第1章　綜　述

1.1 火力發(fā)電概況

電力工業(yè)發(fā)電方式包括火力發(fā)電、水力發(fā)電、核能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、波浪能發(fā)電、海洋溫差發(fā)電等。我國的發(fā)電裝機(jī)結(jié)構(gòu)和發(fā)電量結(jié)構(gòu)中都以火力發(fā)電為主。2012年，全國發(fā)電裝機(jī)容量、發(fā)電量分別為1146760MW時(shí)和49865×10⁸kW·h。其中，火力發(fā)電分別占總裝機(jī)容量的72%和占發(fā)電總量的79%。而在火力發(fā)電中又以燃煤發(fā)電為主，發(fā)電量比重約占火力發(fā)電的95%。

火力發(fā)電是通過化石燃料的燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，通過動力機(jī)械將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再通過驅(qū)動發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電的技術(shù)。實(shí)現(xiàn)這種電能轉(zhuǎn)換技術(shù)的工廠稱為火力發(fā)電廠，其中，完成上述能量轉(zhuǎn)換過程的設(shè)備組合稱為火力發(fā)電機(jī)組。火力發(fā)電的燃料構(gòu)成主要是自然界蘊(yùn)藏量極豐富的化石燃料，包括固體燃料（主要為煤炭）、液體燃料（主要為原油及重油、柴油等石油制品）、氣體燃料（主要是天然氣、液化天然氣、煤層氣及由煤炭轉(zhuǎn)換的各種煤氣）。火力發(fā)電主要有蒸汽動力發(fā)電、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，以及燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。在上述發(fā)電基礎(chǔ)上發(fā)展起來的熱電聯(lián)產(chǎn)電廠，使火電機(jī)組既發(fā)電又供熱，進(jìn)一步提高了熱能的利用率。

1.1.1 分類及特點(diǎn)

（1）分類

①按燃料劃分　可劃分為：燃煤發(fā)電機(jī)組，主要以煤炭作為燃料的發(fā)電機(jī)組；燃油發(fā)電機(jī)組，即以液體燃料（主要為原油、重油、柴油、渣油等石油制品）為燃料的發(fā)電機(jī)組；燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，即以氣體燃料（主要是天然氣、液化天然氣、煤層氣及由煤炭轉(zhuǎn)換的各種煤氣等）為燃料的發(fā)電機(jī)組；余熱發(fā)電機(jī)組，即用工業(yè)企業(yè)的各種余熱進(jìn)行發(fā)電的機(jī)組；還有利用垃圾及工業(yè)廢料為燃料的發(fā)電機(jī)組。

②按蒸汽壓力和溫度劃分　可分為：中低壓發(fā)電機(jī)組（3.92MPa，450℃），高壓發(fā)電機(jī)組（9.9MPa，540℃），超高壓發(fā)電機(jī)組（13.83MPa，540℃），亞臨界壓力發(fā)電機(jī)組（16.77MPa，540℃），超臨界壓力發(fā)電機(jī)組（22.11MPa，550℃），超超臨界壓力發(fā)電機(jī)組（25～35MPa，580℃）。

③按發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量劃分　可分為：小容量發(fā)電機(jī)組（200MW以下），中容量發(fā)電機(jī)組[（200～600）MW，不含600MW]，大容量發(fā)電機(jī)組（600MW及以上）。

④按原動機(jī)劃分　可分為：凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組、燃汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組和蒸汽-燃汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組等。

⑤按輸出能源劃分　可分為：純凝汽式發(fā)電，熱電聯(lián)產(chǎn)。

（2）主要特點(diǎn)

與水電站相比，火電廠具有如下特點(diǎn)：a.布局靈活，裝機(jī)容量的大小可按需要決定；b.調(diào)度靈活，可根據(jù)電力需求調(diào)整機(jī)組負(fù)荷；c.建造工期短，一般為水電廠的1/2甚至更短；d.一次性建造投資較少，僅為水電廠的50%左右；e.生產(chǎn)成本較高，運(yùn)行人員較多，煤耗量大，加上運(yùn)煤費(fèi)用和大量用水，其生產(chǎn)可變成本比水電要高出3～4倍；f.動力設(shè)備繁多，發(fā)電機(jī)組控制操作復(fù)雜，廠用電量和運(yùn)行人員都多于水電廠，運(yùn)行費(fèi)用高；g.污染控制投入較大，排煙、排水、排灰渣等會造成環(huán)境污染，需加以控制。

1.1.2 主要系統(tǒng)及設(shè)備

1.1.2.1 系統(tǒng)概述

火力發(fā)電廠主要生產(chǎn)系統(tǒng)包括燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)。各系統(tǒng)基本情況如下。

（1）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、鍋爐燃燒等組成。燃煤由皮帶輸送機(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。燃燒產(chǎn)生的大塊熔渣（約占總灰量的10%～20%），經(jīng)水冷壁冷卻形成固態(tài)渣由爐底排放，再經(jīng)碎渣機(jī)破碎；燃燒產(chǎn)生的煙氣由鍋爐尾部的空氣預(yù)熱器出口排出后，經(jīng)過除塵器，將煙氣中的大部分細(xì)灰分離出來，排往除灰系統(tǒng)，以防止粉塵粒子對大氣產(chǎn)生污染；為了減少SO₂和NO_x等有害氣體對大氣的污染，現(xiàn)代鍋爐還設(shè)有煙氣脫硫、脫硝裝置，凈化后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)排往煙囪。

（2）汽水系統(tǒng)

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，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，高速流動的蒸汽推動汽輪機(jī)的葉片轉(zhuǎn)動從而帶動發(fā)電機(jī)。為了進(jìn)一步提高其熱效率，一般都從汽輪機(jī)的某些中間級后抽出做過功的部分蒸汽，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)。在蒸汽不斷做功的過程中，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)水泵打至低壓加熱器，再經(jīng)過除氧氣除氧，經(jīng)給水泵送至高壓加熱器，經(jīng)過加熱后的熱水打入鍋爐，在過熱器中把水已經(jīng)加熱到過熱的蒸汽，送至汽輪機(jī)做功，循環(huán)做功。在汽水系統(tǒng)中的蒸汽和凝結(jié)水，由于經(jīng)過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)象都會或多或少地造成水的損失，因此，必須不斷地向系統(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。

（3）發(fā)電系統(tǒng)

發(fā)電系統(tǒng)是由副勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁盤、主勵(lì)磁機(jī)（備用勵(lì)磁機(jī)）、發(fā)電機(jī)、變壓器、高壓斷路器、升壓站、配電裝置等組成。發(fā)電是由副勵(lì)磁機(jī)（永磁機(jī)）發(fā)出高頻電流，經(jīng)過勵(lì)磁盤整流，再送到主勵(lì)磁機(jī)，主勵(lì)磁機(jī)發(fā)出電后經(jīng)過調(diào)壓器以及滅磁開關(guān)經(jīng)過碳刷送到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過旋轉(zhuǎn)其定子線圈便感應(yīng)出電流，強(qiáng)大的電流通過發(fā)電機(jī)出線分兩路，一路送至廠用電變壓器，另一路則送到SF₆高壓斷路器，由SF₆高壓斷路器送至電網(wǎng)。

燃煤電廠生產(chǎn)流程示意如圖1-1所示。

1.1.2.2 鍋爐

（1）鍋爐的容量、參數(shù)及其分類

①電站鍋爐的蒸汽參數(shù)及容量 20世紀(jì)70年代以前，中國的火電機(jī)組單機(jī)容量在100MW以下，蒸汽參數(shù)以10MPa/540℃為主；20世紀(jì)80年代初期，我國自行設(shè)計(jì)和制造了單機(jī)容量為200MW的火電機(jī)組，配置主蒸汽參數(shù)為超高壓，并具有中間再熱系統(tǒng)的14MPa/540℃的鍋爐機(jī)組。

20世紀(jì)80年代以后，我國的火電機(jī)組以引進(jìn)技術(shù)國產(chǎn)化為主，建設(shè)了一批亞臨界與超臨界參數(shù)大容量發(fā)電機(jī)組。各種技術(shù)類型的300MW、500MW、600MW、800MW級亞臨界與超臨界參數(shù)鍋爐機(jī)組相繼投入運(yùn)行。表1-1～表1-3是中國電站鍋爐的蒸汽參數(shù)及容量。

②鍋爐的分類　按鍋爐用途分類，分為電站鍋爐（發(fā)電）、工業(yè)鍋爐（工業(yè)生產(chǎn)工藝用汽或供暖）、熱水鍋爐（民用采暖或供熱）。

按鍋爐容量分類，隨時(shí)代和技術(shù)進(jìn)步，鍋爐機(jī)組容量按大、中、小的排序和分類在不斷演變，目前，300MW以上的機(jī)組配置的鍋爐為大容量鍋爐。

按燃煤方式分類，分為火床鍋、煤粉爐（四角燃燒、對沖燃燒、W型火焰燃燒）、旋風(fēng)爐、流化床鍋爐。

按排渣方式分類，分為固態(tài)排渣鍋爐和液態(tài)排渣鍋爐。

按水汽流動方式分類，分為自然循環(huán)鍋爐、強(qiáng)迫循環(huán)鍋爐和直流鍋爐。其中，自然循環(huán)鍋爐的優(yōu)點(diǎn)是可以將汽包內(nèi)含雜質(zhì)濃度較高的水連續(xù)排去一部分（連續(xù)排污），還可以在水冷壁下部定期放水，除去沉淀的水渣（定期排污），對給水質(zhì)量要求稍低，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)較簡單。強(qiáng)迫循環(huán)鍋爐的汽壓越高，飽和蒸汽與飽和水的密度就越接近，使?fàn)t水自然循環(huán)的動力也越小。如果設(shè)計(jì)、運(yùn)行不當(dāng)，就容易發(fā)生水循環(huán)不良，引發(fā)爆管事故；一般汽壓超過16.6MPa（170atm）時(shí)可采用強(qiáng)迫循環(huán)鍋爐。直流鍋爐的特點(diǎn)是沒有汽泡，水在給水泵的壓力下，一直流過鍋爐的蒸發(fā)部分，不往返循環(huán)；比較容易制造，鋼材耗量少；缺點(diǎn)是不能排污，對水質(zhì)要求高，自動調(diào)節(jié)也比較復(fù)雜。直流鍋爐可用于任何蒸汽參數(shù)，特別適用于超高壓以上的電廠。

（2）幾類鍋爐介紹

①固態(tài)排渣鍋爐　爐膛和煙道由爐墻圍成，整個(gè)爐膛是一個(gè)巨大的空間，爐膛的頂部傾斜，有利于煙氣向水平煙道流動，中部由前墻、后墻和兩側(cè)墻圍成煤粉燃燒的空間，稱為燃燒室，簡稱爐膛。在爐墻的冷卻作用下，呈熔化狀態(tài)的灰分成為固態(tài)的爐渣，因此，這種鍋爐稱為固態(tài)排渣爐。

煙道是煙氣流通的途徑，在其中布置著吸收煙氣熱量的過熱器、再熱器、省煤器及空氣預(yù)熱器等作為受熱面。固態(tài)排渣煤粉鍋爐爐膛和煙道結(jié)構(gòu)布置示意如圖1-2所示。

②液態(tài)排渣鍋爐　燃料燃燒后生成的爐渣在熔渣室的高溫下熔化成液態(tài)從爐膛排出的鍋爐，其特點(diǎn)如下：a.適合燃用低揮發(fā)分或低灰熔點(diǎn)的煤種，避免了固態(tài)排渣爐燃用此煤種時(shí)存在的燃燒不完全及灰渣結(jié)焦問題；b.由于具有獨(dú)特的排渣方式，可不需要一般鍋爐所設(shè)計(jì)的貯灰場，從而既節(jié)省了灰場投資又節(jié)約了大量沖灰用水；c.熔融灰在爐膛內(nèi)的被捕獲概率大大高于固態(tài)灰渣，捕渣率可達(dá)70%以上，而一般煤粉爐則僅為20%左右；由于飛灰量的減少，大幅度降低了除塵器入口濃度；d.灰渣利于綜合利用。為使液態(tài)渣排出流暢，對于燃燒灰熔點(diǎn)稍高或不太穩(wěn)定的煤種時(shí)，在燃料中加入適量的石灰石，不僅降低了煤的灰熔點(diǎn)，改善了流渣條件，而且還降低煙氣SO₂濃度，并為灰渣的綜合利用提供了有利條件，并以此獲得綜合利用效益。液態(tài)排渣爐的增鈣渣和飛灰在生產(chǎn)建筑材料、直接生產(chǎn)巖棉、生產(chǎn)多元素復(fù)合肥等方面更優(yōu)于固態(tài)渣灰。由于增鈣渣的成分與巖棉的成分十分相似，而液態(tài)排渣過程又為制造生產(chǎn)巖棉提供了有利條件，即省去了一般生產(chǎn)巖棉用的加熱熔化爐。

③W型火焰鍋爐

a.W型火焰鍋爐是固態(tài)排渣煤粉爐的一類，適用于燃燒低揮發(fā)分的煤。目前，W型火焰鍋爐已在一些國家廣泛應(yīng)用于燃燒無煙煤。

b.通常國內(nèi)外將可燃基揮發(fā)分V_daf<10%的煤列為無煙煤。無煙煤具有含碳量多、揮發(fā)分低、機(jī)械強(qiáng)度高、質(zhì)硬、密度大、不易研磨、揮發(fā)分析出溫度高、著火困難等特點(diǎn)，因此，在無煙煤的燃燒中要著重解決著火、穩(wěn)燃、燃燼三個(gè)主要問題。

c.國內(nèi)電站鍋爐燃無煙煤時(shí)主要選用固態(tài)排渣煤粉爐并采用直流燃燒器四角切圓燃燒方式，但在實(shí)際運(yùn)行中普遍存在著火不好、燃燒不穩(wěn)定、燃料灰熔點(diǎn)低時(shí)易結(jié)渣等問題。國內(nèi)外圍繞此類問題做了大量工作，研制出許多新型燃燒器和預(yù)燃室，如煤粉旋流預(yù)燃室燃燒器、鈍體燃燒器、濃淡燃燒器、大速差同向射流燃燒器、PAX型燃燒器等，但仍存在一些問題。故美國一些公司對于劣質(zhì)煤，特別是低揮發(fā)分的無煙煤，大都傾向于采用U型、W型火焰燃燒技術(shù)。

W型火焰鍋爐由下部拱型著火燃燒室和上部輻射燃燒室組成。著火燃燒室敷設(shè)衛(wèi)燃帶，以改善無煙煤的燃燒工況。燃燒室的前后拱上布置燃燒器。一、二次風(fēng)向下噴出，著火的煤粉氣流向下形成W型火焰再向上進(jìn)入輻射燃燒室。W型火焰鍋爐工藝示意如圖1-3所示。

④循環(huán)流化床鍋爐　循環(huán)流化床鍋爐（簡稱CFB鍋爐）是基于流態(tài)化基本原理的一種集氣固兩相流動、燃燒、傳熱、傳質(zhì)等復(fù)雜過程于一體的實(shí)用化的鍋爐技術(shù)。CFB鍋爐與老式鼓泡床相比，在爐膛出口增加顆粒分離裝置（一般為旋風(fēng)分離器），將氣流夾帶的較大粒度顆粒分離下來，并經(jīng)由物料回送系統(tǒng)（返料器）送回爐膛反復(fù)燃燒，只有細(xì)小的顆粒隨氣流進(jìn)到尾部煙道。由于分離裝置的存在，流化速度可以選得比較高，物料的循環(huán)攜帶作用使得燃料熱量的釋放和吸收在整個(gè)爐膛包括循環(huán)回路進(jìn)行，解決了受熱面布置的問題，飛灰，特別是爐渣的可燃物含量可以控制得較低。CFB鍋爐工藝示意如圖1-4所示。

固體燃料在爐膛內(nèi)以一種特殊的氣固流動方式——流態(tài)化方式運(yùn)動，爐膛內(nèi)固體顆粒的濃度高，燃燒、傳質(zhì)、傳熱劇烈，溫度分布均勻。強(qiáng)烈湍流帶來的強(qiáng)烈物料摻混，為循環(huán)流化床內(nèi)燃料顆粒的燃燒創(chuàng)造了良好的條件。CFB鍋爐爐內(nèi)添加石灰石可以實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)干法脫（固）硫。其技術(shù)特點(diǎn)如下。

a.燃燒效率高。循環(huán)流化床物料循環(huán)流動沿床高（包括分離器和物料循環(huán)回路）有足夠高且均勻的溫度分布，以及強(qiáng)烈湍流帶來的強(qiáng)烈物料摻混，為循環(huán)流化床內(nèi)燃料顆粒的燃燒創(chuàng)造了良好的條件。因此，雖然CFB鍋爐爐膛溫度通常只有900℃左右，但CFB鍋爐仍然可以達(dá)到與煤粉鍋爐相當(dāng)?shù)娜紵剩?7%～99%）。

b.良好的換熱效果。物料濃度對CFB鍋爐傳熱特性有明顯的影響。CFB鍋爐爐膛內(nèi)物料濃度是常規(guī)煤粉爐的幾十倍，因此，其傳熱系數(shù)很高，在爐膛溫度比煤粉爐低很多的情況下也可以得到很好的換熱效果。

c.可燒劣質(zhì)燃料。CFB鍋爐爐膛內(nèi)存在大量炙熱惰性床料，使得CFB鍋爐燃燒過程非常穩(wěn)定，僅相當(dāng)于百分之幾床料的燃料進(jìn)入爐內(nèi)，即使是高灰分低熱值的劣質(zhì)燃料，也不會對爐內(nèi)的穩(wěn)定燃燒造成大的沖擊。因此，CFB鍋爐幾乎可以燃燒各種劣質(zhì)燃料（貧煤、無煙煤、褐煤、煤矸石、油頁巖、石油焦、城市垃圾等）。

d.潔凈煤燃燒。CFB鍋爐爐膛內(nèi)一般維持900℃左右的低溫燃燒，加入1mm以下的石灰石粉，就可以在爐內(nèi)燃燒過程中實(shí)現(xiàn)80%以上硫的脫除率。同時(shí)，低溫燃燒使CFB鍋爐NO_x的排放也很低（通常200mg/m³以下）。因此，CFB鍋爐被認(rèn)為是一種潔凈煤技術(shù)，具有良好的環(huán)保特性。

e.負(fù)荷調(diào)節(jié)比大。由于CFB鍋爐燃燒的穩(wěn)定，不會輕易發(fā)生滅火現(xiàn)象。CFB鍋爐可以很容易實(shí)現(xiàn)40%額定負(fù)荷下不投油穩(wěn)定燃燒，其負(fù)荷調(diào)節(jié)比大。CFB鍋爐燃料的入爐粒徑為0～10mm（實(shí)際有的鍋爐由于破碎系統(tǒng)問題，入爐煤粒度甚至達(dá)到50mm，CFB鍋爐也基本能維持運(yùn)行），因此，原煤通常只需要經(jīng)破碎而無需磨制即可滿足要求。

f.灰渣活性高。CFB鍋爐燃燒溫度低，其底渣和飛灰活性高，用于生產(chǎn)水泥、建筑材料、筑路等更有優(yōu)越性。

g.CFB鍋爐不利的特點(diǎn)主要是其煙風(fēng)阻力大（存在布風(fēng)板、床料、分離器阻力損失），導(dǎo)致CFB鍋爐雖然不需要煤粉制備系統(tǒng)，但其廠用電仍然較煤粉爐偏高。目前，國內(nèi)投運(yùn)的10×10⁴kW及以上的CFB鍋爐，廠用電率普遍為6%～8%。其中，布風(fēng)板阻力設(shè)計(jì)過高、風(fēng)機(jī)選型過大等是直接的原因。

1.1.2.3 汽輪機(jī)

（1）汽輪機(jī)基本組成

汽輪機(jī)是將蒸汽能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動力機(jī)械，本體由轉(zhuǎn)動部分（轉(zhuǎn)子）和固定部分（靜子）組成，如圖1-5所示。轉(zhuǎn)動部分包括動葉柵、葉輪（或轉(zhuǎn)鼓）、主軸、聯(lián)軸器等；固定部分包括氣缸、蒸汽室、噴嘴室、隔板、隔板套（或靜葉持環(huán)）、汽封、軸承、軸承座、機(jī)座、滑銷系統(tǒng)等。

①汽輪機(jī)組　汽輪機(jī)的級由噴嘴葉柵（或靜葉柵）和與它相配合的動葉柵組成。噴嘴的作用是把蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成動能，也就是使蒸汽膨脹降壓增加流速，按一定的方向噴射出去，進(jìn)入動葉柵中做功。噴嘴直接安裝在噴嘴室和隔板中，如圖1-6所示。

葉片按用途可分為動葉片和靜葉片（又稱噴嘴葉片）兩種。動葉片安裝在轉(zhuǎn)子葉輪（沖動式汽輪機(jī)）或轉(zhuǎn)鼓（反動式汽輪機(jī)）上。靜葉片安裝在隔板或氣缸上，起噴嘴作用；在雙列速度調(diào)節(jié)級中，第二列靜葉做導(dǎo)向葉片，使氣流改變方向，引導(dǎo)蒸汽進(jìn)入動葉片。

②汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子　汽輪機(jī)中所有轉(zhuǎn)動部件的組合叫作轉(zhuǎn)子，它是汽輪機(jī)最重要的部件之一，擔(dān)負(fù)著工質(zhì)能量轉(zhuǎn)換及扭矩傳遞的重任。轉(zhuǎn)子由主軸、軸套、葉輪、葉片、聯(lián)軸器、軸封套（汽封套）等部件組成，有些轉(zhuǎn)子還包括帶動主油泵和調(diào)速器的附加軸。

③汽輪機(jī)汽缸與隔板　汽缸的主要作用是將汽輪機(jī)的通流部分與外界隔開，保證蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)完成做功過程。此外，它還要支撐汽輪機(jī)的一些靜止部件（隔板、噴嘴室、汽封套等）。汽缸通常制成具有水平接合面的對分形式，上半部叫上汽缸，下半部叫下汽缸。上、下汽缸之間用法蘭螺栓連接在一起。為了減小汽缸應(yīng)力，現(xiàn)代汽輪機(jī)也有采用無水平接合面汽缸的。

多級汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級后的各壓力級是在不同的壓力下工作的。為了保持各級前后的壓力差、安裝靜葉片和阻止級間漏氣，汽缸上裝設(shè)有多個(gè)隔板，它可以直接安裝在汽缸內(nèi)壁的隔板槽中，也可以借助隔板套安裝在汽缸上。隔板通常做成水平對分形式，其內(nèi)圓孔處安裝有隔板汽封。反動式汽輪機(jī)沒有隔板，但會在汽缸上安裝支撐靜葉的持環(huán)。

④汽封　汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，汽缸、隔板（或靜葉環(huán)）等靜止不動。因此，轉(zhuǎn)子和靜止部件之間需留有適當(dāng)?shù)拈g隔，防止相互碰磨。然而間隙的存在會導(dǎo)致蒸汽泄漏，這不僅會降低機(jī)組效率，還會影響機(jī)組安全運(yùn)行。為了減少蒸汽泄漏和防止空氣漏入，采用了汽封裝置。汽封按其安裝位置的不同，可分為葉頂汽封、隔板（或靜葉環(huán)）汽封、軸端汽封以及徑向汽封等。反動式汽輪機(jī)還裝有平衡活塞汽封。汽封主要形式有梳齒、蜂窩、刷式等。

為了防止和減少漏氣以及回收漏氣，很多汽輪機(jī)設(shè)有由軸端汽封加上與之相連接的管道、閥門及附屬設(shè)備組成的軸封蒸汽調(diào)整系統(tǒng)，并配置自動調(diào)節(jié)裝置。

⑤汽輪機(jī)軸承　汽輪機(jī)軸承包括徑向支撐軸承和推力軸承，主要采用滑動軸承。徑向支撐軸承承擔(dān)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)動反力，并保證轉(zhuǎn)子的徑向位置。推力軸承承受蒸汽作用在轉(zhuǎn)子上的部分軸向推力，保持轉(zhuǎn)子工作時(shí)的軸向位置，以保證通流部分動靜軸向間隙。推力軸承的工作面是轉(zhuǎn)子相對于汽缸的定位點(diǎn)，稱為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子對靜子的相對死點(diǎn)。

⑥聯(lián)軸器　聯(lián)軸器是汽輪機(jī)各轉(zhuǎn)子間、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間的連接件。通過聯(lián)軸器把汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動力矩傳遞給發(fā)電機(jī)。汽輪機(jī)電機(jī)組主要聯(lián)軸器多采用剛性聯(lián)軸器。

⑦盤車裝置　汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前和停機(jī)后，要使轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動一段時(shí)間，以保證轉(zhuǎn)子均勻受熱和冷卻。帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的裝置稱為盤車裝置，它可以自動投入和切除。汽輪機(jī)的盤車分為低速盤車（3～5r/min）和高速盤車（40～70r/min）兩種。汽輪機(jī)啟動時(shí)，為減小盤車電動機(jī)功率，采用高壓油頂軸裝置，在盤車裝置投入前用壓力油將轉(zhuǎn)子頂起以減少啟動轉(zhuǎn)矩。

⑧汽輪機(jī)控制與保護(hù)系統(tǒng)　汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的主要作用是：當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載變化時(shí)，使主氣閥和調(diào)節(jié)氣閥改變進(jìn)汽量，調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的輸出功率，使其與外界負(fù)荷相適應(yīng)，維持汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在規(guī)定范圍內(nèi)，保證電能質(zhì)量。供熱汽輪機(jī)還具備供熱蒸汽壓力自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

此外，為保證運(yùn)行安全，汽輪機(jī)還設(shè)有各種保護(hù)裝置，如超速保護(hù)、軸向位移保護(hù)及低油壓保護(hù)等。當(dāng)這些參數(shù)超出安全范圍時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)自動切斷汽輪機(jī)進(jìn)汽，停止設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，避免事故發(fā)生與擴(kuò)大。

（2）汽輪機(jī)的分類

根據(jù)做功原理、熱力過程特性、參數(shù)水平的差異等可以將汽輪機(jī)進(jìn)行以下分類。

①按做功原理分類

a.沖動式汽輪機(jī)。按沖動原理做功的級構(gòu)成的汽輪機(jī)叫沖動式汽輪機(jī)。為了提高效率，沖動式汽輪機(jī)級均帶有一定反動度，習(xí)慣上仍稱為沖動式汽輪機(jī)。

b.反動式汽輪機(jī)。按反動式原理做功的級構(gòu)成的汽輪機(jī)叫反動式汽輪機(jī)。現(xiàn)代反動式汽輪機(jī)常以沖動級（單列級或復(fù)速級）做調(diào)節(jié)級，但習(xí)慣上仍稱為反動式汽輪機(jī)。

②按熱力過程特性分類

a.凝汽式汽輪機(jī)。進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽在流經(jīng)汽輪機(jī)各級后，除少量漏氣外全部進(jìn)入凝汽器，這種汽輪機(jī)叫作凝汽式汽輪機(jī)。現(xiàn)代汽輪機(jī)為提高循環(huán)熱效率，一般都采用若干段回?zé)岢闅饧訜峤o水，這類汽輪機(jī)習(xí)慣上仍成為凝汽式汽輪機(jī)。

b.背壓式汽輪機(jī)。進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流經(jīng)各級做功后，在高于大氣壓力的情況下排出，以供工業(yè)或生活之用。這種汽輪機(jī)成為背壓式汽輪機(jī)。

c.調(diào)整抽氣式汽輪機(jī)。從汽輪機(jī)中間某個(gè)幾級后抽出一定參數(shù)、一定質(zhì)量流量的蒸汽，供給工業(yè)或生活之用，其余的蒸汽流入凝汽器，這種汽輪機(jī)稱為調(diào)整抽氣式汽輪機(jī)。調(diào)整抽氣式汽輪機(jī)和背壓式汽輪機(jī)統(tǒng)稱為供熱式汽輪機(jī)。

d.中間再熱式汽輪機(jī)。將在汽輪機(jī)若干級中做過功的蒸汽（如高壓汽缸的排汽）引入鍋爐再次加熱，然后又回到汽輪機(jī)后面的一些級（如中低壓汽缸）內(nèi)繼續(xù)膨脹做功，乏汽進(jìn)入凝汽器，這種汽輪機(jī)叫作中間再熱式汽輪機(jī)。

③按蒸汽壓力分類

a.低壓汽輪機(jī)。新汽壓力為1.2～2.0MPa（例如，新汽壓力為1.3MPa，溫度為340℃）。

b.中壓汽輪機(jī)。新汽壓力為2.1～4.0MPa（例如，新汽壓力為3.43MPa，溫度為435℃）。

c.高壓汽輪機(jī)。新汽壓力為8.1～12.5MPa（例如，新汽壓力為9.0MPa，溫度為535℃）。

d.超高壓汽輪機(jī)。新汽壓力為12.6～15.0MPa（例如，新汽壓力為13.0MPa或13.5MPa、溫度為535℃或550℃，再熱溫度為535℃或550℃）。

e.亞臨界壓力汽輪機(jī)。新汽壓力為15.1～22.5MPa（例如，新汽壓力為16.5MPa、溫度為535℃，再熱溫度為535℃）。

f.超臨界壓力汽輪機(jī)。新汽壓力大于22.1MPa。例如，國內(nèi)某600MW超臨界壓力汽輪機(jī)參數(shù)為：新汽壓力為23.8MPa，溫度為566℃，再熱溫度為566℃。

g.超超臨界壓力汽輪機(jī)。新汽壓力在27MPa以上蒸汽溫度達(dá)到600℃/620℃以上的汽輪機(jī)。例如，國內(nèi)某900MW超超臨界壓力汽輪機(jī)參數(shù)為：新汽壓力為26.25MPa，溫度為600℃，再熱溫度為600℃。

此外，按汽缸數(shù)可以分為單缸汽輪機(jī)和多缸汽輪機(jī)；按機(jī)組轉(zhuǎn)軸數(shù)可以分為單軸汽輪機(jī)和雙軸汽輪機(jī)；按工況可以分為固定式汽輪機(jī)和移動式汽輪機(jī)等。

（3）汽輪機(jī)的型號

汽輪機(jī)型號雖然隨著制造商的習(xí)慣不同而不同，但是一般都包含了汽輪的形式、容量、新蒸汽參數(shù)和再熱蒸汽參數(shù)等信息，供熱汽輪機(jī)型號還包括供熱蒸汽參數(shù)。因此，從汽輪機(jī)的型號可以基本判斷出汽輪機(jī)的主要特征。

我國制造的汽輪機(jī)的型號大多包含三部分信息。第一部分信息由漢語拼音字母表示汽輪機(jī)的形式（見表1-4）；由數(shù)字表示汽輪的容量，即額定功率（MW）；第二部分信息用幾組由斜線分隔的數(shù)字分別表示新蒸汽參數(shù)、再熱蒸汽參數(shù)、供熱蒸汽參數(shù)等（見表1-5）。功率單位為MW，蒸汽壓力參數(shù)的單位為MPa，溫度參數(shù)的單位為℃；第三部分為廠家設(shè)計(jì)序號。

（4）汽輪機(jī)的凝汽系統(tǒng)及設(shè)備

發(fā)電廠用的汽輪機(jī)組絕大部分是凝汽式汽輪機(jī)。在火電廠中，蒸汽循環(huán)做功主要有四大過程：蒸汽在鍋爐中的定壓吸熱過程，蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹做功過程，汽輪機(jī)排汽在凝汽器中定壓放熱過程，凝結(jié)水在給水泵中的升壓過程。可見，凝汽系統(tǒng)及設(shè)備是汽輪機(jī)組的重要組成部分，其設(shè)計(jì)、運(yùn)行性能將直接影響到整個(gè)汽輪機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

①凝汽系統(tǒng)的工作原理　圖1-7是汽輪機(jī)凝汽系統(tǒng)示意，系統(tǒng)由凝汽器、抽氣設(shè)備、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵以及相連的管著、閥門等組成。

在凝汽式汽輪機(jī)組整個(gè)熱力循環(huán)中，凝汽系統(tǒng)的任務(wù)可以歸納為以下四點(diǎn)。

一是在汽輪機(jī)末級排汽口建立并維持規(guī)定的真空。從熱力學(xué)第二定律的觀點(diǎn)，完整的動力循環(huán)必須要有一個(gè)冷源，凝汽系統(tǒng)在蒸汽動力循環(huán)中起著冷源的作用，通過降低排汽壓力和排汽溫度來提高循環(huán)熱效率。

二是汽輪機(jī)的工質(zhì)是經(jīng)過嚴(yán)格化學(xué)處理的水蒸氣，凝汽器將汽輪機(jī)排汽凝結(jié)成水，凝結(jié)水經(jīng)回?zé)岢槠訜帷⒊鹾螅鳛殄仩t給水重復(fù)使用。

三是起到真空除氧作用，利用熱力除氧原理除去凝結(jié)水中的溶解氣體（主要為氧氣），從而提高凝結(jié)水品質(zhì)，防止熱力系統(tǒng)低壓回路管道、閥門等腐蝕。

四是起到熱力系統(tǒng)蓄水作用，凝汽器既是匯集和貯存凝結(jié)水、熱力系統(tǒng)中的各種疏水、排汽和化學(xué)補(bǔ)水的場所，又是緩解運(yùn)行中機(jī)組流量的急劇變化，從而起到熱力系統(tǒng)穩(wěn)定調(diào)節(jié)作用的緩沖器。

為了完成上述任務(wù)，僅有凝汽器是不夠的。要保證凝汽器的正常工作，必須隨時(shí)維持三個(gè)平衡：一是熱量平衡，汽輪機(jī)排汽放出的熱量等于冷卻水（又稱循環(huán)水）帶走的熱量，故在凝汽系統(tǒng)中必須設(shè)置循環(huán)水泵；二是質(zhì)量平衡，汽輪機(jī)排汽流量等于抽出的凝結(jié)水流量，所以在凝汽系統(tǒng)中必須設(shè)置凝結(jié)水泵；三是空氣平衡，在凝汽器和汽輪機(jī)低壓部分漏入的空氣量等于抽出的空氣量，因此，必須設(shè)置抽氣設(shè)備。

凝汽器內(nèi)的真空是通過蒸汽凝結(jié)過程形成的。當(dāng)汽輪機(jī)末級排汽進(jìn)入凝汽器后，受到冷卻水的冷卻而凝結(jié)成凝結(jié)水，放出汽化潛熱。由于蒸汽凝結(jié)成水的過程中，體積驟然縮小，這樣就在凝汽器容積內(nèi)形成了高度真空。其壓力為凝汽器內(nèi)溫度對應(yīng)的蒸汽飽和壓力，溫度越低，真空越高。為了保持所形成的真空，通過抽氣設(shè)備把漏入凝汽器內(nèi)的不凝結(jié)氣體抽出，以免其在凝汽器內(nèi)逐漸積累，惡化凝汽器真空。

②水冷凝汽系統(tǒng)　水的傳熱系統(tǒng)比較大，因此，發(fā)電廠大多采用水冷凝汽系統(tǒng)。水冷凝汽系統(tǒng)的冷卻方式又可以分為直流供水方式（也稱開式循環(huán)水系統(tǒng)）和循環(huán)供水方式（也稱閉式循環(huán)水系統(tǒng)）兩種。直接供水方式是以江、河、湖、海的天然水源作為冷卻水源。通常，凝汽系統(tǒng)的取水口布置在江河的上游，排水口選在下游。直流供水方式凝汽系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于建在大江、大海附近的發(fā)電廠。循環(huán)供水方式是需要專用的冷卻塔，冷卻水吸收凝汽器中排汽的熱量后，送入冷卻塔中進(jìn)行冷卻，冷卻后的冷卻水重新進(jìn)入凝汽器中工作，如此往復(fù)循環(huán)。一般只需要補(bǔ)充少量冷卻水來補(bǔ)充循環(huán)中的水損失，因此，閉式供水方式適合于水源不足的地區(qū)采用。

③空冷凝汽系統(tǒng)　空冷凝汽系統(tǒng)是指用空氣帶走汽輪機(jī)排汽熱量的凝汽系統(tǒng)。采用空冷凝汽系統(tǒng)，不需要冷卻水，所以在發(fā)電廠廠址選擇上就不會受到冷卻水源的限制，特別是廠址選在煤炭產(chǎn)地的坑口電廠，采用空冷凝汽系統(tǒng)，更有顯著意義。空冷凝汽系統(tǒng)可以分為直接空冷和間接空冷兩種方式。

a.直接空冷凝汽系統(tǒng)。圖1-8所示為直接空冷凝汽系統(tǒng)的示意，汽輪機(jī)排汽送到空冷凝器的翅片管束中，冷空氣通過風(fēng)機(jī)的輸送，在翅片管外流動，將管內(nèi)流動的汽輪機(jī)排汽冷卻、凝結(jié)、凝結(jié)水由凝結(jié)水泵送至回?zé)嵯到y(tǒng)后，作為鍋爐給水重復(fù)使用。

直接空冷凝汽系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：一是不需要冷卻水等中間冷卻介質(zhì)，適合于嚴(yán)重缺水區(qū)域使用；二是傳熱溫差較大，可獲得較低的排汽壓力。缺點(diǎn)是：一是由于空氣的傳熱系數(shù)低于水的傳熱系數(shù)，導(dǎo)致空冷凝器體積比水冷凝器的體積要大得多，所以對凝汽器的安裝場地有更多的要求，也更容易泄漏；二是直接空冷凝汽系統(tǒng)大多采用強(qiáng)制通風(fēng)方式，增加了發(fā)電廠的廠用電量，也增加了環(huán)境噪聲。

b.間接空冷凝汽系統(tǒng)。間接空冷凝汽系統(tǒng)如圖1-9所示，汽輪機(jī)排汽進(jìn)入混合式凝汽器后，與從空氣冷卻器來的冷卻水混合凝結(jié)為凝結(jié)水。凝汽器出來的凝結(jié)水與冷卻水的混合水流，小部分（約3%）作為鍋爐的給水，其余大部分循環(huán)水泵打入空氣冷卻器，構(gòu)成一個(gè)封閉型間接空冷凝汽系統(tǒng)。水輪機(jī)用于調(diào)節(jié)混合凝汽器噴水壓力，同時(shí)回收部分能量，比如同軸驅(qū)動水泵。這種間接空冷凝汽系統(tǒng)克服了直接空冷凝汽系統(tǒng)的缺點(diǎn)，具有凝汽器體積小、設(shè)備投資省等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是整個(gè)凝汽系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備多、布置也比較困難。