热工测量全册配套完整课件

热工测量全册配套完整课件汽轮机与内燃机

下节讨论题目A6-汽轮机调节系统故障分析与检修B6-整体煤气化联合循环发电系统的发展展望电能及其产生

电能是最清洁、最方便的能源直接转换产生电能太阳能电池燃料电池间接转换产生电能原动机发电机第五章汽轮机汽轮机汽轮机又名蒸汽透平，是将蒸汽的热能转换成机械能的一种旋转式原动机。汽轮机的分类国产汽轮机类型的代号

转子结构，叶片及轴承，叶轮。返回汽轮机是利用蒸汽的热能作功的旋转式原动机。二、汽轮机装置在电厂中的地位

（TheStatusofSteamTurbineinPowerPlant)

锅炉汽轮机发电机

蒸汽化学能(燃料)热能机械能电能PowerPlant汽轮机的基本工作原理是应用喷管使蒸汽压力能转变为速度能，形成高速汽流而推动叶片运动，并且分为冲动式和反动式两大类型。世界汽轮发电机的发展1.产品种类和单机容量2.冷却介质和冷却方式3.材料和绝缘技术4.定、转子冷却结构5.总体布置结构6.试验、检验和监测技术的进步7.设计方法和设计手段1.产品种类常规火电双轴和单轴燃气轮机及联合循环电站发电机蒸汽轮机余热锅炉燃气轮机核能发电技术汽轮机发展概述

(SummaryofSteamTurbine)1.1883年，Laval（瑞典）研制出第一台轴流式汽轮机2.70年代后，进入百万级

近几十年汽轮机发展的主要特点是：（1）增大单机功率①单位功率投资成本低。如前苏联800MW机组的单位功率成本比500MW机组的低17％，而1200MW机组的单位功率成本又比800MW机组的低15％～20％。

②单机功率越大，机组的热经济性越好。如法国的600MW机组的热耗率比125MW机组的热耗率降低了276．3kJ／(kW·h)，即每年可节约标准煤4万t。

③加快电站建设速度，降低电站建设投资和运行费用。

（2）提高蒸汽参数。增大单机功率后适宜采用较高的蒸汽参数。（3）普遍采用一次中间再热。采用中间再热后可降低低压缸未级排汽湿度，减轻末级叶片水蚀程度，为提高蒸汽初压创造了条件，从而可提高机组内效率、热效率和运行可靠性。（4）采用燃气一蒸汽联合循环，以提高电厂效率。（5）提高机组的运行水平。3.汽轮机主要制造业：GECo.（GeneralElectricCorporation)美国通用电气公司（冲动式）WHCo.(WestingHouseElectricCorporation)西屋（反动式）BBC(BrownBoveriCo.)瑞士（反动式）AA(Alsthon-AtlantagueCo.)法国（冲动式、反动式）其他（苏联、日本等）我国三大动力设备厂：哈汽、上汽、东汽工业汽轮机：杭州燃气轮机：南京汽轮机转子结构四、汽轮机的分类和型号（CategoryandType

冲动式反动式工作原理热力特性凝汽式背压式调节抽汽式抽汽背压式中间再热式混压式汽流方向轴流式辅流式汽轮机的分类按工作原理按热力特性按汽流方向按用途按进汽参数按功率按工作原理分：冲动式汽轮机由冲动级组成，蒸汽主要在喷嘴中膨胀，在动叶栅中只有少数膨胀。反动式汽轮机由反动级组成，蒸汽在喷嘴和动叶中膨胀程度相同。由于反动级不能做成部分进汽，故调节机采用单列冲动机或复速级。蒸汽流过汽轮机时发生的热能转变为机械能的过程可以分为两个阶段：在汽轮机中喷管和叶片是重要的部件，喷管4固定在静止的汽缸体（外壳）。叶片、叶轮和轴组成一体，称为转子，两端有轴承支持。具有一定压力和温度的蒸汽进入喷管，在喷管内膨胀而作加速运动，成为动能很大的汽流射入叶片与叶片之间形成的通道。高速汽流顺着叶片的弯曲形状流动，逐渐改变流动方向，流速逐渐降低，而产生冲动力作用于叶片。于是，叶片被推动，转子随之旋转。第一阶段为蒸汽在喷管中膨胀（压力降低），热能转变为汽流的动能；第二阶段为蒸汽在“叶片通道中流动时将动能传给叶片（压力不变），成为转子的旋转动能，并通过轴带动工作机器转动。5-3图上部还附上了蒸汽压力和流速在此过程中的变化状况。喷管和叶片的组合称为汽轮机的级。喷管的通道和叶片构成的通道称为汽轮机的通汽部分。蒸汽只在喷管中膨胀，依靠高速汽流的冲击力推动叶片运动的作用原理，称为冲动式汽轮机原理。反动式汽轮机原理蒸汽不只在喷管中膨胀，在叶片通道中也膨胀。于是，叶片在受到汽流冲击力作用的同时，还受到汽流在叶片通道中作加速运动时的反作用力作用。这种蒸汽在叶片通道中也膨胀的作用机理称为反动式汽轮机原理。

汽轮机的级数很多，每一级的静叶片（即喷管）和每一列动叶片组成。蒸汽依次流过这些串联的级，在每一级的静叶片和动叶片通道中都发生膨胀而作功。按热力特性分：凝汽式汽轮机排汽在高度真空状态下进入凝汽器凝结成水，有些小汽轮机没有回热系统，成为纯凝汽式汽轮机。背压式汽轮机排汽直接用于供热，没有凝汽器。当排汽作为其他中低压汽轮机的工作蒸汽时，称为前制式汽轮机。调节抽汽式汽轮机从汽轮机某级后抽出一定压力的部分蒸汽对外供热，其余排汽仍进入凝汽器。由于热用户对供热压力有一定的要求，需要对抽汽压力进行自动调节，故称为调节抽汽。根据用户需要，有一次调节抽汽和两次调节抽汽。抽汽背压式汽轮机具有调节抽汽的背压式汽轮机。中间再热式汽轮机进入汽轮机的蒸汽膨胀到某一压力后，被全被抽出送往锅炉的再热器进性再热，再返回汽轮机继续膨胀做功。混压式汽轮机利用其他来源的蒸汽引入汽轮机相应的中间级，与原来的蒸汽一起工作同常用于工业生产的流程中，作为蒸汽热能的综合利用。按汽流方向分：轴流式汽轮机组成汽轮机的各级叶栅沿轴向依次排列，汽流方向的总趋势是轴向的，绝大多数汽轮机都是轴流式汽轮机。辐流式汽轮机组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向依次排列，汽流方向的总趋势试验半径方向的。汽轮机的分类和型号

（CategoryandTypeofSteamTurbine)

功率用途凝汽式供暖电站工业船用超临界进汽参数低压中压高压亚临界超高压大功率小功率按用途分：电站汽轮机用于拖动发电机，汽轮发电机组需按供电频率定转速运行，故也称为定转速汽轮机，主要采用凝汽式汽轮机。也采用同时供热的供电的汽轮机，通常称为热电汽轮机或供热式汽轮机。工业汽轮机用于拖动风机，水泵等转动机械，其运行速度经常是变化的，也称为变转速汽轮机。凝汽式供暖汽轮机在中低压缸连通管上加装蝶阀来调节供暖抽汽量，抽汽压力不像调节抽汽式汽轮机那样维持规定的数值，而是随流量大小基本上按直线规律变化。按进汽参数分：低压汽轮机新蒸汽压力小于1。5MPa中压汽轮机新蒸汽压力为2—4MPa高压汽轮机新蒸汽压力为6—10MPa超高压汽轮机新蒸汽压力为12—14MPa亚临界汽轮机新蒸汽压力为16—18MPa超临界汽轮机新蒸汽压力大于22.2MPa按功率分：大功率汽轮机小功率汽轮机各种参数汽轮机的压力范围低压：新蒸汽压力小于1.5MPa；中压：新蒸汽压力为2~4MPa；高压：新蒸汽压力为6~10MPa；超高压：新蒸汽压力为12~14MPa；亚临界：新蒸汽压力为16~18MPa；超临界新蒸汽压力超过22.15MPa；超超临界新蒸汽压力超过32MPa汽轮机的型号表示如下：汽轮机类型额定功率（MW)蒸汽参数变型设计次序注意：蒸汽参数表示法和汽轮机类型有关国产汽轮机类型的代号汽轮机型号中参数的表示方法三．汽轮机的构造与设备汽轮机是高转速原动机。它的本体由转动部件（包括叶轮、轴等）和静止部件（包括汽缸、隔板、轴承等）两大部分组成。其中的一些零部件在运行中既要承受蒸汽压力的力负荷，还要承受蒸汽的热负荷。了解各部件和辅助设备的相互关系，对于汽轮机装置安全经济地运行是很重要的。电厂汽轮机1．叶片叶片是汽轮机的重要零件。这不仅因为它的加工质量直接影响汽轮机的效率，而且数量多，通常它的制造加工量可占整台汽轮机加工量的20-30%，运行中损坏事故可战汽轮机事故的40%。要求叶片有良好的线型，满足强度上的要求，并且结构合理，有良好的工艺性。汽轮机叶片汽轮机叶片2．喷管和隔板汽轮机的喷管可以由铸造或铣制而成。冲动式汽轮机中间各级的喷管固定在隔板上。汽轮机安全运行中，隔板的变形是必须要考虑的重要问题。3．转子、轴承冲动式汽轮机的转子由轴及固定在轴上的叶轮组成。反动式汽轮机的转子为圆筒状的转鼓。调节级的叶轮通常是套装在轴上。

转子是传递力矩的部件，其在高速旋转时会承受很大的应力。汽轮机转轴4．叶轮承受三种应力：旋转时产生的离心力；温度不均匀引起的温差应力；过盈装配引起的轴孔表面上的应力。在运行中由于应力和温度的升高，都会引起叶轮在半径方向的变形。在运行中，叶轮两侧也会存在压力差，并还可能因部分进汽、喷管出口汽流的吸汽作用、轴的振动、叶片的振动、以及温度不均匀等原因而产生振动。

为了保证汽轮机运行安全，除应保证叶轮有足够的强度外，还应考虑它的自振频率，避免在运行中发生共振现象，引起叶轮和隔板摩擦、碰撞甚至叶轮损坏。5．轴各级叶轮分布在轴上，轴端输出功率。对于全面进汽的级，轴受到该级的力偶作用。对于部分进汽的级，则轴除了受到该级的力矩作用使轴产生扭矩之外，还有力作用于轴上产生弯矩；另外它还会受到本身和叶轮等重力作用而引起弯矩。为此，轴材料要选择韧性较好的中碳钢或中碳合金钢煅烧。轴还应按最大剪应力强度作理论校正。汽轮机叶轮6．轴承汽轮机有支持和止推两种轴承。支持轴承用以支承汽轮机转子；止推轴承用以承受转子上的轴向推力，并固定转子的轴向位置。有时其构造上连成一体，形成联合式的支持-止推轴承。

联合式的支持-止推轴承能有效地解决负荷的均匀分配问题，其结构紧凑、安全运行的可靠性提高。7．汽缸、轴封通常，汽缸尺寸随汽流方向逐渐增大，缸体包括形状不同的进汽室、抽汽室和排汽室，是结构复杂的大铸件。运行中，汽缸承受蒸汽压力和温度的作用。汽轮机在启动和停机以及负荷改变时，汽缸各部分尺寸因温度变化而变化。其热变形的大小决定于汽轮机的构造和蒸汽参数。汽轮机安装外轴封以限制向外漏气及防止空气漏入排汽室；而内轴封通常用于限制内漏汽。常用轴封结构有：水封及炭精环轴封。四．凝汽设备

1．凝汽设备的功用和基本要求凝汽设备的功用是使汽轮机能在接近于环境温度下排汽放热，使汽轮机装置获得尽可能高的循环热效率。凝汽设备的另一功用是将汽轮机的排汽凝结下来，用此凝结水作为锅炉的给水，以满足锅炉对给水的应有品质。凝汽设备主要由凝汽器、冷却水泵、凝结水泵、抽汽器以及连接这些部件的管道和附件组成（见汽轮机装置图）。由于凝汽器内高度真空，外界空气会通过不严密处（如法兰连接处、焊缝等）漏入。为了避免不凝结气体在凝汽器中逐渐积累而使凝汽器压力升高，应采用抽气器将空气不断地排出。凝汽设备一般应满足以下要求：（1）凝汽器应具有高的传热性能，可使汽轮机的排气压力能稳定地维持或尽可能接近于环境温度相对应的饱和压力。（2）送往锅炉的凝结水，温度应尽可能不低于与排汽压力对应的饱和温度。凝结水温度通常低于排汽压力的饱和温度，其温度差，也称为过冷度。凝汽器各部分凝结水的平均过冷却度可达2~3℃，现代汽轮机装置要求凝结水的过冷度不超过0.5~1℃.（3）蒸汽和凝汽器冷却管之间的流动阻力要小，以降低排汽口的压力和减少凝结水的过冷度。（4）抽气设备的能量消耗要小，与空气一起被抽汽设备排出的蒸汽损失要小，一般希望被排出的气体混合物中，蒸汽的质量比例不大于2/3。（5）冷却水在凝汽器中的流动阻力要小，以降低循环水泵的能量消耗。（6）凝汽器的总体结构及布置方式应便于制造、安装及维修。2．凝汽设备的类型

凝汽设备按冷却介质种类分为水冷却和空气冷却两种基本类型。凝汽器是使蒸汽凝结放热的换热器，大多采用水冷却，并有混合式与表面式两种基本结构。在极端缺水或水价很高的地区建立电站或列车电站，可以采用空气凝汽器，以空气作为凝汽器的基本冷却介质，而不消耗水。混合式凝汽器简图第二节汽轮机的运行和特性从汽轮机内部的工作过程及各部件的结构与所处的工作条件可以看出，汽轮机在启动和停机的过程中，温度、压力和转速等状况发生很大的变化。

例如：启动前，汽轮机各部分温度均匀一致，与室温相同，一旦通入蒸汽，各部件被蒸汽加热而温度升高。汽轮机本体是由许多形状复杂的部件组成。温度变化时，各部件的温度变化以及热变形的速度并不一致。其中如叶片与叶轮的温度比轴升高得快，容易引起叶轮松动。转子在轴向的热膨胀伸长比汽缸快，容易引起叶轮与隔板和轴封片之间的摩擦；汽缸分界面法兰的温度变化也比汽缸的其余部分缓慢，会引起巨大的热应力。因此，在汽轮机的启动操作上应很好控制加热的速度。

停机是汽轮机受冷却的过程。从减负荷开始，然后减速直到停转，操作速度都应适当。而且，转子停转后，仍应继续控制汽轮机的冷却情况。在启动和停机的过程中，汽轮机由静止达到高转速或由高转速到静止，任何时候都应保证一定压力和温度要求的润滑油源源不断供应，以保证轴承有良好的润滑和冷却条件。汽轮机的启动、停机和正常运行的操作应当确保安全，同时力求减少蒸汽消耗和能量消耗，提高运行的经济性。而这些都和操作速度有关。

汽轮机的启动、停机过程都是不稳定导热的过程。从汽轮机的转子来说，由冷状态启动时，转子外表面首先被加热而温度升高，中心孔表面温度升高滞后。转子外表面的热膨胀受到温度较低部分的约束，在切向和轴向都产生压缩热应力，而中心孔内表面承受拉伸时，它们相应的热应力值也达到最大。当启动过程完成后，它们的温度趋于均匀，热应力也随之减小。如果维持安全稳定运行的情况，切向和轴向热应力都消失；而停机过程，随着蒸汽温度降低，转子外表面首先被冷却，而中心孔内表面的冷却稍滞后些，致使外表面温度低于中心孔内表面温度，与启动时刚好相反，转子外表面承受拉伸热应力，中心孔内表面承受压缩热应力。

由上述可见，汽轮机由冷状态启动至停机的运行过程，转子外表面的热应力由压缩变为拉伸，中心孔内表面的热应力由拉伸变为压缩，刚好完成一次热应力交变的循环。汽缸也有同样的热应力变化。启动时，汽缸内壁温度高于外壁，内壁在切向和轴向承受压缩热应力，外壁承受拉伸热应力。停机过程中，汽缸内壁承受拉伸热应力，外壁承受压缩热应力。完成从启动到停机的一次运行过程后，汽缸也经历一次热应力较变的循环。此外，运行中负荷升高与降低一次、进汽温度波动一次等，都同样会汽缸和转子等零部件经历一次热应力交变循环。这种热应力交变循环的周期虽然可能很长，但是，启停频繁，负荷、压力和温度等变动次数多，则由此而引起的疲劳应力也要对汽轮机零部件的寿命产生明显的影响。一．汽轮机特性汽轮机组的功率与蒸汽消耗量之间的关系称为汽轮机的汽耗特性，表示这种关系的图线称为工况图。汽轮机按一定的运行条件设计，这些运行条件称为汽轮机的规范，包括额定功率（或称铭牌功率）、进汽压力、进汽温度、排汽压力和转速等。内燃机绪论

内燃机的发展，至今已有一百多年的历史。经过不断改进和提高，现已发展到比较完善的程度。由于它的热效率高、适应性好、功率范围广，已广泛应用于工业、农业、交通运输业和国防建设事业。因此对于它的发展历程、用途以及一些基本知识做个简要的介绍！

内燃机发展历史

活塞式内燃机自19世纪60年代问世以来，经过不断改进和发展，已是比较完善的机械。它热效率高、功率和转速范围宽、配套方便、机动性好，所以获得了广泛的应用。全世界各种类型的汽车、拖拉机、农业机械、工程机械、小型移动电站和战车等都以内燃机为动力。海上商船、内河船舶和常规舰艇，以及某些小型飞机也都由内燃机来推进。世界上内燃机的保有量在动力机械中居首位，它在人类活动中占有非常重要的地位。

内燃机在经济建设中的作用

广义而言，内燃机是指燃料直接在机器内部燃烧的发动机，包括往复活塞式柴油机、汽油机、燃气轮机和喷气式发动机等。燃料在机器外部燃烧的发动机称外燃机，包括蒸汽机、蒸汽轮机以及核动力装置等。蒸汽轮机和核动力装置主要用于大型远洋船舶和大型军用舰艇上。在航空动力方面，燃气轮机和喷气式发动机几乎是唯一的动力装置。但是，燃气轮机在水、陆方面的应用尚未获得大量推广。它的热效率低，燃料消耗率高，特别是在部分负荷时更明显。虽在大功率时已有明显改善，在中、小功率时尚不能与柴油机相比．汽油机由于具有升功率高、噪音低、振动小以及对负荷变化的反应迅速等优点，在小客车上的应用占压倒优势。目前世界上的小客车数量很大，所以汽油机的产量也很高。汽油机也用于中、小型载重汽车、摩托艇、小型农业、林业机械中。但是，由于汽油机所用燃料的价格和燃料的消耗率比柴油机高，因此，在其它经济领域，就不能与柴油机相竞争。在内河船舶和工程机械力面，柴油机几乎是唯一的原动机。在铁路机车方面，蒸汽机车在国外已被淘汰，在我国已停止生产正逐步被柴油机车和电力机车所代代替，而且机车用柴油机的功率不断增长。目的，单机功率一般已达3000kW左右，最高的可达4600kW。在远洋海轮方面，柴油机也是主要动力。据1984年统计，全世界当年生产的大型船舶有1007艘，其中99％是用柴油机驱动的。在25万吨以下的船舶中，柴油机是目前最经济的动力装置，其数量更是占压倒多数。

第二节内燃机的发展简史活塞式内燃机起源于用火药爆炸获取动力，但因火药燃烧难以控制而未获成功.1794年，英国人斯特里特提出从燃料的燃烧中获取动力，并且第一次提出了燃料与空气混合的概念。1833年，英国人赖特提出了直接利用燃烧压力推动活塞作功的设计。

1824年，卡诺(SadiCarnot)曾发表了热力发动机的经典理论——卡诺原理。过了半个世纪以后，即1876年，德国人奥托(NicolausAuguestOtto)才发明了四冲程煤气机。当时该机压缩比约为2.5，其热效率为10～12%，此后的十八年间垄断了市场，承袭了当时处于全盛时期的蒸汽机的宝座。1883年，法国任达木烈尔(G·Daimler)制成了用热管点火的立式汽油机，在当时内燃机的最高转速也只不过200r/min，而他制作的汽油机竟达到1000r/min，1887年该机装在汽车上使用。与此同时，法国人奔驰(K·Benz)也开始研究高速内燃机。1890年左右，他应用了电火花点火法，使汽油机达到了与现今车用汽油机几乎相同的型式，高速机获得了迅速地发展。现在汽油机的转速为4000～5000r/min是很平常的，最高的已达到12000r/min。

在1897年,法国人鲁道夫·狄赛尔(Rudorf·Diesel)最早制成了柴油机。该机在转速为172r/min时,发出14.7kW，其热效率达26.2％，这在当时已是最高的热效率了。从此以后，柴油机得到迅速发展。

1898年，柴油机首先用于固定式发电机组，1903年用作商船动力，1904年装于舰艇，1913年第一台以柴油机为动力的内燃机车制成，1920年左右开始用于汽车和农业机械。早在往复活塞式内燃机诞生以前，人们就曾致力于创造旋转活塞式的内燃机，但均未获成功。直到1954年，联邦德国工程师汪克尔解决了密封问题后，才于1957年研制出旋转活塞式发动机，被称为汪克尔发动机。它具有近似三角形的旋转活塞，在特定型面的气缸内作旋转运动，按奥托循环工作。这种发动机功率高、体积小、振动小、运转平稳、结构简单、维修方便，但由于它燃料经济性较差、低速扭矩低、排气性能不理想，所以还只是在个别型号的轿车上得到采用。

内燃机未来的发展将着重于改进燃烧过程，提高机械效率，减少散热损失，降低燃料消耗率；开发和利用非石油制品燃料、扩大燃料资源；减少排气中有害成分，降低噪声和振动，减轻对环境的污染；采用高增压技术，进一步强化内燃机，提高单机功率；研制复合式发动机、绝热式涡轮复合式发动机等；采用微处理机控制内燃机，使之在最佳工况下运转；加强结构强度的研究，以提高工作可靠性和寿命，不断创制新型内燃机。

内燃机教学网/汽车发动机工作原理

/jpkc/diesel_/E_ReadNews.asp?NewsID=310精品课程柴油机的基本知识mhtml:80/dlclass/dianzikejian/1.mht!1.files/frame.htm第四节柴油机在船舶上的布置

一.低速大型柴油机的布置

低速大型柴油机作为船用主机是和推进轴系直接连接而带动螺旋桨的，如下图所示。柴油机发出的功率通过中间轴和螺旋桨轴传给螺旋桨，使螺旋桨旋转产生推力通过推力轴承使船舶前进或后退。它的布置比较简单，一般每艘船上只装一台主机。

/jpkc/diesel_/E_ReadNews.asp?NewsID=304船舶柴油机运行动画内燃机的组成往复活塞式内燃机的组成部分主要有曲柄连杆机构、机体和气缸盖、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动装置等。

气缸是一个圆筒形金属机件。密封的气缸是实现工作循环、产生动力的源地。各个装有气缸套的气缸安装在机体里，它的顶端用气缸盖封闭着。活塞可在气缸套内往复运动，并从气缸下部封闭气缸，从而形成容积作规律变化的密封空间。燃料在此空间内燃烧，产生的燃气动力推动活塞运动。活塞的往复运动经过连杆推动曲轴作旋转运动，曲轴再从飞轮端将动力输出。由活塞组、连杆组、曲轴和飞轮组成的曲柄连杆机构是内燃机传递动力的主要部分。

活塞组由活塞、活塞环、活塞销等组成。活塞呈圆柱形，上面装有活塞环，借以在活塞往复运动时密闭气缸。上面的几道活塞环称为气环，用来封闭气缸，防止气缸内的气体漏泄，下面的环称为油环，用来将气缸壁上的多余的润滑油刮下，防止润滑油窜入气缸。活塞销呈圆筒形，它穿入活塞上的销孔和连杆小头中，将活塞和连杆联接起来。连杆大头端分成两半，由连杆螺钉联接起来，它与曲轴的曲柄销相连。连杆工作时，连杆小头端随活塞作往复运动，连杆大头端随曲柄销绕曲轴轴线作旋转运动，连杆大小头间的杆身作复杂的摇摆运动。

曲轴的作用是将活塞的往复运动转换为旋转运动，并将膨胀行程所作的功，通过安装在曲轴后端上的飞轮传递出去。飞轮能储存能量，使活塞的其他行程能正常工作，并使曲轴旋转均匀。为了平衡惯性力和减轻内燃机的振动，在曲轴的曲柄上还适当装置平衡质量。

气缸盖中有进气道和排气道，内装进、排气门。新鲜充量(即空气或空气与燃料的可燃混合气)经空气滤清器、进气管、进气道和进气门充入气缸。膨胀后的燃气经排气门、排气道和排气管，最后经排气消声器排入大气。进、排气门的开启和关闭是由凸轮轴上的进、排气凸轮，通过挺柱、推杆、摇臂和气门弹簧等传动件分别加以控制的，这一套机件称为内燃机配气机构。通常由空气滤清器、进气管、排气管和排气消声器组成进排气系统。为了向气缸内供入燃料，内燃机均设有供油系统。汽油机通过安装在进气管入口端的化油器将空气与汽油按一定比例(空燃比)混合，然后经进气管供入气缸，由汽油机点火系统控制的电火花定时点燃。柴油机的燃油则通过柴油机喷油系统喷入燃烧室，在高温高压下自行着火燃烧。

内燃机气缸内的燃料燃烧使活塞、气缸套、气缸盖和气门等零件受热，温度升高。为了保证内燃机正常运转，上述零件必须在许可的温度下工作，不致因过热而损坏，所以必须备有冷却系统。

内燃机不能从停车状态自行转入运转状态，必须由外力转动曲轴，使之起动。这种产生外力的装置称为起动装置。常用的有电起动、压缩空气起动、汽油机起动和人力起动等方式。

内燃机的工作循环由进气、压缩、燃烧和膨胀、排气等过程组成。这些过程中只有膨胀过程是对外作功的过程，其他过程都是为更好地实现作功过程而需要的过程。按实现一个工作循环的行程数，工作循环可分为四冲程和二冲程两类。四冲程是指在进气、压缩、膨胀和排气四个行程内完成一个工作循环，此间曲轴旋转两圈。进气行程时，此时进气门开启，排气门关闭。流过空气滤清器的空气，或经化油器与汽油混合形成的可燃混合气，经进气管道、进气门进入气缸；压缩行程时，气缸内气体受到压缩，压力增高，温度上升；膨胀行程是在压缩上止点前喷油或点火，使混合气燃烧，产生高温、高压，推动活塞下行并作功；排气行程时，活塞推挤气缸内废气经排气门排出。此后再由进气行程开始，进行下一个工作循环。二冲程是指在两个行程内完成一个工作循环，此期间曲轴旋转一圈。首先，当活塞在下止点时，进、排气口都开启，新鲜充量由进气口充入气缸，并扫除气缸内的废气，使之从排气口排出；随后活塞上行，将进、排气口均关闭，气缸内充量开始受到压缩，直至活塞接近上止点时点火或喷油，使气缸内可燃混合气燃烧；然后气缸内燃气膨胀，推动活塞下行作功；当活塞下行使排气口开启时，废气即由此排出活塞继续下行至下止点，即完成一个工作循环。

内燃机的排气过程和进气过程统称为换气过程。换气的主要作用是尽可能把上一循环的废气排除干净，使本循环供入尽可能多的新鲜充量，以使尽可能多的燃料在气缸内完全燃烧，从而发出更大的功率。换气过程的好坏直接影响内燃机的性能。为此除了降低进、排气系统的流动阻力外，主要是使进、排气门在最适当的时刻开启和关闭。

实际上，进气门是在上止点前即开启，以保证活塞下行时进气门有较大的开度，这样可在进气过程开始时减小流动阻力，减少吸气所消耗的功，同时也可充入较多的新鲜充量。当活塞在进气行程中运行到下止点时，由于气流惯性，新鲜充量仍可继续充入气缸，故使进气门在下止点后延迟关闭。

排气门也在下止点前提前开启，即在膨胀行程后部分即开始排气，这是为了利用气缸内较高的燃气压力，使废气自动流出气缸，从而使活塞从下止点向上止点运动时气缸内气体压力低些，以减少活塞将废气排挤出气缸所消耗的功。排气门在上止点后关闭的目的是利用排气流动的惯性，使气缸内的残余废气排除得更为干净。

内燃机性能主要包括动力性能和经济性能。动力性能是指内燃机发出的功率(扭矩)，表示内燃机在能量转换中量的大小，标志动力性能的参数有扭矩和功率等。经济性能是指发出一定功率时燃料消耗的多少，表示能量转换中质的优劣，标志经济性能的参数有热效率和燃料消耗率。

工业热工设备

与测试技术2014.2周彦波2009.5-2012.8华东理工大学，资环学院，助理研究员2012.9至今华东理工大学，资环学院，副教授

授课教师周彦波，1982年生，博士，副教授。2000.9-2004.7华东理工大学，建筑环境与设备工程，本科2005.2-2005.7HochschuleTechnikRapperswil大学，交流2004.9-2009.3华东理工大学，环境工程，研究生在研项目：2012国家自然科学基金青年项目（51208201），25万2011上海市“晨光计划”项目(11CG32)，6万；2011教育部博士点新教师基金，3.6万；2011中国博士后科学基金面上项目，3万2011基本科研业务费资助项目(WB1114033)，12万。完成项目：2010上海市自然基金项目(10ZR1408000)，10万。作为负责人承担的科研项目发表论文32篇，其中英文SCI论文19篇。CarbohydratePolymers，2012WaterScienceandTechnology，2012AsianJournalofChemistry，2012SeparationandPurificationTechnology，2011JournalofSaudiChemicalSociety，2011SeparationandPurificationTechnology，2010Industrial&EngineeringChemistryResearch，2009WaterScienceandTechnology，2009SeparationandPurificationTechnology，2008

申请发明专利7项，授权2项。一种活性污泥及利用该污泥进行碱渣废水和高氨氮废水处理的方法授权号：CN101767867B一种油田钻井废弃物的生物处理方法，授权号：CN102108000B 联系方式 办公室：实验18楼110室手机mail：zhouyanbo@QQ:273113835什么是热工设备？热工设备测量又是什么？

“热工设备”泛指将热能直接利用或转换为机械能及电能的动力设备。通过控制仪表等热工测量手段，调节、反馈热力过程技术或经济参数，保证设备在工况下安全可靠地运行。热工设备分类按能量转换方式分，蒸汽机、蒸汽轮机、燃气轮机等又称为原动机，而离心泵、真空泵、风机、压缩机等则称为工作机；按机械运动方式分，以转子（叶轮）在缸内作回转运动以实现能量转换的有蒸汽轮机、燃气轮机、真空泵、螺杆泵、风机等；以活塞在气缸内作往复运动而实现能量转换的有蒸汽机、柱塞泵、往复压缩机等。这门课程的主要内容介绍在蒸汽发生设备（锅炉、汽轮机）、热力发动机（内燃机）、换热设备、制冷装置以及压气装置（泵和风机）基础上的热工设备的应用特点；热工温度、压力、流量、物位、燃气成分分析等测量仪表的工作原理，测试点的布局，热工仪表的校验及安装，测试数据的处理；并针对锅炉煤粉测量、燃气流量测量、汽柴油品质测量等概要介绍了热工测量新技术；计算机在热工测量中的应用。

WNS型蒸汽锅炉：卧式燃油燃气内燃湿背式锅炉，炉胆和受热面为非对称布置。炉胆为波形胆，可减少热膨胀产生的应力，也增加了钢度，增强了烟气搅动，增加了辐射受热面积。该锅炉是以水为介质的固定式锅炉，适用于以燃油、燃气为燃料的工矿、企业、机关等单位的工业用汽（热），生活用汽（热）。该系列型锅炉容量为500～20000Kg/h，压力为0.7～1.6MPa。立式燃煤蒸汽热水两用锅炉电锅炉小型燃油气蒸汽锅炉

热水锅炉汽轮机在能量转移或利用途径上，和锅炉有什么区别？哈尔滨汽轮机厂具有自主知识产权的国内最长“全转速汽轮机1200毫米钢制末级长叶片”

课时：24学时学分：1.5学分教材：《工业热工设备及测量》周霞萍《热能与动力工程测试技术》郑正泉参考书：①《热工测量及仪表》张东风编著，中国电力出版社考试方法考核方式：考试+平时成绩笔试考试（占60%），平时成绩等（占40%）其中，平时成绩中：考勤和分组汇报组成3人小组：按学号顺序分成18个小组课间休息时，班长留下邮箱（ppt模板及分组名单）组别学号姓名组别学号姓名110094460曹泽坤610112669王天白10103356刘若溪10112670唐祎琛10112548张一帆10112671孙青210112650李露710112672钱坤10112657朱诗杰10112673孟德喜10112658周扬10112674毛凤琴310112659郑楠810112675刘定超10112660张志峰10112676刘博文10112661张志丰10112678李开坤410112662张经纬910112679李光源10112663张佳凯10112680黄慧10112665卫俊涛10112681何振宇510112666王悦1010112682何磊10112667王依滢10112684陈振宇10112668王杨10112685陈泽鳌组别学号姓名组别学号姓名1110112686常清华1510112699孟凯10112687朱松林10112700鲁思阳10112688周旭辉10112702刘雪平1210112690赵雪松1610112703林卡路10112691赵润泽10112704李淼10112692张涛10112706郭良1310112693张强1710112708高瑞10112694易敏10112711陈亮10112695吴兆伟10112712陈立丰1410112696吴炜城1810112713陈静10112697王佳东10112714曹帅10112698倪亦尘10112715曹长健分组讨论要求提前确定下节课的主题与承接小组确定ppt范围与结构（紧扣主题、体现深度）一人主讲，2人辅助ppt：10min，<30页教学大纲第一章绪论第二章锅炉从热工学角度介绍：锅炉的基本构成与工作特点；锅炉的基本受热面；锅炉的运行；锅炉与换热设备，锅炉用换热器的热工指标，锅炉用换热器性能的评判。第三章燃气发生炉在介绍国际流行的煤气化炉基础上，着重讲解德士古气化与Shell气化炉的特性；并介绍生物质气化炉，秸秆气化集中供气工艺，秸秆气化发电等最新工艺。第四章焚烧炉固定床焚烧炉及工艺，焚烧炉热工制度，焚烧炉热平衡计算；流化床焚烧炉及技术；垃圾焚烧技术的发展方向。第五章汽轮机汽轮机原理及构造，汽缸、轴封、叶片、凝气设备的构造及作用；汽轮机运行和特性，汽轮机内效率等评价指标，蒸汽轮机，燃气轮机。第六章内燃机内燃机热力循环的基本指标，内燃机的组成及性能；内燃机的发动机类型及工作原理，冲程、二冲程内燃机的联系与区别；内燃机的启动、运行。第七章泵与风机的运行及调节，热工设备的联合应用。第八章热工测量基础在线取样、测量方法及测试点的布局；热工参数的常规测量及仪表的校验；测量数据的处理。第九章经典热工测量温度测量、压力测量、流量测量、物位测量、成分测量要点，以及在火力发电厂、煤化工工程中的实用测定方法。第十章热工检测新技术激光检测技术；光纤传感技术；超声波检测技术：气体超声波流量计、气体涡轮流量计、汽轮机监视智能仪表、炉膛火焰电视监视系统。第十一章计算机在热工检测中的应用虚拟仪器的硬件、软件构成，及其在发电机的功率、负荷检测、锅炉计算机自动化控制系统中的应用。

绪论热工设备及检测技术的发展工业热工设备的评价指标技术进步对热工设备节能及环保的要求工业热工设备的评价指标1．热经济性——是评价热工设备的性能优劣的一个重要指标，它可以通过投入产出等方式计算。功率是作功快慢的量度，单位有W(瓦特)、kW（千瓦）等。原动机功率的大小直接反映设备进行热工转换的能力；工作机功率的大小则表示了热工设备工作时需要向其输入的动力。2．额定功率——原动机长期连续运行中所能保持的最大功率。额定功率也称铭牌功率，有时也称容量。对于内燃机而言，除了用功率表示发动机的工作能力外，排量也表示发动机工作能力的大小；而蒸汽锅炉则通常用长期连续的最大蒸发量来表示其容量。工作机通常用压缩比、扬程及流量表示其工作能力的大小。3．体积重量——也是评价热工设备的重要指标之一。设备的体积和重量不仅直接影响设备的使用场合，还影响材料的消耗量和制造工作量。对同一设备，容量愈大，单位功率重量愈小，机组的制造成本也就愈低。一般情况下，机组容量增加一倍，可使单位造价相对降低12%-15%。4．其他评价指标排放：一项与环境保护有关的复杂评价指标。使用寿命：如，蒸汽轮机的使用寿命大约为30~50年，燃气轮机及内燃机的使用寿命大约为10~20年。变负荷能力：装置的变负荷能力应包含启动性能、对负荷的适应性以及稳定的变负荷范围。对蒸汽轮机、燃气轮机和内燃机而言，蒸汽轮机的变负荷能力最小，内燃机的变负荷能力最强。使用燃料：燃气轮机装置除了在整体煤气化联合循环（IGCC）中可以使用煤炭外，通常使用燃油或燃气；内燃机只使用燃油或燃气；蒸汽轮机装置可以使用包括垃圾、生物质在内的任何燃料。热工设备的发展热工设备的小型化、集成化，使能源梯度利用的侧重面扩大到了的分布式能源的利用。分布式能源是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统。根据终端能源利用效率最优化形式，尽力减少污染物的排放．并使排放分散化．分布式能源利用其排放量小排放密度低的优势，可以将主要排放物实现资源化再利用。可以实现节能环保双重目标。太阳能发电站工作流程图个人光伏发电开启新时代

从单一产能建筑走向集合——分布式绿色能源园在分布式绿色能源区域中，屋顶装上风能、太阳能，垃圾回收和沼气发电、可再生能源的电梯应用，再通过系统组合，把光伏发电、太阳能聚热、太阳能光照明、沼气发电、风力发电、电梯的下降能等统统组合起来。可再生能源供应的波动较大，可通过接入电动汽车和电动自行车的蓄电池来减少和稳定这种波动，即所谓的微电网。每一个建筑都可就近使用建筑自身产生的可再生能源，这样能源的传输损耗接近于零的，进行技术的互联。广阔的乡村生物质锅炉热工检测技术热工测量是对生产过程中诸如温度、压力等状态参数的测量。实现热工测量所用的定量工具称为热工仪表。热工测量及仪表在电力、化工、石油、冶金等工业生产过程中占有重要地位。热工仪表分类的依据

(1)按种类的不同，热工仪表可分为湿度、压力、流量、物位、成分分析等仪表。

(2)按显示功能的不同，可分为指示仪表、记录仪表、计算仪表及信号式仪表等。

(3)按仪表组成系统的方式不同，可分为直接变换式和平衡式两种仪表。1-锅炉；2-炉壁；3-沸水管；4-汽包；5-过热器；6-汽轮机；7-叶轮；8-轴；9-发电机；10-冷凝器；11-冷却水泵；12-冷凝水泵13-水箱；14-给水泵火电厂热工过程自动控制和检测内容火电厂热工过程自动控制和检测内容（1）自动检测：自动地检查和测量反映生产过程运行情况的各种物理量、化学量以及生产设备的工作状况；（2）顺序控制：根据预先拟定的程序和条件，自动地对设备进行一系列的操作。在发电厂主要用于主机和辅机的启动和停止；（3）自动保护：在发生事故时，自动采取保护措施，以防止事故的进一步扩大或保护生产设备使之不受严重破坏；（4）自动调节：自动维持生产过程在规定的工况下进行。发展历程在20世纪前，工业生产应用的仪表大多属于简单的机械指示式仪表，而且只能为少数配套的设备所采用。随着计算机技术的发展，电子管与晶体管的放大作用以及光电、压电及热电等效应的广泛应用，工业生产过程对自动化的要求已使仪器仪表成为必不可少的设备。发展趋势一方面应用电子计算机对一些传统的定量方法进行详细的理论分析，找出其设计参数中的相互关系，从而进行最优设计；另一方面是尽量采用新技术、新材料和新器件组成先进的控制和检测系统。

由于工艺条件的限定，有些检测可直接进行，而有些必须运用间接测量，通过热敏、光敏、压敏、气敏等辐射转换信号，给检测技术带来新的变革。如激光的载温检测，光纤辐射测温，超声波流量检测等。随着测量技术的发展及新型仪器仪表，尤其是智能化仪表的出现，间接的软测量技术，同直接测量的转化计算精度正在提高。依靠先进的信息技术，采用智能化监控网络化群控和远程遥控技术实现现场无人职守，以保障各能源系统的安全可靠运行。开发智能传感系统，在生产过程中能起到报警、检测、识别、智能决策等方面的作用，大大提高泄漏事故处置的工作效率和安全性。现场实习火电厂状态监测系统实施电厂的状态监测系统并不是监测仪器仪表的机械组合，而是在分析设备机理基础上选择正确的监测方式与监测仪器，有机地形成一个系统。系统架构可采用三层结构：现场监测级、数据传输级、数据后处理级即集成级。火电厂状态监测系统实施应用物料平衡、正向热平衡的测量方式，了解能量利用情况，或根据热损失反向核算能平衡，结合计算机模拟等，通过设备结构、工艺参数的改变，优化工况条件。热工设备节能与环境保护世界化石能源储量分布世界或国家煤炭世界或国家石油世界或国家天然气储量/亿吨储采比储量/亿吨储采比储量/万亿m3储采比世界9842.1227世界142139.9世界150.1961.01.美2266.42531.沙特35881.11.俄48.1483.72.俄1570.1＞5002.伊拉克151＞1002.伊朗23.0＞1003.中1145.01163.科威特133＞1003.卡塔尔11.15＞1004.澳9042974.阿联酋126＞1004.阿联酋6.10＞1005.印度747.32235.伊朗12365.75.沙特6.05＞100储采比定义：煤、石油及天然气等矿物能源的保有储量（或剩余可采储量）与年开采量之比值。是指年末剩余储量除以当年产量得出剩余储量，按当前生产水平尚可开采的年数。例如，2003年世界石油、天然气和煤炭的储采比分别为41.0、67.1和192.0。目前柴达木盆地各油田的平均储采比为13左右。储采比的大小，不仅反映矿产资源的利用程度，也直接影响矿石开采年限与基建折旧费用大小。储采比越大，资源利用越充分，在同样的开采规模下，矿山服务年限延长，基建投资折旧费用相应减少。

油天然气煤核能水力发电能源消费比例,%占世界消费的比例,%排名世界

巴西韩国法国加拿大德国

印度

日本俄罗斯

中国美国

34.8

46.143.035.830.938.031.243.719.118.838.524.1

10.014.915.427.323.88.616.655.23.626.129.26.427.54.610.026.053.4

25.414.870.2

24.65.51.414.238.66.410.80.811.25.40.88.46.4

36.10.45.625.41.46.03.15.56.62.51002.02.12.32.92.83.84.56.117.720.4109867543212008年主要国家能源消费比较2008年世界主要国家

一次能源消费构成

国家2006总能源消费（万吨标准煤）（吨标准煤/万美元)人均能耗(吨标准煤)人均GDP(美元)人均GDP排名人均GDP能耗(吨标准煤/美元)日本74332203735.824536486101.60德国46929141785.691833099171.72美国3310377869311.00854206742.62菲律宾3594331520.401710841183.71巴西29504891091.56873311774.74印尼163351494520.665510931176.09印度604569272330.55196521338.47埃及8396750951.064211181169.52中国2425491794003

1.8339135211213.56全球1552786-23.789---2006年中国的能源消费已占了全球能源消费的15%以上。尽管人均能耗还远远比不上日本、美国等发达国家，不过，中国的能源消费主要集中在沿海等发达地区，因此人均GDP能耗才是真正值得比较的数据。发达国家能耗都不高，这不仅得益于这些国家能源的高效利用，也由于这些国家第三产业发展迅猛，近年来，工业特别是重工业发展的脚步迟缓。而人均GDP水平与我国较为接近的菲律宾、印尼及埃及人均GDP能耗都远不及我国来得高。就连印度，也与中国在人均GDP能耗上远远地拉开了差距。

北美、欧洲和亚太是石油需求量最大的三个地区。根据国际能源机构的统计，2010年，北美、欧洲和亚太三大石油需求地区的石油进口依存度分别为52.4%、67.2%和91.5%，2020年将进一步提高到58%、79%和92.4%。可以预见，未来围绕石油资源的竞争现象将长期存在，世界范围内的油品生产加工和流通贸易也将持续升温。1993年我国成为石油净进口国，2002年，石油消费达到2.47亿吨，超越日本成世界上第二大石油消费国。2011年，我国国内生产原油2亿吨，进口原油2.54亿吨，对外依存度达到56%。美国能源信息管理局（EIA）最新发布的短期能源展望称，2013年10月份，中国石油进口量将达到每天645万桶，超越美国的623万桶，而中国年度进口量将在明年（2014年）超越美国。到2015年原油进口量将达到3.2亿吨左右。我国的工业占整个能源需求的70%、六大高耗能产业占整个工业能源需求的70%，所以六大高耗能产业就占到整个能源消耗的将近50%。因此节能增效已经刻不容缓。六大高耗能行业石油加工炼焦及核燃料加工业、化学原料及化学制品制造业、非金属矿物制品业、黑色金属冶炼及压延加工业、有色金属冶炼及压延加工业、电力热力的生产和供应业。2011年，六大高耗能行业完成投资4.1万亿元，比上年增长18.3%，增幅比上年高3.7个百分点。“十一五”节能减排目标是约束性指标，六大高耗能行业占全部规模以上工业能源消费的77%，占全社会能源消费的一半以上，其生产、能源消费情况直接关系节能降耗目标的实现。“十一五”期间，六大高耗能行业累计节能近4亿吨标准煤，对全社会节能贡献超过60%。我国化石能源可采储量煤—7140万吨，可采200年左右；石油—23亿吨，可采11.5年；天然气—8240亿立方米，可采16.5年。

---发改委能源所资料没办法！煤办法！！！中国的能源消费中80%是原煤直接燃烧，与世界能源消费主流有差距，由此造成的环境污染问题，已经影响到国民经济的可持续发展。采用火电供电的煤耗比国际先进国家高20%，燃煤工业锅炉运行效率比先进水平低15~20个百分点。中国的烟尘和二氧化硫排放量中70%和90%是由燃煤产生的。我国的能源策略是：坚持以煤炭为基础，以电力为中心，在节约石油、天然气资源的前提下，加快可再生能源、废弃物资源的多样化利用。不同能源经热工设备的应用情况

必须对工艺进行优化

和技术创新常规的发电方式：在燃烧蒸汽锅炉中，粉煤燃烧产生蒸汽，通过汽轮机发电。为了防止大气污染，增添了烟气脱二氧化硫（SO2）和氧氮化合物(NOx)的装置。烟气脱硫监控画面工业上同时考虑节能和环境保护，逐步改进热工效率的几种发电工艺示例。常压/加压流化床燃煤蒸汽发电。石灰和煤一起加入流化床，石灰和煤气中的硫化物反应，生成硫酸钙，与灰渣一起从流化床内排出，应用炉中脱硫技术，从而不需要烟气脱硫装置。加压流化床具有与常压流化床类似的脱硫功能。由于流化床提高压力后，可以提高它的传热效果，并大大缩小锅炉的尺寸。循环流化床锅炉原理图link循环流化床锅炉的工作过程循环流化床锅炉系统图煤气化联合循环发电（IGCC）。煤气化产生燃气送入燃气轮机燃烧发电，排出的余热由热回收锅炉产生蒸汽，再通过汽轮机发电。整体煤气化联合循环发电（IGCC）

同常规燃煤发电技术相比IGCC技术优点：效率高，目前采用IGCC技术发电的效率已经达到43％，随着先进煤气化、煤气净化和燃气轮机技术的应用，系统效率将会达到甚至超过50%；排放低，常规污染物如粉尘、硫化物、氮氧化物的排放仅为常规燃煤电站的1/10，且在温室气体CO2减排方面，IGCC技术更有优势。耗水量少，比常规汽轮机电站少30%～50%，这对广大缺水地区十分有利，也适用于坑口电站的建设，有助于实现能源生产布局的合理优化。可以方便的与化工品生产集成，形成联产系统，实现煤炭的综合利用。燃料电池和IGCC组合起来的联合循环发电热工设备的联合运用，在热电联用、热电冷联产，IGCC等循环工艺中发挥了极大的优势。这些工艺不仅使高品位、低品位的过程能量得到了梯度利用，而且极大地丰富了能源、资源利用的深度和涉及面。将原料由传统煤炭、石油、天然气扩大到生物质能、核能、地热能、太阳能等等。减少所用热工设备能耗的方法改善热工炉点火器、提高压缩机效率；通过换热器防垢(水处理)、冷却水级联、空冷替代等，提高过程用能效率；采用多效蒸发、热泵蒸发，应用废热锅炉、省煤气、蓄热器、热管等进行废物流和烟道气的回收能量等等。同时，通过降低过剩空气系数、烟气出口温度，考察炉子热效率和燃料用量的关系；焚烧技术与环保焚烧炉是美化城市环境的前提下催生的典型工业炉（热工设备），其热工加热制度、热工调节等方面同其它热工炉有不少的相似之处。即：都要考虑炉体的保温（散热）性能；了解燃烧物料的性能及在炉中的热工操作制度；并通过计算其单位重量的发热量，得出总热能。同时也要评价烟道、烟囱废气系统，评价风机等必不可少的辅助条件；也有不同之处，即：要考虑燃烧条件对二噁英的脱除情况。思考题试述热工设备的种类及用途。热工设备联合运用主要有哪些形式？热工设备环保主要有哪些措施？火电厂热工过程自动控制和检测主要包括哪些内容？理论与实践-小组汇报本周三讨论：工业热工设备的节能与环保在此范围内，自由选题。第1，第2小组汇报。下周一：3，4小组汇报。电厂锅炉的启动、运行、燃烧等过程中的参数测量。10-15分钟，≤30页ppt

谢谢！工业热工设备与测量

周彦波

2013.3.8201上节回顾试述热工设备的种类及用途。热工测量新进展？202本次讨论小组理论与实践电厂锅炉的启动、运行、燃烧调节等主要过程中的参数测量。A2，B2小组汇报。203下一节的论述题目A3小组：鲁奇气化炉排渣方式与煤质关系（灰熔点？煤种？矿物质？等等）B3小组：德士古与Shell气化工艺的异同（碳转化率？对设备的要求？等等）15分钟，≤30页ppt204第二章锅炉

205第一节锅炉的定义和基本工作特性锅炉是一种将燃料（煤、石油、天然气、生物质能等）所储藏的化学能以及工业生产中的余热或其他热源，转化为一定温度和压力下的热水、蒸汽或其他工质热能的设备。206锅炉可看成由“锅”和“炉”两部分组成。

图2-1锅炉设备组成示意图207锅炉的基本参数和工作特性反映锅炉工作特性的基本参数，主要是压力、温度和容量。2081）容量锅炉的容量又称锅炉的出力。对于蒸汽锅炉用蒸发量表示，对于热水锅炉用供热量表示。①蒸发量，蒸汽锅炉单位时间内产生蒸汽的数量，称为锅炉的蒸发量，也称为蒸汽锅炉的容量或出力，其单位为t/h（吨/小时）。②供热量，热水锅炉每小时出水的有效带热量，或者说每小时送入系统的热量，称为热水锅炉的供热量，其单位为MW（兆瓦）。热水锅炉产生0.7MW的热量，大体相当于蒸汽锅炉产生1t/h蒸汽的热量。2092）压力和温度锅炉生产蒸汽或供热的质量，通常用其基本状态参数压力和温度来反映。对产生过热蒸汽的蒸汽锅炉，蒸汽参数是指蒸汽过热器后主汽阀出口处过热蒸汽的压力和温度；对生产饱和蒸汽的蒸汽锅炉，只标明主汽阀出口处的饱和蒸汽压力，即可知道此压力对应的饱和温度。对用于采暖、供热的热水锅炉，其供热质量指的是热水锅炉出水阀处出口水的压力和温度。其进水阀处的进口水温度，被称为热水锅炉的额定热水参数。210表示蒸汽压力的单位是MPa（兆帕），表示温度的单位是℃（摄氏度）。蒸汽压力是用弹簧管式压力表测出的，为表压力（以大气压力作为测量起点）；锅炉铭牌上所标示的锅炉额定工作压力就是表压力，而水蒸汽图上所标示的压力为绝对压力（以压力为零作为测量起点），表压力与绝对压力的关系是：绝对压力等于表压力加上大气压力。一般情况下，锅炉容量与压力、温度等参数是相互匹配的。通常容量越大，参数也越高。211（2）锅炉的工作特性锅炉的基本工作特性表征锅炉的生产能力、蒸汽质量、经济效果、制造成本及安全性。额定蒸发量或供热量：表示锅炉生产能力的指标，是锅炉长期运行的最大蒸发量或供热量。动力锅炉在额定工况下每小时的水蒸汽生产量，称为蒸发量，用符号D表示,单位t/h。对于供热锅炉，用额定工况下每小时的供热量来表示，使用符号为Q，单位为KJ/h。212(3)锅炉的型号锅炉型号是反映锅炉主要特征的代号。我国工业锅炉的型号按JB1623-1983《工业锅炉产品型号编制方法》的规定，由三部分组成，各部分之间用短横线相连。213图2-3锅炉型式代号214第一部分表示锅炉形式、燃烧方式和额定蒸发量或额定供热量。第一段中的两个“Δ”是汉语拼音字母，代表锅炉总体型式；第二段的一个“Δ”是一个汉语拼音字母，代表燃烧方式；第三段的两个“X”是两个阿拉伯数字，表示蒸汽锅炉的额定蒸发量或热水锅炉的额定供热量。锅炉型式代号锅筒锅炉立式水管立式火管卧式外燃卧式内燃SL（立水）LH（立火）WW(卧外)WN（卧内）水管锅炉单锅筒立式单锅筒纵置式单锅筒横置式双锅筒纵置式双锅筒横置式纵横锅筒式强制循环式DL(单立)DZ（单纵）DH（单横）SZ（双纵）SH（双横）ZH（纵横）QX（强循）燃烧方式代号固定炉排活动手摇炉排链条炉排往复推动炉排抛煤机倒转炉排加抛煤机振动炉排下伺炉排沸腾炉半沸腾炉室燃炉旋风炉G（固）H（活）L（链）W（往）P（抛）D（倒）Z（振）A（下）F（沸）B（半）S（室）X（旋）215型号的第二部分表示介质参数，共分两段，中间以斜线相连。第一段的两个“X”是用两个阿拉伯数字表示介质的出口压力；第二段的三个“X”使用阿拉伯数字表示过热蒸汽温度或热水锅炉出水温度/回水温度。若锅炉生产的是饱和蒸汽，则第二部分只有介质出口压力。216（1）LHG1-8-AII。表示立式横水管固定炉排，额定蒸发量为1t/h，额定蒸汽压力为0.8MPa,蒸汽温度为饱和温度，燃用II类烟煤，原型设计的锅壳式蒸汽锅炉。（2）DZL4-13-WII（3）SZS10-16/350-YQ2（4）SHL240-7/130/70-AII（5）QXS360-7/95/70-Y217锅炉的自然循环回路目前使用的汽包，绝大部分为自然循环锅炉。即：锅炉汽包-下降管-下联箱-水冷壁（上升管）-汽包等构成一个自然循环回路。218

锅炉工作时，水冷壁管接受炉内高温烟气的强烈辐射热，使管内部分水逐渐蒸发成蒸汽。下降管布置在炉墙外不受热，管内充满水。由于蒸汽的密度远小于水，因而上开管中的汽水混合物的平均密度小于下降管中水的密度。219在这一密度差的作用下，上升管中的汽水混合物向上流动，下降管中的水向下流动，形成水的循环流动，称为自然循环。220锅炉第二节锅炉的基本构成与工作特点；锅炉的基本受热面；锅炉的运行；锅炉用换热器的热工指标&性能评判。221汽包是锅护蒸发设各的主要受压部件。汽包一方面与下降管、上升管连接，组成蒸汽回路，另一方面又接受省煤器来的给水及向过热器送出饱和蒸汽。它是水在锅炉中加热成饱和水，饱和水加热成饱和蒸汽，饱和蒸汽加热成过热蒸汽等三个过程的分界点，又是它们的连接枢纽。222汽包的第二个作用是由于它保持一定的水量，因而有一定的储热能力，这在运行工况变动时，可以减缓汽压变化的速度。223图2-5400t/h高压锅炉汽包1.汽包筒身2242.汽包封头、3.装有人孔门的汽包封头225水冷壁

水冷壁是辐射蒸发受热面，它的作用一方面是吸收炉膛高温辐射热量，使其中一部分水蒸发成蒸汽，另一方面是保护炉墙不该烧坏和浸蚀。由于辐射传热强度比对流换热强度大，因而用它代替对流蒸发受热面可以大大减少受热面积，从而降低锅炉蒸发受热面的金属总耗量和造价。226水冷壁有光管水冷壁、膜式水冷壁和刺管水冷壁等几种。227对流蒸发受热面生产饱和蒸汽的低压锅炉，除了在炉膛中布置水冷壁作为辐射蒸发受热面外，还设置对流蒸发受热面，以满足汽化热的需要。对流蒸发受热面一般均采用上、下双汽包结构，对流蒸发管束两端分别写上、下汽包连接，并组成一个水循环系统。管束中间用耐火砖把烟道分隔成几个流程，同时各流程的烟气通流截面积随烟气温度降低而逐渐减小，以保持足够高的烟气流速。Why？下汽包充满水，相当于水冷壁的下联箱。在这种水循环系统中无专设的下降管，管束中受热强的为上升管，受热弱的作下降管，整个对流管束布置在炉膛出口的烟道中。228蒸汽过热器过热器是将饱和蒸汽加热到额定温度的部件。它布置在高温烟道区，工质温度高加之蒸汽的传热性能较差，管壁温度高，最高处几乎接近材料的最高允许工作温度。229过热器的型式

按传热方式，过热器可分为对流过热器、辐射过热器和半辐射过热器。（1）对流过热器一般布置在炉膛进口的水平烟道中。按烟气与蒸汽的相对流动方向，过热器可以布置成顺流、逆流、双逆流和混合流等四种形式。230（2）半辐射式过热器

半辐射式过热器多为单列管圈的挂屏型式，习惯上称为屏式过热器；屏式过热器悬挂在炉膛上部的炉膛烟气出口处，既接受辐射热量，又接受烟气对流放热。屏式过热器在炉膛中受炉膛火焰的直接热辐射，热负荷比较大，故常用作过热器低温段，而采用较高的蒸汽质量流速，以免管壁温度过高。

231喷水减温器为了保持额定汽温，锅炉需要装设调温设备。汽温调节可以从烟气侧进行，也可以从蒸汽侧进行。现代电站锅炉主要是从蒸汽侧，利用喷水减温的办法来调节过热蒸汽温度。过热器通常可将过热蒸汽加热到超过额定的温度值，而通过控制喷入的水量使汽温降到额定值。232省煤器省煤器是利用烟气余热加热给水的部件。锅护装设省煤器可以起到降低排烟温度，提高锅炉效率的作用。233

由于省煤器中水温较低，故与烟气的平均温差大，传热效果好，加之省煤器制造成本较低，所以省煤器县锅炉中较理想的受热面。给水温度通常远低于炉水的温度，给水在省煤器中加热升温后再进入汽包，可以减少汽包壁金属材料受到的温差热应力。这对提高汽包的工作安全性是有利的。按省煤器使用的材料，省煤器可分为铸铁省煤器和钢管省煤器两种；若按出口工质状态，省煤器可分为沸腾式省煤器和非沸腾式省煤器。234235236通常省煤器中水温每升高1℃，烟气温度大约可降低2一3℃，给水温度每升高6-7℃，可节约燃料1％左右。安装省煤器后，一般可节约燃料约5-10％。237H型鳍片管省煤器H型鳍片管，亦称H型肋片管，是把两片中间有圆弧的钢片对称地与光管焊接在一起形成鳍片（肋片或蝶片），正面形状颇象字母“H”，故称为H型鳍片管。

H型鳍片管的两个鳍片为矩形，近似正方形，其边长约为光管的2倍。属扩展的受热面，具有良好的热传导性能。可广泛应用在电站锅炉、循环硫化床锅炉、燃煤锅炉及各式窑炉上。238空气预热器空气预热器是利用烟气余热加热燃烧所需空气的受热面。空气加热以后可以改善燃料的着火和燃烧，空气温度每提高100℃，约可使燃烧的理论温度升高35-40℃。设置空气预热器还可以使排烟温度降低，并减少排烟损失。烟气温度每降低50℃，锅炉效率可提高3-4％。因此，大中型锅炉都装有空气预热器。一般小容量工业锅护为了简化设备，通常都不装空气预热器。239管式空气预热器240回转式空气预热器回转式空气预热器也叫再生式空气预热器。特点是：在整个工作周期中，受热面有一半时间是作为蓄热器而受到烟气加热，另一半时间则作为热源向空气放热。对于同一部分受热面而言，烟气与空气交替流过。241

受热面旋转的回转式空气预热器

优点：紧凑，金属用量约为管式三分之一。缺点：漏风量大和通流截面小，稍有积灰，阻力则增大很多。242受热面吹灰电站锅炉受热面的积灰污染不仅使锅炉运行热效率降低，严重时将导致机组降负荷运行或停机。大容量电站锅炉各受热面均配有不同形式的吹灰器。243

吹灰器sootblower定义：利用蒸汽、压缩空气或水做介质，在运行中清除受热面烟气侧沉积物的装置。目前电站锅炉安装的吹灰设备主要是蒸汽吹灰器和声波吹灰器。244蒸汽吹灰系统①长伸缩式吹灰器：吹灰时吹灰管子和喷头一面旋转,一面伸入烟道。喷头用拉瓦尔喷管式,蒸汽或空气的喷射速度超过声速，有效吹灰半径约1.5～2米。②短伸缩式吹灰器：用于