现代商贸工业 ＮＯ．１５，２Ｏ１１ Ｍｏｄｅｒｎ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｔｒａｄｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ２０１１年第１５期 火力发电厂三大主要设备的认识 马明明 （武汉大学动力与机械学院自动化系，湖北武汉４３００７０） 摘要：锅炉、汽轮机、发电机是作为火力发电厂的三大主要设备，通过介绍三大主设备的基本结构、工作原理和相互 联系，来提高读者对火力发电厂的了解和认识。 关键词：锅炉；汽轮机；发电机；基本结构；工作原理 中图分类号：ＴＢ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—３１９８（２０１１）１５—０２７７－０１ 火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气作为 多金属管子组成的管束。除空气预热器外，这些受热面组 燃料生产电能的工厂，是当今世界电力生产的主要方式之 成了锅炉的锅。锅炉的工作原理如下：具有一定压力的水 一，它具有投资较少，建设周期短，运行灵活的特点。我国 首先进入锅炉的省煤器，吸收来自烟道里烟气放出来的热 火力发电占总发电量的８Ｏ 左右，为国民经济的发展做出 量，然后进入锅炉汽包，水沿壁管进入水冷壁，汽化形成蒸 了重大的贡献。近十多年来，我国火力发电事业又有了迅 汽，所形成的汽水混合物自然上升又回到汽包。汽包将气 速的发展，目前，我国单机容量为２００ＭＷ以上的机组已占 和水分离，分离出的水又从下降管中进入水冷壁，吸热汽 全国火电机组的近一半，３００ＭＷ的火力机组如今已逐渐成 化，汽包中分离出的蒸汽则进入过热器，进一步加热 使其 为主力机组，同时已有一批６００ＭＷ的机组投入运行。火力 温度升高，最后进入汽轮机做功。做完功的蒸汽被凝结成 发电厂的基本工作原理如下：由煤经过燃烧，将液态水变成 水后返回到锅炉，这种形式的锅炉称为自然循环锅炉，其特 水蒸气，从而将化学能转化成热能，再将高温高压的蒸汽作 点为：水在水冷壁中不断汽化产生蒸汽时，因为汽水混合物 为动力，将热能转化成机械能，最终转化成电能。在运行 的密度比水要小，它会自然上升进入汽包，而汽水分离后的 ，时，火力发电厂的基本生产过程大致如下：作为燃料的原 水会自然由下降管进入水冷壁，因此，这种循环方式称为自 煤，由制粉系统磨成很细的煤粉，煤粉和加热后的空气一起 然循环方式。当主蒸汽压力更高时，汽水的密度相差较小， 被送人锅炉炉膛，煤粉在炉膛中剧烈燃烧并释放出大量的 就需要采用强制循环泵产生的动力使其在水冷壁中流动， 热量，其热量将温度很高的水反复加热变成高温蒸汽，蒸汽 这种锅炉称为强制循环锅炉。当主蒸汽压力再进一步提高 通过管道进入汽轮机，推动汽轮机的转子高速旋转，发电机 时，就必须采用直流锅炉，这种锅炉不设汽包，一次通过水 的转子和汽轮机的转子同轴连接，在汽轮机的作用下，随汽 冷壁，水冷壁出口全部是蒸汽，因而不存在循环。 轮机同步旋转，旋转的转子磁场切割定子绕组，从而使定子 火力发电厂的汽轮机（ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ）是将蒸汽的热能 绕组中产生感应电动势，发电机产生的电能通过升压变压 转换为机械能的叶轮式旋转原动机。大型汽轮机按沿气流 器输电线路向电网输送，在汽轮机中，做完功的蒸汽温度和 方向的蒸汽压力的大小，通常分为高压缸、中压缸和低压缸 压力降至很低，它们被排入凝汽器内放出余热并排出水，经 几个部分。其蒸汽流程示意图如图２所示，来自锅炉的主 加热器加热和水泵升压后，再送到锅炉，汽水如此往复不断 蒸汽首先在高压缸中做功，排除后进人锅炉再热器中加热， 循环，这就是火力发电厂的基本生产过程。其汽水系统的 加热后的蒸汽进入中压缸做功，排出后的蒸汽再进入低压 工作图如图１所示。 缸，最后排入凝汽器。 图２汽轮机蒸汽流程示意图 汽缸是汽轮机的外壳，将汽轮机的通流部分与大气隔 图１火力发电厂汽水系统图 开，汽缸分为上汽缸和下汽缸。汽轮机汽轮机静止部分是 由喷嘴、隔板、汽缸轴承、盘车转子构成，汽轮机转动部分则 火力发电厂的锅炉（ｂｏｉｌｅｒ），是将燃料的化学能转变为 是由转子、叶轮、动叶片组成，由通流部分汽封、轴封、轴封 热能的一种设备。锅炉本体包括炉膛、烟道、省煤器、汽包、 系统构成汽轮机的汽封，配气机构是由高压主汽门、高压调 下降管、水冷壁、过热器、再热器、燃烧器、空气预热器等。 节汽门、中压联合汽门（主汽门＋调节汽门）组成的。 其中省煤器由进出口连箱和蛇形管组成，安装到锅炉烟道 汽轮机外部由保护罩和保温层构成，打开保护罩和保 的尾部。可充分利用烟气的余热将给水预先加热从而节省 温层后是汽轮机的汽缸。其内部主要是由隔板和叶轮组 燃料。汽包含有汽水分离装置，用于将水中已汽化的蒸汽 成，叶轮上装有动叶栅，隔板上装有喷嘴叶栅。具有一定温 分离出来送到过热器中继续加热，汽包还含有连续排污装 度的蒸汽首先在喷嘴叶栅前后压力差的作用下流过具有特 置，它将含盐浓度较高的水排出，以提高水的品质，汽包位 定形状的喷嘴流道。蒸汽膨胀，压力和温度逐渐降低，速度 于锅炉炉膛外顶部。下降管一般有４—６根构成，它的下端 增加，部分热能转换成了动能，从喷嘴叶栅中喷出的高速气 通过连箱与水冷壁的管柬连接。水冷壁的出口通过连箱与 流进入动叶流道，对其产生作用力，推动做圆周运动，带动 汽包连接。过热器也由蛇形管和进出口连箱组成，管内流 叶轮和轴旋转，因此，在汽轮机轴上，可得到对外输出的机 动的是蒸汽，过热器通常布置在炉膛上部或炉膛出口处，过 械功。这就是汽轮机级内的工作原理，概括的说就是指蒸 热器又设有喷水减温器。再热器结构类似过热器，布置在 汽在喷嘴中流动，蒸汽的热能转换为喷嘴的机械能。定量 烟道上方，在其上方也设有喷水减温器。锅炉的所有受热 分析时，喷嘴参考速度与焓降关系如下：ｈ１＋１／２ｅ１ ２＝ｈｚ＋ 面都是垂直悬吊在钢架上的，钢架由立柱和横梁组成，炉体 １／２ｃｚ ２，Ｃ２ ２—２（ｈｉ—ｈｚ＋１／２ｃ，２）得ｃ２一√（ｈａ—ｈｚ＋１／ 保温材料直接装在水冷器上。其中过热器、再热器、省煤 ２ｃｉ）≈√２（ｈｉ—ｈｅ），式中，ｈｌ和ｈ２分别为蒸汽进入喷嘴时 器、空气预热器和水冷壁称为锅炉的受热面，它们都是由许 和出喷嘴时的焓值，Ｃｌ和Ｃ２分别为蒸汽进喷嘴和出喷嘴时 一２７７— 现代商贸工业 ＮＯ．１５，２０１１ Ｍｏｄｅｒｎ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｔｒａｄｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ２０ｌ１年第ｌ５期 水泥土深层搅拌桩在堤防地基加固工程中的应用 汪成春 （安徽水利开发股份有限公司，安徽蚌埠２３３０００） 摘 要：水泥土深层搅拌桩以水泥为固化剂，通过专用的深层搅拌机，在地基深部就地将水泥与土搅拌成加固体。应 用该法处理地基可增加地基承栽力，减小沉降。结合实例工程，简述了水泥深层搅拌桩的施工工艺及技术要求。 关键词：土深层搅拌桩；地基加固；工程应用 中图分类号：ＴＶ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－３１９８（２Ｏｌ１）ｌ ５－０２７８—０２ 水泥深层搅拌桩是一种加固软粘土地基的方法：利用水 积１２１．２ｋｍ２，设计流量为２４００ｍ３／ｓ，湖内设计蓄洪水位 泥浆、水泥及石灰等作固化剂，使用深层搅拌机在地基深处 ２６．４ｍ，相应蓄洪库容７．６亿ｒｎ。。本文工程中主要涉及老 将软土、砂土和固化剂强制搅拌，利用固化剂与软土产生的 河口封闭堤及泵站工程，封闭堤采用碾压式均质土堤，老河 一系列物理和化学反应，让软土结硬成具有水稳定性和一定 口泵站设为封闭堤穿堤建筑物，位于老淮河左岸，泵站采用 强度的地基。目前国外使用深层搅拌法加固的土质有新吹 堤后湿室型，上部为钢筋砼框架，下部为钢筋砼墩墙结构。 填的超软土、沉淀的粉土、沼泽地带的泥炭土和淤泥质土等， 姜唐湖蓄洪区堤防加固工程级别为Ⅲ等，封闭堤、泵房等主 加固深度达到５０—６０ｍｌ国内采用深层搅拌桩加固的土质有 要建筑物级别为３级。 淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等，深度为２０ｍ左右。近年 ２工程地质条件及整治方案确定 来，随着其施工技术方法的日趋成熟，应用领域得以拓宽，如 ２．１工程地质条件 在长江大堤、松花江大堤、九江城防堤、惠州大堤等水利工程 根据勘察资料，深层搅拌桩穿过地层自上而下依次为： 防渗及河道整治工程，积累了一定的设计施工经验。 （１）第一层为地基持力层，该层为中、重粉质壤土，层底 ｌ工程概况 高程约在１３．８，含水量在３３ 左右，干密度１４．３ＫＮ／ｍ０，地 姜唐湖蓄洪区堤防加固工程位于淮河干流中游，地处 基承载力ｉ００ＫＰａ，压缩模量４．３ＭＰａ。 安徽省霍邱县与颍上县交界处，是淮河干流上中游河道整 （２）第二层为淤泥质重粉质壤土，层厚约３．３ｍ，含水量 治及堤防加固工程的一部分；姜唐湖蓄洪区范围广阔，总面 在３７％左右，干密度１３．６ＫＰａ，地基承载力８ＯＫＰａ，压缩模 喷嘴的转速。为了确保汽轮机的安全运行，除要求调速系 子铁芯、转子绕组等。同步发电机的定子主要是由定子铁 统动作迅速可靠外，还必须设置必要的保护装置，汽轮机的 芯、定子绕组、机座、端盖、轴承等部件组成。定子铁芯是电 保护装置主要有转子的超速保护、转子轴向位移保护、轴承 机的主要部件，它起着构成主磁路和固定定子绕组的重要 油压和油位保护、凝汽器低真空保护装置等，当上述装置中 作用。一般要求导磁性能好，损耗低，刚度好，振动小，并在 任意一个超过或低于允许值时，保护装置将自动发出信号， 结构及通风系统布置上能有良好的冷却效果。发电机转子 使汽轮机主汽门迅速关闭，切断主蒸汽，使机组迅速停机。 的作用是传递原动机供给的机械转矩，支撑旋转的励磁线 发电机（Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ）是将其它形式的能源转换成电能 圈，形成良好的磁通路径和转子散热通道，因此对转子结 的机械设备。其发电原理是基于电磁感应现象，即闭合电 构、材料、加工工艺要求较高。根据励磁方式的不同，大型 路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中 发电机又分为它励励磁系统和自并励励磁系统。例如对十 就会产生电流，且电流的方向跟磁场的方向和导体做切割 ３００ＭＷ水氢氢机组励磁系统而言，可分为静止半导体励磁 磁感线运动的方向有关。按照其发电方式，发电机可以分 系统，旋转半导体励磁系统和自并励励磁系统。其叶】静止 为同步发电机和异步发电机，在结构上主要是转子的区别， 半导体励磁系统的同一轴上有３台交流发电机，即主发电 在做电动机用的时候同步电机的转子转速是和旋转磁场同 机、交流主励磁机和交流副励磁机。在大容量的同步发电 步运转，异步电机的转速低于旋转磁场的转速并且随着负 机中，旋转半导体励磁系统不需要电刷和集电环。而自并 载的加重而降低，在结构上主要是转子的区别由于发电厂 励励磁系统目前广泛应用于汽轮发电机、水轮发电机中，主 发的电都是交流电，交流电是有频率周期的，交流电大小方 发电机的励磁由机端的励磁变压器经可控硅整流器整流后 向随时间变化。如果发电机发电不是同步的，那么电流在 供给。发电机的励磁调节由自动励磁调节器控制可控硅的 同一时间内有大有小，且方向有的也不同，会抵消电流，实 导通角来实现。 际电流就会变小，因此电厂例如火力发电厂的发电机都要 它有如下几点： 制成同步发电机。同步发电机的基本部件有定子铁芯、定 （１）优良的动态控制特性，灵活、快速、可靠。 子三相对称绕组、转子铁芯和励磁绕组。同步发电机的分 （２）良好的传输特性。 类方式有很多，常见的有如下几种分类，按原动机的类型不 （３）简化机组轴系，周轴短，运行维护简单。 同可以分为汽轮发电机、水轮发电机等。按转子结构不同 （４）能方便地与不同类型和容量的发电机配用。 可分为凸极式和隐极式。按安装方式不同又分为卧式和立 （５）损耗小。 式。按冷却介质不同分为空气冷却、氢气冷却、水冷却。在 因此，锅炉、汽轮机、发电机在单独运行的同时义相互 火力发电厂现场生产时，汽轮机作为原动机，带动同步发电 协调工作，构成了火力发电厂的主要组成设备，保证了火力 机旋转，励磁机给同步发电机提供励磁电流。同步发电机 发电厂的高效稳定运行。 最基本的结构部件包括：定子机座、定子铁芯、钉子绕组、转
