蒸汽車的發明帶動了社會發展,出現了第一次工業革命,科技力量第一次在世界範圍內影響到了全人類的進程。自此之後科技發展與社會進步的聯係日益密切,電力的廣泛應用,石油開采直至今天太陽能核能的利用,科技正在全麵的推進工業乃至全社會的發展。
自四千年前用做裝飾的第一顆玻璃球的出現,到現在日新月異的工業材料的應用,千奇百怪的材料正體現著無處不在的新科技。
一、蒸汽動力及蒸汽機的發明
十八世紀時,英國的采礦業迅速發展,當礦井越挖越深時,地下水便會湧出來,這時,如何將深井水排出來,就成了一個緊迫的問題。為了解決這一難題。法國人巴本發明了一台比較原始的蒸汽機作為排水的動力,但是因為這台機械比較費時並且工作效率很低,所以並沒有得到推廣,在這種背景下,如何改良蒸汽機成為工程師們日益關注的問題。
蒸汽機是將蒸汽的熱能轉換為機械能的動力機械,它主要由汽缸、活塞、閥門、連杆機構、配汽機構等部分組成,它的工作原理是通過高溫高壓的水蒸氣作用於活塞從而實現做功的目的。
18世紀初期,蘇格蘭人紐科門改進了蒸汽機,並用它來驅動提水泵排水。這台蒸汽機的工作原理是:蒸汽由鍋爐進入氣缸後,推動活塞向上,並通過一根搖杆將水泵的活塞壓下。關閉閥門後,將冷水撒向氣缸,此時,蒸汽遇冷凝結造成氣缸真空的環境,大氣壓將活塞壓下,致使提水泵將水抽到井外。因為紐科門式蒸汽機在排水方麵的明顯功效,所以得到了大力推廣。不過,由於煤耗量太大等缺點的存在,這種蒸汽機也麵臨著種種的束縛。
英國人瓦特發現紐科門大氣式蒸汽機的缺陷在於氣缸不斷地冷熱交替,這樣平白損失了很多熱能。針對這種狀況,1765年,瓦特改進了原有的蒸汽機,新型的機械把冷卻和加熱的任務分別讓兩個容器來承擔,即氣缸始終保持高溫狀態,冷卻的工作由冷凝器“負責”。此後,瓦特不斷’對蒸汽機進行改進,到了1784年,他的蒸汽機已經具有了抽氣泵、曲軸、飛輪等裝置。
瓦特改良後的蒸汽機,其應用範圍已經不局限於深井排水,而是逐漸進入冶鐵、紡織等行業,並有力地促進了一係列的新發明和第一次工業革命的發展。1807年,美國的富爾頓采用蒸汽機製成了第一艘蒸汽機船“克萊蒙特”號;1814年,英國人斯蒂芬孫采用蒸汽機製成了第一輛在鐵軌上運行的火車……
二、火力發電技術
在所有的發電方式中,火力發電是曆史最久的,也是最重要的一種。隨著發電機、汽輪機製造技術的完善和輸變電技術的改進,特別是電力係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,它開始進入了一個大的發展時期,火力發電的模式,也出現了新的模式。
由於煤炭、石油、天然氣等固體、液體及氣體燃料燃燒後會產生熱能,人們就通過這些熱能來加熱水,使水溫升高從而產生高壓水蒸氣,繼而水蒸氣就會推動發電機發電。這就是火力發電的原理。火力發電按其所用的燃料分,主要有燃煤發電、燃油發電和燃氣發電。為了提高綜合經濟效益,火力發電應盡量靠近燃料基地進行,同時,在大城市和工業區則應實施熱電聯供。
火力發電廠簡稱火電廠,是利用煤、石油、天然氣作為燃料生產電能的工廠,它有鍋爐、汽輪機和發電機這三大主機,其中鍋爐是它們中最基本的能量轉換設備。它的基本生產過程是:燃料在鍋爐中燃燒加熱水使其變成蒸汽,將燃料的化學能轉變成熱能,蒸汽壓力推動汽輪機旋轉,熱能轉換成機械能,然後汽輪機帶動發電機旋轉,將機械能轉變成電能。簡單說來,在鍋爐中煤的化學能轉變為熱能;在汽輪機中熱能轉變為機械能;在發電機中機械能轉換成電能。
盡管身為電力行業的主力軍,火力發電仍然也有自身的缺點。由於大量燃煤、燃油等,火力發電造成的環境汙染也日益成為引人關注的問題。首先,煤炭直接燃燒排放的二氧化硫等酸性氣體已使我國很多地區的酸雨量不斷增加。其次,對電站附近環境造成的粉煤灰汙染,也會對人們的生活及植物的生長造成不良影響。據統計,全國每年大約會產生1500萬噸煙塵。此外,火力發電也會造成資源浪費,光我國每年就要消耗將近5000萬噸標準煤。