電廠科普講義

電廠科普知識(shí)講座火力發(fā)電基本原理第一章

電力技術(shù)與電力工業(yè)

一、電力技術(shù)與電力工業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)史

電力技術(shù)的發(fā)明、電力工業(yè)的建立至今已有100余年的歷史。今天，電與人們的生產(chǎn)、生活、科學(xué)技術(shù)研究和精神文明建設(shè)息息相關(guān)，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的各個(gè)方面已產(chǎn)生直接的或間接的巨大作用和影響，已成為現(xiàn)代文明社會(huì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。二、中國電力工業(yè)發(fā)展

中國電力工業(yè)從1882年上海創(chuàng)建第一個(gè)12kW發(fā)電廠至今，已有110余年歷史。目前全國（除臺(tái)灣省外）已形成東北、華北、華東、華中、西北和南方聯(lián)營六大跨省（區(qū)）電網(wǎng)，以及山東、福建、四川、海南、新疆和西藏等?。▍^(qū)）獨(dú)立電網(wǎng)。一個(gè)初步現(xiàn)代化的電力工業(yè)技術(shù)體系已經(jīng)建立起來。三、電力與能源

1、電力是通過一定的技術(shù)手段從其他能源轉(zhuǎn)換而來的能源。2、能源可分為可再生能源與非再生能源。可連續(xù)再生、永久持續(xù)利用的能源，如水力、風(fēng)能、潮汐能和太陽能，均稱為可再生能源，而經(jīng)過億萬年形成的，短期內(nèi)無法恢復(fù)的能源，如煤、石油、天然氣等稱為非再生能源。3、自然界存在的能源資源，通過相應(yīng)的技術(shù)都可轉(zhuǎn)換為電能。4、電力是一種便于集中、傳輸、分散、控制和轉(zhuǎn)換成其他形式的能源，它的利用已遍及國民經(jīng)濟(jì)和人民生活的各個(gè)方面，成為現(xiàn)代社會(huì)的必需品。

四、電力技術(shù)與電力工業(yè)1、人類對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)出現(xiàn)飛躍，是科學(xué)革命；人類改造客觀世界，技術(shù)的飛躍就是技術(shù)革命。而科學(xué)革命、技術(shù)革命會(huì)引起整個(gè)社會(huì)生產(chǎn)體系的變革，即產(chǎn)業(yè)革命。人類近代歷史經(jīng)歷過蒸汽機(jī)技術(shù)革命和電力技術(shù)革命，因此，電力技術(shù)是人類歷史上重要的知識(shí)寶庫。2、電力工業(yè)主要包括5個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。①發(fā)電，包括火力發(fā)電、水力發(fā)電、核能和其他能源發(fā)電；②輸電，包括交流輸電和直流輸電；③變電；④配電；⑤用電，包括用電設(shè)備的安裝、使用和用電負(fù)荷的控制，以及將這5個(gè)環(huán)節(jié)所存在的設(shè)備連接起來的電力系統(tǒng)。⑥此外，還包括規(guī)劃、勘測(cè)設(shè)計(jì)和施工等電力基本建設(shè)，電力科學(xué)技術(shù)研究和電力機(jī)械設(shè)備制造。五、電力工業(yè)的特點(diǎn)電力工業(yè)與生產(chǎn)其他商品的行業(yè)一樣，其產(chǎn)品有生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售和使用的過程，但又有顯著的不同。目前，它是集產(chǎn)、運(yùn)、銷為一體。電力作為廣泛利用的二次能源，電能與其他能源不一樣，一般不能大規(guī)模儲(chǔ)存。電力生產(chǎn)過程是連續(xù)的，發(fā)、輸、變、配電和用電是在同一瞬間完成的，因此發(fā)電、供電、用電之間，必須隨時(shí)保持平衡。六、發(fā)電廠分類

1、火力發(fā)電利用煤、石油、天然氣等自然界蘊(yùn)藏量極其豐富的化石燃料發(fā)電稱為火力發(fā)電。2、水力發(fā)電天然的水流所蘊(yùn)藏的位能或動(dòng)能統(tǒng)稱為水能或稱水力資源。水力是一種寶貴的自然資源，是取之不盡用之不竭的可再生能源，而且是潔凈的能源。利用水能的最普遍的形式是建設(shè)水電站，利用水流的流量和落差發(fā)電，或稱為水力發(fā)電。3、核能發(fā)電核能指原子核能，又稱原子能，是原子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)放出的能量。核能發(fā)電就是利用受控核裂變反應(yīng)所釋放的熱能，將水加熱為蒸汽，用蒸汽沖動(dòng)汽輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。大亞灣核電站日本福島核電站爆炸4、風(fēng)力發(fā)電通常所說的風(fēng)能是空氣流動(dòng)所具有的動(dòng)能。風(fēng)力發(fā)電就是將空氣流動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?、地?zé)岚l(fā)電地?zé)崮芫褪堑厍騼?nèi)部的熱釋放到地表的能量。地球內(nèi)部包含著巨大的熱量，由于這一熱量的影響，地球表層以下的溫度隨深度逐漸增高，大部分地區(qū)每深入100m，溫度增加3度，以后其增長速度又逐漸減慢，到一定深度就不再升高了。估計(jì)地核的溫度在5000℃以上?，F(xiàn)在能被我們控制利用的地?zé)崮苤饕堑叵聼崴⒌責(zé)嵴羝蜔釒r層。羊八井地?zé)犭娬狙虬司?、太陽能發(fā)電太陽能發(fā)電系統(tǒng)可分為太陽能熱發(fā)電和太陽能光發(fā)電兩類。太陽能熱發(fā)電就是利用太陽能將水加熱，使產(chǎn)生的蒸汽去驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組。太陽能光發(fā)電是利用太陽電池組將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能。太陽熱發(fā)電光伏發(fā)電7、海洋能發(fā)電海洋能是海流動(dòng)能、海洋熱能、潮汐能和波浪能等的總稱。海洋能用于發(fā)電有海流發(fā)電、海洋溫差發(fā)電、波浪發(fā)電和潮汐發(fā)電等幾種方式。目前成熟的只有潮汐發(fā)電。第二章火力發(fā)電一、火力發(fā)電概述利用煤、石油、天然氣等自然界蘊(yùn)藏量極其豐富的化石燃料發(fā)電稱為火力發(fā)電。按發(fā)電方式，它可分為汽輪機(jī)發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，還有火電機(jī)組既供電又供熱的“熱電聯(lián)產(chǎn)”。汽輪機(jī)發(fā)電又稱蒸汽發(fā)電，它利用燃料在鍋爐中燃燒產(chǎn)生蒸汽，用蒸汽沖動(dòng)汽輪機(jī)，再由汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。這種發(fā)電方式在火力發(fā)電中居主要地位，占世界火力發(fā)電總裝機(jī)的95％以上。

松溉電廠廠區(qū)鳥瞰圖二、火力發(fā)電廠的基本生產(chǎn)過程

火力發(fā)電廠的燃料主要有煤、石油（主要是重油、天然氣）。我國的火電廠以燃煤為主，過去曾建過一批燃油電廠，目前的政策是盡量壓縮燒油電廠，新建電廠全部燒煤。火力發(fā)電廠由三大主要設(shè)備——鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及相應(yīng)輔助設(shè)備組成，它們通過管道或線路相連構(gòu)成生產(chǎn)主系統(tǒng)，即燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。1．燃燒系統(tǒng)包括鍋爐的燃燒部分和輸煤、除灰和煙氣排放系統(tǒng)等。煤由皮帶輸送到鍋爐車間的煤斗，進(jìn)入磨煤機(jī)磨成煤粉，然后與經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱的空氣一起噴入爐內(nèi)燃燒，將煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能，煙氣經(jīng)除塵器清除灰分后，由引風(fēng)機(jī)抽出，經(jīng)高大的煙囪排入大氣。爐渣和除塵器下部的細(xì)灰由排灰渣設(shè)備排至灰場(chǎng)。2．汽水系統(tǒng)包括鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器及給水泵等組成的汽水循環(huán)和水處理系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等。水在鍋爐中加熱后蒸發(fā)成蒸汽，經(jīng)過熱器進(jìn)一步加熱，成為具有規(guī)定壓力和溫度的過熱蒸汽，然后經(jīng)過管道送入汽輪機(jī)。在汽輪機(jī)中，蒸汽不斷膨脹，高速流動(dòng)，沖擊汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，以額定轉(zhuǎn)速（3000r／min）旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動(dòng)與汽輪機(jī)同軸的發(fā)電機(jī)發(fā)電。在膨脹過程中，蒸汽的壓力和溫度不斷降低。蒸汽做功后從汽輪機(jī)下部排出。排出的蒸汽稱為乏汽，它排入凝汽器。在凝汽器中，汽輪機(jī)的乏汽被冷卻水冷卻，凝結(jié)成水。凝汽器下部所凝結(jié)的水由凝結(jié)水泵升壓后進(jìn)入低壓加熱器和除氧器，提高水溫并除去水中的氧（以防止腐蝕爐管等），再由給水泵進(jìn)一步升壓，然后進(jìn)入高壓加熱器，回到鍋爐，完成水—蒸汽—水的循環(huán)。給水泵以后的凝結(jié)水稱為給水。3．電氣系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)和升壓變電站等。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電，一般由主變壓器升高電壓后，經(jīng)變電站高壓電氣設(shè)備和輸電線送往電網(wǎng)。極少部分電，通過廠用變壓器降低電壓后，經(jīng)廠用電配電裝置和電纜供廠內(nèi)風(fēng)機(jī)、水泵等各種輔機(jī)設(shè)備和照明等用電。

三、鍋爐設(shè)備鍋爐是利用燃料燃燒釋放的熱能加熱給水以獲得規(guī)定參數(shù)（溫度、壓力）和品質(zhì)的蒸汽的設(shè)備，是火力發(fā)電廠的主要設(shè)備之一。鍋爐是一龐大而復(fù)雜的設(shè)備，它由鍋爐本體及輔助設(shè)備所組成。鍋爐本體由“鍋”和“爐”兩大部分組成，所謂“鍋”是指鍋爐的汽水系統(tǒng)，主要包括汽包、下降管、水冷壁等；而“爐”是指燃燒系統(tǒng)，主要包括爐膛、燃燒器、煙風(fēng)道及空氣預(yù)熱器，它的任務(wù)是使燃料燃燒放熱，產(chǎn)生高溫火焰和煙氣，并把熱量傳遞給汽水系統(tǒng)。鍋爐輔助設(shè)備包括輸煤系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、煙囪、除灰除塵設(shè)備，以及熱工儀表自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置等。由輸煤皮帶運(yùn)來的煤送入磨煤機(jī)磨制成煤粉后，被熱空氣烘干并攜帶出磨煤機(jī)進(jìn)入粗粉分離器中分離，符合要求的煤粉送入輸粉管道，經(jīng)燃燒器噴入爐膛燃燒。在爐膛內(nèi)煤粉的燃燒非常強(qiáng)烈，其中心溫度可達(dá)1300～1400℃。燃燒所形成的火焰及生成的煙氣主要以輻射的方式把熱量傳給爐膛四周被稱為水冷壁的管子上，加熱其中的水并使其部分蒸發(fā)成蒸汽。離開爐膛的煙氣依次流過過熱器、省煤器等各個(gè)對(duì)流受熱面，逐步將熱量以對(duì)流的方式傳給這些受熱面中的蒸汽和水，最后流過空氣預(yù)熱器將熱量傳給來預(yù)熱的空氣。煙汽流出空氣預(yù)熱器，經(jīng)高效除塵后被吸風(fēng)機(jī)送入煙囪，排入大氣。過熱器是電站鍋爐的重要組成部分，它的作用是把水冷壁中蒸發(fā)的飽和蒸汽加熱成為具有一定溫度的過熱蒸汽。提高蒸汽溫度可使蒸汽在汽輪機(jī)中的作功能力提高，從而提高熱力循環(huán)的效率。流出過熱器的蒸汽稱為主蒸汽，主蒸汽經(jīng)主汽管道流向汽輪機(jī)，推動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。四、汽輪機(jī)設(shè)備汽輪機(jī)是以蒸汽作為工作介質(zhì)的原動(dòng)機(jī)，其作用是將來自鍋爐的高溫高壓蒸汽所具有的熱能轉(zhuǎn)換為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，轉(zhuǎn)子帶動(dòng)發(fā)電機(jī)就可以將機(jī)械能再轉(zhuǎn)換為電能。汽輪機(jī)工作依靠的主要零部件是噴嘴（或稱靜葉片）和動(dòng)葉片。噴嘴起著將蒸汽的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的作用，從噴嘴出來的蒸汽具有每秒數(shù)百米的高速，這樣的高速汽流沖擊到裝在葉輪上的動(dòng)葉片，就可以推動(dòng)由動(dòng)葉片、葉輪、軸等零部件組成的轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地高速旋轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)源源不斷地產(chǎn)生電能。五、汽輪發(fā)電機(jī)火電廠中用來發(fā)電的電機(jī)都是由汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)拖動(dòng)的同步發(fā)電機(jī)。它是利用導(dǎo)線切割磁力線感應(yīng)出電勢(shì)的電磁感應(yīng)原理，將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能變?yōu)殡娔茌敵?。同步發(fā)電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子是發(fā)出電力的電樞，轉(zhuǎn)子是磁極。

六、汽輪機(jī)乏汽的冷卻汽輪機(jī)乏汽的冷卻過程是火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程的一部分，通常選用水作為冷卻介質(zhì)（水冷），這種系統(tǒng)簡(jiǎn)單，初投資小，運(yùn)行可靠，但水的散失量大。

七、火電廠電子計(jì)算機(jī)控制——現(xiàn)代火電廠自動(dòng)化

火力發(fā)電設(shè)備的發(fā)展方向是采用高參數(shù)帶有中