由下述公式計算: P =( h - h1)/735.6 (工程大氣壓) 例如:測得汽輪機凝汽器內的真空等于720mm水銀柱,另由壓力表測得當時的大氣壓力是750mm水銀柱,則凝汽器的壓力和真空度各為: P =(h - h1)/735.6 =(750 - 720)/735.6=0.04(工程大氣壓)真空度 = h1/ h×100% =(720/750)×100% =96%。
9、什么是汽輪機調速系統的遲緩率、速度變動率和調差系數?
答:汽輪機調速系統的遲緩率是指在調速系統中由于各部件的摩擦、卡澀、不靈活以及連桿、絞鏈等結合處的間隙、錯油門的重疊度等因素造成的動作遲緩程度。機械液壓型調速器好的遲緩率ε= 0.3～0.4 %。采用電液壓式數字型調速器靈敏度很高,遲緩率(人工死區)可以調節到接近于零。速度變動率是指汽輪機由滿負荷到空負荷的轉速變化與額定轉速之比,其計算公式為:δ=(n1 - n2)/n×100%式中n1汽輪機空負荷時的轉速, n2: 汽輪機滿負荷時的轉速, n汽輪機額定轉速。對速度變動率的解釋如下:汽輪機在正常運行時,當電網發生故障或汽輪發電機出口開關跳閘使汽輪機負荷甩到零,這時汽輪機的轉速先升到一個高值然后下降到一個穩定值,這種現象稱為"動態飛升"。轉速上升的高值由速度變動率決定,一般應為4～5 %。若汽輪機的額定轉速為3000轉/分,則動態飛升在120～150轉/分之間。速度變動率越大,轉速上升越高,危險也越大。 汽輪機調速系統的靜態頻率調節效應系數kf的倒數為調速系統的調差系數。調差系數的計算公式為: kδ=△f(%)/△P(%)式中: △f(%): 電網頻率變化的百分數,△P(%): 汽輪發電機組有功功率變化的百分數。調差系數的大小對維持系統頻率的穩定影響很大。為了減小系統頻率波動,要求汽輪機調速系統有合理的調差系數值,一般為4%～5 %。
10、什么是蒸汽一燃氣聯合循環機組,運行上有何特點?
答:蒸汽－燃氣聯合循環機組是把蒸汽輪機循環以及燃氣輪機循環綜合在一起的動力裝置。
用提高初溫的辦法來提高蒸汽輪機循環的效率時,受到金屬材料的限制,使初溫難以繼續提高。由于蒸汽輪機的循環終參數較低,而燃氣輪機循環的初參數卻較高,所以蒸汽-燃氣聯合循環機組,利用燃氣輪機循環有較高初溫及蒸汽輪機循環有較低終參數的優點來提高整個循環的熱效率。
采用不同方式的機組特點不同。
余熱鍋爐聯合循環機組特點是:汽輪機的容量和新蒸汽參數由燃氣輪機容量、排汽溫度決定,汽輪機不能單獨運行,而且汽輪機負荷隨燃氣輪機而變動。
補燃余熱鍋爐聯合循環機組特點是:加裝補燃器,利用燃氣輪機排氣中還有14％－18％的氧幫助燃燒,增加輸入熱量,提高汽輪機的功率和效率。
增壓鍋爐聯合循環機組特點是:因鍋爐增加燃燒,燃燒迅猛,使傳熱系數大為增加,燃氣輪機的蒸汽參數隨燃氣輪機進氣溫度提高而增加;燃氣輪機和汽輪機都不能單獨運行。
排氣助然鍋爐聯合循環機組特點是:不僅回收燃氣輪機的排氣余熱,同時充分利用排氣中的余熱,燃氣輪機和汽輪機可以分開運行;可配置高參數大型汽輪機;鍋爐中的所用燃料可任意選擇。
11、同步發電機的冷卻方式分哪幾種?各有什么優缺點?
答:同步發電機的冷卻分為外冷和內冷兩種: 1、外冷:包括空冷和氫冷 空冷:冷卻介質為空氣,即用空氣把發電機內因損耗而產生的熱量帶走,這種方式結構簡單,但冷卻效率不高。大裝機容量可達100MW左右; 氫冷:冷卻介質為氫氣,即用氫氣把熱量帶走。與空氣相比,冷卻能力高。通風損耗較小,但結構復雜,需配置儲氫設備。大裝機容量可達200MW左右; 2、內冷:包括定子水內冷,轉子氫內冷等 內冷(直接冷卻方式):冷卻介質為水、油、氫氣,即將氫、水或油通過導線內部,直接把熱量帶走,與前述兩種表面冷卻方式相比,冷卻能力高,可以縮小發電機體積,節省材料,便于制造大容量發電機,但發電機結構復雜,銅損較大,鐵損和機械損耗較小,總損耗相差不多。
12、簡述大型單元機組的功率調節方式。
答:大型單元機組的功率調節方式有三種。
1、以鍋爐為基礎的運行方式
在這種方式下,鍋爐通過改變燃燒率以調節機組負荷,而汽機則是通過改變調速汽門開度以控制主蒸汽壓力。當負荷要求改變時,由鍋爐的自動控制系統,根據負荷指令來改變鍋爐的燃燒率及其它調節量,待汽壓改變后由汽輪機的自動控制系統去改變調速汽門開度,以保持汽輪機前的汽壓為設定值,同時改變汽輪發電機的輸出功率。汽機跟隨控制方式的運行特點是:當負荷要求改變時,汽壓的動態偏差小而功率的響應慢。
2、以汽機為基礎的運行方式
在這種方式下,鍋爐通過改變燃燒率調節主蒸汽壓力,而汽機則以改變調速汽門開度調節機組負荷。當負荷要求改變時,由汽輪機的自動控制系統根據負荷指令改變調速汽門開度,以改變汽輪發電機的輸出功率。此時,汽輪機前的蒸汽壓力改變,于是鍋爐的自動控制系統跟著動作,去改變鍋爐的燃燒率及其它調節量(如給水量、噴水量等),以保持汽輪機前的汽壓為設定值。這種控制方式的運行特點是:當負荷要求改變時,功率的響應快而汽輪機前汽壓的動態偏差大。
3、功率控制方式
這種方式是以汽機為基礎的協調控制方式,機、爐作為一個整體聯合控制機組的負荷及主蒸汽壓力,也稱為機爐整體控制方式。當負荷要求改變時,根據負荷指令和機組實際輸出功率之間的偏差,以及汽輪機主汽門前汽壓與其設定值之間的偏差,使鍋爐和汽輪機的自動控制系統協調地實時改變汽輪機的調速汽門開度和鍋爐的燃燒率(和其它調節量),使汽輪機前汽壓的動態偏差較小而功率響應較快。近來參加電網調頻的大型火力發電機組大都采用這種控制方式。
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