火力发电厂的动力设备分类

火力发电厂有多种分类方法：若按燃料分，可分为燃煤发电厂、燃油发电厂、燃气发电厂、余热发电厂、以城市生活垃圾及工农业废料为燃料的发电厂等；若按输出的能源分，可分为只输出电能的发电厂、发电兼供热的热电厂；若按发电厂装机容量分，可分为小容量发电厂(100MW 以下)、中容量发电厂 (100～250MW)、大中容量发电厂 (250～1000MW)、大容量发电厂 (1000MW 以上)；若按机组的参数分，可分为中低压发电厂、高压发电厂、超高压发电厂、亚临界压力发电厂、超临界压力发电厂和超超临界压力发电厂，表1-1是目前我国发电厂的参数系列。

表1-1　我国发电厂参数系列

续表

注 表中参数为锅炉出口的。

火力发电厂还可以按动力设备的类型分，这种分类标准将电厂分为汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂、蒸汽—燃气轮机发电厂等。其中汽轮机发电厂最为普遍，这种电厂提供的电能在我国占火电厂总电能的95%，本书关于电厂用水与节水的讨论，基本是针对这种电厂的。

1.汽轮机发电厂 （steam power plant）

汽轮机发电厂(又称蒸汽动力发电厂)指由汽轮机驱动发电机的火力发电厂。

图1-2是汽轮机发电厂的能量转化过程。

图1-2　汽轮机发电厂的能量转化过程

汽轮机发电厂的燃料可以是煤、原油、重油、柴油、天然气、液化天然气、煤气、以及生物质等。燃料蕴藏的化学能，通过燃烧变成热能传给锅炉中的水，使水转变为具有一定压力和温度的蒸汽，然后导入汽轮机，在汽轮机中蒸汽膨胀作功，将热能转变为机械能，推动汽轮机转子旋转，汽轮机转子带动发电机转子一起高速旋转，将机械能变为电能送至电网。

其中仅向用户提供电能的为凝汽式电厂，供电的同时还以汽轮机抽气(或排汽)向外界供热的则为热电联产厂或简称热电厂 (combined heat and power generating plant；cogeneration of heat and power，CHP)。图1-3为凝汽式发电厂热力系统流程简单示意图。

在该系统中，锅炉、汽轮机和凝汽器是主要设备，锅炉产生的蒸汽在汽轮机内作功后，进入凝汽器凝结成水，然后由凝结水泵送到低压加热器，加热后送到除氧器，再由给水泵将已除氧的水送到高压加热器，最后进入锅炉，开始下一个循环。

热电厂除了发电外，还向用户以蒸汽或热水的形式供应热能，供热的热能来自生产电能的动力装置的排热或余热。通过热电联产使不同品位的能量得到更充分地利用，因此可获得更好的经济效益和社会效益。图1-4为热电厂水汽循环系统流程示意图。

按照汽轮机中作过功的蒸汽的冷却方式的不同，汽轮机发电厂又可以分为循环冷却电厂、直流冷却电厂和空冷电厂。

循环冷却电厂是指采用循环冷却水系统对汽轮机排出的蒸汽进行冷却的电厂。循环冷却水系统常用的冷却设施有冷却塔、冷却池、喷水池及喷射冷却装置。

直流冷却电厂是指采用直输直排冷却水系统对汽轮机排出的蒸汽进行冷却的电厂。

循环冷却电厂和直流冷却电厂都是以水作为冷却介质。

图1-3　凝汽式发电厂水汽循环系统的流程(www.xing528.com)

1—锅炉；2—汽轮机；3—发电机；4—凝汽器；5—凝结水泵；6—冷却水泵；7—低压加热器；8—除氧器；9—给水泵；10—高压加热器；11—水处理设备

图1-4　热电厂水汽循环系统的流程

1—锅炉；2—汽轮机；3—发电机；4—凝汽器；5—凝结水泵；6—冷却水泵；7—低压加热器；8—除氧器；9—给水泵；10—高压加热器；11—水处理设备；12—返回凝结水箱；13—返回水泵

空冷电厂以空气作为冷却介质，这种以空气为冷却介质的冷却系统又称为干式冷却系统。干式冷却系统有两种——直接干式冷却系统和间接干式冷却系统。其中直接干式冷却系统以布置在厂房外的空气冷却器代替布置在汽轮机下方的水冷却凝汽器。间接干式冷却系统的凝汽器仍布置在汽轮机下方，由密闭式循环冷却水系统对汽轮机排出的蒸汽进行冷却，然后利用间接空冷塔再对冷却水进行热量交换降低其温度。

2.燃气轮机发电厂 （gas turbine power plant）

燃气轮机发电厂是指用燃气轮机驱动发电机的发电厂。

燃气轮机发电厂用液体燃料或气体燃料通过燃气轮机转变为机械能，然后带动发电机发电。燃气轮机的绝热压缩、等压加热、绝热膨胀和等压放热等四个过程分别在压气室、燃烧室、燃气透平和回热器或大气中完成。大型燃气轮机的压气机为多级轴流式，中小型的为离心式。燃气透平一般为轴流式，在小型机组中有用向心式的。燃气透平带动压气和发电机。燃气轮机组单机容量小的约为10～20k W，最大的已达140MW。热效率30%～34%，最高达38%。燃气轮机结构有重型和轻型两种，后者主要由航空发动机改装，由于它体积小、重量轻、启动快、安装快，用水少或不用水，能使用多种液体和气体燃料，在发电上多用于调峰。

3.燃气—蒸汽联合循环发电厂 （combined gas and steam cycle plant）

燃气—蒸汽联合循环发电厂是把燃气轮机循环和蒸汽轮机循环以一定方式组合成一个整体的热力循环设施，使之既有燃气轮机的高温加热，又有蒸汽轮机的低温放热，从而得到较高的热效率。

20世纪60年代以后，凝汽式发电站在提高效率方面遇到了障碍，平均效率稳定在35%左右，很难再提高。而这时以气或油为燃料的燃气—蒸汽联合循环电站的效率提高到了55%～60%，造价降低到燃煤凝汽式电站的1/2左右，建设工期降到了几个月，呈现出良好的经济性能。

但是由于石油和天然气资源的日益短缺，已经越来越难以成为燃气轮机的可靠能源，在这种情况下，以煤为燃料的联合循环发电装置建立起来的煤气化联合循环发电厂 (Integrated Gasification Combined Cycle Plant，IGCC)得到了世界各国的重视。这是一种用煤气为燃料的燃气轮机和蒸汽轮机联合在一起的发电厂。用煤炭气化后的燃气代替石油或天然气作为联合循环发电机组的燃料，燃煤联合循环分为两类：①煤气化联合循环；②沸腾燃烧联合循环。它们可将高硫、高灰分、低热值的劣质煤气化 (或沸腾炉燃烧)，经脱硫、除尘净化成清洁燃料，供联合循环发电用。IGCC示意图如图1-5所示。

图1-5　IGCC示意图

IGCC具有许多优点：①热经济性高，目前燃煤的试验机组的效率已达40%以上；②能解决燃煤发电的环境问题；③除了发电、供热外，亦可供给化工原料——煤气。IGCC对我国更是具有特殊的意义，我国的一次能源特点是煤炭资源丰富而石油天然气资源少，而IGCC正好可充分利用中国储量丰富的煤炭资源。其次，IGCC适宜在少水或缺水的地区应用，这对我国在煤多水少的西部地区发展电力工业无疑提供了新的途径。

通过增压锅炉燃烧技术实现燃气—蒸汽联合循环发电 (PFBC-CC)是近年来发展起来的一个新技术。所谓PFBC-CC技术就是把燃气轮机的燃烧室与产生蒸汽的增压锅炉燃烧室集成为一体。锅炉采用增压燃烧方式，强化燃料燃烧，同时，锅炉内的换热系数提高，传热过程加快，使锅炉的换热面减小。燃烧产生的燃气经过部分吸热后进入燃气轮机内作功；在增压锅炉中产生的过热蒸汽则供到蒸汽轮机中去作功，从而形成燃气—蒸汽联合循环，达到进一步提高电站热效率的目的。PFBC-CC技术具有燃气—蒸汽联合循环效率高的优点，而燃用的却是十分普通的煤炭，它同时又具有各种污染物排放量极低的CFB锅炉的种种优点。所以，PFBC—CC被认为是21世纪主要的洁净燃烧技术之一。

4.内燃机发电厂 （internal combustion engine power plant）

用内燃机驱动发电机的发电厂称为内燃机发电厂。内燃机发电厂分固定式和移动式两类。前者多用于工矿企业的自备电厂，后者指汽车和列车电站。

内燃机有柴油机、汽油机和煤气机，但由于汽油机和煤气机单机功率较小，现在已经很少使用。

柴油发电机的燃料可以用轻柴油、重柴油、重油、油渣。柴油发电机的优点是体积小、重量轻、系统简单、投资少、启动快 (从启动到带负荷只需1～2min)、效率高 (可达30%～40%)，操作维护简单、冷却水需要量小。缺点是只能用液体燃料，运行成本高，连续运行时间短，一般100h之后就需要维护等。

近年来为了提高柴油发电机的功率，大型低速柴油机得到青睐；为了提高其发电效率，也开始采用燃气蒸汽联合循环技术。