第二章余热锅炉基础知识.ppt

第二章基础知识,1、温度,温度是衡量物体冷热程度的物理量。从分子运动论的观点，温度表示大量分子热运动的强烈程度。在国际单位制中其单位为开尔文（K），在工程制中常以摄氏温度（）表示。两者在温标上刻度的间距相同，只是起点不同，摄氏0为开氏273K。,2、热量,热量是一种具有热传递性的能量，也称热能。,3、温度和热量的关系,物体温度的高低和热的多少并不是一回事，温度只表示物体的冷热程度，而物体吸收或放出热的多少叫做热量。物体吸收热量，它的温度就要升高。物体之间只要有温差存在就能发生热量的传递。通常以卡（cal）作为单位，把1g水的温度升高或降低1时，水所吸收或放出的热量叫做1cal。同样质量的不同物质，当它们升高相同温度时所吸收的热量并不相同，物质的这种性质常用比热容来表明，所谓比热,容就是1个单位质量的某物质，当温度升高1时所吸收的热量。常见物质中水的比热容最大，是4.210J/（kg），换句话说水在升温或降温时所吸收和放出的热量最多（同时水的汽化热也较大），因此生产中广泛采用水作为冷却剂。4、热量传递的几种方式热量总是由高温物体向低温物体传递，直到冷、热物体的温度相同没有温差，放热和吸热均停止。热量由高温物体向低温物体转移的过程称为热量的传递过程。热量传递时一种复杂的过程，为了便于研究，一般将热传递分为热传导、热对流和热辐射三种基本方式。实际生产中的传热问题，不是这三种传热方式的某一种方式为主。在锅炉中，高温的烟道气将热量传给水的过程，就包括气体的辐射与对流、锅炉壁的热传导及水的对流传热。,5、传导,传导又称导热，它是由于物体内部温度较高的分子或自由电子，因震动或碰撞将热能以动能的形式传给相邻温度较低的分子而产生的，其特点是物体内的分子没有宏观的相对位移，各种物质传热的能力并不相同，表示物质的传热能力叫做物质的导热性或导热能力。可以用热导率来表示，假设某物厚度是1m，两壁面温度相差1，那么在1h内这个物质1表面积所能传递的热量千卡值就称为该物质的热导率。,6、对流换热,流体中温度不同的各部分之间，由于流体质点之间产生宏观相对位移而引起的热量传递现象，成为对流换热。在对流传热中，同样有流体质点之间的热传导，但起主导作用的还在于流体质点之间的位置变化。按照对流传热过程的特点又可分为自然对流和强制对流两种。自然对流时，由于冷热质的密度不同引起热交换；而强制对流时，则是在外部作用力下，由于冷热质运动而产生的传热。例如，在一容器内加热油品就是自然对流，如果在加热过程中，还同时搅拌油品，那就变成了强制对流。,7、对流换热系数,对流换热系数表示温差1时，每1面积上单位时间的对流换热量，它表示对流换热过程的强烈程度。程度越强烈，在相同温差、相同面积下，对流换热量就越大。,8、影响对流换热的因素,对流换热是一个复杂的能量交换过程，所以影响对流换热程度强弱的因素很多，主要有以下几个。（1）流体流动状态。由于流体各部分温度不同引起的自由运动称为自然对流；依靠外力推动流体流动的运动称为强制对流。强制对流比自然对流的流体换热系数大；处于紊流状态的流体比处于层流状态的流体换热系数大。,（2）流体有无相变发生。液体汽化或气体凝结时的对流换热系数要比无相时大的多。如水在沸腾过程中，由于气泡不断在壁面产生、扩大、脱离，冷流体不断地冲向壁面，使流体剧烈扰动，换热强度大幅度提高。（3）流体的物理性质。流体种类不同、物性不同，对流换热系数也有较大差别。一般热导率大的流体，其对流换热系数也大；比热容和密度大的流体，其对流换热系数大；流体的黏度大时，其对流换热系数较小。（4）流体相对受热面管子的流动方向。流体横向冲刷管子比纵向冲刷管子时对流换热系数大。（5）受热面的机构特性。受热面管径、节距、排列方式对换热系数都有影响。管径小、节距小、对流换热系数大；管子采用叉排比顺排的对流换热系数大。,9、热辐射,热量以电磁波形式传递的现象，称为热辐射。各种物体，无论是流体还是固体，都可以将热能以电磁波的形式辐射出去，也能吸收其他物体辐射过来的电磁波并将其转变为热能；物体的温度越高，辐射出的能量也就越大。温度相同但物体的性质和表面情况不同时，辐射能力也不相同。辐射传热不需要任何介质做媒介，这是辐射与传导、对流的根本区别。10、物体传热量的决定因素物体传热量的多少是由冷热流体的传热平均温差、传热面积和物体的传热系数三方面的因素决定的。,11、强化传热的途径,所谓的强化传热，就是设法提高传热效率。从传热速率方程式q=KAt中可以看出，提高K、A、t中任一项都可以强化传热，即增大传热面积、提高传热的温度差和提高出传热系数。,12、传热系数,传热系数K表示一种流体通过固体壁面将热量传给一种流体的过程的强弱。由于在传递过程中同时包含有导热、对流换热和热辐射三种基本换热方式，因此它与组成传热过程的导热、对流换热和热辐射换热有直接关系。,13、传热系数大小的决定因素,传热系数的大小取决于冷、热两种流体的物理性质、流体情况以及与流体接触的固体表面形状、大小、流体与固体表面间的相对位置、材料的热导率等。,14、提高传热系数的方法,（1）增加湍流程度，以减小层流内层的厚度，具体的方法有两种：增加流体的流量；改变流动条件。（2）采用热导率大的载体。选用较大的在热体的意义可以从两方面来理解：一是减小层流内层的热阻；二是可以增大流体的传热膜系数。（3）减小垢层热阻。污垢的存在将使K值大大降低，,特别是当换热设备使用时间较长、垢层较厚时，垢层热阻将成为影响传热速率的重要因素。因此，应防止结构和定期进行除垢。（4）在有流体相变的换热中，如蒸汽的冷凝过程中，应采取一些积极的措施，使其成为滴状冷凝或减少凝液膜的厚度。,15、传热温差,传热过程中，热流体和冷流体之间的温度差称为传热温差。温差是产生热流的动力。根据传热方程，在其他条件相同的情况下，传热温差越大，传热量越多。提高传热温差是强化传热过程中的重要措施。传热过程中，热流体温度不断下降，冷流体温度不断升高，温差会不断变化。有时冷、热流体的热容不一致，热流体温度的下降速度与冷流体上升的速,度不一致，传热温差变化会更明显,16、紊流与层流,流体在运动过程中，各质点完全沿着管轴方向直线流动，质点间互不掺混，互不干扰的流动状态称为层流状态，简称层流。若运动着的质点不仅有沿管轴方向的直线运动，还有横向扰动，流线杂乱无章，这种流动状态就称为紊流。在锅炉中水、蒸汽、烟气、空气等流体的流动状态几乎都是紊流，只有黏性较大的重油、润滑油等液体在低速流动中才会出现层状流动。,17、压力管道的水击现象、危害以及如何消除,在压力管道中、由于液体流速的急剧变化，从而造成瞬时压力显著、反复、迅速变化耳朵现象就称为水击，也称为水锤。,水击现象的危害：水击对压力管道的危害很大，水击压力可达管道工作压力的几十倍至数百倍；它还会产生往复波，使管道内出现负压；压力的大幅波动会使管道系统产生强烈震动并发出噪声，甚至导致阀门损坏、接头破裂、管道炸裂等重大事故发生。消除办法：（1）延长阀门的启闭时间；（2）减小压力管道中的流速；管道中的流速减小后，当发生水击时，由水流惯性引起的水击压强就不会很大；（3）缩短管道长度；压力管道越短，从管道进口断面反射回来的减压波到达阀门的时间越短，在相同时间内，减压波的减压作用越大；（4）设置调压室；（5）装置减压阀。,18、物质的三态,自然界存在的物质有三种状态，即固态、液态和气态，着三种状态叫做物质的三态。每一种物质，随着外界条件的变化，它本身的状态也发生变化。比如，水是液体，加热时，它的温度升高，可变为气体，及水蒸气；反过来，比如将水冷却，它的温度下降，又可变为固体冰。,19、气体的状态参数,气体的状态是通过温度、压力、比容、焓、熵等来表示的，这些表明气体状态特征的物理量，称为状态参数。PV=nRT,20、显热,纯物质在不发生相变和化学反应的条件下，发生温度变化时所吸收或放出的热量称为显热,21、潜热,单位重量的纯物质在相变（在没有发生反应的条件下，物质发生了相态的改变，称为相变。如水结成冰或水汽化成水蒸气等都是相变过程。）过程中吸收或放出的热叫潜热。如1kg水在由液态受热变成水蒸气的过程中所吸收的热叫水的汽化潜热，常用单位为kcal/kg。值得注意的是，在相变时温度和压力都是不变的，否则不能称为潜热。因此，在提到潜热数值时，要说明在什么温度下什么压力下，进行何种相变过程。如1kg水,在760mmHg压力、100下汽化，汽化潜热为539.6kcal。相反，在此条件下，水蒸气冷凝释放出来的热，称为冷凝潜热，数值与上相等。混合物的潜热可以实测或计算，其数值的大小除了与组分的性质有关外，还与组分的含量有关，不是一个固定的数值。,22、汽化热与凝结热的关系,在一定的压力和温度下，液体的汽化热与相同压力、温度下的凝结热相等，即在温度、压力相同的情况下1kg饱和蒸汽凝结时放出的热量等于1kg饱和水汽化时所吸收额定热量。,23、影响水蒸气凝结放热的因素,（1）蒸汽流速；（2）蒸汽中含有不凝结气体；（3）冷却表面粗糙度和清洁度；（4）管子排列方式。,24、饱和状态,液体与蒸汽的分子在相互运动过程中，当由液体中跑到蒸汽空间的分子数等于由蒸汽中返回到液体中的分子数而达到平衡时的状态称为饱和状态。处于饱和状态的蒸汽称为饱和蒸汽。在同一压力下，温度高于饱和温度的蒸汽称为过热蒸汽。,25、饱和压力和饱和温度的关系,对于同一种物质，一定的饱和压力总对应一定的饱和温度，反之亦然，它们是一一对应的关系，即饱和压力随饱和温度的升高（降低）而升高（降低）。因为温度越高，分子的平均动能越大，能从水中飞出的分子就越多，因而使气侧分子密度增大。同时因为温度,升高，蒸汽分子的平均动能增加，运行速度增大，蒸汽分子撞击器壁的强度增加，从而使压力增大。,26、过热蒸汽产生的过程,（1）水的等预热过程，即从任意温度的水加热到饱和水，所加的热量叫做液体热或预热热。（2）饱和水的等压汽化过程，即从饱和水加热变成干饱和蒸汽，所加的热量叫做汽化热。（3）干饱和蒸汽的等压加热过程，即从干饱和蒸汽加热到任意温度的过热蒸汽，所加的热量叫过热热。,27、过热度,过热蒸汽的温度与饱和蒸汽温度之差叫做蒸汽的过热度。从某种意义上说，过热度越大，则表示蒸汽所储存的热能越多，对外做功的能力越强。,28、热膨胀,物质在外压不变的情况下，受热体积随温度的升高而增大的现象，称为物体的热膨胀。不同的物质，在温升相同的情况下的膨胀值是不一样的，其中气体最大，液体次之，固体最小。物体温度上升1所引起的体积增大值与其0时体积之比值，称为线胀系数。,29、气体的热膨胀与其他物质的热膨胀,不同物态的物质，其膨胀程度不同，即使物态相同，不同物质的热膨胀程度也不同。但气体都是受热膨胀，受冷收缩。而且一般的膨胀程度总是一样的，即在外压不变的情况下，总是温度升高1，体积增大0时1/273。,30、水的热膨胀与其他物质的热膨胀,水在4以上和0以下时，其热膨胀特性和其他大多数物质一样，受热膨胀，受冷收缩。而水在04时，却是受热收缩，受冷膨胀，即4的水要比3时的体积小，3时又比2时的体积小。0的水结成0的冰，体积要增大1/9。所以在冬季时，对于密闭储水容器和管道，要注意防冻。特别是盲板和停用的设备、管线必须放净水并做好防水漏入的隔离措施。,31、露点,将气体混合物在压力不变的条件下降温冷却，当冷却到某一温度时，产生的第一个微小的液滴，此温度叫做该混合物在指定压力下的露点温度，简称露点。处于露点温度下的气体称为饱和气体。,32、余热资源,（1）可燃性余能：可作为燃料利用的可燃物，包括排放的可燃废气、废液、废料等。例如，放散的高炉气、焦炉气、油田伴生气、矿业瓦斯、纸浆黑液、甘蔗渣、木屑、可燃垃圾等。（2）载热性余能：包括排气、产品、物料、废物、工质所带走的高温热以及化学反应热等。例如，锅炉和窑炉的烟道气，燃气轮机和内燃机的排气、焦炭、钢件、水泥、砖瓦、炉渣的高温热、冷凝水、冷却水、放散热风等带走的热以及排放的废气热等。（3）有压性余能：指排气、排水等有压流体的能量。例如，水电站坝顶溢流，高炉炉顶有压排气，压力较高的蒸汽，管道中的高压水流等。,33、常见工艺流程的余热烟气,常见工艺流程的余热烟气有洁净的烟气、含尘烟气、黏结性烟气、腐蚀性烟气、高压烟气、需要急冷的烟气、高露点烟气、含有特细粉尘的烟气、参数不稳定的烟气等，这些烟气的单一和综合特性是选择余热锅炉的依据。,34、工质及其基本特性,完成由热能转变为机械能的热力循环中的工作物质叫工质为了使热机不断地的做功，就要求工质连续不断地流过热机，所以要求工质有良好的膨胀性为佳。所以目前都采用气体做工质。,35、火力发电厂采用的工质及其优点,目前火力发电厂主要采用水蒸气为工质。因为水蒸气不但具有良好的流动性和膨胀性，而且兼有价廉、易得、不易腐蚀、无毒等优点。,36、水蒸气的特性,水蒸气是火电厂中主要的工作介质，简称工质。具有以下特性。（1）水的冰点在标准大气压力下，水在0（273K）开始结冰，即0是水的冰点。冰点随着压力的升高而降低。（2）水的沸点在标准大气压力下，对水做定压加热（定压就是使其压力不变），当温度升高到100,水开始沸腾，把100叫做水的沸点。水的沸点就是随压力的升高而升高。（3）饱和状态水在容器中蒸发时，水和蒸汽的分子仍然是在不停地运动，即一部分水蒸发跑出液面变为水蒸气，同时一部分水蒸气液化为水返回液面，从液态跑出的分子数等于返回液体的分子数，水和水蒸气分子在运动中达到的这种暂时相对的平衡叫动态平衡。处于动态平衡的汽、水共存的状态叫饱和状态。处于饱和状态的液体（水）称饱和液，其蒸汽称为饱和汽。在饱和状态时，液体（水）和蒸汽的温度相同，这时的温度称为饱和温度；液体和蒸汽的压力也相同，称为饱和压力.,(4)湿饱和蒸汽含有水分的饱和蒸汽称为湿饱和蒸汽，它的干度小于1.（5）干饱和蒸汽当饱和蒸汽的水全部变为水蒸气时，这种不含有水分的蒸汽称为干饱和蒸汽，它的干度等于1.（6）过热蒸汽在一定压力下的蒸汽，其温度高于该压力下的饱和温度时，此蒸汽为过热蒸汽。干饱和蒸汽在定压下继续加热，此时温度将开始上升，就得到过热蒸汽。（7）干度1kg湿蒸汽中，含有干蒸汽的质量分数称为干度，以符,号X表示。X=干蒸汽质量/湿蒸汽质量干度是湿蒸汽的一个状态参数，它表示湿蒸汽的干燥程度，X值越大则蒸汽越干燥。例如，干饱和蒸汽X=1，饱和水的干度X=0。（8）湿度1kg湿蒸汽中含有饱和水的质量分数，称为湿度（1-X）。如蒸汽的干度为90%，则表示每千克水蒸气中干饱和蒸汽为0.9kg。汽轮机末级蒸汽干度不能低于0.87,0.9，以免损坏汽轮机的叶片。（9）过热度过热蒸汽的温度与该蒸汽的压力下的饱和温度之差称为过热度，以符号D表示。过热蒸汽的过热度越高，含热量就越大，因而做功的能力就越大。（10）汽化潜热将1kg处于沸腾温度下的水全部变为干饱和蒸汽所需要的热量叫做汽化潜热，用r表示，单位是kJ/kg。水的汽化潜热是随压力的身高而减少的，即在低压