热工基础与造纸节能案例.doc

绪 论 现代工业的任何生产过程都离不开动力，而提供大量的经济性很高的动力对于发展生产具有十分重要的意义。 在人类利用能源的长期历史进程中，直到目前为止，利用最多的仍是热能。燃料燃烧把化学能转变为热能，广泛应用于生产和生活。热能的利用不外乎两种方式： 直接作用：把热能用于直接加热物料 间接作用：把热能转换成为机械能，或再转换成为电能 热能利用的实质就是能量的转换和热量的传递。 1784年英国人詹姆斯 瓦特（James Watt）在前人研制的基础上制成了较为良好的热机——蒸汽机。从此，提供热能的燃料也能提供动力，大大地推进了社会生产力的发展，导致第一次工业革命的到来，同时也推动了能量转换等热工理论的研究。 制浆造纸工业是属于能耗较高的行业之一，从备料直至成纸需要消耗大量的热能和电能，在工艺生产过程中不仅需要大量的动力，而且还需要参数不等的热能。一般的制浆造纸厂都有工业锅炉，合理用能、节约能源已成为影响造纸工业发展的一个重要因素。因此，如何提高热能的直接有效利用或热能转变的有效利用，对节约燃料消耗，发展生产具有十分重大的意义。 第一章 热工基础知识 热工基础知识主要包括两大方面：热力学和传热学。 热力学是研究有关能量、特别是热能的性质和规律（主要是转换规律）的科学。 传热学是研究热量在传递过程中的有关规律的科学。 热量在转换和传递过程中，必须遵守热力学第一、第二定律和传热的三个基本定律。能量的转换和传递是通过必要的设备和一定的媒介物质来实现的。 设 备：各种热机、换热器、冷凝器、蒸发塔、干燥箱、烘缸等，统称为热工设备。 媒介物质：即载能体，如水蒸气、烟气、空气和水等，统称为工质。 ★概念★ 1．热力系统 在研究和分析热力学问题时，首先要根据任务的具体要求，选取某一定范围内的物体作为研究对象，即为热力系统，简称系统，也叫做体系。系统以外与系统发生作用的物体，叫做外界或环境。热力系统与外界之间的分界面称为边界或界面。 2．热力状态 指在某一瞬时，系统所呈现的某种宏观物理状态。通常将标志系统所处状态的宏观物理量称为系统的热力状态参数，简称为状态参数，如压力、容积、温度等等。 3．热力平衡状态 一个系统在不受外界影响下（与外界隔绝一切联系）或处在不变的外界条件下（外界的压力、温度保持不变），经过一定的时间之后，系统的宏观状态参数达到均匀一致，不随时间而变化，这样的系统就处于热力平衡状态，简称为平衡状态。热平衡——系统内的温度均匀一致；力平衡——系统内的压力均匀一致。 4．工质的基本状态参数 在研究热力过程中，需要用压力、温度、比容、内能、焓、熵等状态参数来描述。其中，温度、压力、比容可以直接或间接地用仪器测量出来，且物理意义易于理解，称为基本状态参数。 温度（T） 温度是物体冷热程度的标志，衡量温度的标尺叫做温标。 表1.1 温 标（thermometric scale） 符 号 单 位 国际单位制 （ SI ） 热力学温标，Kelvin scale T 开尔文（ K ），degree Kelvin 摄氏温标，Celsius temperature scale t 摄氏度（ ℃），degree Celsius 华氏温标，the Fahrenheit scale F 华氏度（°F ），degree Fahrenheit 热力学温标（开氏温标，绝对温标）是由英国物理学家开尔文（William Thomson）制定的，取水的三相点为基本定点，并定义其温度为273.15K； 摄氏温标是由瑞典天文学家摄尔修斯（Anders Celsius）制定的，取在一个物理大气压下纯水的冰点为0℃，沸点为100℃；（注：T 273.15 + t ） 华氏温标是由德国物理学家华伦海特（Gabriel Daniel Fahrenheit）制定的，取在一个物理大气压下纯水的冰点为32°F，沸点为212°F。 压力（p） 单位面积上所受到的垂直作用力称为压强，工程上叫做压力。气体的压力是一种平均作用力；液体的压力除传递外压力以外，还有由于液体的自重所产生的静压力。通常的压力表或真空计所指示的压力不是气体的真正压力（绝对压力），而是绝对压力和当地大气压力的差值。 表压力：当气体的绝对压力高于当地的大气压时压力表的读数 真空度：当气体的绝对压力低于当地的大气压时真空计的读数 表1.2 巴 106达因/厘米2 bar 106dyh/cm2 帕斯卡 牛顿/米2 Pa N/m2 米水柱 物理大气压 工程大气压 公斤力/厘米2 毫米汞柱 磅/英寸2 bar Pa mH2O atm Kgf/cm2 mmHg lbf/in2 1 105 10.200 0.9869 1.020 750.0 14.5 10-5 1 1.02×10