热能与动力工程概论

热能与动力工程概念：以工程热物理学科为主要理论基础，以内燃机和其他动力机械为对象，研究如何把化学能和液体的动能安全、高效、低污染地转化成动力的基本规律和过程，以及过程中的自动控制技术。

能源与能量

能源的类型：

1.一次能源：包括可再生能源（太阳能、水能、风能、潮汐、地热、其他）与不可再生能源（煤、石油、天然气）

2.二次能源：电能、热能等

能源的使用史：

十八世纪以前为薪柴能源

十八世纪以后，随着工业革命的发展，以煤炭为主

1870年后，石油登上能源舞台

1880年后，天然气进入能源市场

能量的形式：

1.机械能：与物理的宏观机械运动（动能）或空间状态（势能）相关的能量

2.热能：构成物质的微观分子运动的动能和势能的总和

3.电能：和电子流动与积累有关的一种能量。通常有化学能转变而来

4.辐射能：物质以电磁波的形式发射的能量

5.化学能：物质原子核外进行化学变化时放出的能量

6.核能：蕴藏在原子核内的能量

7.其他形式能

火力发电厂

火电厂的主要类型：

1.按能量供应情况：凝汽式发电厂、热电联动热电厂

2.按原动机类型：汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、燃气蒸汽联合循环发电厂

3.按机组容量等级：

4.按进入汽轮机的初参数等级：超临界大于21.37MPa

火电厂三大主机：

锅炉、汽轮机、发电机

火电厂的主要工作系统：

燃烧系统、烟风系统、汽水系统

锅炉：

本体分为锅（汽水系统）与炉（燃烧系统）两部分

锅：省煤器、汽包（汽水分离器）、下降管、联箱、水冷壁、过热器、再热器

炉：炉膛、燃烧器、空气预热器、烟风道、炉墙

辅助设备：通风系统、燃料运输系统、制粉系统、除尘除灰系统、脱硫脱硝脱氮系统燃煤锅炉的主要工作过程：

1.煤粉的制备

2.空气预热

3.给水加热、气化

4.去热排灰

燃烧运输系统

1.运输

2.碎煤,要求煤的直径不超过30mm，破碎机包括锤击式和环锤式

3.制粉系统

4.直吹式制粉系统——风扇磨煤机

5.中间仓储式——钢球筒式磨煤机

6.原煤仓→给煤机→磨煤机→煤粉分离器→排粉机→炉膛

燃烧的概念：可燃物同空气中的氧气进行激烈的放热与发光反应。

燃烧的条件：1.可燃物 2.氧化剂3.着火热源

吹入炉膛的风量要适中，过大会降低炉温，影响燃烧；过小会导致氧气不足，无法充分燃烧。

燃烧现象的特例：1.自燃（由于燃料在常温下缓慢氧化放热，使温度逐渐升高，最终大道着火点而引起燃烧的现象）2.阴燃

煤粉完全燃烧的条件：

1.较高的炉内温度

2.适合的空气量

3.煤粉与空气的良好混合

4.充足的燃烧时间

空气的预热过程：

冷空气→送风机→烟道← ←

↓

↗助燃（二次风）

空气预热器→燃烧器→炉膛→ ↑

∣↘制粉系统（一次风）

∣

∣

除尘器→引风机→脱硫脱硝→烟囱

锅炉的给水汽水系统：

给水汽水系统的任务是对水进行预热，汽化和产生蒸汽且使蒸汽过热，尽可能多地吸收烟气和火焰的热量，保证出口蒸汽参数满足汽轮机做功要求。

补给水→凝结器→凝结水泵→低压加热器→除氧器→给水泵→高压加热器

↗汽包→下降管→水冷壁→汽包

→省煤器

↘过热器→高压缸→再热器→中低压缸→凝结器

省煤器

概念：利用锅炉尾部烟气加热给水的部件。

作用：进一步降低锅炉排烟温度提高排烟效率，同时加热给水达到省煤的作用。

形式：1.钢管式（使用较多）。大多采用蛇形管结构2.铸铁式

汽包及给水系统

概念：及加热、蒸发、过热三个过程的分界点。为了减小蒸汽的含水量，内部设有汽水分离器——旋风分离器。汽包是锅炉蒸发设备的主要部件。

水冷壁管：管径60mm

作用：1.依靠火焰对冷水壁的辐射传热，姜饱和水蒸气蒸发成饱和蒸汽。

2.保护炉墙，敷设水冷壁后，炉墙内壁温度大大降低，从而炉墙不会被烧坏。

下降管：把汽包中的水，连续不断地送入下联箱。

过热器：饱和蒸汽直接冲击汽轮机，会有较大的冲蚀和郭大推力，不安全、不经济。过热器把从汽包中出来的饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽。一般布置在炉膛的顶部，或水平烟道的出口。

除尘系统

作用：减轻大气污染，防止锅炉引风机的极具磨损。

除尘器：布袋式；水式；电式。

炉膛的冷灰斗灰渣→灰渣室→碎机→灰渣沟→压力输灰器→灰场

↑

去尘器和烟道吸灰→冷灰池→灰沟

汽轮机

概念：将蒸汽热能转变成机械功且借以带动发电机主轴旋转的原动机。

汽轮机的分类：

按工作原理分：

1.冲动式：蒸汽仅在喷嘴中进行膨胀的汽轮机，在动叶中不膨胀只改变方向（实际工程中都存在一定的反动度）。反动度在0.2以下。结构上动叶出入口比较薄，中间较厚，从入口到出口通道面积基本不变。

2.反动式：蒸汽不仅在喷嘴中而且在动叶中膨胀的汽轮机。反动度为0.5。结构上入口侧较厚出口侧较薄。

反动度：表征蒸汽在动叶中膨胀能力大小的量。

按进气压力分：

1.超高压式

2.亚临界式

3.超临界式

4.超超临界式

按热力过程的特点分：

1.凝汽式:蒸汽在汽轮机膨胀作用后，排入凝汽机的装置（内部真空）。

2.背压式：排气压力大于大气压力的汽轮机。

3.抽气式：从汽轮机中间级抽出一部分蒸汽供给用户取暖，即既发电由供热