在除氧器水箱内的水经过给水泵升压后通过高压加热器送入省煤器。在省煤器内,水受到热烟气的加热,然后进入锅炉顶部的汽包内。在锅炉炉膛四周密布着水管,称为水冷壁。水冷壁水管的上下两端均通过联箱与汽包连通,汽包内的水经由水冷壁不断循环,吸收着煤爱燃烧过程中放出的热量。部分水在冷壁中被加热沸腾后汽化成水蒸汽,这些饱和蒸汽由汽包上部流出进入过热器中。饱和蒸汽在过热器中继续吸热,成为过热蒸汽,此蒸汽又称为主蒸汽。经过以上流程,就完了燃料的输送和燃烧、蒸汽的生成燃物(灰、渣、烟气)的处理及排出。过热蒸汽有很高的压力和温度,因此有很大的热势能。具有热势能的过热蒸汽经管道引入汽轮机后膨胀作功,冲转汽轮机,便将热势能转变成动能。
汽轮机的转子与发电机的转子通过连轴器联在一起。当汽轮机转子转动时便带动发电机转子转动。在发电机转子的另一端带着一太小直流发电机,叫励磁机。励磁机发出的直流电送至发电机的转子线圈中,使转子成为电磁铁,周围产生磁场。当发电机转子旋转时,磁场也是旋转的,发电机定子内的导线就会切割磁力线感应产生电流。这样,发电机便把汽轮机的机械能转变为电能。电能经变压器将电压升压后,由输电线送至电用户。
释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出,称为乏汽。乏汽在凝汽器内被循环水泵送入凝汽器的冷却水冷却,重新凝结成水,此水称为凝结水。主凝结水通过凝结水泵送入低压加热器并最终回到除氧器内,在其中通过继续加热除去溶于水中的各种气体(主要是氧气)。经化学车间处理后的补给水(软水)与主凝结水汇于除氧器的水箱,成为锅炉的给水,再经过给水泵升压后送往高压加热器,汽轮机高压部分抽出一定的蒸汽加热,然后送入锅炉,从而使工质完成一个热力循环。在循环过程中难免有汽水的泄露,即汽水损失,因此要适量地向循环系统内补给一些水,以保证循环的正常进行。高、底压加热器是为提高循环的热效率所采用的装置,除氧器是为了除去水含的氧气以减少对设备及管道的腐蚀。
从能量转换的角度看,以上过程即燃料的化学能→蒸汽的热势能→机械能→电能。在锅炉中,燃料的化学能转变为蒸汽的热能;在汽轮机中,蒸汽的热能转变为轮子旋转的机械能;在发电机中机械能转变为电能。炉、机、电是火电厂中的主要设备,亦称三大主机。与三大主机相辅工作的设备成为辅助设备或称辅机。主机与辅机及其相连的管道、线路等称为系统。火电厂的主要系统有燃烧系统、汽水系统、电气系统等。
除了上述的主要系统外,火电厂还有其它一些辅助生产系统,如燃煤的输送系统、水的化学处理系统、灰浆的排放系统等。这些系统与主系统协调工作,它们相互配合完成电能的生产任务。现代化的火电厂,已采用了先进的计算机分散控制系统。这些控制系统可以对整个生产过程进行控制和自动调节,根据不同情况协调各设备的工作状况,使整个电厂的自动化水平达到了新的高度。自动控制装置及系统已成为火电厂中不可缺少的部分。
循环水泵将冷却水(又称循环水)送往凝结器,吸收乏汽热量后,在缺水的地区或离河道较远的电厂,则需要高性能冷却水塔或喷水池等循环水冷设备,从而实现闭式循环冷却水系统。 经过以上流程,就完成了蒸汽的热能转换为机械能、电能,以及锅炉给水供应的过程。
2、动力部分主要设备
火电厂主要由三大设备组成:锅炉、汽轮机和电机。
1.锅炉
锅炉设备是火力发电厂中的主要热力设备之一。锅炉是由燃烧室和烟道组成,主要任务是使燃料通过燃烧将化学能转化为热能,从而获得一定数量和质量的蒸汽。由炉膛、烟道、汽水系统(其中包括受热面、汽包、联箱和连接管道)以及炉墙和构架等部分组成的整体,称为“锅炉本体”。在烟道中布置着过热器、省煤器和空气预热器等设备吸收烟道中的余热,降低排烟温度,节省燃料,减少煤耗,提高锅炉利用效率。
在锅炉机组中的能量转换包括三个过程:燃料的燃烧过程、传热过程和水的汽化过程。燃料和空气中的氧,在锅炉燃烧室中混合,氧化燃烧,生成高温烟气,这个过程就是燃烧过程。高温烟气通过锅炉的各个受热面传热,将热能传给锅炉的工质――水。水吸热后汽化变成饱和蒸汽,饱和蒸汽进一步吸热变成高温的过热蒸汽,这就是传热与水的汽化过程。整个锅炉由锅炉本体和辅助设备两部分组成。