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1、燃烧理论与技术 Theory and Technology of Combustion,前 言,本课程的目的 重温本专业的基础知识 燃烧领域的基本概念* 学会查找阅读总结本领域的资料 热能工程师的基本技能 工作相关知识：故障处理,工作？热能,电厂：运行、检修 研究机构：中试所、设计院等 公司：开发、技术服务 电建,电厂主控室,电厂检修,中试所实验,电力设计院,公司,燃烧效率：1836,热效率： 1630,热效率： 9093,燃烧效率：9799,课程内容,燃烧基本理论：化学动力学、燃烧流体力学、着火、火焰传播、紊流燃烧、液体和固体燃料燃烧、污染生成机理。 燃烧技术：燃烧特性研究、稳燃及强化燃烧技
2、术、污染控制技术、燃烧诊断技术、燃烧优化。,学习方法 课本、参考书、论文资料、网络资源、报告 答疑：热能教研室(动力楼314)、邮件、qq留言等。 考试（开卷）,第一章 概述,第一节 燃烧科学的发展及其应用 一、燃烧科学发展简史 燃烧定义:物质剧烈氧化而发光、发热的现象。 带有剧烈放热化学反应的流动现象。 燃烧是气体、液体或固体燃料与氧化剂之间发生的一种强烈的化学反应； 类氧化反应：氮化、氯化、分解等，有基态和激发态的自由基、电子离子等出现、光辐射。,流动、传热、传质和化学反应同时发生有相互作用的综合现象； 典型的物理化学过程； 化学反应动力学、流体力学、传热传质学是研究燃烧反应过程的基础知识
3、。,远古时期，“遂人氏”发明的钻木取火，人类文明的开始。50万年前，北京人用火。 中国在公元前200年，汉代用煤；公元200年用石油；公元808年火药；宋代出现了走马灯。 欧洲：英国17世纪工业革命。 20世纪40年代，航空技术发展。,直至17世纪末以前，发展缓慢，对燃烧现象的本质几乎一无所知。例如，神话中的天火。 之后：燃素的概念出现（物质是否燃烧被归于是否含有燃素）。 1777年，拉瓦锡提出燃烧是物质的氧化（燃烧理论的萌芽）。随后工业革命推动。 19世纪出现热化学和化学热力学（将燃烧作为热力学系统，考察其初态和终态，静态特性的研究）。,20世纪初燃烧反应动力学（研究燃烧过程的动态过程的理论
4、） 3040年代火焰传播的概念 二战后期喷气技术的发展 战后发展 5060年代德国人Von Karmen（对宇航也有巨大的贡献）提出用连续介质力学来研究燃烧，称为化学流体力学或反应流体力学。,70年代初，大型电子计算机出现，Spalding等人建立了燃烧的数学模拟方法和数值计算方法，形成计算流体（计算燃烧）学； 激光测量技术的出现，使精密测量成为现实。 基本理论+数学模型和数值计算+先进的测量技术。 国内外研究机构（大学、研究所）；参考书。,燃烧理论与污染控制（浙大，岑可法） 燃烧学（西交大，许晋源） 燃烧理论与燃烧设备（清华，徐旭常） 燃烧类书 Fuel, Combustion and Fl
5、ame；中国电机工程学报、工程热物理学报、动力工程学报等。,二、燃烧科学的研究与应用,动力来源；我国80%电力为火电。 范围广泛；能源、交通、航空航天。 技术进步。 火灾与污染。,理论研究：研究燃烧过程涉及的基本机理。如反应动力学机理、着火、灭火、火焰传播等； 技术研究：解决工程技术的各种实际问题。如提高效率、降低污染等。,当代对燃烧应用的要求 航空航天领域要求燃烧不断强化和趋于更高能量水平；探讨高温、高压、高速、强紊流条件下的燃烧；超声速燃烧。 能源利用领域要求燃烧过程高效率，节省燃料等；洁净燃烧，减轻环境污染，零排放。,发展：微重力、微尺度、与3“O”结合：信息INFO、生物BIO、纳米
6、NANO。例如生物燃烧学、纳米尺度下燃烧等。 人才培养,第二节 我国燃煤发电概况,一、能源结构 在已知各种能源资源中，煤炭资源最为丰富。根据第15届世界能源会议提供的资料，俄罗斯、美国和中国是世界三大煤炭国家，它们占世界总量的57.4%。按1994年全世界煤炭消耗量44.67亿吨计算，可开采的年限为233年，而中国仅为92年。事实上，中国的煤贮藏量被低估了。2007年探明中国煤的保有量为11800亿吨，占全世界的13.5%，可开采200年以上。,2007年我国煤炭消费量为26亿吨。2010年我国煤炭产量32亿吨，进口煤炭1.5亿吨。 2007年世界能源结构,电：截止到2010年12月，全国电力
7、装机容量为9.6219亿kW，同比增长10.1%。其中火电7.0663亿kW，占73.4%；水电2.134亿kW，占22.2%；风电3107万kW；核电1082万kW。2010年全国发电量42280.15亿kWh，同比增长13.8%。其中火电占80.76%；水电占16.23%；核电占1.82%，风电占1.18%。供电煤耗335g/kWh，同比降7g/kWh。电网输电线损6.49 %，同比降低0.91 %。,由于经济的增长，2011年1-6月的发电量同比增长13.5%，火电发电量同比增长12.5%，水电增长12.5%。新增火电2331万kW，水电624万kW，风电509万kW。供电煤耗率328g
8、/kWh，火电厂用电率6.18%，线损5.65%。 从这些数据看出，我国的发电是以燃煤发电为主的。,世界比较,以2005年为例，全世界总发电量18.18万亿kWh，其中美国4万亿kWh，中国2.47万亿kWh，日本1.1万亿kWh，俄罗斯9520亿kWh，印度6000亿kWh。2005年装机：美国9.8亿kW，51%为燃煤发电，日本2.6亿kW。预计到2020年，美国装机为11亿kW，中国装机可达16亿kW。中国煤电比例为80%，印度为78%，美、德为51%。供电煤耗：日本290g/kWh，韩国300g/kWh，意大利303g/kWh，美国360g/kWh，澳大利亚370g/kWh。,我国为什
9、么以燃煤发电为主？,燃煤会产生污染，我国主要依靠燃煤发电，是由我国的基本国情决定的。我国的能源储备特征是“富煤贫油少气”，这就决定了煤炭是我们的主要一次能源。现在，我国已进入了“重化工业主导型”经济发展阶段，经济的发展，决定了能源需求的同步增长，这就决定了在较长时期内煤炭在我国一次能源消费结构中占主导地位的格局将长期保持不变。,经济要发展，电力也要发展，一般电力弹性系数大于1，也就是经济增长10%，电力增长要大于10%。按照现在的规模，电力增长10%，就需要增加装机容量约9000万kW，相当于每年投产5座三峡电站，或50座大亚湾核电站，这个容量只依靠水电、核电等是很难实现的。水电资源分布不均，
10、且受季节影响很大，丰水期和枯水期的发电量差别很大，建设周期很长；太阳能、风能的不确定性，对电网影响很大；生物质能比较分散，难于大型化；核电建设周期长，一般为57年，我国的核电技术还需要发展，核燃料不足，核废料处理也是难题。,同时，燃煤发电机组投资少，目前为4000元/kW（水电为7000元/kW，生物质发电为7000元/kW，风电为6500元/kW，核电约10000元/kW，太阳能为75000元/kW），建设周期短（在2年以内）。因此，我国现阶段的基本国情，决定了我们现在要以燃煤发电为主。,如何控制污染？,煤电的缺点是环境污染，煤燃烧会产生灰渣固体污染物、SO2和NOx等气体污染物。现代燃煤电
11、厂采用高效除尘设备，除尘效率可达99.9%；采用湿法烟气脱硫技术，脱硫效率可达95%99%；采用低NOx燃烧技术和选择性催化还原烟气脱硝技术，脱硝效率可达90%95%，最大限度地减少污染物的排放。,国家制定了电力工业节能减排发展规划，主要措施是“上大压小”、节能调度。国务院批转发展改革委、能源办关于加快关停小火电机组若干意见的通知（国发20072号）指出了“上大压小”是指将新建电源项目与关停小火电机组挂钩，在建设大容量、高参数、低消耗、少排放机组的同时，相对应关停一部分小火电机组。,在降低能耗方面，单机容量为100万kW的超超临界机组的供电煤耗约为270290g/kWh，比60万kW超临界机组
12、能耗下降15.3%，比30万kW机组能耗下降18.7%。60万kW的超超临界机组的设计供电煤耗达到290克左右，接近单机100万千瓦的机组。建设大容量高参数机组，是节能减排的措施之一。,2008年节能发电调度办法已在广东、贵州、四川、江苏、河南等省试点。实行节能发电调度，使高效、节能、环保机组的优越性能够体现出来，将使高能耗、高污染的小火电机组逐渐被淘汰出局。随着技术的进步，燃煤发电的污染将会越来越小，逐渐实现污染的近“零”排放。由于燃煤机组脱硫装置的大力建设，我国SO2排放自2007年以来持续下降，到2009年已经提前一年实现了“十一五”减排10%的目标。,误解！,中国火电是“北煤南运”和“
13、负荷中心发电”的产业格局。大体量、大跨度、超负荷的电煤运输，一旦遭遇自然灾害等不可控因素，电煤供给就会失去保障，电力供应体系就会变得十分脆弱。另外，我国1993年进行煤炭价格部分市场化改革，国家为了确保电价稳定，设定了国有大型电厂的电煤价格，从而形成了“计划煤”与“市场煤”之间的价格双轨制，这也造成了多年来的煤电矛盾。,2003年电力体制改革，厂网分开后，国家逐渐放开了发电用煤价格。2006年，国家又取消了对重点电煤合同的政府指导价，让电煤价格完全由市场调节。随着煤炭价格的上涨，煤炭企业与电力企业的矛盾愈演愈烈。国家有关部门制定的多种措施，解决煤电矛盾。,(1)大力建设特高压输电线路，实现空中
14、输煤，缓解电煤运输矛盾，同时可以降低线损；建设铁路客运专线，现有的铁路可以增大电煤运输能力。,(2)实行煤电联动，电价上调以抵消电力企业的亏损；增大进口煤量，平抑国内煤价。2005年开始实行的煤电联动政策规定，以不少于6个月为一个煤电价格联动周期，若周期内平均煤价较前一个周期变化幅度达到或超过5%，便将相应调整电价。但作为上游重要能源的电力，其价格一旦上调极有可能导致生产成本提高，加剧通货膨胀，因此煤电联动政策的实施受到经济发展的限制。,(3)煤电联营或煤电一体化措施，可以缓解煤电矛盾。电力企业兼并重组煤矿，实现煤电一体化经营；煤炭企业建设坑口电站，实现煤电一体化。,(4)电力企业节能减排，以
15、技术进步来降低煤炭的消耗。“十一五”期间，通过各项措施，火电企业的效率不断提高，供电煤耗从2006年的367g/kWh降低到2010年的335g/kWh，相当于2010年节约了1.4亿吨标煤。电网输电线损由2006年的6.87%降为2010年的6.49%，相当于2010年再节约了600万吨标煤。,目前“十二五”电力开发基调为：优先开发水电；优化发展煤电；大力发展核电；积极推进新能源发电；适度发展天然气集中发电；因地制宜发展分布式发电。,“十二五”水电开发的基调是，继续加快开发长江上游、乌江、南盘江红水河、黄河中下游及北干流、湘西、闽浙赣和东北等7个水电基地，尽早开发完毕。 重点开发金沙江、雅砻
16、江、大渡河、澜沧江、怒江、黄河上游干流等6个分布在西部地区的水电基地，推进雅鲁藏布江等西藏流域开发，同时开发缅甸水电，向我国输电。,根据规划，2015年全国常规水电装机预计2.84亿千瓦左右，2020年全国水电装机预计达3.3亿千瓦左右。抽水蓄能电站规划装机容量4100万千万左右，2020年6000万千万左右。,“十二五”我国将重点开发山西、陕北、宁东、准格尔、鄂尔多斯、锡盟、呼盟、霍林河、宝清、哈密、准东、伊犁、淮南、彬长、陇东、贵州等大型煤电基地，大型煤电基地成为电力主要来源。 “十二五”期间，全国规划煤电开工规模3亿千瓦，2015年煤电装机预计达到9.33亿千瓦。,到2015年，我国将形成“东中部核电带”，即在辽宁、山东、江苏、浙江、福建、广东、广西、海南等沿海省区加快发展核电；稳步推进江西、湖南、湖北、安徽、吉林等中部省份内陆核电项目。 到2015年我国核电装机4294万千瓦，2020年核电规划装机容量9000万千瓦。但是2011年的日本福岛核电事故，使世界各国对核电的发展变得非常谨慎了，一些国家暂时关闭或停建核电站。,
