热力与燃气技术作业指导书

热力与燃气技术作业指导书TOC\o"1-2"\h\u27949第1章热力学基础 3105551.1热力学第一定律 353121.2热力学第二定律 337301.3热力学第三定律 422956第2章燃料与燃烧 4178212.1燃料的性质与分类 4300182.1.1固体燃料 4149372.1.2液体燃料 491382.1.3气体燃料 4245052.2燃烧反应与热效率 475842.2.1燃烧反应 4162282.2.2热效率 5295372.3燃烧设备与燃烧过程 5185552.3.1燃烧设备 5325572.3.2燃烧过程 523947第3章热能转换技术 535233.1热能转换原理 5253673.2热力发电 664843.3热泵技术 623388第4章热传递技术 742804.1导热 7166964.1.1导热基本原理 7136134.1.2导热系数 790594.1.3不稳定导热 7110594.2对流换热 7190344.2.1对流换热原理 7325904.2.2对流换热系数 7180894.2.3对流换热的计算 796384.3辐射换热 7293004.3.1辐射换热原理 7296684.3.2辐射换热计算 821704.3.3辐射换热在热力与燃气技术中的应用 820155第5章燃气输配技术 8173715.1燃气输配系统概述 8207385.2燃气输配设备与设施 8223795.2.1燃气输配设备 882615.2.2燃气输配设施 8164835.3燃气输配安全技术 98245.3.1燃气泄漏检测与报警 9224285.3.2燃气输配系统安全防护 9124065.3.3燃气输配系统应急预案 9240075.3.4燃气输配系统安全培训 916488第6章燃气应用技术 9251476.1燃气锅炉 9172346.1.1锅炉概述 985236.1.2燃气锅炉的原理与结构 9176216.1.3燃气锅炉的分类及选型 977536.1.4燃气锅炉的安装与调试 1041956.1.5燃气锅炉的运行与维护 1078396.2燃气空调 10262376.2.1燃气空调概述 1057936.2.2燃气空调的原理与结构 1042716.2.3燃气空调的功能与选型 10240716.2.4燃气空调的安装与调试 10293536.2.5燃气空调的运行与维护 10289826.3燃气分布式能源 10268556.3.1燃气分布式能源概述 10280896.3.2燃气分布式能源系统的原理与结构 1024986.3.3燃气分布式能源系统的设计与选型 11111646.3.4燃气分布式能源系统的安装与调试 11173776.3.5燃气分布式能源系统的运行与维护 118838第7章热力系统自动化 11280067.1自动化基础 112027.1.1自动化基本概念 11126167.1.2自动化系统组成 11193897.1.3自动化系统功能 11298837.2热工仪表与传感器 12235827.2.1热工仪表 12236997.2.2传感器 12241417.3执行器与控制策略 1269157.3.1执行器 12321617.3.2控制策略 1212339第8章热力设备维护与管理 13233378.1设备维护策略 13236658.1.1维护原则 13131978.1.2维护分类 13146098.1.3维护计划 13299378.2设备故障分析与处理 13218198.2.1故障诊断 13197248.2.2故障分析 13241198.2.3故障处理 13145428.3设备管理系统 13222578.3.1设备信息管理 13108198.3.2设备维护管理 14165898.3.3故障预警与处理 14160308.3.4数据分析与决策支持 14266378.3.5系统维护与升级 143471第9章燃气技术发展趋势 14226009.1新能源技术 1492979.2智能燃气技术 14250359.3燃气行业政策与法规 154622第10章热力与燃气系统节能减排 15790210.1节能原理与技术 152267410.1.1节能原理 15825110.1.2节能技术 152749010.2环保要求与排放控制 152514910.2.1环保要求 153089010.2.2排放控制技术 163086810.3节能减排案例分析与实践 162116910.3.1案例分析 16319610.3.2实践措施 16第1章热力学基础1.1热力学第一定律热力学第一定律是热力学的基本原理之一，表述了能量守恒和转换的关系。该定律指出，在一个封闭的系统中，系统的内能变化等于系统所吸收的热量与对外做功的代数和。即：ΔU=QW式中，ΔU表示系统内能的变化量；Q表示系统吸收的热量；W表示系统对外做的功。1.2热力学第二定律热力学第二定律描述了热力学过程中能量传递的方向性和不可逆性。该定律有两个基本表述：克劳修斯表述和开尔文表述。克劳修斯表述：在自然过程中，热量不能从低温物体自发地传递到高温物体，而不引起其他变化。开尔文表述：不可能从单一热源吸热，使之完全变成功，而不产生其他影响。热力学第二定律引入了熵的概念，熵表示系统无序程度的物理量，熵增原理表明，在自然过程中，孤立系统的熵总是增加，从而进一步阐述了能量传递和转换的不可逆性。1.3热力学第三定律热力学第三定律是关于绝对零度的理论。该定律指出，在绝对零度（0K）时，任何纯净物质的熵都等于零。热力学第三定律为我们提供了一个判断物质熵的标准，对于实际应用中的热力学计算具有重要意义。需要注意的是，虽然热力学第三定律为绝对零度提供了一个理论上的极限，但实际上，我们无法达到绝对零度，因为根据热力学第三定律，在接近绝对零度的过程中，熵的减小会变得越来越困难。第2章燃料与燃烧2.1燃料的性质与分类燃料是热力与燃气技术中的重要组成部分，其性质与分类对燃烧设备的选择和燃烧过程具有重大影响。燃料主要分为固体燃料、液体燃料和气体燃料三大类。2.1.1固体燃料固体燃料主要包括煤、木材、生物质等。其特点是密度较大，储存和运输相对不便。固体燃料的燃烧过程主要包括干燥、挥发份燃烧和焦炭燃烧三个阶段。2.1.2液体燃料液体燃料主要包括石油、石油产品、生物质油等。液体燃料具有储存和运输方便、燃烧效率较高等优点。液体燃料的燃烧过程主要受其粘度、闪点、燃点等性质影响。2.1.3气体燃料气体燃料主要包括天然气、煤层气、生物质气等。气体燃料具有清洁、高效、便于储存和运输等特点。气体燃料的燃烧过程主要受其热值、燃烧速度、爆炸极限等性质影响。2.2燃烧反应与热效率燃烧反应是燃料与氧气在一定条件下发生的化学反应，其目的是释放能量。燃烧反应的热效率是评价燃烧设备功能的重要指标。2.2.1燃烧反应燃烧反应可以分为完全燃烧和不完全燃烧两种。完全燃烧指燃料中的可燃物质与氧气充分反应，稳定的氧化物；不完全燃烧指燃烧过程中的产物中仍含有可燃物质。2.2.2热效率热效率是指燃烧过程中释放的热量与燃料化学能之比。提高热效率有利于降低能源消耗，减少环境污染。影响热效率的因素包括燃烧设备的设计、燃料的性质、燃烧过程的管理等。2.3燃烧设备与燃烧过程燃烧设备是实现燃料燃烧的关键设备，主要包括锅炉、炉窑、燃烧器等。燃烧过程的选择与优化对提高热效率、降低污染物排放具有重要意义。2.3.1燃烧设备根据燃料类型和燃烧方式，燃烧设备可以分为以下几类：（1）层燃设备：适用于固体燃料，如链条炉、往复炉等。（2）悬浮燃烧设备：适用于固体燃料和液体燃料，如流化床锅炉、煤粉炉等。（3）气体燃烧设备：适用于气体燃料，如燃气锅炉、燃气轮机等。2.3.2燃烧过程燃烧过程主要包括以下环节：（1）燃料的供应与预处理：保证燃料的干燥、破碎、输送等环节满足燃烧设备的要求。（2）燃烧：燃料与氧气在燃烧设备中充分反应，释放热量。（3）热量传递：热量通过辐射、对流和导热等方式传递给工作介质。（4）排烟与污染物治理：对燃烧过程中产生的废气和污染物进行治理，达到环保要求。（5）燃烧过程控制：通过调节燃料供应、空气流量、燃烧温度等参数，实现燃烧过程的优化。第3章热能转换技术3.1热能转换原理热能转换技术是指将热能从一种形式转换为另一种形式的技术。热能转换原理主要包括以下几种：（1）热量传递：热量传递是热能转换的基础，包括导热、对流和辐射三种方式。（2）能量守恒：在热能转换过程中，能量守恒定律始终成立。即输入的热能等于输出的能量与其他形式的能量损失之和。（3）热力学第一定律：热力学第一定律表明，能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。（4）热力学第二定律：热力学第二定律涉及热能转换的效率问题，指出在一个自发的热能转换过程中，总是存在一定的能量损失，这部分损失表现为熵的增加。3.2热力发电热力发电是利用燃料燃烧产生的热能，通过热能转换技术将热能转换为电能的过程。主要分为以下几步：（1）燃料燃烧：在锅炉内燃烧化石燃料（如煤、油、天然气等），产生高温高压的蒸汽。（2）热能转换为机械能：蒸汽通过蒸汽轮机，将热能转换为机械能。（3）机械能转换为电能：通过发电机将机械能转换为电能。（4）热能回收：在热力发电过程中，可通过余热回收装置回收部分热能，提高能源利用效率。3.3热泵技术热泵技术是一种利用外部能量（如电能、热能等）驱动，通过制冷剂循环流动，实现低温热源向高温热源的传热过程。热泵技术主要包括以下几部分：（1）制冷剂：热泵系统中，制冷剂在蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀之间循环流动，完成吸热和放热过程。（2）压缩机：压缩机是热泵系统的心脏，负责将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的制冷剂，提高制冷剂的温度。（3）蒸发器和冷凝器：蒸发器负责吸收低温热源的热量，使制冷剂蒸发；冷凝器则将制冷剂中的热量释放到高温热源中，使制冷剂凝结。（4）热泵应用：热泵技术广泛应用于空调、热水器、地暖等领域，具有节能、环保等优点。（5）热泵功能评价：热泵功能通常用能效比（COP）来评价，COP值越高，热泵系统的热能转换效率越高，节能效果越好。第4章热传递技术4.1导热4.1.1导热基本原理导热是指热量在物体内部由高温区向低温区传递的过程。根据傅里叶热传导定律，导热热量Q与物体温差ΔT、导热时间t和物体的导热系数k有关，其表达式为Q=kAΔT/t，其中A为物体的传热面积。4.1.2导热系数导热系数是描述物质导热功能的物理量，单位为W/(m·K)。不同物质的导热系数差异较大，如金属的导热系数较高，而非金属和气体的导热系数较低。4.1.3不稳定导热在实际应用中，物体内部的温度分布随时间发生变化，这种导热过程称为不稳定导热。分析不稳定导热问题时，通常采用拉普拉斯变换、格林函数等方法求解。4.2对流换热4.2.1对流换热原理对流换热是指流体与固体表面之间的热量传递过程。它包括两个基本过程：流体内部的导热和流体与固体表面的热交换。对流换热量与流体的流速、流体的物性参数（如动力粘度、导热系数等）以及流体与固体表面的温差有关。4.2.2对流换热系数对流换热系数是描述流体与固体表面之间热量传递能力的物理量，单位为W/(m²·K)。对流换热系数受多种因素影响，如流体的流动状态、流体性质、固体表面的形状和尺寸等。4.2.3对流换热的计算对流换热的计算方法有经验关联式法、数值解法和实验研究法。在实际工程中，可根据流体流动状态和边界条件选择合适的计算方法。4.3辐射换热4.3.1辐射换热原理辐射换热是指物体之间通过电磁波传递热量的过程。所有物体都会发射和吸收电磁波，且发射和吸收的强度与物体温度有关。根据斯特藩玻尔兹曼定律，黑体辐射的强度与温度的四次方成正比。4.3.2辐射换热计算辐射换热计算主要包括发射系数、吸收系数、反射系数和透射系数等参数的确定。在实际应用中，可采用网络法、蒙特卡洛法等数值方法计算辐射换热。4.3.3辐射换热在热力与燃气技术中的应用辐射换热在热力与燃气技术中具有广泛的应用，如锅炉的辐射传热、燃气轮机的热辐射等。了解和掌握辐射换热原理对于优化热力设备设计和提高能源利用率具有重要意义。第5章燃气输配技术5.1燃气输配系统概述燃气输配系统是城市能源供应的重要组成部分，其主要功能是为各类用户提供稳定、安全、高效的燃气资源。本章主要介绍燃气输配系统的基本构成、分类及其工作原理。内容包括：燃气输配系统的组成、输配方式、主要设备及其功能，以及系统设计原则和运行管理要求。5.2燃气输配设备与设施5.2.1燃气输配设备（1）输气管道：输气管道是燃气输配系统中的主要组成部分，包括高压、次高压、中压和低压管道。各类输气管道的设计、施工及验收应符合国家相关标准。（2）调压设备：调压设备用于调节燃气的压力，保证用户用气设备的安全运行。主要包括调压器、过滤器、安全阀等。（3）计量设备：计量设备用于测量燃气的流量，保证燃气供应的准确计量。主要包括流量计、流量计算机等。（4）阀门：阀门是燃气输配系统中的控制设备，用于切断、调节燃气的流动。主要包括截断阀、调节阀、放散阀等。5.2.2燃气输配设施（1）燃气场站：包括门站、调压站、计量站等，是燃气输配系统的重要组成部分。（2）燃气储配设施：主要包括储气罐、储气柜等，用于储存燃气，平衡供需关系。（3）管道附属设施：包括支架、吊架、补偿器、防雷接地装置等，用于保证管道的安全运行。5.3燃气输配安全技术5.3.1燃气泄漏检测与报警（1）定期对燃气输配系统进行检查，发觉泄漏及时处理。（2）安装燃气泄漏检测装置，实现实时监控。（3）建立健全泄漏报警制度，保证应急处理及时、有效。5.3.2燃气输配系统安全防护（1）设置安全阀、放散阀等安全设施，防止系统超压。（2）采取防腐蚀、防磨损措施，延长设备使用寿命。（3）加强设备维护保养，保证设备安全运行。5.3.3燃气输配系统应急预案制定燃气输配系统应急预案，包括泄漏、火灾、爆炸等的应急处理措施，明确应急组织机构、职责和流程，提高应急处理能力。5.3.4燃气输配系统安全培训加强燃气输配系统操作人员的安全培训，提高安全意识，掌握安全操作技能，降低发生率。第6章燃气应用技术6.1燃气锅炉6.1.1锅炉概述燃气锅炉作为一种常见的热能供应设备，广泛应用于供暖、热水和工业生产等领域。本章主要介绍燃气锅炉的基本原理、类型及其应用技术。6.1.2燃气锅炉的原理与结构燃气锅炉通过燃烧燃气产生热量，将水加热至一定温度和压力，形成蒸汽或热水。本节将阐述燃气锅炉的工作原理、主要部件及结构特点。6.1.3燃气锅炉的分类及选型根据燃气锅炉的燃烧方式、结构形式和用途，可分为多种类型。本节将介绍各类燃气锅炉的特点，并给出选型依据。6.1.4燃气锅炉的安装与调试燃气锅炉的安装与调试是保证锅炉正常运行的关键环节。本节将详细说明燃气锅炉的安装步骤、调试方法及注意事项。6.1.5燃气锅炉的运行与维护为保证燃气锅炉的安全、稳定运行，本节将介绍燃气锅炉的运行参数、操作规程及维护保养措施。6.2燃气空调6.2.1燃气空调概述燃气空调是一种利用燃气作为能源，实现制冷、供暖和供热的空调设备。本节将对燃气空调的原理、分类及应用进行简要介绍。6.2.2燃气空调的原理与结构燃气空调通过吸收式制冷循环实现制冷，利用燃气直接加热或热交换实现供暖和供热。本节将详细阐述燃气空调的工作原理、主要部件及结构。6.2.3燃气空调的功能与选型燃气空调的功能参数是衡量其运行效果的重要指标。本节将分析燃气空调的功能参数，并给出选型建议。6.2.4燃气空调的安装与调试本节将介绍燃气空调的安装要求、步骤及调试方法，以保证燃气空调系统的正常运行。6.2.5燃气空调的运行与维护为保证燃气空调系统的安全、高效运行，本节将阐述燃气空调的运行管理、维护保养及故障排除方法。6.3燃气分布式能源6.3.1燃气分布式能源概述燃气分布式能源系统是一种以燃气为主要能源，实现冷、热、电多能互补和梯级利用的能源系统。本节将介绍燃气分布式能源的基本概念、优点及应用领域。6.3.2燃气分布式能源系统的原理与结构燃气分布式能源系统通过燃气发电、余热制冷和供暖等技术实现能源的高效利用。本节将详细解释其工作原理、主要组成部分及系统配置。6.3.3燃气分布式能源系统的设计与选型本节将从系统设计、设备选型等方面，阐述燃气分布式能源系统的设计原则和选型方法。6.3.4燃气分布式能源系统的安装与调试本节将介绍燃气分布式能源系统的安装要求、施工步骤及调试方法，以保证系统稳定运行。6.3.5燃气分布式能源系统的运行与维护为保证燃气分布式能源系统的高效、安全运行，本节将讲解系统运行管理、维护保养及故障处理措施。第7章热力系统自动化7.1自动化基础热力系统自动化是利用现代自动化技术，对热力设备进行实时监测、自动调节和优化控制，以提高热力系统的运行效率、安全性和经济性。本节主要介绍热力系统自动化的基本概念、组成及功能。7.1.1自动化基本概念热力系统自动化涉及的控制理论、方法和技术，主要包括开环控制、闭环控制、线性控制、非线性控制、确定性控制、随机控制等。7.1.2自动化系统组成热力系统自动化系统主要由以下几部分组成：（1）控制器：实现对热力系统运行状态的监测、分析和控制。（2）执行器：根据控制器的指令，对热力设备进行调节。（3）传感器：实时检测热力系统中的温度、压力、流量等参数。（4）通信网络：实现控制器、执行器、传感器之间的信息传输。7.1.3自动化系统功能热力系统自动化系统的主要功能包括：（1）数据采集与处理：实时采集热力系统运行数据，进行处理和分析。（2）设备控制：根据运行数据和预设策略，对热力设备进行自动调节。（3）故障诊断与报警：发觉设备异常，及时进行故障诊断和报警。（4）功能优化：根据系统运行数据，优化设备运行参数，提高系统效率。7.2热工仪表与传感器热工仪表与传感器是热力系统自动化的基础，主要用于实时检测热力系统中的各种参数。本节主要介绍热工仪表与传感器的基本原理、分类及应用。7.2.1热工仪表热工仪表包括温度仪表、压力仪表、流量仪表等，它们分别用于测量热力系统中的温度、压力和流量等参数。（1）温度仪表：如热电偶、热电阻等。（2）压力仪表：如压力表、差压表等。（3）流量仪表：如电磁流量计、涡街流量计等。7.2.2传感器传感器是将热力系统中的物理量转换为电信号的装置。根据检测参数的不同，传感器可分为温度传感器、压力传感器、流量传感器等。（1）温度传感器：如热电偶、热电阻等。（2）压力传感器：如应变片式压力传感器、硅压阻式压力传感器等。（3）流量传感器：如电磁流量计、超声波流量计等。7.3执行器与控制策略执行器与控制策略是实现热力系统自动化的关键。本节主要介绍执行器的工作原理、分类及控制策略。7.3.1执行器执行器是将控制器的指令转化为机械动作，实现对热力设备的调节。常见的执行器有：（1）电动执行器：如电动调节阀、电动蝶阀等。（2）气动执行器：如气动调节阀、气动蝶阀等。（3）液压执行器：如液压调节阀、液压缸等。7.3.2控制策略控制策略是热力系统自动化的核心，主要包括以下几种：（1）PID控制：比例积分微分控制，适用于大多数热力系统。（2）模糊控制：基于模糊逻辑的控制策略，适用于非线性、时变性系统。（3）自适应控制：根据系统运行状态自动调整控制参数，适用于复杂热力系统。（4）预测控制：根据历史数据和未来预测，优化控制策略，适用于热力系统的经济运行。（5）神经网络控制：利用神经网络对热力系统进行建模和控制，适用于难以建立数学模型的系统。通过以上控制策略，实现对热力系统的优化控制，提高热力系统的运行功能。第8章热力设备维护与管理8.1设备维护策略8.1.1维护原则本章节主要阐述热力设备维护的基本原则，包括预防性维护与事后维护相结合，以设备可靠性、安全性和经济性为目标。8.1.2维护分类热力设备维护分为日常维护、定期维护、特殊维护和紧急维护四类，各类维护的具体内容、周期及要求将在本节进行详细阐述。8.1.3维护计划本节主要介绍热力设备维护计划的制定，包括维护计划的编制、审批流程、执行与跟踪等内容。8.2设备故障分析与处理8.2.1故障诊断介绍热力设备故障诊断的方法，包括直接观察法、仪器检测法、数据分析法等。8.2.2故障分析分析常见热力设备故障的原因，如设备磨损、腐蚀、松动等，并提出相应的解决措施。8.2.3故障处理针对不同类型的故障，本节将详细介绍故障处理流程，包括故障排除、设备修复、验收标准等。8.3设备管理系统8.3.1设备信息管理介绍设备管理系统的基本功能，包括设备基本信息、运行数据、维护记录等的管理。8.3.2设备维护管理阐述设备维护管理模块的功能，如维护计划制定、执行、验收等环节的管理。8.3.3故障预警与处理介绍设备管理系统中的故障预警功能，以及故障处理流程的管理。8.3.4数据分析与决策支持本节主要介绍设备管理系统在数据分析与决策支持方面的功能，为设备维护与管理提供科学依据。8.3.5系统维护与升级介绍设备管理系统的日常维护、数据备份、系统升级等相关内容。第9章燃气技术发展趋势9.1新能源技术全球能源结构的转型和环境保护的日益重视，新能源技术在燃气领域得到了广泛的应用。本节主要介绍以下几类新能源技术：（1）生物质燃气技术：利用农作物秸秆、林业废弃物等生物质资源，通过厌氧发酵、热解等技术制备燃气。（2）垃圾填埋气利用技术：对垃圾填埋场所产生的甲烷气体进行收集、净化、利用，减少温室气体排放。（3）氢能技术：研究氢能在燃气领域的应用，包括氢燃料电池、氢储能等。（4）太阳能燃气技术：利用太阳能热发电技术，为燃气设备提供热能。9.2智能燃气技术智能燃气技术是燃气行业发展的必然趋势，主要包括以下几个方面：（1）燃气输配自动化：运用自动化控制系统，实现燃气输配过程的实时监控、自动调节和故障诊断。（2）燃气信息管理系统：建立燃气信息管理平台，实现燃气用户、设备、管网等信息的集成管理。（3）智能燃气表：采用物联网技术，实现燃气表的远程抄表、实时监测和数据传输。（4