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1、热能工程基础,内容介绍,第一章 能源利用与动力工程概论（2学时） 第二章 热工理论基础（8学时） 第三章 锅炉与换热器（8学时） 第四章 制冷与空气调节（4学时） 第五章 动力机械（6学时） 第六章 热力发电工程（4学时）,第一章 能源利用与动力工程概论,1-1 能源概论 一、能源分类 一次能源与二次能源 一次能源指自然界中存在的天然能源。二次能源是由一次能源直接或间接加工转换而成的人工能源。 可再生能源与非再生能源 可重复产生的一次能源称为可再生能源。不能重复产生的自然能源称为非再生能源。 常规能源与新能源 常规能源指技术上已经成熟、已大量生产并广泛利用的能源。新能源是指技术上正在开发、尚未
2、大量生产和广泛利的能源。 清洁能源与非清洁能源 在开发和利用中对环境无污染或污染程度很轻的能源叫做清洁能源，否则为非清洁能源。,一次能源：化石燃料、核能、太阳能、水能、风能、地热能、海洋能、生物质能,二次能源： 电能、热水、蒸汽、压缩气、石油制品、煤制品、酒精、氢气、沼气、合成燃料等,世界能源资源状况,能源消费结构对比,化石燃料 煤炭、石油、天然气、油页岩和油砂,核燃料 核聚变、核裂变,太阳能 光热转换、光电转换、光化学转换,水能 风能 地热能 海洋能 生物质能,二、人类需要的能源形式,热能 来源：太阳热能、地热、燃料燃烧、核聚变、核裂变、机械能,机械能 来源：水力、风能、海洋能、热机（内燃机
3、、燃气轮机、蒸汽轮机）、电能转换,电能 来源：热能、化学能、电磁能直接转换，机械能间接转换,三、能源建设形势,结合能源资源和能源消费的特点，提出能源发展的长期规划，并严格执行，认真落实。 要抓好能源发展的战略重点。 高度重视新能源和可再生能源的开发和利用。,1-2 热能利用与动力工程,一、热能转变成机械能的途径,1、热能动力装置 燃料燃烧产生热能，在热能动力装置中将热能转化为机械能。 内燃机、燃气轮机、蒸汽机、汽轮机等。,2、工质 实现热能和机械能相互转化的媒介物质称为工质，是完成热功转换所必需的载体。 燃气、空气、水蒸汽、新型复合工质等。,二、热能动力设备的分类,1、按能量转换方向分类 原动
4、机：将燃料的化学能、原子能和生物质能等所产生的热能转换为机械能的动力装置称为原动机。 蒸汽机、蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机等。 工作机：通过消耗机械能而使流体获得能量或使系统形成真空的动力装置称为工作机。 离心泵、真空泵、风机、螺杆泵、压缩机等。,2、按机械运动方式分类 回转式：转子或叶轮在缸内做回转运动以实现能量的转换。 蒸汽轮机、燃气轮机、离心泵、真空泵、风机等。 往复式：活塞在气缸内做往复运动而实现能量的转换。 蒸汽机、汽油机、柴油机、柱塞泵、往复式压缩机等。,3、按工质流动方式分类 轴流式：流体的主要运动方向与旋转轴平行。 蒸汽轮机、燃气轮机、轴流式压气机等。 径流式：流体的主要运动方向
5、为沿着旋转轴的直径方向。 离心泵、离心式压缩机、向心透平等。 混流式：液体的主要运动方向与旋转轴成某一锐角。,4、按用途分类 发动机、泵、风机、压缩机等。,1.3 热能动力设备的评价指标,一、热经济性 1、循环的热经济指标 热经济性是评价热能动力设备性能优劣的一个重要指标。 经济指标=得到的收获/花费的代价,（1）热能动力循环 热效率等于循环功与吸热量的比值。,（2）制冷循环 制冷系数 等于从低温热源带走的热量与制冷循环耗功量的比值。,（3）热泵循环 热泵系数 等于向高温热源放出的热量与循环耗功的比值。,2、提高循环热经济性的途径 定性分析，利用循环的平均吸热温度 ，循环的平均放热温度 来进行
6、分析。 （1）热能动力循环,（2）逆向循环 对制冷循环与热泵循环,二、功率 功率：作功快慢程度的量度，通常用单位时间内所作的功或消耗的功来表示。 原动机功率的大小直接反映了设备进行热功转换的能力，工作机功率的大小则表示了设备工作时需要向设备输入的功。 额定功率：原动机长期连续运行中所能保持的最大功率。单位用kW来表示。 蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机最大功率依次降低。（1300、226、40MW） 经济功率：设计机器时作为热力计算依据的功率。一般电厂运行时常在满负荷状态下，经济功率即为额定功率，而发动机则较少在满负荷下工作，经济功率通常小于额定功率。,三、体积与重量 体积与重量也是评价热能动力设备
7、的一项重要指标。 同一类设备，容量越大，单位重量功率越小，机组的制造成本就越低。 四、其它评价指标及热能动力设备应用范围 1、其它评价指标 排放 使用寿命 变负荷能力 使用燃料 装置效率 循环热经济指标仅仅是动力循环热经济性，不能准确反映整个装置的热效率。热功转换全过程的经济性必须用装置效率来衡量。,2、热能动力设备的应用范围 蒸汽轮机 优点：单机功率大、效率较高、运行平衡可靠、使用寿命长，能使用各种廉价燃料，是火力发电厂的主要原动机，也可作为大型船舶及军舰的推进动力，也可驱动大型工作机。还可满足生产和生活用汽、用热的需要，实现高效益的热电联产。 缺点：体积庞大、变负荷能力差、须配套有锅炉、凝
8、汽器、水泵、水处理等设备，机动化差，不便于移动。 燃气轮机 优点：单机功率较大，效率较高，转速高，运行可靠，重量较轻，体积较小，启动快，负荷适应性好，维护方便，自动化程度高，无太多附属设备及复杂的热力系统，电力系统中常用作承担尖峰负荷和半尖峰负荷的调峰机组，或作为燃气-蒸汽联合发电装置的主力设备之一。也可作为移动式电站、列车电站及机车的原动机。船舶领域作为加速机组占有绝对主力地位。 缺点：单机功率较小，运行寿命较短，燃料种类要求较高。 内燃机 优点：热效率高，体积小，重量轻，移动灵活，操作方便，启动快，负荷适应性强，没有附属设备。应用于交通运输、工业机械、农业机械等领域，或小型应急性发电装置的
9、原动机。 缺点：一般为往复式机械，噪音较大，转速低，功率小，运行寿命较短，燃料种类要求高，不能用作电厂的原动机。,五、热能动力设备的主要技术参数 1、锅炉 （1）蒸发量 t/h （2）蒸汽参数 （3）给水温度 （4）锅炉效率 2、汽轮机 （1）蒸汽参数 （2）排汽参数 （3）容量 （4）相对内效率 表征汽轮机本身热功转换完善程度的指标，其值等于蒸汽在汽轮机中的实际作功与蒸汽具有的作功能力之比。,（5）热经济指标 绝对内效率 -是衡量汽轮机组热经济性的指标，等于汽轮机输出的有用功与工质的吸热量之比，即相对内效率 与循环热效率 的乘积。 汽轮机组的热耗率 -每生产3.6106J（1kW.h）机械能
10、所消耗的热量（工质的吸热量，不含锅炉热损失） 汽轮机装置的热经济性： 还需考虑锅炉效率 ，装置的热耗率 为生产1kW.h机械能所消耗燃料的热量,3、燃气轮机 （1）容量（2）转速（3）空气流量（4）燃料 （5）温比：表示工质在燃气轮机装置中被加热的程度。其值为循环最高滞止绝对温度与压气机进气绝对温度之比。温比越高，热经济性越好，但对耐热材料与冷却技术的要求也越高。 （6）压比：表示工质被压缩的程度。其值等于压气机出口滞止压力与进口滞止压力之比。压比与温比的配合，对循环性能起着决定性的影响。 （7）比功：指单位质量工质所作的有用功。发动机比功越大，发出一定功率所需的流量就越小，发动机和进、排气管
11、道的尺寸就越小。装置比功则指流过燃气轮机单位质量空气所作的有用净功，也就是气耗率的倒数，近似等于透平比功 与压气机比功 之差。,（8）有用功系数 装置比功与透平比功的比值，因而有时也称为功比。它表明变工况时装置性能对各部件性能变化的敏感性。 （9）内效率 内效率与汽轮机相对内效率含义相同，等于燃气在透平中的实际作功与燃气具有的作功能力之比。 （10）装置热效率 装置输出功与输入的燃料热量之比。表征燃气轮机装置热功转化的完善程度，是发动机热经济性的重要指标。 热耗率 即为生产1kW.h机械能所消耗燃料的热量,4、内燃机 （1）功率 指示功率-发动机单位时间内所作的指示功。 有效功率-从发动机功率
12、输出轴上所得到的净功率。 机械效率-有效功率与指示功率之比。发动机功率是指 发动机最大有效功率。 （2）转速（3）气缸直径（4）活塞行程（5）活塞平均速度（6）燃料（7）循环冲程数（8）气缸数,（9）平均有效压力和升功率 平均有效压力-发动机单位气缸工作所发出的有效功。它是衡量发动机动力性能的一个重要指标。对于气缸总工作容积一定的发动机而言，其平均有效压力反映了发动机输出扭矩的大小。 升功率-标定工况下发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。升功率与平均有效压力和转速的乘积成正比。 （10）有效热效率和比油耗 有效热效率-实际循环有效功与得到此有效功所消耗的热量之比值。 比油耗-单位有效功的耗
13、油量。,5、泵与风机 （1）流量 泵与风机在单位时间内所输送的流体量。 （2）扬程（风压） 泵的扬程指1kg液体从泵进口到泵出口所获得的能量增加量。 风机的风压指全压，包括静压与动压。指1m3气体流过风机时所获得的能量增加值。 （3）转速,（4）功率 有效功率：指流体在通过泵或风机时所获得的能量，即泵或风机的输出功率。 轴功率：从原动机传递给泵或风机轴上的功率。 配套功率：称原动机功率，考虑到泵与风机运行时可能出现过负荷现象，配套功率必须比轴功率大些，以确保安全。 （5）效率 有效功率与轴功率之比称为泵与风机的效率。 泵与风机工作时，由于摩擦等因素会消耗掉一部分能量，因此原动机传递给泵与风机的
14、机械功不可能完全变成流体所增加的能量。,1.4 热能利用与环境保护,一、热能动力设备对环境的影响 1、热污染及水污染 2、大气污染 煤烟型，汽车尾气。主要产物：粉尘、CO2 NOX SO2 CO 3、噪声污染 4、热能利用中的其它污染 主要为核燃料的放射性污染、石油泄漏污染 二、环境保护的策略 提高能源转换效率； 实现煤炭的清洁利用； 新能源与可再生能源的开发与利用； 研发代用燃料及新的代用工质； 改进技术实现低污染排放； 环境污染的综合防治。,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。20.8.2720.8.27Thursday, August 27, 2020 2、阅读一切好书如同和过去最
15、杰出的人谈话。17:12:5117:12:5117:128/27/2020 5:12:51 PM 3、越是没有本领的就越加自命不凡。20.8.2717:12:5117:12Aug-2027-Aug-20 4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。17:12:5117:12:5117:12Thursday, August 27, 2020 5、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。20.8.2720.8.2717:12:5117:12:51August 27, 2020 6、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2020年8月27日星期四下午5时12分51秒17:12:5120.8.
16、27 7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2020年8月下午5时12分20.8.2717:12August 27, 2020 8、业余生活要有意义，不要越轨。2020年8月27日星期四5时12分51秒17:12:5127 August 2020 9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。下午5时12分51秒下午5时12分17:12:5120.8.27 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。8/27/2020 5:12:51 PM17:12:512020/8/27 11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。8/27/2020 5:12 PM8/27/2020 5:12 PM20.8.2720.8.27 12、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。27-Aug-202
