火力發(fā)電廠模型讓我們更容易了解發(fā)電原理

在我們知道的發(fā)電類型中有火力發(fā)電，水力發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電，太陽能發(fā)電，核能發(fā)電、燃氣發(fā)電，垃圾發(fā)電，生物質(zhì)發(fā)電，沼氣發(fā)電，潮汐發(fā)電，波浪發(fā)電等發(fā)電類型。

火力發(fā)電是目前世界上主要的發(fā)電方式之一�；鹆Πl(fā)電項目工程形體龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是大型綜合性系統(tǒng)工程。復(fù)雜的廠房結(jié)構(gòu)，龐大而又復(fù)雜的建構(gòu)筑物以及地下基礎(chǔ)設(shè)施，精密的機電設(shè)備安裝技術(shù)和先進的電氣、儀表等設(shè)備，具有高度的技術(shù)密集性。我國火力發(fā)電站總發(fā)電量的80%左右，為我國國民發(fā)展做出了重大貢獻。火力發(fā)電廠模型主要組成：鍋爐及其輔助設(shè)備，汽輪機及其輔助設(shè)備，發(fā)電機及電氣設(shè)備。

火力發(fā)電原理

火力發(fā)電一般是指利用可燃物燃燒時產(chǎn)生的熱能來加熱水，使水變成高溫、高壓水蒸氣，然后再由水蒸氣推動發(fā)電機來發(fā)電的方式的總稱。以可燃物作為燃料的發(fā)電廠統(tǒng)稱為火電廠 [2] 。

火力發(fā)電廠主要設(shè)備系統(tǒng)包括：燃料供給系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及其他一些輔助處理設(shè)備。

多數(shù)火電廠采用煤炭作為一次能源，利用皮帶傳送技術(shù)，向鍋爐輸送經(jīng)處理過的煤粉，煤粉燃燒加熱鍋爐使鍋爐中的水變?yōu)樗�蒸汽，�?jīng)一次加熱之后，水蒸汽進入高壓缸。為了提高熱效率，應(yīng)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(fā)電機發(fā)電。從中壓缸引出進入對稱的低壓缸。已經(jīng)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(yè)，其余部分流經(jīng)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(jīng)過凝結(jié)水泵，經(jīng)過低壓加熱器到除氧器中，此時為160度左右的飽和水，經(jīng)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，最后流入鍋爐進行再次利用。以上就是一次生產(chǎn)流程。

火力發(fā)電流程

火力發(fā)電的流程依所用原動機而異。在汽輪機發(fā)電方式中，其基本流程是先將燃料送進鍋爐，同時送入空氣，鍋爐注入經(jīng)過化學(xué)處理的給水，利用燃料燃燒放出的熱能使水變成高溫、高壓蒸汽，驅(qū)動汽輪機旋轉(zhuǎn)做功而帶動發(fā)電機發(fā)電。熱電聯(lián)產(chǎn)方式則是在利用原動機的排汽（或?qū)ｉT的抽汽）向工業(yè)生產(chǎn)或居民生活供熱。在燃氣輪機發(fā)電方式中，基本流程是用壓氣機將壓縮過的空氣壓入燃燒室，與噴入的燃料混合霧化后進行燃燒，形成高溫燃氣進入燃氣輪機膨脹做功，推動輪機的葉片旋轉(zhuǎn)并帶動發(fā)電機發(fā)電。在柴油機發(fā)電中，基本流程是用噴油泵和噴油器將燃油高壓噴入汽缸，形成霧狀，與空氣混合燃燒，推動柴油機旋轉(zhuǎn)并帶動發(fā)電機發(fā)電。

火力發(fā)電效率

在火力發(fā)電方面，燃氣輪機和蒸汽輪機發(fā)電廠目前已經(jīng)實現(xiàn)了迄今最高的能源效率 - 超過60%。由于啟動時間非常短，這類電廠最適宜于補充風(fēng)力發(fā)電帶來的自然電力波動。而通過熱電聯(lián)產(chǎn)電廠可以達到更高的能源效率 - 超過90% 。

火力發(fā)電火力發(fā)電

根據(jù)火力發(fā)電的生產(chǎn)流程，其基本組成包括燃燒系統(tǒng)、 汽水系統(tǒng)(燃氣輪機發(fā)電和柴油機發(fā)電無此系統(tǒng)，但這二者在火力發(fā)電中所占比重都不大)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。

火力發(fā)電燃燒系統(tǒng)

主要由鍋爐的燃燒室（即爐膛）、送風(fēng)裝置，送煤（或油、天然氣）裝置、灰渣排放裝置等組成。主要功能是完成燃料的燃燒過程，將燃料所含能量以熱能形式釋放出來，用于加熱鍋爐里的水。主要流程有煙氣流程、通風(fēng)流程、排灰出渣流程等。對燃燒系統(tǒng)的基本要求是：盡量做到完全燃燒，使鍋爐效率≥90%；排灰符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

火力發(fā)電汽水系統(tǒng)

主要由給水泵、循環(huán)泵、給水加熱器、凝汽器、除氧器、水冷壁及管道系統(tǒng)等組成。其功能是利用燃料的燃燒使水變成高溫高壓蒸汽，并使水進行循環(huán)。主要流程有汽水流程、補給水流程、冷卻水流程等。對汽水系統(tǒng)的基本要求是汽水損失盡量少；盡可能利用抽汽加熱凝結(jié)水，提高給水溫度。

火力發(fā)電電氣系統(tǒng)

主要由電廠主接線、汽輪發(fā)電機、主變壓器、配電設(shè)備、開關(guān)設(shè)備、發(fā)電機引出線、廠用結(jié)線、廠用變壓器和電抗器、廠用電動機、保安電源、蓄電池直流系統(tǒng)及通信設(shè)備、照明設(shè)備等組成�；�本功能是保證按電能質(zhì)量要求向負荷或電力系統(tǒng)供電。主要流程包括供電用流程、廠用電流程。對電氣系統(tǒng)的基本要求是供電安全、可靠；調(diào)度靈活；具有良好的調(diào)整和操作功能，保證供電質(zhì)量；能迅速切除故障，避免事故擴大。

火力發(fā)電控制系統(tǒng)

主要由鍋爐及其輔機系統(tǒng)、汽輪機及其輔機系統(tǒng)、發(fā)電機及電工設(shè)備、附屬系統(tǒng)組成�；�本功能是對火電廠各生產(chǎn)環(huán)節(jié)實行自動化的調(diào)節(jié)、控制，以協(xié)調(diào)各部分的工況，使整個火電廠安全、合理、經(jīng)濟運行，降低勞動強度，提高生產(chǎn)率，遇有故障時能迅速、正確處理，以避免釀成事故。主要工作流程包括汽輪機的自起停、自動升速控制流程、鍋爐的燃燒控制流程、滅火保護系統(tǒng)控制流程、熱工測控流程、自動切除電氣故障流程、排灰除渣自動化流程等。

火力發(fā)電火力發(fā)電

電力是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要能源，火力發(fā)電是中國和世界上許多國家生產(chǎn)電能的主要方法。然后蒸汽沿管道進入汽輪機膨脹做功，帶動發(fā)電機一起高速旋轉(zhuǎn)，從而發(fā)出電來。最后又被給水泵送回鍋爐中重復(fù)參加上述循環(huán)過程。顯然，在這種火力發(fā)電廠中存在著三種型式的能量轉(zhuǎn)換過程：

火力發(fā)電電站鍋爐

發(fā)電用鍋爐稱為電站鍋爐。電站鍋爐與其它工廠用的工業(yè)鍋爐相比有如下明顯特點：①電站鍋爐容量大；②電站鍋爐的蒸汽參數(shù)高；③電站鍋爐自動化程度高，其各項操作基本實現(xiàn)了機械化和自動化，適應(yīng)負荷變化的能力很強，多達90以上，工業(yè)鍋爐的熱效率多在60～80之間。

火力發(fā)電電站用煤

火力發(fā)電廠燃用的煤通常稱為動力煤，其分類方法主要是依據(jù)煤的干燥無灰基揮發(fā)分進行分類。

火力發(fā)電煤粉制備

煤粉爐燃燒用的煤粉是由磨煤機將煤炭磨成的不規(guī)則的細小煤炭顆粒，其顆粒平均在0.05~0.01mm，其中20~50μm（微米）以下的顆粒占絕大多數(shù)。由于煤粉顆粒很小，表面很大，故能吸附大量的空氣，且具有一般固體所未有的性質(zhì)——流動性。煤粉的粒度越小，含濕量越小，其流動性也越好，但煤粉的顆粒過于細小或過于干燥，則會產(chǎn)生煤粉自流現(xiàn)象，使給煤機工作特性不穩(wěn)，給鍋爐運行的調(diào)整操作造成困難。另外煤粉與氧氣接觸而氧化，在一定條件下可能發(fā)生煤粉自燃。在制粉系統(tǒng)中，煤粉是由氣體來輸送的，氣體和煤粉的混合物一遇到火花就會使火源擴大而產(chǎn)生較大壓力，從而造成煤粉的爆炸。

鍋爐燃用的煤粉細度應(yīng)由以下條件確定：燃燒方面希望煤粉磨得細些，這樣可以適當(dāng)減少送風(fēng)量，使 損失降低；從制粉系統(tǒng)方面希望煤粉磨得粗些，從而降低磨煤電耗和金屬消耗。所以在選擇煤粉細度時，應(yīng)使上述各項損失之和最小。總損失蟬聯(lián)小的煤粉細度稱為“經(jīng)濟細度”。由此可見，對揮發(fā)分較高且易燃的煤種，或?qū)τ谀ブ泼悍垲w粒比較均勻的制粉設(shè)備，以及某些強化燃燒的鍋爐，煤粉細度可適當(dāng)大些，以節(jié)省磨煤能耗。由于各種煤的軟硬程度不同，其抗磨能力也不同，因此每種煤的經(jīng)濟細度也不同。

火力發(fā)電煤粉燃燒

由煤粉制備系統(tǒng)制成的煤粉經(jīng)煤粉燃燒器進入爐內(nèi)。燃燒器是煤粉爐的主要燃燒設(shè)備。燃燒器的作用有三：一是保證煤粉氣流噴入爐膛后迅速著火；二是使一、二次風(fēng)能夠強烈混合以保證煤粉充分燃燒；三是讓火焰充滿爐膛而減少死滯區(qū)。煤粉氣流經(jīng)燃燒器進入爐膛后，便開始了煤的燃燒過程。燃燒過程的三個階段與其它爐型大體相同。所不同的是，這種爐型燃燒前的準(zhǔn)備階段和燃燒階段時間很短，而燃盡階段時間相對很長。

火力發(fā)電發(fā)電用煤

電廠煤粉爐對煤種的適用范圍較廣，它既可以設(shè)計成燃用高揮發(fā)分的褐煤，也可設(shè)計成燃用低揮發(fā)分的無煙煤。但對一臺已安裝使用的鍋爐來講，不可能燃用各種揮發(fā)分的煤炭，因為它受到噴燃器型式和爐膛結(jié)構(gòu)的限制。發(fā)電用煤質(zhì)量指標(biāo)有：

①揮發(fā)分。是判明煤炭著火特性的首要指標(biāo)。揮發(fā)分含量越高，著火越容易。根據(jù)鍋爐設(shè)計要求，供煤揮發(fā)分的值變化不宜太大，否則會影響鍋爐的正常運行。如原設(shè)計燃用低揮發(fā)分的煤而改燒高揮發(fā)分的煤后，因火焰中心逼近噴燃器出口，可能因燒壞噴燃器而停爐；若原設(shè)計燃用高揮發(fā)分的煤種而改燒低揮發(fā)分的煤，則會因著火過遲使燃燒不完全，甚至造成熄火事故。因此供煤時要盡量按原設(shè)計的揮發(fā)分煤種或相近的煤種供應(yīng)。②灰分。灰分含量會使火焰?zhèn)鞑ニ俣认陆�，著火時間推遲，燃燒不穩(wěn)定，爐溫下降。③水分。水分是燃燒過程中的有害物質(zhì)之一，它在燃燒過程中吸收大量的熱，對燃燒的影響比灰分大得多。④發(fā)熱量。為的發(fā)熱量是鍋爐設(shè)計的一個重要依據(jù)。由于電廠煤粉對煤種適應(yīng)性較強，因此只要煤的發(fā)熱量與鍋爐設(shè)計要求大體相符即可。⑤灰熔點。由于煤粉爐爐膛火焰中心溫度多在1500℃以上，在這樣高溫下，煤灰大多呈軟化或流體狀態(tài)。⑥煤的硫分。硫是煤中有害雜質(zhì)，雖對燃燒本身沒有影響，但它的含量太高，對設(shè)備的腐蝕和環(huán)境的污染都相當(dāng)嚴重。因此，電廠燃用煤的硫分不能太高，一般要求最高不能超過2.5。 [1]

火力發(fā)電生產(chǎn)過程

火力發(fā)電廠的主要生產(chǎn)系統(tǒng)包括汽水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，現(xiàn)分述如下：

火力發(fā)電汽水系統(tǒng)

火力發(fā)電廠的汽水系統(tǒng)是由鍋爐、汽輪機、凝汽器、高低壓加熱器、凝結(jié)水泵和給水泵等組成，他包括汽水循環(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)過熱器進一步加熱后變成過熱的蒸汽，再通過主蒸汽管道進入汽輪機。由于蒸汽不斷膨脹，高速流動的蒸汽推動汽輪機的葉片轉(zhuǎn)動從而帶動發(fā)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后抽出作過功的部分蒸汽，用以加熱給水。在現(xiàn)代大型汽輪機組中都采用這種給水回?zé)嵫�環(huán)。此外，在超高壓機組中還采用再熱循環(huán)，既把作過一段功的蒸汽從汽輪機的高壓缸的出口將作過功的蒸汽全部抽出，送到鍋爐的再熱器中加熱后再引入氣輪機的中壓缸繼續(xù)膨脹作功，從中壓缸送出的蒸汽，再送入低壓缸繼續(xù)作功。在蒸汽不斷作功的過程中，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)水泵打至低壓加熱再經(jīng)過除氧器除氧，給水泵將預(yù)加熱除氧后的水送至高壓加熱器，經(jīng)過加熱后的熱水打入鍋爐，再過熱器中把水已經(jīng)加熱到過熱的蒸汽，送至汽輪機作功，這樣周而復(fù)始不斷的作功。

在汽水系統(tǒng)中的蒸汽和凝結(jié)水，由于疏通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，因此我們必須不斷的向系統(tǒng)中補充經(jīng)過化學(xué)處理過的軟化水，這些補給水一般都補入除氧器中。

火力發(fā)電燃燒系統(tǒng)

燃燒系統(tǒng)是由輸煤、磨煤、粗細分離、排粉、給粉、鍋爐、除塵、脫硫等組成。是由皮帶輸送機從煤場，通過電磁鐵、碎煤機然后送到煤倉間的煤斗內(nèi)，再經(jīng)過給煤機進入磨煤機進行磨粉，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(jīng)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(jīng)過電除塵脫出粉塵再將煙氣送至脫硫裝置，通過石漿噴淋脫出流的氣體經(jīng)過吸風(fēng)機送到煙筒排入天空。 [2]

火力發(fā)電發(fā)電系統(tǒng)

發(fā)電系統(tǒng)是由副勵磁機、勵磁盤、主勵磁機（備用勵磁機）、發(fā)電機、變壓器、高壓斷路器、升壓站、配電裝置等組成。發(fā)電是由副勵磁機（永磁機）發(fā)出高頻電流，副勵磁機發(fā)出的電流經(jīng)過勵磁盤整流，再送到主勵磁機，主勵磁機發(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)電機轉(zhuǎn)子，當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子通過旋轉(zhuǎn)其定子線圈便感應(yīng)出電流，強大的電流通過發(fā)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(wǎng)。

長春華能火力發(fā)電實訓(xùn)室

在制作火力發(fā)電站模型時，則需要展示發(fā)電生產(chǎn)過程的整體運作流程、配合描述燈光進行電能產(chǎn)生與使用展示；對于在電站運行時狀態(tài)可使用智能動態(tài)來進行展示，湖南中億模型公司設(shè)計的電站模型按電站的原貌進行微縮展示。發(fā)電站的主要設(shè)備系統(tǒng)模型以可控流動的LED或霓虹燈管形象地演示發(fā)電廠系統(tǒng)內(nèi)液體和氣體的流動工作過程。內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)通過適當(dāng)?shù)陌肫驶蛉�剖展示，其結(jié)構(gòu)界面及內(nèi)部通常工作狀態(tài)以燈光介質(zhì)流動顯示。

鍋爐系統(tǒng)

1、鍋爐設(shè)備

將一定數(shù)量的燃料燃燒，并將燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞給水，使水加熱汽花并過熱成一定壓力和溫度的主蒸汽。鍋爐設(shè)備模型包括：鍋爐本體，輸煤系統(tǒng)，制粉系統(tǒng)，煙風(fēng)及燃燒系統(tǒng)，除塵排渣系統(tǒng)等五部分組成。

2、汽輪機設(shè)備

汽輪機是火電廠的三大主機之一，通過它將蒸氣的熱能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機械能，借以拖動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)。為了保證汽輪機安全經(jīng)濟的運行并隨時適應(yīng)外界負荷的變化，每臺汽輪機都帶有調(diào)節(jié)保護裝置和其他輔助設(shè)備。汽輪機設(shè)備模型包括轉(zhuǎn)子、主軸、葉輪、動葉片、聯(lián)軸器、進汽部分、汽缸、隔板和靜葉柵、汽封及軸承等。

汽輪機系統(tǒng)

3、發(fā)電機設(shè)備

由鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽進入汽輪機內(nèi)膨脹做功，使葉片轉(zhuǎn)動而帶動發(fā)電機發(fā)電，做功后的廢汽經(jīng)凝汽器、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵、給水加熱裝置等送回鍋爐循環(huán)使用。發(fā)電機模型包括定子、轉(zhuǎn)子、線圈繞組、風(fēng)扇、勵磁機、變壓器、變壓器與發(fā)電機封閉母線連接。

4、電氣部分

升壓站

由副勵磁機、勵磁盤、主勵磁機（備用勵磁機）、發(fā)電機、變壓器、高壓斷路器、升壓站、配電裝置等組成