热能工程基础

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、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热热能能利利用用与与动动力力工工程程一、、热热能能转转变变成成机机械械能能的的途途径径1、、热热能能动动力力装装置置燃料料燃燃烧烧产产生生热热能能，，在在热热能能动动力力装装置置中中将将热热能能转转化化为为机机械械能能。。内燃燃机机、、燃燃气气轮轮机机、、蒸蒸汽汽机机、、汽汽轮轮机机等等。。2、、工工质质实现现热热能能和和机机械械能能相相互互转转化化的的媒媒介介物物质质称称为为工工质质，，是是完完成成热热功功转转换换所所必必需需的的载载体体。。燃气气、、空空气气、、水水蒸蒸汽汽、、新新型型复复合合工工质质等等。。二、、热热能能动动力力设设备备的的分分类类1、、按按能能量量转转换换方方向向分分类类原动动机机：：将将燃燃料料的的化化学学能能、、原原子子能能和和生生物物质质能能等等所所产产生生的的热热能能转转换换为为机机械械能能的的动动力力装装置置称称为为原原动动机机。。蒸汽汽机机、、蒸蒸汽汽轮轮机机、、燃燃气气轮轮机机、、内内燃燃机机等等。。工作作机机：：通通过过消消耗耗机机械械能能而而使使流流体体获获得得能能量量或或使使系系统统形形成成真真空空的的动动力力装装置置称称为为工工作作机机。。离心心泵泵、、真真空空泵泵、、风风机机、、螺螺杆杆泵泵、、压压缩缩机机等等。。2、、按按机机械械运运动动方方式式分分类类回转转式式：：转转子子或或叶叶轮轮在在缸缸内内做做回回转转运运动动以以实实现现能能量量的的转转换换。。蒸汽汽轮轮机机、、燃燃气气轮轮机机、、离离心心泵泵、、真真空空泵泵、、风风机机等等。。往复复式式：：活活塞塞在在气气缸缸内内做做往往复复运运动动而而实实现现能能量量的的转转换换。。蒸汽汽机机、、汽汽油油机机、、柴柴油油机机、、柱柱塞塞泵泵、、往往复复式式压压缩缩机机等等。。3、、按按工工质质流流动动方方式式分分类类轴流流式式：：流流体体的的主主要要运运动动方方向向与与旋旋转转轴轴平平行行。。蒸汽汽轮轮机机、、燃燃气气轮轮机机、、轴轴流流式式压压气气机机等等。。径流流式式：：流流体体的的主主要要运运动动方方向向为为沿沿着着旋旋转转轴轴的的直直径径方方向向。。离心心泵泵、、离离心心式式压压缩缩机机、、向向心心透透平平等等。。混流流式式：：液液体体的的主主要要运运动动方方向向与与旋旋转转轴轴成成某某一一锐锐角角。。4、、按按用用途途分分类类发动动机机、、泵泵、、风风机机、、压压缩缩机机等等。。§1.3热热能能动动力力设设备备的的评评价价指指标标一、、热热经经济济性性1、、循循环环的的热热经经济济指指标标热经经济济性性是是评评价价热热能能动动力力设设备备性性能能优优劣劣的的一一个个重重要要指指标标。。经济济指指标标=得得到到的的收收获获/花花费费的的代代价价（1））热热能能动动力力循循环环热效效率率等等于于循循环环功功与与吸吸热热量量的的比比值值。。（2））制制冷冷循循环环制冷冷系系数数等等于于从从低低温温热热源源带带走走的的热热量量与与制制冷冷循循环环耗耗功功量量的的比比值值。。（3））热热泵泵循循环环热泵泵系系数数等等于于向向高高温温热热源源放放出出的的热热量量与与循循环环耗耗功功的的比比值值。。2、、提提高高循循环环热热经经济济性性的的途途径径定性性分分析析，，利利用用循循环环的的平平均均吸吸热热温温度度，，循循环环的的平平均均放放热热温温度度来来进进行行分分析析。。（1））热热能能动动力力循循环环（2））逆逆向向循循环环对制制冷冷循循环环与与热热泵泵循循环环二、、功功率率功率率：：作作功功快快慢慢程程度度的的量量度度，，通通常常用用单单位位时时间间内内所所作作的的功功或或消消耗耗的的功功来来表表示示。。原动动机机功功率率的的大大小小直直接接反反映映了了设设备备进进行行热热功功转转换换的的能能力力，，工工作作机机功功率率的的大大小小则则表表示示了了设设备备工工作作时时需需要要向向设设备备输输入入的的功功。。额定定功功率率：：原原动动机机长长期期连连续续运运行行中中所所能能保保持持的的最最大大功功率率。。单单位位用用kW来来表表示示。。蒸汽汽轮轮机机、、燃燃气气轮轮机机、、内内燃燃机机最最大大功功率率依依次次降降低低。。（（1300、、226、、40MW））经济济功功率率：：设设计计机机器器时时作作为为热热力力计计算算依依据据的的功功率率。。一一般般电电厂厂运运行行时时常常在在满满负负荷荷状状态态下下，，经经济济功功率率即即为为额额定定功功率率，，而而发发动动机机则则较较少少在在满满负负荷荷下下工工作作，，经经济济功功率率通通常常小小于于额额定定功功率率。。三、体体积与与重量量体积与与重量量也是是评价价热能能动力力设备备的一一项重重要指指标。。同一类类设备备，容容量越越大，，单位位重量量功率率越小小，机机组的的制造造成本本就越越低。。四、其其它评评价指指标及及热能能动力力设备备应用用范围围1、其其它评评价指指标排放使用寿寿命变负荷荷能力力使用燃燃料装置效效率循环热热经济济指标标仅仅仅是动动力循循环热热经济济性，，不能能准确确反映映整个个装置置的热热效率率。热热功转转换全全过程程的经经济性性必须须用装装置效效率来来衡量量。2、热热能动动力设设备的的应用用范围围蒸汽轮轮机优点：：单机机功率率大、、效率率较高高、运运行平平衡可可靠、、使用用寿命命长，，能使使用各各种廉廉价燃燃料，，是火火力发发电厂厂的主主要原原动机机，也也可作作为大大型船船舶及及军舰舰的推推进动动力，，也可可驱动动大型型工作作机。。还可可满足足生产产和生生活用用汽、、用热热的需需要，，实现现高效效益的的热电电联产产。缺点：：体积积庞大大、变变负荷荷能力力差、、须配配套有有锅炉炉、凝凝汽器器、水水泵、、水处处理等等设备备，机机动化化差，，不便便于移移动。。燃气轮轮机优点：：单机机功率率较大大，效效率较较高，，转速速高，，运行行可靠靠，重重量较较轻，，体积积较小小，启启动快快，负负荷适适应性性好，，维护护方便便，自自动化化程度度高，，无太太多附附属设设备及及复杂杂的热热力系系统，，电力力系统统中常常用作作承担担尖峰峰负荷荷和半半尖峰峰负荷荷的调调峰机机组，，或作作为燃燃气-蒸汽汽联合合发电电装置置的主主力设设备之之一。。也可可作为为移动动式电电站、、列车车电站站及机机车的的原动动机。。船舶舶领域域作为为加速速机组组占有有绝对对主力力地位位。缺点：：单机机功率率较小小，运运行寿寿命较较短，，燃料料种类类要求求较高高。内燃机机优点：：热效效率高高，体体积小小，重重量轻轻，移移动灵灵活，，操作作方便便，启启动快快，负负荷适适应性性强，，没有有附属属设备备。应应用于于交通通运输输、工工业机机械、、农业业机械械等领领域，，或小小型应应急性性发电电装置置的原原动机机。缺点：：一般般为往往复式式机械械，噪噪音较较大，，转速速低，，功率率小，，运行行寿命命较短短，燃燃料种种类要要求高高，不不能用用作电电厂的的原动动机。。五、热热能动动力设设备的的主要要技术术参数数1、锅锅炉（1））蒸发发量t/h（（2））蒸汽汽参数数（（3）给给水温温度（4））锅炉炉效率率2、汽汽轮机机（1））蒸汽汽参数数（（2）排排汽参参数（（3））容量量（4））相对对内效效率表征汽汽轮机机本身身热功功转换换完善善程度度的指指标，，其值值等于于蒸汽汽在汽汽轮机机中的的实际际作功功与蒸蒸汽具具有的的作功功能力力之比比。（5））热经经济指指标绝对内内效率率-----是是衡量量汽轮轮机组组热经经济性性的指指标，，等于于汽轮轮机输输出的的有用用功与与工质质的吸吸热量量之比比，即即相对对内效效率与与循循环热热效率率的的乘乘积。。汽轮机机组的的热耗耗率------每每生产产3.6××106J（1kW.h）机机械能能所消消耗的的热量量（工工质的的吸热热量，，不含含锅炉炉热损损失））汽轮机机装置置的热热经济济性：：还需考考虑锅锅炉效效率，，装置置的热热耗率率为为生产产1kW.h机机械能能所消消耗燃燃料的的热量量3、燃燃气轮轮机（1））容量量（2）转转速（（3））空气气流量量（4）燃燃料（5））温比比：表表示工工质在在燃气气轮机机装置置中被被加热热的程程度。。其值值为循循环最最高滞滞止绝绝对温温度与与压气气机进进气绝绝对温温度之之比。。温比比越高高，热热经济济性越越好，，但对对耐热热材料料与冷冷却技技术的的要求求也越越高。。（6））压比比：表表示工工质被被压缩缩的程程度。。其值值等于于压气气机出出口滞滞止压压力与与进口口滞止止压力力之比比。压压比与与温比比的配配合，，对循循环性性能起起着决决定性性的影影响。。（7））比功功：指指单位位质量量工质质所作作的有有用功功。发发动机机比功功越大大，发发出一一定功功率所所需的的流量量就越越小，，发动动机和和进、、排气气管道道的尺尺寸就就越小小。装装置比比功则则指流流过燃燃气轮轮机单单位质质量空空气所所作的的有用用净功功，也也就是是气耗耗率的的倒数数，近近似等等于透透平比比功与与压气气机比比功之之差。。（8））有用用功系系数装置比比功与与透平平比功功的比比值，，因而而有时时也称称为功功比。。它表表明变变工况况时装装置性性能对对各部部件性性能变变化的的敏感感性。。（9））内效效率内效率率与汽汽轮机机相对对内效效率含含义相相同，，等于于燃气气在透透平中中的实实际作作功与与燃气气具有有的作作功能能力之之比。。（10）装装置热热效率率装置输输出功功与输输入的的燃料料热量量之比比。表表征燃燃气轮轮机装装置热热功转转化的的完善善程度度，是是发动动机热热经济济性的的重要要指标标。热耗率率即为生生产1kW.h机械械能所所消耗耗燃料料的热热量4、内燃机机（1）功率率指示功率-----发动机单单位时间内内所作的指指示功。有效功率-----从发动机机功率输出出轴上所得得到的净功功率。机械效率-----有效功率率与指示功功率之比。。发动机功功率是指发发动动机最大有有效功率。。（2）转速速（3）气气缸直径（（4）活塞塞行程（5）活塞平平均速度（（6）燃料料（7）循循环冲程数数（8）气气缸数（9）平均均有效压力力和升功率率平均有效压压力----发动机机单位气缸缸工作所发发出的有效效功。它是是衡量发动动机动力性性能的一个个重要指标标。对于气气缸总工作作容积一定定的发动机机而言，其其平均有效效压力反映映了发动机机输出扭矩矩的大小。。升功率----标定定工况下发发动机每升升气缸工作作容积所发发出的有效效功率。升升功率与平平均有效压压力和转速速的乘积成