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1、电气专业工程训练能源综合2014年2月,主要内容,实训内容与要求中国能源与电力工业现状火力发电生产过程认知水力发电生产过程认知核能发电生产过程认知风力发电生产过程认知,训练目的,通过工程训练，让学生了解和熟悉主要发电方式的生产过程与主要设备以及电厂金属材料、电厂水处理和电厂环保方面的相关知识,训练内容,火力发电生产过程认知水力发电生产过程认知核能发电生产过程认知风力发电生产过程认知电厂金属材料认知脱硫与电厂水处理认知,训练方式与考核,训练方式：教师讲课与参观模型、图片和实物相结合考核方式：根据学生提交的实习报告评分,中国能源与电力工业现状,近年来我国能源生产与消费情况近年来我国电力工业发展概况
2、,我国近年来能源生产情况,我国近年来能源消费情况,2012年中国能源生产与消费情况,2012年，中国一次能源的产量为33.3亿t标准煤，增长4.8%；其构成为：原煤36.5亿t，增长3.8%；原油2.07亿t，增长2.3%；天然气1072.2亿m3，增长4.4%；发电量49377.7亿kWh，增长4.8%；其中火电38554.5亿kWh，增长0.6%；水电8608.5亿kWh，增长23.2%；核电973.9亿kWh，增长12.8%2012年，中国一次能源消费量为36.2亿t标准煤，其中煤炭消费量增长2.5%；石油消费量增长6.0%；天然气消费量增长10.2%；电力消费量增长5.5%。全国万元国
3、内生产总值能耗下降3.6%,2013年中国能源生产与消费情况,2013年，中国一次能源的产量为34亿t标准煤，增长2.4%；其构成为：原煤36.8亿t，增长0.8%；原油2.09亿t，增长1.8%；天然气1170.5亿m3，增长9.4%；发电量53975.9亿kWh，增长7.5%；其中火电42358.7亿kWh，增长7.0%；水电9116.4亿kWh，增长5.6%；核电1106.3亿kWh，增长13.6%2013年，中国一次能源消费量为37.5亿t标准煤，增长3.7%；其中煤炭消费量增长3.7%；石油消费量增长3.4%；天然气消费量增长13.0%；电力消费量增长7.5%。全国万元国内生产总值能
4、耗下降3.7%,2012年我国电力工业概况,2012年发电量49774亿千瓦时，增长5.2%；其中水电来水好，发电8641亿千瓦时，增29.3%；火电39108亿千瓦时，增0.3%；核电982亿千瓦时，增12.6%；风电1004亿千瓦时，增35.5%；太阳能发电及其它35亿千瓦时，增414%人均发电量3676千瓦时/年，为发达国家40%左右电力弹性系数0.67，较上年1.28降低0.61。全国经济发展良好，是优化调整产业结构的成果，是正常和合理的,2012年我国电力工业概况,电力投资较上年增加。中电联统计新增发电装机容量8020万千瓦，较上年减少1021万千瓦；全国发电装机容量达到114491
5、万千瓦，增长7.8%,2012年我国电力工业概况,电力建设取得新成就，世界最大的三峡水电站（2250万千瓦）全部建成投产，向家坝、锦屏二级、官地、糯札渡等一批大型水电站投产发电核电批准了国家核安全规划和核电中长期发展规划，5万千瓦快中子增殖试验堆正式投产，荣城石岛湾高温气冷堆和田湾#3#4核电机组开工风电继续快速发展，新增并网容量1285万千瓦光伏发电起步良好，新增并网发电119万千瓦天然气发电比重提高,2012年我国电力工业概况,2012年投产220千伏以上输电线30161千米，变电容量18208万千伏安；全国220千伏以上输电线总长50.66万千米，变电容量22.77亿千伏安，稳居世界第一
6、锦屏至苏南800千伏、容量720万千瓦特高压直流输电工程建成投产，建设糯札渡至广东、哈密至郑州、溪洛渡至浙西等三面800千伏特高直流输电工程和淮南至皖南、浙北、上海1000千伏双回特高压交流输电工程等,2012年我国电力工业概况,2012年，全国基建新增发电设备容量8020万千瓦，回落至9000万千瓦以下其中，水电新增1551万千瓦，火电新增5065万千瓦，并网风电新增1285万千瓦，并网太阳能发电新增119万千瓦截至2012年底，全国发电装机容量达到114491万千瓦，同比增长7.8%其中，水电24890万千瓦（含抽水蓄能2031万千瓦），占全部装机容量的21.7%火电81917万千瓦（含煤
7、电75811万千瓦、气电3827万千瓦），占全部装机容量的71.5%核电1257万千瓦，并网风电6083万千瓦，并网太阳能发电328万千瓦,2013年我国电力工业概况,新增绿色发电装机比重大幅上升，发电装机容量首次跃居世界首位水电装机投产容量比上年大幅增加，水电设备利用小时同比下降火电完成投资继续下降，火电供电煤耗进一步降低 风电发电量保持高速增长，风电设备利用小时比上年明显提高 并网太阳能发电装机迅猛增长，核电投产两台机组,新增绿色发电装机比重大幅上升发电装机容量首次跃居世界首位,2013年，电力投资结构继续优化，全年电力工程完成投资7611亿元，同比增长2.9%。其中，电网完成投资3894
8、亿元，超过电源完成投资（3717亿元），电源投资中的可再生能源与核电投资合计比重达到75%，比上年提高两个百分点。全年基建新增发电设备容量9400万千瓦，同比增加1085万千瓦。其中，新增可再生能源装机容量5600万千瓦，占总新增装机比重提高至60%，同比提高21个百分点,新增绿色发电装机比重大幅上升发电装机容量首次跃居世界首位,截至2013年底全国全口径装机容量为12.5亿千瓦，首次跃居世界首位。其中，可再生能源发电3.8亿千瓦，占全国总发电装机比重达到30.5%。全年全国全口径发电量5.3976万亿千瓦时，同比增长7.5%；全国发电设备利用小时4511小时，同比降低68小时,水电装机投产容
9、量比上年大幅增加水电设备利用小时同比下降,2013年，全国水电新增装机容量达到2993万千瓦，同比增加1676万千瓦，增长78.6%截至2013年底，全国全口径水电装机容量2.8亿千瓦，同比增长12.3%全年全国全口径水电发电量9116.4亿千瓦时，同比增长5.6全年水电设备利用小时3318小时，同比降低273小时,火电完成投资继续下降火电供电煤耗进一步降低,2013年，火电完成投资同比下降7.4%，延续了“十一五”以来的逐年下降趋势，占电源投资比重降至25%；新增装机3650万千瓦，同比减少1586万千瓦2013年底全国火电装机容量8.62亿千瓦2013年，全国全口径火电发电量4.236万亿
10、千瓦时，同比增长7.0%，全年火电设备利用小时5012小时，同比提高30小时全年火电机组供电标准煤耗降至321克/千瓦时，比上年降低4克/千瓦时，煤电机组供电标准煤耗继续居世界先进水平,风电发电量保持高速增长风电设备利用小时比上年明显提高,2013年，风电完成投资631亿元，同比增长3.9%；并网风电新增装机容量1406万千瓦，同比增加110万千瓦截至2013年底，全国并网风电装机容量7548万千瓦，同比增长24.5%全年并网风电发电量1401亿千瓦时，同比增长36.3%2013年，在多方共同努力下，我国风电“弃风”问题得到明显改善，全年风电设备利用小时达到2080小时，比上年提高151小时,
11、并网太阳能发电装机迅猛增长核电投产两台机组,2013年，国务院及各部门密集出台了一系列扶持国内太阳能发电产业发展政策，极大地促进了我国太阳能发电发展全年共新增并网太阳能发电装机1130万千瓦，同比增长953.2%截至2013年底我国并网太阳能发电装机容量达到1479万千瓦，同比增长335.0%全年并网太阳能发电量为87亿千瓦时，同比增长143.0%,并网太阳能发电装机迅猛增长核电投产两台机组,2013年，核电新增两台机组，共221万千瓦截至2013年底核电装机1461万千瓦，同比增长16.2%全年核电发电量1106.3亿千瓦时，同比增长13.6%,火力发电生产过程,火力发电过程是将燃烧中的化学
12、能转变为热能（在锅炉中），再将热能转换为机械能（在汽轮机中），机械能再进一步转换为电能（在发电机中）的过程,火力发电生产过程,从煤矿运抵电厂的煤先由斗轮机输煤皮带送到煤粉仓，再由煤斗进入磨煤机被磨成煤粉，经过给粉机在热空气的输送下，经过喷燃器进入燃烧室燃烧。在燃烧室内煤粉着火燃烧并放出热量，加热水产生蒸汽，然后通过主蒸汽管道及主汽阀送入汽轮机进入汽轮机的蒸汽膨胀做功，推动汽轮机转子旋转，将热能转变为机械能，带动发电机旋转，将机械能变为电能,火力发电生产过程,在汽轮机中做功后的蒸汽进入凝汽器凝结为水，凝结水由凝结水泵经由低压加热器送入除氧器，除氧后的水由给水泵打入高压加热器加热，进一步提高温度后
13、再送回锅炉，如此往复，从而不断地生产电能和热能,火力发电厂主要设备结构与原理,锅炉、汽轮机、发电机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称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,火力发电厂主要设备结构与原理,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,锅炉,锅炉就是利用燃料燃烧释放的热能或其他热能加热给水，以获得规定参数（温度、压力）和品质的蒸汽的设备锅炉的主要工作就是将一定数量的燃料燃烧，
14、燃烧释放出的热量通过锅炉受热面传递给水，将水汽化并过热成具有一定压力和温度的过热蒸汽锅炉设备可分为锅炉本体和辅助系统两部分,锅炉本体,包括炉膛、烟道、燃烧器和汽水系统（受热面、汽包、联箱和连接管道）以及炉墙和钢架等部分,锅炉辅助设备,包括燃料供应系统、煤粉制备系统、给水系统、通风系统、水处理系统、除灰除尘系统、脱硫脱硝系统、测量及控制系统等,锅炉的工作过程,燃料燃烧传热汽化,燃料燃烧,燃料要与空气中的氧化合，才能进行燃烧放热，燃料燃烧后变成高温的燃烧产物（烟气）这个过程就是把燃料的化学能转变为燃烧产物热能的过程,传热,高温的烟气通过对各种受热面的传热，将热能传给水，水吸热后变成蒸汽,汽化,水在
15、锅炉中的汽化过程，要经过预热、汽化、过热三个阶段为了提高蒸汽动力循环效率，现代电站锅炉水的汽化，还有第四个阶段再过热阶段预热阶段主要在省煤器中进行汽化阶段在蒸发受热面中进行过热阶段在过热器中进行再热阶段在再热器中进行,汽轮机本体的结构与原理,汽轮机本体是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组,超超临界1000MW汽轮机,汽轮机本体的结构与原理,汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等固定部分
16、的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳汽轮机本体还设有汽封系统,12#轴承座；2径向推力联合轴承；3高压转子；4高压内缸；5第一级斜置静叶；6高压静叶；7高压动叶；8高压外缸进汽段；9高压进汽口；10补汽阀进汽口；11高压外缸排汽段；12高压轴承；131#轴承座；14液压盘车,汽轮机的工作原理,锅炉产生具有一定压力和温度的蒸汽通过汽轮机的喷嘴后，压力降低，速度增高这股高速汽流冲到装在叶轮上的动叶片，方向有了改变，动量发生变化，从而对动叶片产生作用力，推动转子转动，将热能转换成由主轴输出的机械功,汽轮机的工作原理（a）冲动式汽轮机（b
17、）反动式汽轮机,水力发电,水力发电是将水能直接转换成电能水电站主要是由水库、引水道和电厂组成 水库具有储存和调节河水水量，取得最大发电效率的功能。拦河筑坝形成水库，以提高水位，集中河道落差，是水电站发电的必备条件。水库工程除拦河大坝外，还有溢洪道、泄水孔等安全设施 引水道主要功能是传输水量至电厂，冲动水轮机发电 电厂则主要由水轮发电机组及相应的控制和保护装置、输配电装置等组成,水电站发电原理,自然界河流所蕴藏的水力资源（水流能量）的大小，取决于流量和落差这两个要素通过在河流上筑坝，抬高上游水位，形成一定的落差，并通过引水管道将水流引入水力机械，驱动水力机械旋转，水流的能量就转换成了旋转的机械能
18、若旋转的水力机械再带动发电机旋转，那么发电机便将旋转的机械能转换成了电能，这就是水力发电的基本过程,水力发电的基本原理,水力发电就是利用水力(具有水头)推动水力机械(水轮机)转动，将水能转变为机械能，如果在水轮机上接上另一种机械(发电机)随着水轮机转动便可发出电来，这时机械能又转变为电能水力发电在某种意义上讲是水的势能变成机械能，又变成电能的转换过程,水能发电机组,水能发电机组包括将水能转换为机械能的水轮机，将机械能转换为电能的发电机，控制机组操作（开机、停机、变速、增减负荷）的调速器和油压装置，为保证机组运行的其他辅助设备,水轮机,水轮机是水轮发电机组的核心按水流作用原理可将水轮机分为冲击式
19、和反击式。冲击式以动能的形态将水能传给转轮；反击式以势能形态为主、动能形态为辅将水能传给转轮按转轮区水流相对于水轮机轴的流动方向，水轮机可分为：贯流式、轴流式、斜流式、切击式、斜击式、双击式等,核能发电,核能最重要的应用就是核能发电。由于核能能量密度高，其热值比煤的热值高250万倍。作为发电燃料，其运输量非常小，发电成本低核电站和火电站的最主要区别是热源不同，而将热能转换为机械能，再转换为电能的装置则基本相同。火电站靠煤、石油或天然气来取得热量；核电站依靠反应堆中的冷却剂将核燃料裂变链式反应所产生的热量带出来核电站的系统和设备通常由两大部分组成：核岛核的系统和设备；常规岛常规的系统和设备。目前
20、核电站中占比例最大的是水堆核电站，即压水堆核电站和沸水堆核电站,火电站与核电站的区别,压水堆燃料组件,核电站系统的构成,核电站是以核反应堆来代替常规火电站的锅炉。在核电站系统中，通常由两大部分组成：核的系统和设备（核岛）；常规的系统和设备（常规岛）为了使核电站能稳定、经济地运行以及一旦发生事故时能保证反应堆的安全和防止放射性物质外泄，设置有各种辅助系统、控制系统和安全设施,蒸汽供应系统,包括一回路主系统（压水堆、冷却剂泵、蒸汽发生器、稳压器和主管道）、化学和容积控制系统、余热排出系统（停堆冷却系统）、安全注射系统（紧急堆芯冷却系统）、控制保护和检测系统冷却剂泵的作用是把冷却剂送进堆内，然后流过
21、蒸汽发生器，以保证裂变反应产生的热量及时传递出来,蒸汽发生器,稳压器：用来控制反应堆系统压力的变化。在正常运行时，起保持压力的作用；在发生事故时，提供超压保护。里面设有加热器和喷淋系统，当反应堆里压力过高时，喷洒冷水降压；当堆内压力太低时，加热器自动通电加热使水蒸发以增加压力,在压水堆核电站中，使用稳压器对主回路系统加压，并在运行过程中保持主回路系统压力的稳定。在压水堆核电站中，稳压器通常连接在主回路管道上。稳压器是一个高大的空心圆柱体。下部为水，罐内采用电加热器在稳压罐上部产生蒸汽。利用蒸汽的弹性来保持堆内冷却水压力稳定,蒸汽供应系统,为了防止一回路主管道破裂的极端失水事故的发生，近代核电站
22、都设有危急冷却系统。它是由注射系统和安全壳喷淋系统组成。一旦接到极端失水事故的信号后，安全注射系统向堆内注射高压含硼水，喷淋系统向安全壳喷水和化学药剂，以限制事故的蔓延,稳压器,蒸汽供应系统,通常一个压水堆有24个并联的一回路系统(又称环路)，但只有一个稳压器。每一个环路都有一台蒸发器和12台冷却剂泵压水堆核电站由于以轻水作慢化剂和冷却剂，反应堆体积小，建设周期短，造价较低；加之一回路系统和二回路系统分开，运行维护方便，需处理的放射性废气、废液、废物少，因此在核电站中占主导地位,核岛辅助系统,包括设备冷却水系统、硼回收系统、反应堆的安全壳及喷淋系统、核燃料的装换料及储存系统、安全壳及核辅助厂房
23、通风和过滤系统、柴油发电机组安全壳是最重要的部分，用来控制和限制放射性物质从反应堆扩散出去，以保护公众免遭放射性物质的伤害。万一发生反应堆一回路水外逸的失水事故时，安全壳是防止裂变物质释放到周围的最后一道屏障,常规岛系统,与火电站的系统相似，包括二回路系统（主要由汽轮发电机组、凝结水系统、给水系统等）、循环冷却水系统、电气系统在核电站系统中，一回路与二回路系统完全隔开、是一个密闭的循环系统，其原理流程为：主泵将高压冷却剂送入反应堆，带出核燃料放出的热能；冷却剂流出反应堆后进入蒸汽发生器，将热量传给管外的二回路水，使之沸腾并产生蒸汽；冷却剂流经蒸汽发生器后，再由主泵送入反应堆，如此循环不已，不断将反应堆中的热量带出和转换产生蒸汽,风力发电,风力发电机的原理,实现“风能机械能电能”转换的系统，称为风力发电系统，是一个非常复杂的能量转换系统，包括学科知识：空气动力学、机械学、流体力学、结构力学、电气电子技术、计算机技术、通信技术、电机技术、电网技术等其中风作为原动力，风吹动风轮机的叶轮，转化为机械能，叶轮通过增速齿轮箱带动发电机旋转，转化为电能，送入电网,简单风力发电设备基本原理图,风力发电装置结构简图,风机和风场,
