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1、Closed systembleenei第二章能源的转换与利用第一节能量转换的基本原理1概述从热力学的角度看，能量是物质运动的度量，运动是物质的存在的方式，因此一切物质 都有能 量。2能量守恒与转换定律能量守恒和转换定律指出：自然界的一切物质都具有能量；能量既不能创造，也不能消灭，而只能从一种形式转换成另一种形式，从一个物体传递到另一个物体；在能量转换与传递过程中，能量的总量恒定不变。”热力学第一定律：能量守恒系统的内能=系统吸收的热量+对系统做功3热力学第一定律任何处于平衡态的热力学系统都有一个状态参数U（内能）。系统从一个平衡态变化到另一个平衡态时，内能等于系统吸收的热量和系统对外做功之和
2、。4能量贬值原理自然界进行的能量转换过程是有方向性的。不需要外界帮助就能自动进行的过程称为自发过程，反之为非自发过程。自发过程都有一定 的方向。能量不仅有量的多少，还有质的高低。热力学第一定律只说明了能量在量上要守恒，并没 有说明能量在质”方面的高低。水总是从高处向低处流动气体总是从高压向低压膨胀热量总是从高温物体向低温物体传递热量传递有方向性4热力学第二定律的克劳修斯说法不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。为了将热量从冷态输送到热态，您需要一个装置，例如热泵或冰箱，持续做功。5热力学第 二定律的开尔文-普朗克说法不可能从单一热源吸取热量使之完全转变成功而不产生其他影响。tra
3、nsfurtiiatkmLsable energyUnusaFree energy 1Eiiergv isAtransformpdTU n usable Cinergy热力学第二定律的实质就是能量贬值原理。热力学第二定律深刻地指明了能量转换过程的方向、条件及限度。6能量转换的效率根据能量贬值原理，不是每一种能量都可以连续地、完全地转换为任何一种其他形式的能量。各种不同形式的能量，按其转换能力可分为三大类：（1）无限转换能（全部转换能），如电能、机械能、水能、风能、燃料储存的化学能等；（2） 有限转换能（部分转换能），如热能、流动体系的总能；（3）非转换能（废能）。在能量利用中热效率和经济性是非
4、常重要的两个指标。由于存在着耗散作用、不可逆过程以及可用能损失，在能量转换和传递过程中，各种热力循 环、热力设备和能量利用装置的效率都不可能达到100%。Overall efficie ncy: 88% X 46% X 98% = 40%7火电站的能量转换效率是多少？1概述燃料燃烧是化学能转换为热能的最主要方式。能在空气中燃烧的物质称为可燃物，但不能把所有的可燃物都称作燃料（如米和沙糖之类的 食品）。所谓燃料，就是能在空气中容易燃烧并释放出大量热能的气体、液体或固体物质，是能在经 济上值得利用其发热量的物质的总称。燃料通常按形态分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。天然的固体燃料有煤炭和木材；人工
5、的固体燃料有焦炭、型煤、木炭等。其中煤炭应用最为 普遍，是我国最基本的能源。天然的液体燃料有石油（原油）；人工的液体燃料有汽油、煤油、柴油、重油等。天然的气 体燃料有天然气，人工的气体燃料则有焦炉煤气、高炉煤气、水煤气和液 化石油气等。2燃料燃烧必须具备的条件必须有可能燃烧的可燃物（燃料）；必须有使可燃物着火的能量（或称热源），即使可燃物的温度达到着火温度以上;必须供给足够的氧气或空气（因为空气中也含有助燃的氧气）。通过燃料燃烧将化学能转换为热能的装置称为燃烧设备3不同燃料的燃烧特点煤的燃烧油的燃烧气体燃料的燃烧4煤的燃烧煤的燃烧基本上有两种：第一种是煤粉悬浮在空间燃烧，称为室燃或粉状燃烧；第
6、二种就是 煤块在炉排上燃烧，称为层燃或层状燃烧。5煤的燃烧技术目前煤的燃烧方式主要是煤粉燃烧和流化床燃烧。我国大型锅炉和工业窑炉大多采用煤粉燃 烧。为了提高煤炭燃烧的效率和减少污染，发展了许多先进的燃烧技术，如煤粉燃烧稳定技术， 包括各种新型的燃烧器，煤粉低氮氧化物燃烧技术，高浓度煤粉燃烧技术，流化床燃烧技术等。Coal-Fired Power Plant6油的燃烧油的燃烧方法有内燃和外燃两种方式。所谓内燃，是在发动机气缸内部极为有限的空间进行高压燃烧，是一种瞬间的燃烧过程。所谓外燃，就是不在机器内部燃烧，而在燃烧室内燃烧，并直接利用燃烧发出的热量，如锅 炉、窑炉内进行的燃烧。油燃烧的全过程包
7、含着传热过程、物质扩散过程和化学反应过程。7油的燃烧技术油是最常用的液体燃料。油的燃烧实际上包含了油加热蒸发、油蒸气和助燃空气的混合以及着火燃烧三个过 程。为了实现油的高效低污染燃烧，应从以下来两方面着手：（1）提高燃油的雾化质量；（2）实现良好的配风。8气体燃料的燃烧气体燃料的燃烧可以分为容器内燃烧和燃烧器燃烧，它们和油的两种燃烧方式相近。气体燃料的燃烧过程包括三个阶段，即混合、着火和正常燃烧。9气体燃料的燃烧技术气体燃料燃烧的效率主要取决于气体燃料燃烧器。对气体燃烧器的基本要求是：不完全燃烧损失小，燃烧效率高；燃烧速率高，燃烧强烈，燃烧热负荷高；着火容易，火焰稳定性好，既不回火，又不脱火；
8、燃烧产物有害物质少，对大气污染小；操作方便，调节灵活，寿命长，能充分利用炉膛空间。常用的气体燃烧器有扩散式燃烧器；另一种是预混式燃烧器；此外还有一种部分预混式燃烧 器室燃 煤的燃烧耳欧 层燃内燃燃烧方式油的燃烧（粉状燃烧）（层状燃烧）气体燃料的燃烧容器内燃烧燃烧器燃烧外燃第三节热能转换为机械能电能1概述将热能转换为机械能是目前获得机械能的最主要的方式。热能转换成机械能的装置称为热机。因为热机能为各种机械提供动力，故通常又将其称为动 力机械。应用最广泛的热机有内燃机、蒸汽轮机、燃气轮机等。2蒸汽轮机蒸汽轮机，简称汽轮机，是将蒸汽的热能转换为机械功的热机。汽轮机单机功率大、效率高、运行平稳，在现代火力发电厂和核电站中都用它驱动 发电机。汽轮发电机组所发的电量占总发电量的80%以上。Eh*ch icityCondenser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。汽轮机发电过程3燃气轮机燃汽轮机和蒸汽轮机最大的不同是，它不是以水蒸气作工质而是以气体作工质。燃料燃烧时 所产生的高温气体直接推动燃汽轮机的叶轮对外做功，因此以燃汽轮机作为热机的火力发电 厂不需要锅炉。它包括三个主要部件：压气机、燃烧室和燃气轮机。cooling woterCondenserPemp
