(1.2)--2 能量的转换与储存.ppt

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1、第第2 2章章 能量的转换与储存能量的转换与储存2024/1/272主主 要要 内内 容容0 0 能源能源/能量转换概述能量转换概述1 1 能量转换的基本原理能量转换的基本原理2 2 化学能转换为热能化学能转换为热能3 3 热能转换为机械能和电能热能转换为机械能和电能4 4 能量的传输能量的传输5 5 能量的储存能量的储存0 0 能源能源/能量转换概述能量转换概述为什么要进行能源为什么要进行能源/能量转换？能量转换？什么是能源什么是能源/能量转换？能量转换？能源转换的方式有哪些？能源转换的方式有哪些？2024/1/274常常用用的的四四大大能能源源：矿矿矿矿物物物物能能能能源源源源（煤煤煤煤、

2、石石石石油油油油、天天天天然气等）、江河水力能（电力）然气等）、江河水力能（电力）然气等）、江河水力能（电力）然气等）、江河水力能（电力）；正正在在开开发发利利用用的的能能源源：太太阳阳能能、风风能能、(原原子子)核核能能、地地热热能能、海海洋洋温温差差能能、潮潮汐汐能能及及生生物物质能、氢能；质能、氢能；有待开发利用的能源：有待开发利用的能源：可燃冰可燃冰(天然气水合物天然气水合物)、核聚变能等。、核聚变能等。能源的形式能源的形式 知识点回顾知识点回顾2024/1/275能量能量形式形式机械能机械能热能热能化学能化学能核能核能辐射能辐射能电能电能知识点回顾知识点回顾2024/1/276v我我

3、们的的一一切切生生产和和生生活活活活动都都离离不不开开生生产资料料和和生生活活资料料（资源源），尤尤其其是是“能能源源”的的消消耗和利用。耗和利用。v能能源源种种类很很多多，并并不不是是所所有有能能源源都都可可以以直直接接利利用。用。为什么要进行能源为什么要进行能源/能量转换？能量转换？2024/1/277v自自然然界界中中，各各种种自自然然资源源如如煤煤、石石油油、天天然然气气、风能能、水水能能、地地热、核核燃燃料料等等（一一次次能能源源），本本身身都都拥有有某某种种形形式式的的能能量量，但但其其中中能能够直直接接用用作作终端端能能源源（即即通通过用用能能设备供供消消费者者直直接接使使用用的

4、的能能源源）的的很很少少，一一般般不不能能直直接接利利用用（提提供供能能量量）。因因此此，需需要要转换成成人人们所所需需要要的的能能源源形形式式（二二次次能源，即能源能源，即能源产品）品）。为什么要进行能源为什么要进行能源/能量转换？能量转换？2024/1/278v为了了供供应适适合合消消费者者需需要要的的能能源源，必必须转换成成容容易易运运输、分分配配并并在在各各种种设备中中能能方方便便使使用用的的形形态。这就就形形成成了了“能能源源供供应网网”，如如电力力网网、燃气网和区域供燃气网和区域供热网。网。v液液体体燃燃料料也也趋向向于于建建立立分分配配网网，以以便便于于储存存、携携带和运和运输，

5、如汽油和柴油。，如汽油和柴油。为什么要进行能源为什么要进行能源/能量转换？能量转换？2024/1/279v能能源源“利利用用”过过程程 =能能量量“转转换换”过过程程!v在在工工业生生产和和日日常常生生活活中中，涉涉及及到到的的主主要要能能量量形式有：形式有：热能、机械能、能、机械能、电能、化学能。能、化学能。为什么要进行能源为什么要进行能源/能量转换？能量转换？2024/1/2710v能能源源转转换换是是能能源源最最重重要要的的属属性性，是是能能源源利利用用的的重重要要环环节节。能能源源转转换换主主要要是是指指形形态转换，如如煤煤化化工工中中的的煤煤制制油油、制制煤煤气、制甲醇、二甲气、制甲

6、醇、二甲醚等；等；v能量转换能量转换主要是指形式主要是指形式转换，如煤的下列，如煤的下列转换过程：程：v电能通能通过电动机、机、电灯或灯或电灶等灶等设备转换为机械能、光能或机械能、光能或热能。能。什么是能源什么是能源/能量转换？能量转换？化学能化学能热能热能机械能机械能电能电能锅炉锅炉汽轮机汽轮机发电机发电机2024/1/2711能量的相互转换关系能量的相互转换关系2024/1/2712v广广义地地说，能源能源转换还应包括：包括：（1）能源的）能源的储存：存：能源在能源在时间上的上的转移移。（2）能源的）能源的输送：送：能源在空能源在空间上的上的转移移。什么是能源什么是能源/能量转换？能量转换

7、？2024/1/2713v一次能源一次能源转换成二次能源有不同的方式。成二次能源有不同的方式。例例如如：燃燃煤煤电站站生生产电力力，有有时还进行行区区域域供供热/制制冷冷；石石油油炼制制成成更更方方便便的的液液体体燃燃料料汽汽油油、喷气气燃燃料料、柴柴油、石油、石脑油等。油等。v能能源源转换设备有有时是是一一个个系系统，如如核核裂裂变能能，在在核核电站站发电以以前前，要要进行行化化学学转换、同同位位素素浓缩、核核燃燃料料制作等；制作等；有有时则是是简单的机器，的机器，如水如水电机或机或风电机。机。能源转换的方式能源转换的方式1 能量转换的基本原理能量转换的基本原理（1 1）能量转换规律）能量转

8、换规律（2 2）能量的分类）能量的分类（3 3）能源转换效率）能源转换效率2024/1/2715能量的性质：能量的性质：状状态性性可加性可加性传递性性转换性（性（热力学）力学）贬值性（性（热力学第二定律）力学第二定律）做功性做功性知识点回顾知识点回顾2024/1/2716v从从热力力学学的的角角度度看看，能能量量是是物物质运运动状状态的的度度量量。即即只只要要物物质运运动状状态一一定定，物物质拥有有的能量就确定了。的能量就确定了。v而而运运动是是物物质的的固固有有属属性性和和存存在在的的方方式式，因因此，一切物此，一切物质都有能量。都有能量。能量的状态性能量的状态性物质的能量物质的能量=物质运

9、动状态物质运动状态2024/1/2717v物物质的的运运动状状态多多种种多多样，就就其其形形态而而论只只有有有有序序运运动和和无无序序运运动两两类，因因而而能能量量也也可可分分为有序能有序能和和无序能无序能。v有序能：指一切宏观物体整体运动的能量；有序能：指一切宏观物体整体运动的能量；v无序能：无序能：指物质内部微观粒子杂乱无章的热运动。指物质内部微观粒子杂乱无章的热运动。v有有序序能能可可以以完完全全、无无条条件件地地转转换换为为无无序序能能；相相反反的的转转换换是有条件的。是有条件的。这说明明能量有量和能量有量和质的区的区别。（1）能量转换规律）能量转换规律2024/1/2718v各各种种

10、形形式式的的能能量量可可以以相相互互转换（核核能能除除外外），但其但其转换难易程度均不相同。易程度均不相同。v研究能量研究能量转换方式和方式和规律的科学是律的科学是热热力学力学力学力学。v规规律律：能能量量在在转转换换过过程程中中，在在量量方方面面的的变变化化应应遵循热力学基本定律遵循热力学基本定律。（1）热力学第一定律，即能量力学第一定律，即能量转换与守恒定律；与守恒定律；（2）热力学第二定律。力学第二定律。能量转换规律能量转换规律2024/1/2719能量转换与守恒定律：能量转换与守恒定律：（即热力学第一定律）（即热力学第一定律）（即热力学第一定律）（即热力学第一定律）“自自然然界界的的一

11、一切切物物质都都具具有有能能量量；能能量量既既不不能能创造造，也也不不能能消消灭，而而只只能能从从一一种种形形式式转换成成另另一一种种形形式式，从从一一个个物物体体传递到到另另一一个个（或或多多个个）物物体体；在在能能量量转换与与传递过程程中中，能能能能量量量量的的的的总总量量量量恒定不恒定不恒定不恒定不变变。”2024/1/2720能量相互转换能量相互转换2024/1/2721任何处于平衡态的热力学系统都有一个状态参数任何处于平衡态的热力学系统都有一个状态参数U（内能）。（内能）。系统从一个平衡态变化到另一个平衡态时，内能的变化量等系统从一个平衡态变化到另一个平衡态时，内能的变化量等于系统吸

12、收的热量和系统对外做功之和。于系统吸收的热量和系统对外做功之和。热力学第一定律：热力学第一定律：2024/1/2722热力学第一定律：力学第一定律：能量守恒！能量守恒！系系统的内能增量的内能增量=系系统吸收的吸收的热量量+对系系统做功做功James Joule(18181889)2024/1/2723 锅炉煤环境环境此体系能此体系能量不守恒量不守恒此体系能此体系能量守恒量守恒能量转换示意图体系体系体系体系2024/1/2724热力学第一定律对节能的提示：热力学第一定律对节能的提示：能能量量在在转换过程程中中总量量的的不不变性性，指指明明了了节能能的的方方向向：在在能能量量转换过程程中中，尽尽量

13、量将将能能量量转换到期望的体系中去（到期望的体系中去（节能的关能的关键）。）。2024/1/2725能量不仅有量的多少，还有质的高低。热力力学学第第一一定定律律只只说明明了了，不不同同形形式式的的能能量量在在数数量量上上要要守守恒恒，并并没没有有说明明能能量量在在“质”方面的高低。方面的高低。热力学第一定律的局限性热力学第一定律的局限性2024/1/2726v例例如如：摩摩擦擦生生热。由由于于摩摩擦擦，机机械械能能转换为热能能，即即有有序序能能转换为无无序序能能。从从能能量量的的数数量量上上没没有有变化，但品化，但品质上却降低了，即它的使用价上却降低了，即它的使用价值变小了。小了。v有有序序能

14、能比比无无序序能能更更有有价价值。上上述述情情况况称称为能能量量贬值。因因为有有序序能能之之间可可以以无无条条件件的的转换，而而无无序序能却不能。能却不能。v从从能能量量的的品品质质上上看看，摩摩擦擦使使高高品品质质的的能能量量贬贬值值为为低品质的能量。低品质的能量。2024/1/2727自然界自然界进行的能量行的能量转换过程是有方向性的。程是有方向性的。不需要外界帮助就能自不需要外界帮助就能自动进行的行的过程，称程，称为自自发过程程，反之，反之为非自非自发过程。程。自发过程都有一定的方向性。自发过程都有一定的方向性。结结 论论2024/1/2728热力学第一定律未解决问题热力学第一定律未解决

15、问题能能量量的的转换过程程，是是不不是是只只要要守守恒恒就就可可以以任意任意转换吗？A系统B系统E？要解决要解决要解决要解决能量转换的方向性能量转换的方向性能量转换的方向性能量转换的方向性问题，用问题，用问题，用问题，用热力学第二定律。热力学第二定律。热力学第二定律。热力学第二定律。2024/1/27291、自然界中的一切自、自然界中的一切自发过程都是不可逆的。程都是不可逆的。2、德德国国物物理理学学家家克克劳休休斯斯的的说法法：“不不可可能能使使热量量由由低低温温物物体体向向高高温温物物体体传递而而不不引引起起其其他他的的变化化”。3、开开尔文文普普朗朗克克说法法：“要要制制成成只只从从一一

16、个个热源源吸吸收收热量并把它全部量并把它全部转换为功的功的热机是不可能的机是不可能的”。热力学第二定律的表述方法：2024/1/2730v热热力力学学第第二二定定律律指指出出了了能能量量转转换换的的方方向向性性：自自然然界界的的一一切切自自发的的变化化过程程都都是是从从不不平平衡衡态趋于于平平衡衡态，而不可能相反。，而不可能相反。v例例如如，热能能自自发地地从从高高温温传向向低低温温，高高压流流体体自自发地流入低地流入低压空空间等。等。v相相反反的的过程程，如如让一一杯杯温温水水的的一一半半放放出出热量量变为冷冷水水，另另一一半半吸吸收收热量量变为热水水，虽不不违反反热力力学第一定律，但学第一

17、定律，但这样的的过程不可能自程不可能自发地地发生。生。2024/1/2731v热力力学学第第二二定定律律深深刻刻地地指指明明了了能能量量转换过程程的的方向、条件及限度方向、条件及限度。v高高品品质的的能能量量可可以以全全部部转换成成低低品品质的的能能量量，能能量量传递过程程总是是自自发地地朝朝着着能能量量品品质下下降降的的方方向向进行行；反反之之，能能量量品品质提提高高的的过程程不不可可能能自自发地地单独独进行。行。v热力学第二定律的实质就是热力学第二定律的实质就是能量贬值原理能量贬值原理。能量贬值原理：能量贬值原理：2024/1/2732v一一个个能能量量品品质提提高高的的过程程，必必然然伴

18、伴随随另另一一个个能能量量品品质下下降降的的过程程，且且这两两个个过程程是是同同时进行行的。的。v在在以以能能量量品品质下下降降作作为补偿的的条条件件下下，能能量量品品质的的提提高高也也必必定定有有一一个个最最高高的的理理论限限度度：能能量量品品质的的提提高高值正正好好等等于于能能量量品品质的的下下降降值。此此时系系统总的能量品的能量品质不不变。能量贬值原理的其他描述：能量贬值原理的其他描述：2024/1/2733v热力力学学第第一一定定律律和和第第二二定定律律是是两两条条相相互互独独立立的的基基本本定定律律；一一切切实际过程程必必然然同同时遵遵守守这两两条条基基本本定律，定律，违背任何一定律

19、的背任何一定律的过程都是不可能程都是不可能实现的。的。v前前者者揭揭示示在在能能量量转转换换和和传传递递过过程程中中能能量量在在数数量量上上必必定定守守恒恒；后后者者则则指指出出在在能能量量转转换换和和传传递递过过程程中中，能量在品质上必然贬值。能量在品质上必然贬值。热力学两定律之间的关系热力学两定律之间的关系2024/1/2734v由由能能量量贬值原原理理可可知知，不不是是每每一一种种能能量量都都可可以以连续地地、完全地完全地转换为任何一种其它的能量形式。任何一种其它的能量形式。v为了了衡衡量量能能量量的的可可用用性性（可可转换性性），能能量量可可分分为“可可用用能能”和和“不不可可用用能能

20、”两两部部分分，可可用用能能称称为“火火用用”，用，用Ex表示；不可用能称表示；不可用能称为“火无火无”，用，用An表示。表示。v总能量：能量：EEx+Anv不不同同能能量量的的可可转换性性不不同同，反反映映了了其其可可利利用用性性不不同同，也就是它也就是它们的品的品质不同。不同。（2）能量的分类）能量的分类2024/1/2735根据根据转换能力不同，能量可分能力不同，能量可分为三三类：u第第一一类类，可可以以不不受受限限制制地地、完完全全转换的的能能量量。例例如如电能能、机机械械能能（水水能能、风能能），称称为“高高级能能”或或无限无限转换能能（全部（全部转换能）能）。u从从本本质上上来来说

21、，高高级能能是是完完全全有有序序运运动的的能能量量。它它们在数量上和在数量上和质量上是量上是统一的。一的。EEx，An0。能量的分类能量的分类2024/1/2736v第第二二类类，具具有有部部分分转换能能力力的的能能量量，称称为“中中级能能”或或有有限限转换能能（部部分分转换能能）。例例如如热能、物能、物质的的热力学能、力学能、焓等。等。v根根据据热力力学学第第二二定定律律，热能能不不可可能能连续地地、全全部部变为功，功，热机的机的热功功转换效率效率总是小于是小于1。v“中中级能能”的数量与的数量与质量是不量是不统一的：一的：E Ex，EEx+An.能量的分类能量的分类2024/1/2737v

22、第第三三类类，受受自自然然环境境所所限限，完完全全没没有有转换能能力力的的能能量量，称称为“低低级能能”或或非非转换能能（废能能）。例例如如处于于环境境状状态下下的的大大气气、海海洋洋、岩岩石石等等所所具有的具有的热力学能和力学能和焓。v虽然然它它们具具有有相相当当数数量量的的能能量量，但但在在技技术上上无无法法使使它它转变为功功。所所以以，“低低级能能”是是只只有有数量而无数量而无质量的能量：量的能量：Ex0，EAn 能量的分类能量的分类2024/1/2738v从从物物理理意意义上上说，能能量量的的品品质高高低低取取决决于于其其有有序性。序性。v第第二二、三三类能能量量是是组成成物物系系的的

23、分分子子、原原子子的的能能量量总和和。这些些微微观粒粒子子的的运运动是是无无规则的的，因因而不能全部而不能全部转变为有序能有序能。能量的品质能量的品质2024/1/2739v能能源源转换的的最最后后阶段段，是是二二次次能能源源转换成成终端端使使用用的的能能源源，即即炉炉灶灶、汽汽车、计算算机机、灯灯泡泡等等终端端设备所用的能源。所用的能源。v在在能能源源的的终端端利利用用过程程中中，终端端能能源源变成成有有效效能能，有效能就有效能就储存在存在产品中，或用于服品中，或用于服务。v能能源源提提供供的的服服务，不不仅是是一一种种载体体，而而且且是是为了了有有效效地地利利用用其其他他资源源，诸如如劳力

24、力、资本本，尤尤其其是是技技艺的一种的一种输入。入。（3 3）能源转换效率）能源转换效率2024/1/2740v一一次次能能源源转换成成二二次次能能源源、终端端能能源源过程程中中，无无论如如何何转换都都会会有有转换损失失，把把能能源源送送到到用用户也也会有会有输送送损失。失。v如如，用用煤煤发电，煤煤中中有有些些能能量量残残存存在在未未燃燃尽尽的的煤煤渣渣中中，有有些些以以热的的形形式式从从烟烟囱囱中中损失失掉掉，或或成成为锅炉炉或或蒸蒸汽汽管管道道的的辐射射热而而散散发掉掉，有有些些以以废热的的形形态失失去去，有有些成些成为摩擦摩擦损失，剩下的部分失，剩下的部分转变为电能。能。能源转换损失能

25、源转换损失2024/1/2741在在能能量量转换和和传递过程程中中，由由于于存存在在着着耗耗散散作作用用、不不可可逆逆过程程及及可可用用能能损失失，所所以以，各各种种热力力循循环、热力力设备和和能能量量利利用用装装置置的的效效率率都都不不可可能能达达到到100%。因因此此，在在能能量量利利用用中中效效率率和和经济性性是是非非常常重重要要的的两个指两个指标。能量转换的效率能量转换的效率2024/1/2742v效效率率一一般般定定义义为为效效果果与与代代价价之之比比；对对能能量量转转换换装装置置，就就是是取取得得的的有有效效能能（收收益益能能）与与供供给给装装置置耗费的能（支付能）之比。耗费的能（

26、支付能）之比。效率的定义效率的定义2024/1/2743Energy efficiency of some common energy conversion devices实实际际转转换换效效率率2024/1/2744火电站的能源转换效率是多少？火电站的能源转换效率是多少？Mechanical energyIn turbineChemical energyIn coalThermal energyin steamelectricitycombustion88%Steamturbine88%46%98%Overall efficiency:88%46%98%=40%2024/1/2745各种能源

27、的各种能源的转换和利用途径和利用途径2024/1/2746能量转换过程及实现转换所需的设备或系统能量转换过程及实现转换所需的设备或系统 2024/1/2747能量转换过程及实现转换所需的设备或系统能量转换过程及实现转换所需的设备或系统 2024/1/2748能量转换过程及实现转换所需的设备或系统能量转换过程及实现转换所需的设备或系统 2 2 化学能转换为热能化学能转换为热能2024/1/2750v在在各各种种能能源源转换方方式式中中，最最重重要要的的能能量量转换方方式式是是：将将燃燃料料的的化化学学能能通通过燃燃烧转换为热能能，热能再通能再通过热机机转换为机械能。机械能。v机机械械能能既既可可

28、直直接接利利用用（例例如如驱驱动动泵泵、压压缩缩机机、汽汽车车等等各各种种运运动动机机械械），也也可可通通过过发发电电机机再再将将机械能转化为更便于利用的机械能转化为更便于利用的电能电能。概述概述2024/1/2751v将将燃燃料料的的化化学学能能转变为热能能是是在在燃燃烧设备（锅炉和工炉和工业炉窑）炉窑）中中实现的。的。v将将热能能转换为机机械械能能是是目目前前获得得机机械械能能的的最主要方式，通常在最主要方式，通常在热机机中完成。中完成。概述概述2024/1/2752概述概述化学能转换为热能的最主要方式：燃料燃烧。化学能转换为热能的最主要方式：燃料燃烧。可可燃燃物物：能能在在空空气气中中燃

29、燃烧的的物物质。但但不不是是所所有有的的可可燃燃物物都都可可作作为燃燃料料（如如米米和和沙沙糖糖之之类的的食食品）。品）。燃燃料料：是是能能在在空空气气中中容容易易燃燃烧并并释放放出出大大量量热能能的的气气体体、液液体体或或固固体体物物质，且且在在经济上上值得得利用其利用其发热量的物量的物质的的总称。称。2024/1/2753液体燃料液体燃料气体燃料气体燃料燃料燃料的形态通常有：固体、液体和气体。的形态通常有：固体、液体和气体。固体燃料固体燃料2024/1/2754天天然然的的固固体体燃燃料料有有：煤煤炭炭和和木木材材（一一次次能能源源）；人人工工的的固固体体燃燃料料有有焦焦炭炭、型型煤煤、木

30、木炭炭等等（二二次次能能源）。其中煤炭源）。其中煤炭应用最用最为普遍。普遍。天天然然的的液液体体燃燃料料有有：石石油油（原原油油）；人人工工的的液液体体燃料有汽油、煤油、柴油、重油等。燃料有汽油、煤油、柴油、重油等。天天然然的的气气体体燃燃料料有有：天天然然气气；人人工工的的气气体体燃燃料料则有焦炉煤气、高炉煤气、水煤气和液化石油气等。有焦炉煤气、高炉煤气、水煤气和液化石油气等。天然燃料与人工燃料天然燃料与人工燃料2024/1/2755各种燃料的热值各种燃料的热值固体固体燃料燃料热值热值/10/103 3kJkJkgkg-1-1液体液体燃料燃料热值热值/10/103 3 kJkJkgkg-1-

31、1气体气体燃料燃料热值热值/10/103 3 kJkJm m-3-3木木 材材13.813.8原油原油41.8241.82天然气天然气37.6337.63泥泥 煤煤15.8915.89汽汽 油油45.9945.99焦炉煤气焦炉煤气18.8218.82褐褐 煤煤18.8218.82液化石液化石油气油气50.1850.18高炉煤气高炉煤气3.763.76烟烟 煤煤27.1827.18煤煤 油油45.1545.15发生炉煤发生炉煤气气5.855.85木木 炭炭29.2729.27重重 油油43.9143.91水煤气水煤气10.4510.45焦焦 炭炭28.4328.43焦焦 油油37.2237.22

32、油油 气气37.6537.65焦焦 块块26.3426.34甲甲 苯苯40.5640.56丁烷气丁烷气126.45126.452024/1/2756燃料燃烧必须具备的燃料燃烧必须具备的3个条件：个条件：1）必）必须有能燃有能燃烧的的可燃物可燃物（燃料）；（燃料）；2）必）必须供供给足足够的的氧气或空气氧气或空气。3）采采用用与与燃燃料料特特性性相相适适应的的燃燃烧设备。保保证空空气气和和燃燃料料良良好好接接触触混混合合，同同时提提供供燃燃烧反反应所必需的所必需的时间和空和空间。2024/1/2757燃烧设备：燃烧设备：通过燃料燃烧将化学能转换为热能的装置。通过燃料燃烧将化学能转换为热能的装置。

33、燃烧设备燃烧设备发电系统发电系统2024/1/2758 链条炉结构示意图链条炉结构示意图锅锅炉炉是是能能源源转转换换设设备备。它它将将煤煤、油油、气气等等一一次次能能源源转转换换成成蒸蒸汽汽、热热水水等等载载热热体体（二二次能源）。次能源）。链条锅炉链条锅炉加煤加煤燃烧燃烧辐射辐射传热传热对对流流传传热热余热余热回收回收鼓风鼓风2024/1/2759将将有有机机燃燃料料燃燃烧的的化化学学能能转变为热能能的的设备称称为锅炉炉。本本体体由由“锅”和和“炉炉”两部分两部分组成。成。炉炉是是指指锅炉炉的的燃燃烧系系统，包包括括炉炉膛膛、燃燃烧器器、烟烟道道、炉炉墙构构架架等等，其其作作用用在在于于提提

34、供供尽尽可可能能良良好好的燃的燃烧条件。条件。锅是是指指锅炉炉的的汽汽水水系系统，由由汽汽包包、下下降降管管、集集箱箱、导管管及及各各种种受受热面面组成成，其其作作用用是是吸吸收收燃燃料料系系统放出的放出的热量。量。煤粉锅炉煤粉锅炉喷煤喷煤燃烧燃烧辐射辐射传热传热对对流流传传热热余热余热回收回收2024/1/2760锅炉受热面锅炉受热面锅炉炉受受热面面是是由由直直径径不不等等、材材料料不不同同的的管管件件组成成。根根据据作用不同可分作用不同可分为：（1）水水冷冷壁壁：布布置置在在炉炉膛膛四四周周，紧贴炉炉墙形形成成炉炉膛膛周周壁壁，接接受受炉炉内内火火焰焰和和高高温温烟烟气气的的辐射射热，对炉

35、炉墙起起保保护作用。作用。（2）过热器器：其其作作用用是是将将饱和和蒸蒸汽汽加加热成成具具有有一一定定温温度的度的过热蒸汽。蒸汽。（3）省省煤煤器器和和空空气气预热器器是是现代代锅炉炉不不可可缺缺少少的的受受热面面。由由于于它它们装装在在锅炉炉的的尾尾部部烟烟道道内内，故故统称称为尾尾部部受受热面。面。水冷壁水冷壁过过热热器器空气预空气预热器热器省省煤煤器器2024/1/2761燃烧设备燃烧设备2024/1/2762燃烧设备燃烧设备2024/1/2763常见的锅炉型式常见的锅炉型式2024/1/2764实验室实验室锅炉模型锅炉模型2024/1/2765真空热水锅炉-工业原理真空热水锅炉真空热水

36、锅炉 2024/1/2766真空热水锅炉真空热水锅炉 2024/1/2767锅炉设备锅炉设备2024/1/2768保证锅炉正常运行需要许多辅助设备：保证锅炉正常运行需要许多辅助设备：v向炉子供向炉子供应燃燃烧所需空气的送所需空气的送风装置；装置；v将烟气引出排于大气的引将烟气引出排于大气的引风设备；v用以除去水中用以除去水中杂质，保，保证给水品水品质而而设置的水置的水处理理设备；v把符合把符合标准的准的给水送入水送入锅炉的炉的给水装置；水装置；v储存和运存和运输燃料的燃料供燃料的燃料供应装置；装置；v将煤磨成很将煤磨成很细的煤粉并将煤粉送入炉膛燃的煤粉并将煤粉送入炉膛燃烧的磨煤装置；的磨煤装置

37、；v改善改善环境境卫生和减少烟生和减少烟尘污染的装置。染的装置。v另另外外，还有有对锅炉炉运运行行进行行自自动检测、自自动控控制制和和自自动保保护的自控装置。的自控装置。锅炉辅助设备锅炉辅助设备2024/1/2769工业软化水设备工业软化水设备10-100T/H锅炉软化水设备锅炉软化水设备防止锅炉结垢！防止锅炉结垢！2024/1/2770送风装置送风装置引风机引风机 2024/1/2771磨煤装置 Y5-47型锅炉离心引风机型锅炉离心引风机 2024/1/2772引风机引风机2024/1/2773炉窑及其节能技术炉窑及其节能技术1 1、工业炉窑：、工业炉窑：工工业炉炉窑窑是是我我国国耗耗能能量

38、量较大大的的一一类设备。它它将将能能源源转换过程程和和能能量量利利用用过程程结合合在在一一起起，使使能能源源转换设备和用和用热设备合合为一体一体，省掉了中，省掉了中间热能能传输环节。工工业炉炉窑窑可可直直接接使使用用电能能或或燃燃料料加加热。在在冶冶金金、机械、建材、机械、建材、轻工、化工等部工、化工等部门得到广泛得到广泛应用。用。2024/1/2774按工按工艺用途分：用途分：有熔有熔炼炉、溶化炉、加炉、溶化炉、加热炉、炉、热处理理炉、焙炉、焙烧炉、干燥炉等。炉、干燥炉等。按按热源分：源分：有煤炉、煤气炉、油炉、有煤炉、煤气炉、油炉、电炉、天然气炉炉、天然气炉等。等。按按结构形式分：构形式分

39、：有推料有推料连续加加热炉、室式炉、台炉、室式炉、台车式式炉、逢隙炉、井式炉、步炉、逢隙炉、井式炉、步进式炉、式炉、环形炉等。形炉等。按按热工操作制度分：工操作制度分：有有连续作作业炉、炉、间歇式炉、分段歇式炉、分段变温炉、恒温炉等。温炉、恒温炉等。2、分类、分类2024/1/2775Q表示燃料燃烧（或电能）输入窑炉的热量表示燃料燃烧（或电能）输入窑炉的热量Q1表示窑炉有效利用热表示窑炉有效利用热Q2表示窑炉的排烟热损失表示窑炉的排烟热损失Q3表示气体未完全燃烧热损失表示气体未完全燃烧热损失Q4表示固体未完全燃烧热损失表示固体未完全燃烧热损失Q5表示炉体蓄散热损失表示炉体蓄散热损失Q6表示水冷

40、、逸气、孔洞辐射等各项热损失表示水冷、逸气、孔洞辐射等各项热损失Q7表示化学反应所需要的热量。表示化学反应所需要的热量。3、炉窑的用能分析、炉窑的用能分析2024/1/2776一般而言，窑炉的工作温度比一般而言，窑炉的工作温度比锅炉要高，故在窑炉炉要高，故在窑炉带出的出的热量中，量中，反反应热占到占到15%左右，被加工物左右，被加工物料（料（产品）一般占到品）一般占到40%左右，左右，烟气占到烟气占到30%左左右，窑体占到右，窑体占到15%左右左右。烟气热能利用、窑体绝热保温是节能关键。烟气热能利用、窑体绝热保温是节能关键。4、分析提示、分析提示2024/1/2777u一一是是充充分分利利用用

41、。最最大大限限度度地地将将燃燃料料或或电能能产生生的的热量量转移移到到产品品中中，这需需要要从从炉炉窑窑本本身身的的改改造造入入手手，如如改改变窑窑炉炉的的结构构、燃燃烧方方式式、窑窑体体耐耐火火砖结构构和和材料、窑体内利用材料、窑体内利用远红外涂料等方法；外涂料等方法；u二二是是余余热回回收收。将将热损失失减减到到最最小小或或二二次次利利用用，如如通通过余余热锅炉炉或或助助燃燃空空气气预热器器回回收收烟烟道道气气中中的的热量，减少窑体量，减少窑体热辐射射损失及逸气失及逸气热损失。失。5、炉窑的节能技术、炉窑的节能技术2024/1/2778水泥旋转炉窑水泥旋转炉窑余热发电余热发电余热回收装置余

42、热回收装置2024/1/2779耐火材料炉窑（导堰窑）耐火材料炉窑（导堰窑）洞式洞式蒙古包式蒙古包式2024/1/2780不同燃料的燃烧特点对比不同燃料的燃烧特点对比1）煤的燃）煤的燃烧2）油的燃）油的燃烧3）气体燃料的燃）气体燃料的燃烧2024/1/27811）煤的燃烧）煤的燃烧煤的燃煤的燃烧方式有两种：方式有两种：第一种，煤粉第一种，煤粉悬浮在空浮在空间燃燃烧，称，称为室燃或粉室燃或粉状燃状燃烧；如煤粉炉。；如煤粉炉。第二种，煤第二种，煤块在炉排上燃在炉排上燃烧，称，称为层燃或燃或层状状燃燃烧。如。如链条炉。条炉。2024/1/2782煤的燃烧技术煤的燃烧技术目目前前煤煤燃燃烧方方式式主主

43、要要是是煤煤粉粉燃燃烧和和流流化化床床燃燃烧。我国大型我国大型锅炉和工炉和工业窑炉大多采用窑炉大多采用煤粉燃煤粉燃烧。为了了提提高高煤煤炭炭燃燃烧的的效效率率和和减减少少污染染，发展展了了许多多先先进的的燃燃烧技技术，如如新新型型燃燃烧器器，煤煤粉粉富富氧氧燃燃烧技技术（低低氮氮氧氧化化物物燃燃烧技技术），高高浓度度煤煤粉粉燃燃烧技技术，流化床燃，流化床燃烧技技术等。等。2024/1/27832）油的燃烧）油的燃烧油的燃烧方法有油的燃烧方法有内燃内燃和和外燃外燃两种方式。两种方式。内燃，内燃，是在是在发动机机气缸内气缸内极极为有限的空有限的空间里里进行高行高压燃燃烧，是一种瞬，是一种瞬间的燃的

44、燃烧过程。程。外燃，外燃，是在是在燃烧室内燃烧室内燃燃烧，并直接利用燃，并直接利用燃烧发出的出的热量，如量，如锅炉、窑炉内炉、窑炉内进行的燃行的燃烧。油的燃烧过程包含了三种现象：传热、物质扩油的燃烧过程包含了三种现象：传热、物质扩油的燃烧过程包含了三种现象：传热、物质扩油的燃烧过程包含了三种现象：传热、物质扩散和化学反应。散和化学反应。散和化学反应。散和化学反应。2024/1/2784油的燃烧技术油的燃烧技术油的燃油的燃烧实际上包含了上包含了油加油加热蒸蒸发、油油蒸气和助燃空气的混合蒸气和助燃空气的混合及及着火燃着火燃烧三个三个过程。程。为了实现油的高效低污染燃烧，应从两为了实现油的高效低污染

45、燃烧，应从两方面着手：方面着手：（1 1）提高燃油的雾化质量；提高燃油的雾化质量；（2 2）实现良好的配风。实现良好的配风。2024/1/27853）气体燃料的燃烧）气体燃料的燃烧气气体体燃燃料料的的燃燃烧可可分分为容容器器内内燃燃烧和和燃燃烧器器燃燃烧，与油的两种燃，与油的两种燃烧方式相近。方式相近。气气体体燃燃料料的的燃燃烧烧过过程程包包括括三三个个阶阶段段：混混合、着火和正常燃烧。合、着火和正常燃烧。2024/1/2786气气体体燃燃料料燃燃烧的的效效率率主主要要取取决决于于气气体体燃燃料料燃燃烧器器。常常用用的的气气体体燃燃烧烧器器有有：扩扩散散式式燃燃烧烧器器、预预混混式式燃燃烧烧器

46、器；此此外外，还还有有一一种种部部分分预预混式燃烧器。混式燃烧器。气体燃料的燃烧效率气体燃料的燃烧效率2024/1/2787对气体燃烧器的基本要求：对气体燃烧器的基本要求：不完全燃不完全燃烧损失小，燃失小，燃烧效率高；效率高；燃燃烧速率高，燃速率高，燃烧强烈，燃烈，燃烧热负荷高；荷高；着火容易，火焰着火容易，火焰稳定性好，既不回火又不脱火；定性好，既不回火又不脱火；燃燃烧产物有害物物有害物质少，少，对大气大气污染小；染小；操作方便，操作方便，调节灵活；灵活；寿命寿命长，能充分利用炉膛空，能充分利用炉膛空间。2024/1/2788总结：总结：3 3 热能转换为机械能、电能热能转换为机械能、电能2

47、024/1/2790概概 述述目前获得机械能最主要的方式：目前获得机械能最主要的方式：热能转换热能转换。热热机机：热能能转换成成机机械械能能的的装装置置。热机机可可为各各种机械提供种机械提供动力，通常又称力，通常又称为动力机械动力机械。应应用用最最广广泛泛的的热热机机：蒸蒸汽汽轮轮机机、燃燃气气轮轮机机、内内燃机等。燃机等。2024/1/27911）蒸汽轮机）蒸汽轮机蒸汽蒸汽轮机，机，简称汽称汽轮机，是将蒸汽的机，是将蒸汽的热能能转换为机机械功的械功的热机。机。汽汽轮机机特特点点：单机机功功率率大大、效效率率高高、运运行行平平稳、使使用寿命用寿命长等。等。在在现代代火火力力发电厂厂和和核核电站

48、站中中都都用用它它驱动发电机机。汽汽轮机机发电机机组所所发电量占量占总发电量量80%以上。以上。此外，汽轮机还用来驱动大型鼓风机、水泵和气体此外，汽轮机还用来驱动大型鼓风机、水泵和气体压缩机，也用作舰船的动力。压缩机，也用作舰船的动力。2024/1/2792汽轮机发电过程示意图汽轮机发电过程示意图燃煤燃煤锅炉锅炉核反核反应器应器2024/1/2793汽轮机剖面图汽轮机剖面图2024/1/2794汽轮机剖面图汽轮机剖面图2024/1/2795v工工作作原原理理：高高压蒸蒸汽汽从从进汽汽管管进入入汽汽轮机机，通通过喷管管时发生生膨膨胀，压力力降降低低，流流速速增增加加，蒸蒸汽汽的的热能能转换为汽汽

49、流流的的动能能。离离开开喷管管的的高高速速汽汽流流冲冲击叶叶片片，使使转子子旋旋转做做功功，蒸蒸汽汽的的动能能转换为机机械功。械功。v根根据据能能量量转换时工工作作原原理理的的不不同同，汽汽轮机机可可分分为冲冲击式和反式和反击式两种式两种类型。型。蒸汽轮机的工作原理蒸汽轮机的工作原理2024/1/2796蒸汽轮机蒸汽轮机哈尔滨汽轮机厂哈尔滨汽轮机厂 具有自主知识产权的具有自主知识产权的60万至万至68万千瓦等级的超临界汽轮机万千瓦等级的超临界汽轮机 2024/1/2797哈尔滨汽轮机厂成功研制了国内最长叶片！哈尔滨汽轮机厂成功研制了国内最长叶片！u2008年年，哈哈尔尔滨滨汽汽轮轮机机厂厂有有

50、限限公公司司具具有有自自主主知知识识产产权权的的国国内内最最长长“全全转转速速汽汽轮轮机机1200毫毫米米钢钢制制末末级级长长叶叶片片”开开发发研研制制成功。成功。u此此前前，此此叶叶片片主主要要从从国国外外进进口口，进进口口价价格格昂昂贵贵。国国内内叶叶片片价价格格一一般般是是国国外外价价格格的的50%-60%。哈哈汽汽1200毫毫米米叶叶片片研研制制成成功功将将大大幅幅度度降降低低机机组组造造价价，预预计计每每只只叶叶片片可可节节约约人人民民币币约约6万万元元，每每台台机机组组有有叶叶片片120只只或或240只只，则则每每台台机机组组可可节约人民币约节约人民币约720万元或万元或1440万