热能PPT (中南大学)

1、课题课题 与热能（化石燃料）利用相关的环境问题与热能（化石燃料）利用相关的环境问题黄思明、王莹黄思明、王莹 热能(thermal energy)热能利用中的化石燃料热能利用中的化石燃料 化石燃料，亦称矿石燃料，是一种碳氢化合物或其衍生物，其包括的天然资源为煤炭、石油和天然气等，他们都是由古生物演化而来的。 石油是一种全球使用量最高的化石燃料，耗尽的时间较其他的较慢。此外，石油使用量高也因为它是石化产品的原材料, 用途广泛。化石燃料的利用化石燃料的利用化石燃料的运用能大规模替代人力和发展工业化石燃料的运用能大规模替代人力和发展工业, 旧时发电主用蒸汽作为动力推动涡轮机，现在旧时发电主用蒸汽作为动

2、力推动涡轮机，现在很多发电站都会直接使用燃气涡轮引擎很多发电站都会直接使用燃气涡轮引擎虽然伴随着人类的进化，化石燃料的利用最早的虽然伴随着人类的进化，化石燃料的利用最早的燃烧取暖已经发展到了今天包括取暖在内的综合燃烧取暖已经发展到了今天包括取暖在内的综合利用利用但随着化石燃料的消耗，各种环境问题也逐渐凸但随着化石燃料的消耗，各种环境问题也逐渐凸显出来。显出来。（须知道，当今科技条件下，利用最多的能源是燃料的化学能） 在工程运用中都遵循 热力学第一定律的能量方程式 Q = U + W 用于任何过程的能量传递和转化动力机动力机 工质经汽轮机、燃气轮机等动力机时，压力降低对机器作功；气体进出口动能差

3、很小可忽略；对外界略有散热损失，q是负的也可忽略；位能差不记。故1kg工质对机器作功为 i = h1 - h2 = t抽气背压式汽轮机化石燃料燃烧化石燃料燃烧环境的污染环境的污染 一是开采：煤炭开采过程破坏环境最为典型，包括对土地的损一是开采：煤炭开采过程破坏环境最为典型，包括对土地的损害、对村庄的损害和对水资源的影响。平均煤开采害、对村庄的损害和对水资源的影响。平均煤开采1吨原煤需吨原煤需排放排放2吨污水，有些地区，水源和江河严重污染甚至造成居民吨污水，有些地区，水源和江河严重污染甚至造成居民用水短缺。用水短缺。 二是热污染：火电站发电所剩二是热污染：火电站发电所剩“余热余热”被排放到河水中

4、使局部被排放到河水中使局部区域的水温升高，严重时会导致环境和生态平衡失调。区域的水温升高，严重时会导致环境和生态平衡失调。三是大气污染：化石燃料中一般含有大量的硫，燃烧释放二氧三是大气污染：化石燃料中一般含有大量的硫，燃烧释放二氧化硫；不完全燃烧时还会向大气排放大量一氧化碳；煤炭燃烧化硫；不完全燃烧时还会向大气排放大量一氧化碳；煤炭燃烧时向大气排放大量粉尘。时向大气排放大量粉尘。 四是全球气候变化：燃料中碳转变为二氧化碳，使大气中二氧四是全球气候变化：燃料中碳转变为二氧化碳，使大气中二氧化碳浓度增大导致温室效应。化碳浓度增大导致温室效应。典型环境问题典型环境问题 大气污染大气污染 酸雨问题酸雨

5、问题 温室效应温室效应请在此添加段落内容请在此添加段落内容大气污染与日俱增化石燃料中的煤和石油燃烧过程中排放的大量有害物质，如烧煤可排出烟尘和二氧化硫；烧石油可排出二氧化硫和一氧化碳等。温室效应温室效应 人类不断地燃烧化石燃料而排放二氧化碳，这是温室气体的主来源之一，化石能源的使用过程中会新增大量温室气体，是加快全球变暖的罪魁祸首。酸雨问题酸雨问题 化石燃料燃烧（如燃烧煤、天然气、重油等）产生的二氧化硫以及氮氧化物等排放到大气中，然后与大气中的水蒸汽结合生成酸，这些酸溶在雨水中从而形成酸雨。亟待解决的问题HOW TO DO IT ? 改善化石燃料的利用方式提升利用率改善化石燃料的利用方式提升利

6、用率 积极开发并使用低污染新型能源积极开发并使用低污染新型能源实用热力机实用热力机 必须能连续不断作功，即完成循环，如热动力设备中工质往往膨胀前加热，压缩前放热。 若忽略过程功中的热耗散，提高循环（正向、逆向）效率，即t， 如正向循环热效率 t= 1. 空气和燃料适配，提高燃烧率。提高燃烧率。 2. 优化热力系统设计，提高传热能力和减少转化过程的损耗，优化热力系统设计，提高传热能力和减少转化过程的损耗， 比如锅炉机器中通过减少过热器换热面积来降低其总吸热量比如锅炉机器中通过减少过热器换热面积来降低其总吸热量,从而可避从而可避 免过热器超温，当然同时也要并考虑其安全可靠性，免过热器超温，当然同时

7、也要并考虑其安全可靠性， 经济性和排放量。经济性和排放量。 3. 结合热能结合热能-机械能转化规律和实践情况，运用数学模型抽象出问题本质，机械能转化规律和实践情况，运用数学模型抽象出问题本质， 改良热学理论和工程系统。改良热学理论和工程系统。 1wqnet开发新型能源其有利之处开发新型能源其有利之处新型能源污染低，不会对环境造成严重的污染新型能源污染低，不会对环境造成严重的污染从燃料资源上而言，地球上有望供应足够能源从燃料资源上而言，地球上有望供应足够能源相对而言运输较为方便，成本也比较低相对而言运输较为方便，成本也比较低新型能源的弊端新型能源的弊端231而且不仅是太阳能，其他诸如风能，潮汐能

8、等均具而且不仅是太阳能，其他诸如风能，潮汐能等均具有很强的不稳定性，易受到其他因素影响。有很强的不稳定性，易受到其他因素影响。太阳能能作为最廉价的太阳能能作为最廉价的新型能源，其分散性太新型能源，其分散性太强，虽然总量大，但能强，虽然总量大，但能流密度过低，难以充分流密度过低，难以充分利用。利用。作为一种较为广泛利用的新型能源作为一种较为广泛利用的新型能源-核能，也具有核能，也具有很多不稳定性。其效率低且成本高，同时需要严格很多不稳定性。其效率低且成本高，同时需要严格控制，若失控或核废料未合理处置会造成重大事故。控制，若失控或核废料未合理处置会造成重大事故。 作为人类生存和发展的重要物质基础，煤炭、石油、天然气等化石能源支撑了19世纪到20世纪近200年来人类文明的进步和经济社会发展。然而，化石能源的不可再生性和人类对其的巨大消耗，使化石能源正在逐渐走向枯竭。 据美国地质局估计，全世界最终可采石油储量为3万亿桶。由此推算，世界石油产量的顶峰将在2030年出现。由于剩余储量开采难度增大，石油产量会快速下降。世界煤炭总可采储量大约为8475亿吨。长期来看，尽管世界煤炭可采储量相对稳定，但还是出现了下降的趋势。按当前的消费水平，最多也只能维持200年左右的时间。世界天然气储量大约为177万亿立方米。如果年开采量维持在2.3万亿立方米，则