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贡献者：sean2008 浏览：2391次 创建时间：2009-08-18
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利用煤、石油、天然气等固体、液体或气体燃料燃烧所产生的热能转换为动能以生产电能的工厂（见图）。按燃料的类别可分为燃煤火电厂、燃油火电厂和燃气火电厂等。按功能又可分为发电厂和热电厂。发电厂只生产并供给用户以电能；而热电厂除生产并供给用户电能外，还供应热能。按服务规模可分为区域性火电厂、地方性火电厂以及列车电站等。区域性火电厂装机容量较大，一般建造在燃料基地如大型煤矿附近。这类电厂又称为坑口电厂，其电能通过长距离的输电线路供给用户。地方性火电厂多建造在负荷中心，需经长距离运进燃料，它生产的电能供给比较集中的用户。通常火电厂还按蒸汽压力分为低压电厂（蒸汽初压力为1.2～15atm，1atm≈105Pa）、中压电厂(蒸汽初压力为20～40atm)、高压电厂(蒸汽初压力为60～100atm)、超高压电厂（蒸汽初压力为120～140atm）、 亚临界压力电厂（蒸汽初压力为 160～180atm）和超临界压力电厂（蒸汽初压力为226atm）。火电厂是电能生产的重要组成部分。在全世界范围，火电厂的装机容量占总装机容量的70％，发电量占总发电量的80％。根据中国1989年的统计资料，中国火电厂的装机容量占总装机容量的74.27％,发电量占总发电量的79.7％,预计到2000年,仍会保持相似的比例。由此可见，火电厂无论是对国民经济的发展，还是人民生活水平的提高，都起着重大作用。
简史 1875年法国巴黎北火车站火电厂建成发电，采用的是很小的直流电机，专供附近照明用电。这是世界上第一座火电厂。随后美国、俄国、英国也相继建成小火电厂。18世纪80年代后期，随着工业与生活用电的增长，美国在1886年建设了第一座交流发电厂。1888年，英国C.A.帕森斯研制成功第一台带有高、低压汽缸的75kW汽轮发电机,安装在英国福斯班克斯电厂。1891年,帕森斯为英国剑桥电灯公司制造了第一台带有凝汽器的发电机组，容量为100kW,热效率大大提高。中国于1882年在上海建成一座装有1台12kW直流发电机的火电厂,当年7月26日正式发电，供电灯照明用。
进入20世纪以来，由于热力学理论的进展、耐热合金钢材料和结构的改进以及汽轮发电机制造技术的进步，使发电机单机容量不断增长。瑞士勃朗－鲍威利有限公司(BBC)1901年制成一台5000kW汽轮发电机,1902年制成1.5万kW汽轮发电机。1904年,美国西屋电气公司制造出1万kW机组。1912年，汽轮发电机的容量提高到2.5万kW。1925年10万kW机组问世。1930年，美国第一台20万kW汽轮发电机投入运行。50年代中期开始，汽轮发电机的制造和运行技术水平提高更快。1955、1960年，投入运行的最大容量机组分别为30万和60万kW。大机组的出现为大功率火电厂的投运创造了必要条件。1965年，第一台100万 kW机组在美国雷文斯伍德电厂投入运行。1973年，第一台瑞士制造的 130万kW双轴发电机组在美国肯勃兰电厂投入运行。80年代初,美国100万kW以上的火电厂达150座。到1985年，苏联有22座200万kW以上的大型火电厂。1983年日本已有32座100万kW以上的电厂,其中最大的电厂是鹿儿岛电厂，总装机容量达440万kW。
中国随着用电量的不断增长和单机容量的不断增大，火电厂的规模也在发展。80年代中国大陆火电厂在电力工业中占有重要地位。最大的单机容量为60万kW。1986年已有7座100万kW以上容量的火力发电厂，其中江苏省谏壁电厂1987年的装机容量为162.5万kW,是中国大陆最大的火电厂。台湾省最大的火电厂是兴达火力发电厂，装机容量为210万kW。
燃料构成 一个国家的火电厂的燃料构成决定于国家的资源情况和能源政策。80年代以来，中国火电厂的燃料主要是煤。1987年火电厂发电量的87％是煤电，其余的13％是烧油或其他燃料发出的。
有烟煤资源或依赖进口煤的国家，其火电厂主要燃用烟煤，因其易燃，热值较高，一般无燃烧不稳等困难；煤炭资源中其他煤种占较大比重的国家，发电也有用褐煤（德国、澳大利亚等）、无烟煤（苏联、西班牙、朝鲜等）的；中国燃煤电厂燃用的煤种，一半以上是烟煤，贫煤次之，无烟煤在10％以下。
70年代，美国、苏联、日本等国采用烧油和天然气发电机组。这种火力发电厂较燃煤电厂造价低，对环境污染程度小，而且输油和输气较输煤更经济，因而一度获得较大发展。但1973年以后，石油和天然气价格大幅度上涨，燃煤电厂又趋发展。中国煤炭资源丰富，过去和今后相当长的时期内火电厂都以燃煤电厂为主。从发展趋势看,为了提高火电厂的效率，降低造价和煤耗,蒸汽参数将会不断提高。
火电厂除了主要采用蒸汽机组外，还有用燃气轮机和内燃机作为发电机组。70年代以来,燃气-蒸汽联合循环机组发电的火电厂得到重视。它是由燃气轮机组和锅炉、汽轮机组组成。燃气轮机组发电后的排气进入锅炉参加燃烧产生蒸汽，再送入汽轮机发电。一般燃气轮机用油或天然气作为燃料。已在研究用煤产生煤气作为燃料的燃气－蒸汽联合循环发电机组。苏联最大的联合循环机组单机容量已达65万千瓦（其中煤气轮机15万千瓦，蒸汽轮机50万千瓦）。中国正在建设的汕头联合循环机组为10万千瓦。
火电厂的主要特点是，与相同容量水电站比，建设工期短，工程造价低，投资回收快，厂址选择比较灵活。火电厂的主要缺点是对环境有一定程度的污染。采取的环境保护措施主要有：采用高效电除尘装置和脱硫措施，综合利用粉煤灰，采用循环冷却方式以保护水源等。
组成与流程 现代化的火电厂是一个庞大而又复杂的生产电能与热能的工厂。它由下列5个系统组成。
①燃料系统：完成燃料输送、储存、制备的系统。燃煤电厂具有卸煤设施、煤场、上煤设施、煤仓、给煤机、磨煤机等设备；燃油电厂备有油罐、加热器、油泵、输油管道等设备。
②燃烧系统:完成燃料燃烧过程,使燃料化学能转化为蒸汽热能的系统。主要有燃烧器、炉膛、送风机、引风机、除尘器、除灰设备等。
③汽水系统：完成蒸汽热能转化为机械能的系统。主要有锅炉的汽水部分、汽轮机及其辅助设备，如凝汽器、除氧器、回水加热器、给水泵、循环水泵、冷却设备等。
④电气系统：完成机械能转化为电能的系统。主要有发电机、主变压器、断路器、隔离开关、母线等。
⑤控制系统：完成生产过程中的参数测量及自动化监控操作的系统。
在上述系统的所有设备中，最主要的设备是锅炉、汽轮机和发电机，它们安装在发电厂的主厂房内。主变压器和配电设备一般是安装在独立的建筑物内和户外；其他辅助设备如给水系统、供水设备、水处理设备、除尘设备、燃料储运设备等，有的安装在主厂房内，有的则是安装在辅助建筑中或在露天场地。
火电厂生产电能的流程如图所示（以燃煤电厂为例）。
火力发电的基本生产过程是,燃料在锅炉中燃烧,将其热量释放出来，传给锅炉中的水，从而产生高温高压蒸汽；蒸汽通过汽轮机又将热能转化为旋转动力，以驱动发电机输出电能。
大中型燃煤的火电厂，一般采用煤粉炉，其生产过程是:将进厂的原煤经碎煤机破碎、磨煤机磨成煤粉,用热风吹送，喷入锅炉炉膛，通过煤粉燃烧生成的高温烟气,首先加热炉膛内的水冷壁管与过热器管,然后经过烟道内的再热器、省煤器和空气预热器而进入除尘器，在清除烟气中的飞灰之后，通过烟囱排入大气。
水在锅炉炉膛内生成饱和蒸汽，通过过热器时，继续被烟气加热而变为过热蒸汽，经主蒸汽管送入汽轮机，并在汽轮机内膨胀作功后，进入凝汽器凝结成水。该凝结水经低压回热加热器进入除氧器，再经给水泵、高压加热器送入锅炉。从汽轮机某个中间级抽出一部分蒸汽，分别送入回热加热器和除氧器，供回热给水和加热除氧。为了补偿蒸汽和水的损失，还须将经过化学处理的补充水加入除氧器，除氧器出来的水才能供给锅炉使用。为使蒸汽在凝汽器内凝结成水，还必须不断用循环水泵将冷却水送入凝汽器中的冷凝管内进行热交换，这就又形成一个冷却水系统。冷却水或直接来自江、河、湖泊并排放入江、河、湖泊，或在冷却塔式喷水池中与大气进行热交换以重复使用。
过热蒸汽进入汽轮机以后，推动转子转动，带动发电机旋转发电，再通过一系列电气设备及输电线路送至用户。这就是一般的大中型凝汽式燃煤火电厂的生产过程。
运行 近代火电厂由大量各种各样的机械装置和电工设备所构成。为了生产电能和热能，这些装置和设备必须协调动作，达到安全经济生产的目的。这项工作就是火电厂的运行。为了保证炉、机、电等主要设备及各系统的辅助设备的安全经济运行，就要严格执行一系列运行规程和规章制度。
火电厂的运行主要包括3个方面,即起动和停机运行、经济运行、故障与对策。火电厂运行的基本要求是保证安全性、经济性和电能的质量。
就安全性而言，火电厂如不能安全运行，就会造成人身伤亡、设备损坏和事故，而且不能连续向用户供电，酿成重大经济损失。保证安全运行的基本要求是：①设备制造、安装、检修的质量要优良；②遵守调度指令要求，严格按照运行规程对设备的启动与停机以及负荷的调节进行操作；③监视和记录各项运行参数，以便尽早发现运行偏差和异常现象，并及时排除故障；④巡回监视运行中的设备及系统是否处于良好状态，以便及时发现故障原因，采取预防措施；⑤定期测试各项保护装置，以确保其动作准确、可靠。
就经济性而言，火电厂的运行费用主要是燃料费。因此，采用高效率的运行方式以减少燃料消耗费是非常重要的。具体措施有以下3点。
①滑参数起停。滑参数起动可以缩短起动时间，具有传热效果好、带负荷早、汽水损失少等优点。滑参数停机可以使机组快速冷却，缩短检修停机时间，提高设备利用率和经济性。
②加强燃料管理和设备的运行管理。定期检查设备状态、运行工况，进行各种热平衡和指标计算，以便及时采取措施减少热损失。
③根据各类设备的运行性能及其相互间的协调、制约关系，维持各机组在具有最佳综合经济效益的工况下运行；在电厂负荷变动时，按照各台机组间最佳负荷分配方式进行机组出力的增、减调度。
电厂在安全、经济运行的情况下，还要保证电能的质量指标，即在负荷变化的情况下，通过调整以保持电压和频率的额定值，满足用户的要求。
火电厂效率 是衡量火电厂运行水平的一个重要指标。火电厂所需的能量是通过煤、石油或天然气等燃料的燃烧得来的。但是，燃料中所蕴藏的全部能量（即燃料的发热量）并不是100%的都能转换为电能。到80年代为止，世界上最好的火电厂也只能把燃料中40％左右的热能转换为电能。这种把热能转换为电能的百分比，称为火电厂效率。以燃煤火电厂为例，如以锅炉燃用煤的发热量为100％,则各种蒸汽参数电厂的能量损失和火电厂效率大致如表所示。
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