【正文】 距離運(yùn)進(jìn)燃料，它生產(chǎn)的電能供給比較集中的用戶?；痣姀S還按蒸汽壓力分為低壓電廠（蒸汽初壓力約為 ～ 兆帕（ MPa））、中壓電廠 (2～ 4MPa）、高壓電廠（ 6～ 10MPa）、超高壓電廠（ 12～ 14MPa） 、亞臨壓力電廠（ 16～ 18MPa ）和超臨界壓力電廠（ ）。在全世界范圍內(nèi)，火電廠的裝機(jī)容量約占總裝機(jī)容量的 70％ ，發(fā)電量約占總發(fā)電量的 80％ ，中國火電廠的裝機(jī)容量占總裝機(jī)容量 的 ％，發(fā)電量占總發(fā)電量的 ％，可見火電廠對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高都起著重大作用。 1882 年，中國在上海建成一座裝有 1 臺(tái) 12KW 直流發(fā)電機(jī)的火電廠， 這是中國第一座火電廠。 經(jīng)過了 100 多年電力行業(yè)的發(fā)展， 截止 2020 年底，全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到 62200 萬千瓦。其中，水電達(dá)到 12857 萬千瓦，約占總?cè)萘?%；火電達(dá)到 48405萬千瓦，約占總?cè)萘?%。全國 220 千伏及以上輸電線路回路長度達(dá)到 萬公里， 220 千伏及以上變電設(shè)備容量達(dá)到 98131 萬千伏安。 從電 力生產(chǎn)情況看， 2020 年全國發(fā)電量達(dá)到 28344 億千瓦時(shí)。其中，水電發(fā)電量4167 億千瓦時(shí)，約占全部發(fā)電量 %；火電發(fā)電量 23573 億千瓦時(shí)，約占全部發(fā)電量 %；核電發(fā)電量 543 億千瓦時(shí)，約占全部發(fā)電量 %。 “十一五 ”期間，我國將迎來電網(wǎng)建設(shè)的新高潮。到 2020 年，國家電網(wǎng)在跨區(qū)域電網(wǎng)建設(shè)方面，交流特高壓輸電線路建設(shè)規(guī)模將達(dá)到 4200 千米，變電容量達(dá)到 3900 萬千伏安，跨區(qū)送電能力達(dá)到 7000 萬千瓦；在城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)方面， 220 千伏及以上交直流輸電線路要超過 34 萬千米，交流變電容量超過 13 億千伏安 。 熱電廠發(fā)展趨勢 在本世紀(jì)最后 十幾 年左右的時(shí)間里，我國 熱 電廠自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用 和 發(fā)展，盡管經(jīng)歷內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 2 過挫折和重重困難，但仍以前所未有的速度發(fā)展?？梢灶A(yù)見，進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國 熱 電廠自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用很可能將以更快的速度發(fā)展，這是 由 于世界高科技飛速發(fā)展，世界進(jìn)入信息時(shí)代 。 ㈠ 熱 電廠將進(jìn)入信息網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代 未來 21 世紀(jì)的最初 10 年，火電廠必將隨著不可抗拒的潮流加速進(jìn)入信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，火電廠乃至電力系統(tǒng)和電力企業(yè)集團(tuán)將形成生產(chǎn)過程自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化的信息網(wǎng)絡(luò)。 ? 廠級(jí)生產(chǎn)過程自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化系統(tǒng) (簡稱廠級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng) ) 由廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng) (Supervisory information system in plant level,簡寫 SIS)和廠級(jí)管理信息系統(tǒng) (Management information system in plant level,簡寫 MIS)組成。 SIS 主要處理全廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成廠級(jí)生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理，廠級(jí)故障診斷和分析，廠級(jí)性能計(jì)算、分析和經(jīng)濟(jì)負(fù)荷調(diào)度等； MIS 主要為全廠運(yùn)營、生產(chǎn)和行政的管理工作服務(wù)，主要完成設(shè)備和維 修管理、生產(chǎn) 經(jīng)營管理 (包括電力市場報(bào)價(jià)子系統(tǒng) )、財(cái)務(wù)管理等。 SIS 和 MIS可以是設(shè)置在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的 2 個(gè)功能，共用計(jì)算單元和數(shù)據(jù)服務(wù)器， SIS 網(wǎng)與 MIS 網(wǎng)用網(wǎng)關(guān) (G)或其它接口分隔成 2 個(gè)網(wǎng)，分別設(shè)置相應(yīng)的計(jì)算單元和數(shù)據(jù)服務(wù)器，以提高SIS 網(wǎng)的安全性。 電力集團(tuán)企業(yè) MIS 和電網(wǎng)運(yùn)營系統(tǒng)與火電廠的廠級(jí) MIS 相連，而電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)則通過發(fā)電端的遠(yuǎn)程發(fā)送單元 (RTU)與網(wǎng)內(nèi)火電廠的的廠級(jí) SIS 相連，進(jìn)行 1 級(jí)或 2 級(jí)調(diào)度，也可采用傳統(tǒng)方法連接到網(wǎng)絡(luò)站監(jiān)控系統(tǒng)。隨著光纜在各地區(qū)，乃至全國范圍內(nèi)的鋪 設(shè)，有可能不再需要 RTU，而可以由專用 Intre 網(wǎng)實(shí)現(xiàn)上述通信。 ? 輔助車間監(jiān)控系統(tǒng) 一個(gè)火電廠有 十 幾個(gè)輔助車間，國外已有通過網(wǎng)絡(luò)集中到 1 個(gè)控制室進(jìn)行集中控制的做法。過去國內(nèi)都是一個(gè)輔助車間內(nèi)由 PLC 和上位機(jī)構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在車間控制室內(nèi)控制。目前趨向于采用適度集中控制的方案，例如全廠形成煤、灰、水 3 個(gè)網(wǎng)絡(luò)、 3個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，待今后條件成熟時(shí)再減少控制點(diǎn)。輔助車間網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)連接到上層網(wǎng) ——廠級(jí) SIS 網(wǎng)，不連接到單元機(jī)組 DCS 網(wǎng)，再將信息引到 SIS 網(wǎng)的做法，因?yàn)檫@樣增加了 DCS 負(fù)荷，降低了單元機(jī)組監(jiān)控可靠性，很難處 理單元機(jī)組公用車間運(yùn)行管理不同的矛盾，而且單元機(jī)組對大量輔助車間信息也沒有需要。 ㈡ 單元機(jī)組自動(dòng)化將展現(xiàn)新的特點(diǎn) 火電廠單元機(jī)組的自動(dòng)化水平，無論國外和國內(nèi)，都是比較高的 。 未來 10 年左右時(shí)間里，可以斷定，單元機(jī)組自動(dòng)化必將在下列幾個(gè)方面進(jìn)一步向前發(fā)展： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 3 ? 控制系統(tǒng)全計(jì)算機(jī)化，控制室緊湊小型化單元機(jī)組實(shí)現(xiàn)全 CRT 監(jiān)控，傳統(tǒng)監(jiān)控盤臺(tái)將取消，控制室 (2 臺(tái)單元機(jī)組 )面積由目前的 350～ 4000m2，降到 150 m2以下。 ? 監(jiān)控系統(tǒng)的功能配置和物理配置 ① 物理配置 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)將由以前的全部集中到一個(gè)控制樓里的配置方式，逐步趨向于采用適度物理分散配置的原則。龐大的控制樓將取消，變成若干個(gè)小型的電子設(shè)備間，分別布置在鍋爐、汽輪機(jī)房或其它主設(shè)備附近。節(jié)省電纜，并為主廠房模塊化設(shè)計(jì)、安裝、縮短工期，以及主廠房合理布局創(chuàng)造條件。對現(xiàn)場來的信號(hào)，將大量采用遠(yuǎn)程 I/O 控制。 ② 功能配置 縱觀 DCS 發(fā)展史，結(jié)合火電廠單元機(jī)組控制系統(tǒng)的特點(diǎn)， DCS 功能配置將 與物理配置走正好相反的方向，正在趨向再適度集中一點(diǎn)的方向發(fā)展。首先，單元機(jī)組各個(gè)控制系統(tǒng)間有著千絲萬縷的信號(hào)聯(lián)系，一對控制器故障，往往會(huì)導(dǎo)致另一對控制器因沒有正確的聯(lián)系信號(hào)而不能正常工作，甚至誤動(dòng)；其次，由于目前大多沒有常規(guī)后備監(jiān)控設(shè)備，因此，對于大部分重要控制器，只要其中一對控制器故障，可能就要被迫停機(jī)，而過多的控制器實(shí)際上反而增加了故障停機(jī)的概率；再次，目前控制器容量和速度均大大提高，多個(gè)相互聯(lián)系密切的控制系統(tǒng)集中在一對控制器中，反而因內(nèi)部信息交換方便而提高可靠性。目前有的公司推出的 DCS， CPU 采用 22 冗余 (由于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，成本增加很小 )，可靠性進(jìn)一步提高。 根據(jù)電廠特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)在提高每一組控制器的可靠性上下功夫，而在控制器容量和速度允許情況下，可以合理地配置控制器，適當(dāng)提高功能配置的集中度。 ? 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) (FCS) DCS 的本質(zhì)是監(jiān)控集中，控制分散，故又稱集散控制系統(tǒng) (TDCS)， FCS 的全數(shù)字化通信將引起真正的革命。傳統(tǒng) DCS 的一個(gè)致命弱點(diǎn)是，它可以控制和監(jiān)視工藝過程，對自身進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài)。但是，由于其 I/O 信號(hào)采用傳統(tǒng)的模擬量信號(hào)，因此，它無法在 DCS 的工程師站上對現(xiàn)場儀表 (變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等 )進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。 FCS 的現(xiàn)場總線和全數(shù)字的現(xiàn)場總線智能化儀表熔入 DCS 后，將徹底解決這個(gè)問題。 ㈢ 輔助車間高度集中控制 一個(gè)電廠有 十 幾個(gè)輔助車間，過去在每個(gè)車間都設(shè)一個(gè)控制室，采用 PLC 實(shí)現(xiàn)順內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 4 序控制，值班人員多達(dá) 100～ 200 人，不少電廠輔助車間實(shí)際達(dá)到的自動(dòng)化水平不高。輔 助 車間實(shí)現(xiàn)高度集中控制： (1) 提高可控性，并集中解決好某些特殊檢測問題，使設(shè)計(jì)的順序控制得以可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)在當(dāng)?shù)鼗緹o人值班； (2) 配置好輔助 車間的計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)若干輔助車間遠(yuǎn)方集中監(jiān)控 。 熱力發(fā)電廠生產(chǎn)流程 [2] 熱力發(fā)電是利用煤、石油、天然氣等固體、液體、氣體燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能，通過發(fā)電動(dòng)力裝置（包括電廠鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)及其輔助裝置）轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電方式。在所有發(fā)電方式中，熱力發(fā)電是歷史最久的，也是最重要的一種。 發(fā)電廠是把各種動(dòng)力能源的能量轉(zhuǎn)變成電能的工廠。根據(jù)所利用的能源形式可分為熱力發(fā)電、水利發(fā)電、核電、地?zé)岚l(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等。生產(chǎn)工藝示意圖如圖 所示。 圖 熱力發(fā)電廠的工藝示意圖 熱力發(fā)電廠簡稱熱電廠，是利 用煤、石油、天然氣等燃料的化學(xué)能產(chǎn)生出電能的工廠。按其功用可分為兩類，即凝汽式電廠和熱電廠。前者僅向用戶供應(yīng)電能，而熱電廠除供給用戶電量外，還向熱用戶供應(yīng)蒸汽和熱水，即所謂的 “ 熱電聯(lián)合生產(chǎn) ” 。火電廠的容量大小各異，具體形式也不盡相同，但就其生產(chǎn)過程來說卻是相似的。 燃煤，用輸煤皮帶從煤場運(yùn)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(jī)內(nèi)磨成煤粉。磨碎的煤粉由熱空氣攜帶經(jīng)排粉風(fēng)機(jī)送入鍋爐的爐膛內(nèi)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(dòng)，放出熱量，最后進(jìn)入除塵 器，將燃燒后的煤灰分離出來。潔凈的煙氣在引風(fēng)機(jī)的作用下通過煙囪排入大氣。燃煤燃盡的灰渣落入爐膛下面的渣斗內(nèi)，與從除塵器分離出的細(xì)灰內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 5 一起用 水沖至灰漿泵房內(nèi)，再由灰漿泵送至灰場。 在除氧器水箱內(nèi)的水經(jīng)過給水泵升壓后通過高壓加熱器送入省煤器。在省煤器內(nèi)，水受到熱煙氣的加熱，然后進(jìn)入鍋爐頂部的汽包內(nèi)。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(nèi)的水經(jīng)水冷壁不斷循環(huán)，吸收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(jìn)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(jīng)管道引入汽輪機(jī)后，便將熱勢能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能。高速流動(dòng)的蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，形成機(jī)械能。 汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過連軸器聯(lián)在一起。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)便帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的另一端帶著一臺(tái)小直流發(fā)電機(jī)，叫勵(lì)磁機(jī)。勵(lì)磁機(jī)發(fā)出的直流電送至發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈中，使轉(zhuǎn)子成為電磁鐵，周圍產(chǎn)生磁場。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁場也是旋轉(zhuǎn)的，發(fā)電機(jī)定子內(nèi)的導(dǎo)線就會(huì)切割磁力線感應(yīng)產(chǎn)生電流。這樣，發(fā)電機(jī)便把汽 輪機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。電能?jīng)變壓器將電壓升壓后，由輸電線送至電用戶。 生產(chǎn)過程雖然較為繁雜，但從能量轉(zhuǎn)換的角度看卻很簡單，即燃料的化學(xué)能→蒸汽的熱勢能→機(jī)械能→電能。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(chǎn)系統(tǒng)，如燃煤的輸送系統(tǒng)、水的化學(xué)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(diào)工作，它們相互配合完成電能的生產(chǎn)任務(wù)。下面具體介紹燃燒系統(tǒng)，汽水系統(tǒng)。 ㈠ 燃燒系統(tǒng) 燃燒系統(tǒng)是由輸煤、磨煤、粗細(xì)分離、排粉、給粉、鍋爐、除塵、脫流等組成。煤炭是 由皮帶輸送機(jī)從煤場 ,通過電磁鐵、碎煤機(jī)然后送到煤倉間的煤斗內(nèi) ,再經(jīng)過給煤機(jī)進(jìn)入磨煤機(jī)進(jìn)行磨粉，磨好的煤粉通過空氣預(yù)熱器來的熱風(fēng)，將煤粉打至粗細(xì)分離器，粗細(xì)分離器將合格的煤粉（不合格的煤粉送回磨煤機(jī)），經(jīng)過排粉機(jī)送至粉倉，給粉機(jī)將煤粉打入噴燃器送到鍋爐進(jìn)行燃燒。而煙氣經(jīng)過電除塵脫出粉塵再將煙氣送至脫硫裝置，通過石漿噴淋脫出流的氣體經(jīng)過吸風(fēng)機(jī)送到煙筒排人天空。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 皮 帶 秤煙囪鍋爐排 粉 風(fēng) 機(jī)磨煤機(jī)除 塵 器引 風(fēng) 機(jī)送 風(fēng)機(jī)灰 渣 泵P1P2煤斗煤煤粉熱空氣熱 空 氣沖 灰 水 煙氣爐渣細(xì)灰至 灰 場 冷空氣 空 氣 預(yù) 熱 器 圖 燃燒系統(tǒng)流程 ㈡ 汽水系統(tǒng) 熱力發(fā)電廠的汽水系統(tǒng)是由鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器、高低壓加 熱器、凝結(jié)水泵和給水泵等組成，他包括汽水循環(huán)、化學(xué)水處理和冷卻系統(tǒng)等。 水在鍋爐中被加熱成蒸汽，經(jīng)過過熱器進(jìn)一步加熱后變成過熱的蒸汽，再通過主蒸汽管道進(jìn)入汽輪機(jī)。由于蒸汽不斷膨脹，高速流動(dòng)的蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。 為了進(jìn)一步提高其熱效率，一般都從汽輪機(jī)的某些中間級(jí)后抽出作過功的部分蒸汽，用以加熱給水。在現(xiàn)代大型汽輪機(jī)組中都采用這種給水回?zé)嵫h(huán)。此外，在超高壓機(jī)組中還采用再熱循環(huán)，既把作過一段功的蒸汽從汽輪機(jī)的高壓缸的出口將作過功的蒸汽全部抽出，送到鍋爐的再熱汽中加熱后再引入氣輪機(jī)的中壓缸繼 續(xù)膨脹作功，從中壓缸送出的蒸汽，再送入低壓缸繼續(xù)作功。在蒸汽不斷作功的過程中，蒸汽壓力和溫度不斷降低，最后排入凝汽器并被冷卻水冷卻，凝結(jié)成水。凝結(jié)水集中在凝汽器下部由凝結(jié)水泵打至低壓加熱再經(jīng)過除氧氣除氧，給水泵將預(yù)加熱除氧后的水送至高壓加熱器，經(jīng)過加熱后的熱水打入鍋爐，再過熱器中把水已經(jīng)加熱到過熱的蒸汽，送至汽輪機(jī)作功，這樣周而復(fù)始不斷的作功。 在汽水系統(tǒng)中的蒸汽和凝結(jié)水，由于疏通管道很多并且還要經(jīng)過許多的閥門設(shè)備，這樣就難免產(chǎn)生跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都會(huì)或多或少地造成水的損失，因此必須不斷的向系統(tǒng) 中補(bǔ)充經(jīng)過化學(xué)處理過的軟化水，這些補(bǔ)給水一般都補(bǔ)入除氧器中 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 7 過 熱 蒸 汽鍋 爐汽 輪 機(jī)發(fā) 電 機(jī)冷卻水凝 汽 器凝結(jié)水生水水 處 理設(shè) 備補(bǔ)給水給水高 壓 加 熱 器給 水 泵除 氧 器 低 壓 加 熱 器凝 結(jié) 水 泵排氣 圖 汽水系統(tǒng)流程 鍋爐設(shè)備的工藝和分類 [2] 熱力發(fā)電廠的三大主機(jī)是鍋爐