發(fā)電廠是把各種動力能源的能量轉變成電能的工廠。根據(jù)所利用的能源形式可分為火力發(fā)電廠、水利發(fā)電廠、原子能發(fā)電廠、地熱發(fā)電廠、風力發(fā)電廠等。
火力發(fā)電廠簡稱火電廠,是利用煤、石油、天然氣等燃料的化學能產生出電能的工廠。按其功用可分為兩類,即凝汽式電廠和熱電廠。前者僅向用戶供應電能,而熱電廠除供給用戶電量外,還向熱用戶供應蒸汽和熱水,即所謂的“熱電聯(lián)合生產”。
火電廠的容量大小各異,具體形式也不盡相同,但就其生產過程來說卻是相似的。上圖是凝汽式燃煤電廠的生產過程示意圖。
燃煤,用輸煤皮帶從煤場運至煤斗中。大型火電廠為提高燃煤效率都是燃燒煤粉。因此,煤斗中的原煤要先送至磨煤機內磨成煤粉。磨碎的煤粉由熱空氣攜帶經排粉風機送入鍋爐的爐膛內燃燒。煤粉燃燒后形成的熱煙氣沿鍋爐的水平煙道和尾部煙道流動,放出熱量,最后進入除塵器,將燃燒后的煤灰分離出來。潔凈的煙氣在引風機的作用下通過煙囪排入大氣。助燃用的空氣由送風機送入裝設在尾部煙道上的空氣預熱器內,利用熱煙氣加熱空氣。這樣,一方面除使進入鍋爐的空氣溫度提高,易于煤粉的著火和燃燒外,另一方面也可以降低排煙溫度,提高熱能的利用率。從空氣預熱器排出的熱空氣分為兩股:一股去磨煤機干燥和輸送煤粉,另一股直接送入爐膛助燃。燃煤燃盡的灰渣落入爐膛下面的渣斗內,與從除塵器分離出的細灰一起用水沖至灰漿泵房內,再由灰漿泵送至灰場。
在除氧器水箱內的水經過給水泵升壓后通過高壓加熱器送入省煤器。在省煤器內,水受到熱煙氣的加熱,然后進入鍋爐頂部的汽包內。在鍋爐爐膛四周密布著水管,稱為水冷壁。水冷壁水管的上下兩端均通過聯(lián)箱與汽包連通,汽包內的水經由水冷壁不斷循環(huán),吸收著煤愛燃燒過程中放出的熱量。部分水在冷壁中被加熱沸騰后汽化成水蒸汽,這些飽和蒸汽由汽包上部流出進入過熱器中。飽和蒸汽在過熱器中繼續(xù)吸熱,成為過熱蒸汽。過熱蒸汽有很高的壓力和溫度,因此有很大的熱勢能。具有熱勢能的過熱蒸汽經管道引入汽輪機后,便將熱勢能轉變成動能。高速流動的蒸汽推動汽輪機轉子轉動,形成機械能。
汽輪機的轉子與發(fā)電機的轉子通過連軸器聯(lián)在一起。當汽輪機轉子轉動時便帶動發(fā)電機轉子轉動。在發(fā)電機轉子的另一端帶著一太小直流發(fā)電機,叫勵磁機。勵磁機發(fā)出的直流電送至發(fā)電機的轉子線圈中,使轉子成為電磁鐵,周圍產生磁場。當發(fā)電機轉子旋轉時,磁場也是旋轉的,發(fā)電機定子內的導線就會切割磁力線感應產生電流。這樣,發(fā)電機便把汽輪機的機械能轉變?yōu)殡娔?。電能經變壓器將電壓升壓后,由輸電線送至電用戶。
釋放出熱勢能的蒸汽從汽輪機下部的排汽口排出,稱為乏汽。乏汽在凝汽器內被循環(huán)水泵送入凝汽器的冷卻水冷卻,從新凝結成水,此水成為凝結水。凝結水由凝結水泵送入低壓加熱器并最終回到除氧器內,完成一個循環(huán)。在循環(huán)過程中難免有汽水的泄露,即汽水損失,因此要適量地向循環(huán)系統(tǒng)內補給一些水,以保證循環(huán)的正常進行。高、底壓加熱器是為提高循環(huán)的熱效率所采用的裝置,除氧器是為了除去水含的氧氣以減少對設備及管道的腐蝕。
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。在鍋爐總,燃料的化學能轉變?yōu)檎羝臒崮?;在汽輪機中,蒸汽的熱能轉變?yōu)檩喿有D的機械能;在發(fā)電機中機械能轉變?yōu)殡娔?。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(tǒng)?;痣姀S的主要系統(tǒng)有燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等。
除了上述的主要系統(tǒng)外,火電廠還有其它一些輔助生產系統(tǒng),如燃煤的輸送系統(tǒng)、水的化學處理系統(tǒng)、灰漿的排放系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)與主系統(tǒng)協(xié)調工作,它們相互配合完成電能的生產任務。大型火電廠的保證這些設備的正常運轉,火電廠裝有大量的儀表,用來監(jiān)視這些設備的運行狀況,同時還設置有自動控制裝置,以便及時地對主輔設備進行調節(jié)。現(xiàn)代化的火電廠,已采用了先進的計算機分散控制系統(tǒng)。這些控制系統(tǒng)可以對整個生產過程進行控制和自動調節(jié),根據(jù)不同情況協(xié)調各設備的工作狀況,使整個電廠的自動化水平達到了新的高度。自動控制裝置及系統(tǒng)已成為火電廠中不可缺少的部分。