蒸汽机和煤

18世纪中叶，为利用水力，大规模的工厂都必须建在水流湍急的偏僻山谷，但是远离原料与市场。实验员瓦特发明了“万能蒸汽机”并获专利，它以煤作燃料，用煤炭烧水，将水的热能转化为动力势能，可根据需要建立工厂，摆脱了河流的限制。

瓦特发明的蒸汽机所用的燃料是煤。

16世纪末到17世纪后期，英国的采矿业，特别是煤矿，已发展到相当的规模，单靠人力、畜力已难以满足排除矿井地下水的要求，而现场又有丰富而廉价的煤作为燃料。现实的需要促使许多人，如英国的帕潘、萨弗里、纽科门等就致力于“以火力提水”的探索和试验。

1764年，英国的仪器修理工瓦特为格拉斯哥大学修理纽科门蒸汽机模型时，注意到了这一缺点，并于1765年发明了设有与汽缸壁分开的凝汽器的蒸汽机，并于1769年取得了英国的专利。初期的瓦特蒸汽机仍用平衡杠杆和拉杆机构来驱动提水泵，为了从凝汽器中抽除凝结水和空气，瓦特装设了抽气泵。他还在汽缸外壁加装夹层，用蒸汽加热汽缸壁，以减少冷凝损失。

最早的蒸汽机是煤燃烧加热水变成蒸汽。蒸汽作为动力驱动设备运行，所以蒸汽机烟囱与煤炭有关。工业革命使得资本主义生产完成了从工场手工业向机器大工业过渡的阶段。工业革命是以机器取代人力，以大规模工厂化生产取代个体工场手工生产的一场生产与科技革命。由于机器的发明及运用成为了这个时代的标志，因此历史学家称这个时代为“机器时代”

没有电需要煤烧热使用蒸汽喷发火车的动力，火车才能跑。

工作原理

蒸汽火车的发动机其实就是个燃煤蒸汽锅炉，通过煤的燃烧使水变成高压高温蒸汽（蒸汽具有很大的能量），把蒸汽喷在发动机汽缸里推动活塞，活塞通过带动其他机械使车轮前进。

组成部分

蒸汽火车主要由四大部分组成：锅炉、汽机、车架走行部分和煤水车。

组成部分

锅炉

锅炉是用来产生和贮存蒸汽的装置，是机车的“心脏”。锅炉用钢板焊接而成，主要由火箱、锅胴、烟箱三部分组成。

烧锅炉

火箱是烧煤的地方，分内外层，内层叫内火箱，外层叫外火箱，两层之间充满了水。火箱底部是炉床和灰箱，灰箱是用来接存煤灰的。

锅胴在锅炉的中部，它的后端与外火箱相接，前端与烟箱连接，内部有大烟管、小烟管，大烟管里还装有过热管。火箱里的煤在燃烧时，通过内火箱板和小烟管加热锅水，并通过大烟管对过热管里的蒸汽进一步加热，把它变成过热蒸汽。锅胴的顶部有一个汽包，用来 集聚蒸汽，汽包内装有汽门(调整阀)。

锅炉结构

烟箱在锅炉的前端，锅胴分界的足烟箱管板，烟箱内有通风、排烟装置。除了以上三部分，锅炉还装有安全阀、注水器、水表、汽压表等必要的附属装置。安全阀是个重要部件，每台机车上一般至少装两个 . 当锅炉内蒸汽压强超过规定时，安全阀自动打开放汽，降低炉内压强。注水器可随时向锅炉内补水。锅炉内的水位和蒸汽压强则通过水表、汽压表观察。

锅炉工作原理

汽机

汽机的作用 ，是把蒸汽的热能转变为机械能，让机车产生动力，推动机车运行。一台机车上 有两套汽机，装在机车的两侧。汽机由汽室、汽缸、传动机构、配气机构组成。

机车设计图

汽室在汽缸L方的导轮和动轮之问。汽室、汽缸两头有汽口相连。汽室的中部与主蒸汽管相通，主蒸管来自烟箱。过热蒸汽从主蒸汽管进入汽室。汽室内装有汽阀，配气机构带动汽阀前后往复运行，同时向汽缸内配汽。汽室两端有排气道，和烟箱里的废汽喷嘴相通，汽缸内的废气由此向外排出。

汽缸内装有活塞。过热蒸汽进入汽缸后推动活塞移动。活塞位于气缸前端时，汽阀操纵蒸汽从前端汽口进入汽缸，推动活塞向后运动活塞到达后端时，蒸汽从后端汽口进入，推动活塞向前运动，通过前后两个汽口不断地交替进汽，使活塞持续地作往复运动。在实际运用中，活塞从一端向另一端移动还没有到头时，汽阀就停止给汽，这样可以充分利用蒸汽的热能，节约使用蒸汽。活塞上连着活塞杆，这是传动机构的一部分。传动机构的其他部分还有十字头，摇杆、连杆、曲拐销，通过这些机构，把活塞杆的往复运动变成车轮的滚动。

配汽机构由汽阀、偏心杆、月牙板、滑块、半径杆、回动手把、回动机等零部件组成。通过一连串的机械动作，最后带动汽阀来回往复运动，控制向汽缸给汽的时机。机车前进通过回动手把和回动机来实现。

计6分（1）第一次工业革命：改良蒸汽机；煤炭。（2分） 第二次工业革命：内燃机；石油。（或者发电机、电动机的发明，促进了电力的广泛应用）（2分）（2）例如：煤的使用使人们能利用蒸汽机提供的动力进行生产，极大地提高了生产力，使人类进入到“蒸汽时代”。（也可以从积极方面：如提高了劳动生产率、方便了人们的生活等方面回答；也可以从消极方面：如能源的无节制开采造成能源的紧张、环境的污染等回答。）（答到以上要点之一或言之有理即可得2分）（1）本题考查工业革命的成果，第一次工业革命：改良蒸汽机；煤炭；第二次工业革命：内燃机；石油。所举例子可以不同。（2）本题考查学生对问题的辩证分析能力，要求学生能够从积极和消极方面回答，言之合理即可。

火电厂是利用煤、石油、天然气作为燃料生产电能的工厂，它的基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧加热水使成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能；其分类有：按燃料分，燃煤发电厂，燃油发电厂，燃气发电厂，余热发电厂，以垃圾及工业废料为燃料的发电厂；按蒸汽压力和温度分，中低压发电厂（3.92MPa，450度），高压发电厂（9.9MPa，540度），超高压发电厂（13.83MPa，540度），亚临界压力发电厂（16.77MPa，540度），超临界压力发电厂（22.11MPa，550度）；按原动机分，凝气式汽轮机发电厂，燃气轮机发电厂，内燃机发电厂，蒸汽—燃汽轮机发电厂等；按输出能源分，凝汽式发电厂（只发电），热电厂（发电兼供热）；按发电厂装机容量分，小容量发电厂（100MW以下），中容量发电厂（100—250MW），大中容量发电厂（250—1000MW），大容量发电厂（1000MW以上）；我国目前最大的火电厂：浙江北仑港电厂，装机容量300万KW（即3000MW），5台60万KW（600MW）机组。

火力发电厂的主要生产系统包括汽水系统、燃烧系统和电气系统，现分述如下：

（一）汽水系统：

火力发电厂的汽水系统是由锅炉、汽轮机、凝汽器、高低压加热器、凝结水泵和给水泵等组成，他包括汽水循环、化学水处理和冷却系统等。水在锅炉中被加热成蒸汽，经过热器进一步加热后变成过热的蒸汽，再通过主蒸汽管道进入汽轮机。由于蒸汽不断膨胀，高速流动的蒸汽推动汽轮机的叶片转动从而带动发电机。为了进一步提高其热效率，一般都从汽轮机的某些中间级后抽出作过功的部分蒸汽，用以加热给水。在现代大型汽轮机组中都采用这种给水回热循环。此外，在超高压机组中还采用再热循环，既把作过一段功的蒸汽从汽轮机的高压缸的出口将作过功的蒸汽全部抽出，送到锅炉的再热汽中加热后再引入气轮机的中压缸继续膨胀作功，从中压缸送出的蒸汽，再送入低压缸继续作功。在蒸汽不断作功的过程中，蒸汽压力和温度不断降低，最后排入凝汽器并被冷却水冷却，凝结成水。凝结水集中在凝汽器下部由凝结水泵打至低压加热再经过除氧气除氧，给水泵将预加热除氧后的水送至高压加热器，经过加热后的热水打入锅炉，再过热器中把水已经加热到过热的蒸汽，送至汽轮机作功，这样周而复始不断的作功。在汽水系统中的蒸汽和凝结水，由于疏通管道很多并且还要经过许多的阀门设备，这样就难免产生跑、冒、滴、漏等现象，这些现象都会或多或少地造成水的损失，因此我们必须不断的向系统中补充经过化学处理过的软化水，这些补给水一般都补入除氧器中。

（二）燃烧系统

燃烧系统是由输煤、磨煤、粗细分离、排粉、给粉、锅炉、除尘、脱流等组成。是由皮带输送机从煤场,通过电磁铁、碎煤机然后送到煤仓间的煤斗内,再经过给煤机进入磨煤机进行磨粉，磨好的煤粉通过空气预热器来的热风，将煤粉打至粗细分离器，粗细分离器将合格的煤粉（不合格的煤粉送回磨煤机），经过排粉机送至粉仓，给粉机将煤粉打入喷燃器送到锅炉进行燃烧。而烟气经过电除尘脱出粉尘再将烟气送至脱硫装置，通过石浆喷淋脱出流的气体经过吸风机送到烟筒排人天空。

（三）发电系统

发电系统是由副励磁机、励磁盘、主励磁机（备用励磁机）、发电机、变压器、高压断路器、升压站、配电装置等组成。发电是由副励磁机（永磁机）发出高频电流，副励磁机发出的电流经过励磁盘整流，再送到主励磁机，主励磁机发出电后经过调压器以及灭磁开关经过碳刷送到发电机转子，当发电机转子通过旋转其定子线圈便感应出电流，强大的电流通过发电机出线分两路，一路送至厂用电变压器，另一路则送到SF6高压断路器，由SF6高压断路器送至电网。

1.第一次工业革命，最典型的代表是蒸汽机的发明。

将蒸汽机的发明定位第一次工业革命的标志，是完全正确的。

在第一次工业化革命之前，制造业依靠的动力主要来源于大型动物，奴隶，底层劳动力。

第一次工业革命，蒸汽机的诞生，人类的动力来源由当初的动物或者人变成了蒸汽机和煤炭。蒸汽机改变了方方面面，火车因为有蒸汽机而诞生，轮船因为有蒸汽机而可以在无风基至逆风的时候航行，纱厂的纺织因为有了蒸汽机而不再需要人力摇。人类因为有了蒸汽机，动力成本大大降低。

2.第二次工业革命，最典型的代表是电力的广泛使用以及内燃机的出现。

蒸汽机虽然能够解决人类缺乏动力的问题，但是这个动力只能是当下使用，你不能将你自己的动力输送到千里之外。当电力的出现，尤其是交流电的出现，彻底解决了这个问题。电力的出现让动力变得可控制，我们可以控制电动机的功率大小，我们可以将本地发的电输送到千里之外，点完千里之外的灯泡，让千里之外的电动机运转起来。

蒸汽机虽然能够给人类带来动力，但是蒸汽机的弊端是动力不够强劲，体积太大，噪音太大。内燃机的出现解决了蒸汽机的各种弊端，进而让这个世界进入电气化时代。具体表现在——照明由煤油灯全部变成了灯泡。汽车，也由于内燃机的出现而诞生，进而进入寻常百姓家里。无线电的诞生，让电视，收音机成为了可能。

3.第三次工业革命，最典型的代表是计算机和新型通讯方式

第三次工业革命在于将信息数据化，电脑自动化运行，人们把需要做的事情编写好对应的程序，然后让程序开始运行，代替人们做那些人类重复做的，易出错的事情。

而通讯的发展让计算机与计算机之间可以远距离的通讯，协作。新的通讯方式改解决了第二次工业革命中有线通讯弊端和无线通讯弊端，电影，电视节目，书籍，文档等等信息载体全部可以被数字化。信息存储的密度大大增强。一块小小的硬盘1个T，可以装进海量书籍。

第四次工业化革命有人预测是电脑的深度学习……这个还需时间证明。