火力發電機組

由於地球上化石燃料的短缺，人類正盡力開發核能發電、核聚變發電以及高效率的太陽能發電等，以求最終解決人類社會面臨的能源問題。最早的火力發電是1875年在巴黎北火車站的火電廠實現的。隨着發電機、汽輪機制造技術的完善，輸變電技術的改進，特別是電力系統的出現以及社會電氣化對電能的需求，20世紀30年代以後，火力發電進入大發展的時期。火力發電機組的容量由200兆瓦級提高到300～600兆瓦級（50年代中期），到1973年，最大的火電機組達1300兆瓦。大機組、大電廠使火力發電的熱效率大為提高，每千瓦的建設投資和發電成本也不斷降低。到80年代後期，世界最大火電廠是日本的鹿兒島火電廠，容量為4400兆瓦。但機組過大又帶來可靠性、可用率的降低，因而到90年代初，火力發電單機容量穩定在300～700兆瓦。，其所佔中國總裝機容量約在70%以上。火力發電所使用的煤，佔工業用煤的50%以上。

火力發電是現代社會電力發展的主力軍，在提出建設和諧社會、發展循環經濟的大背景下，我們在提高火電技術的方向上要着重考慮電力對環境的影響，對不可再生能源的影響。雖然在中國已有部分核電機組，但火電仍佔領電力的大部分市場。 ^[1] 

火力發電有3種方式：

（1）汽力發電： 燃燒油類或煤炭，使鍋爐中的水發生物態的變化，成為具有一定温度和壓力的蒸汽，蒸汽經主蒸汽管道進入汽輪機，蒸汽使汽輪機旋轉帶動發電機發電。

（2）內燃力發電：一般用內燃機、汽油機、可燃氣機等。在不能進行水力發電的孤島等地發電。

（3）可燃氣發電： 原理基本和汽力發電相同，只是原料不同。

火力發電的主體是汽力發電，使用臨界點以上的蒸汽（壓力225.6kg/cm、 温度374℃） 的超臨界壓火力發電，可節省原料，降低成本。與水力發電相 比，火力發電的優點： 發電穩定，基建投資少，建設工期短，設備利用率 高，可接近消費區等。其缺點： 燃料消耗量大，運轉起動慢，易發生事故， 消耗鋼材量大，電力成本高。 ^[1] 

火力發電機組的水汽系統是由鍋爐、汽輪機、凝汽器、高低壓加熱器、凝結水泵和給水泵等組成，它包括汽水循環、化學水處理和冷卻系統等。水在鍋爐中被加熱成蒸汽，經過加熱器進一步加熱後變成過熱的蒸汽，再通過主蒸汽管道進入汽輪機。由於蒸汽不斷膨脹，高速流動的蒸汽推動汽輪機的葉片轉動從而帶動發電機。為了進一步提高其熱效率，一般都從汽輪機的某些中間級後抽出做過功的部分蒸汽，用以加熱給水。在現代大型汽輪機組中都採用這種給水回熱循環。

此外，在超高壓機組中還採用再熱循環，即把做過一段功的蒸汽從汽輪機的高壓缸的出口將做過功的蒸汽全部抽出，送到鍋爐的再熱汽中加熱後再引入汽輪機的中壓缸繼續膨脹做功，從中壓缸送出的蒸汽，再送入低壓缸繼續做功。在蒸汽不斷做功的過程中，蒸汽壓力和温度不斷降低，最後排入凝汽器並被冷卻水冷卻，凝結成水。凝結水集中在凝汽器下部由凝結水泵打至低壓加熱器加熱再經過除氧器除氧，給水泵將預加熱除氧後的水送至高壓加熱器，經過加熱後的熱水加入鍋爐，在過熱器中把水加熱到過熱蒸汽，送至汽輪機做功。這樣週而復始不斷的做功。在汽水系統中的蒸汽和凝結水，由於疏通管道很多並且還要經過許多的閥門設備，這樣就難免產生跑、冒、滴、漏等現象，這些現象都會或多或少地造成水的損失，因此我們必須不斷地向系統中補充經過化學處理過的軟化水，這些補給水一般都補入除氧器中。

燃燒系統是由輸煤、磨煤、粗細分離、排粉、給粉、鍋爐、除塵、脱硫等組成。是由皮帶輸送機從煤場通過電磁鐵、碎煤機送到煤倉間的煤鬥內，再經過給煤機進入磨煤機進行磨粉，磨好的煤粉通過空氣預熱器來的熱風，將煤粉打至粗細分離器，粗細分離器將合格的煤粉（不合格的煤粉送回磨煤機），經過排粉機送至粉倉，給粉機將煤粉打入噴燃器送到鍋爐進行燃燒。而煙氣經過電除塵脱出粉塵再將煙氣送至脱硫裝置，通過石漿噴淋脱出硫的氣體經過吸風機送到煙筒排入天空。

發電系統是由副勵磁機、勵磁盤、主勵磁機（備用勵磁機）、發電機、變壓器、高壓斷路器、升壓站、配電裝置等組成。發電是由副勵磁機（永磁機）發出高頻電流，副勵磁機發出的電流經過勵磁盤整流，再送到主勵磁機，主勵磁機發出電後經過調壓器以及滅磁開關經過碳刷送到發電機轉子。發電機轉子通過旋轉其定子線圈感應出電流，強大的電流通過發電機出線分兩路，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。 ^[2] 

多數火電廠採用煤炭作為一次能源，利用皮帶傳送技術，向鍋爐輸送經處理過的煤粉，煤粉燃燒加熱鍋爐使鍋爐中的水變為水蒸汽，經一次加熱之後，水蒸汽進入高壓缸。為了提高熱效率，應對水蒸汽進行二次加熱，水蒸汽進入中壓缸。通過利用中壓缸的蒸汽去推動汽輪發電機發電。從中壓缸引出進入對稱的低壓缸。已經作過功的蒸汽一部分從中間段抽出供給煉油、化肥等兄弟企業，其餘部分流經凝汽器水冷，成為40度左右的飽和水作為再利用水。40度左右的飽和水經過凝結水泵，經過低壓加熱器到除氧器中，此時為160度左右的飽和水，經過除氧器除氧，利用給水泵送入高壓加熱器中，其中高壓加熱器利用再加熱蒸汽作為加熱燃料，最後流入鍋爐進行再次利用。以上就是一次生產流程。

以上分析雖然較為繁雜，但從能量轉換的角度看卻很簡單，即燃料的化學能→蒸汽的熱勢能→機械能→電能。在鍋爐中，燃料的化學能轉變為蒸汽的熱能；在汽輪機中，蒸汽的熱能轉變為轉子旋轉的機械能；在發電機中機械能轉變為電能。爐、機、電是火電廠中的主要設備，亦稱三大主機。與三大主機相輔工作的設備成為輔助設備或稱輔機。主機與輔機及其相連的管道、線路等稱為系統。 ^[3]