能源与节能技术能量的转换与储存资料
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• 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。 油燃烧的全过程包含着传热过程、物质 扩散过程和化学反应过程。
• 油是最常用的液体燃料。由于油的沸点 总是低于其着火温度，因此油总是先蒸 发成油蒸汽，再在蒸汽状态下燃烧。其 燃烧和气体燃料燃烧几乎完全相同。
• 油的燃烧实际上包含了油加热蒸发、油 蒸汽和助燃空气的混合以及着火燃烧三 个过程。其中油加热蒸发是制约燃烧速 率的关键。为了加速油的蒸发，扩大油 的蒸发面积是主要的方法，为此油总是 被雾化成细小油滴来燃烧。
• 为了实现油的高效低污染燃烧，应从以 下来两Fra Baidu bibliotek面着手：
• （1） 提高燃油的雾化质量 • （2） 实现良好的配风
Energy efficiency of some common energy conversion device
火电站的能量转换效率是多少？
Chemical energy In coal
combustion 88%
Thermal energy in steam
Steam turbine 46%
又不脱火；
• 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，对 这类燃烧器可燃气体与助燃空气不预先 混合，燃烧所需空气由周围环境或相应 管道供应、扩散而来。
• 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。
• 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，
electricity
98%
Mechanical energy In turbine
Overall efficiency: 88% x 46% x 98% = 40%
• 2.燃烧所需的空气量 • 3.燃烧产生的烟气量
• 三、燃烧设备
• 1.各种燃烧方法和燃烧过程
• 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；第二种就是煤块在炉排上 燃烧，称为层燃或层状燃烧。
C H O S N Char Ash H2O VM
65-95% 2-7% <25% <10% 1-2% 20-70% 5-15% 2-20% 20-45%
Main Processes in Coal Combustion
coal particle
d=30-70m
devolatilization
tdevolatile=1-5ms
• 其它燃烧方式，如旋风燃烧只是空间燃 烧的一种特殊形式，流化床燃烧则是介 于第一种和第二种燃烧方式之间，它既 有空间燃烧又有固定排炉。
• 煤从进入炉膛到燃烧完，一般要经过三 个过程，即着火前的准备阶段、挥发分 和焦炭着火与燃烧阶段、残碳燃尽形成 灰渣阶段。
Proximate Analysis
Elemental Composition
• 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。
• 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。
• 为衡量燃烧的完善程度，引入了燃烧的 效率。燃烧效率是燃料燃烧时实际所产 生的热量与燃料标准发热量之比。
• 在能量利用中热效率和经济性是非常重 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，其效率都不可能是100%的。
第三节
• 一、热能的获取 • 机械能转换 • 电能转换 • 化学能转换/燃料燃烧 • 核能转换 • 太阳能转换 • 地热
• 1.燃料燃烧
• 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。
volatiles
homogeneous combustion
CO2, H2O, …
heterogeneous
char
combustion
CO2, H2O, …
tvolatiles=50-100ms
tchar=1-2sec
t
• 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。
• 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。通常所说 的燃料油一般是指重油而言，它实际上是渣油、 裂化残油及燃料重油的通称。燃料重油则是将 渣油、裂化残油或其它油品按一定比例混合调 制而成。
• 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）。
• 根据燃烧状况的好坏可以把燃烧分成完 全燃烧和不完全燃烧。完全燃烧是指燃 料中的可燃成分全部燃尽。完全燃烧时 几乎不冒黑烟，燃烧产物中不含任何可 燃物质，燃烧产生的热量也最多。空气 供给量不足或供给方式不合适，或者燃 烧温度降低，燃烧就会冒大量黑烟，这 就是所谓不完全燃烧。此时燃烧产物中 会含有一些可燃物质，不完全燃烧时产 生的热量也少。
• 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。
• 固体燃料
• 液体燃料
• 气体燃料
• 二、有关燃烧的知识
• 1.燃料燃烧的必备条件
• 燃料燃烧过程是一个很复杂的化学物理 过程，燃料燃烧必须具备的条件是：
• 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；
• 油是最常用的液体燃料。由于油的沸点 总是低于其着火温度，因此油总是先蒸 发成油蒸汽，再在蒸汽状态下燃烧。其 燃烧和气体燃料燃烧几乎完全相同。
• 油的燃烧实际上包含了油加热蒸发、油 蒸汽和助燃空气的混合以及着火燃烧三 个过程。其中油加热蒸发是制约燃烧速 率的关键。为了加速油的蒸发，扩大油 的蒸发面积是主要的方法，为此油总是 被雾化成细小油滴来燃烧。
• 为了实现油的高效低污染燃烧，应从以 下来两Fra Baidu bibliotek面着手：
• （1） 提高燃油的雾化质量 • （2） 实现良好的配风
Energy efficiency of some common energy conversion device
火电站的能量转换效率是多少？
Chemical energy In coal
combustion 88%
Thermal energy in steam
Steam turbine 46%
又不脱火；
• 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，对 这类燃烧器可燃气体与助燃空气不预先 混合，燃烧所需空气由周围环境或相应 管道供应、扩散而来。
• 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。
• 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，
electricity
98%
Mechanical energy In turbine
Overall efficiency: 88% x 46% x 98% = 40%
• 2.燃烧所需的空气量 • 3.燃烧产生的烟气量
• 三、燃烧设备
• 1.各种燃烧方法和燃烧过程
• 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；第二种就是煤块在炉排上 燃烧，称为层燃或层状燃烧。
C H O S N Char Ash H2O VM
65-95% 2-7% <25% <10% 1-2% 20-70% 5-15% 2-20% 20-45%
Main Processes in Coal Combustion
coal particle
d=30-70m
devolatilization
tdevolatile=1-5ms
• 其它燃烧方式，如旋风燃烧只是空间燃 烧的一种特殊形式，流化床燃烧则是介 于第一种和第二种燃烧方式之间，它既 有空间燃烧又有固定排炉。
• 煤从进入炉膛到燃烧完，一般要经过三 个过程，即着火前的准备阶段、挥发分 和焦炭着火与燃烧阶段、残碳燃尽形成 灰渣阶段。
Proximate Analysis
Elemental Composition
• 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。
• 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。
• 为衡量燃烧的完善程度，引入了燃烧的 效率。燃烧效率是燃料燃烧时实际所产 生的热量与燃料标准发热量之比。
• 在能量利用中热效率和经济性是非常重 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，其效率都不可能是100%的。
第三节
• 一、热能的获取 • 机械能转换 • 电能转换 • 化学能转换/燃料燃烧 • 核能转换 • 太阳能转换 • 地热
• 1.燃料燃烧
• 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。
volatiles
homogeneous combustion
CO2, H2O, …
heterogeneous
char
combustion
CO2, H2O, …
tvolatiles=50-100ms
tchar=1-2sec
t
• 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。
• 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。通常所说 的燃料油一般是指重油而言，它实际上是渣油、 裂化残油及燃料重油的通称。燃料重油则是将 渣油、裂化残油或其它油品按一定比例混合调 制而成。
• 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）。
• 根据燃烧状况的好坏可以把燃烧分成完 全燃烧和不完全燃烧。完全燃烧是指燃 料中的可燃成分全部燃尽。完全燃烧时 几乎不冒黑烟，燃烧产物中不含任何可 燃物质，燃烧产生的热量也最多。空气 供给量不足或供给方式不合适，或者燃 烧温度降低，燃烧就会冒大量黑烟，这 就是所谓不完全燃烧。此时燃烧产物中 会含有一些可燃物质，不完全燃烧时产 生的热量也少。
• 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。
• 固体燃料
• 液体燃料
• 气体燃料
• 二、有关燃烧的知识
• 1.燃料燃烧的必备条件
• 燃料燃烧过程是一个很复杂的化学物理 过程，燃料燃烧必须具备的条件是：
• 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；