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第二章 能源的转换与利用 第一节 能量转换的基本原理 第二节 化学能转换为热能 第三节 热能转换为机械能和电能 第四节 能量的传输 第五节 能量的储存 第一节 能量转换的基本原理 概述 从热力学的角度看，能量是物质运动的度量，运动是物质的存在的方式，因此一切物质都有能量。 能量守恒与转换定律 能量守恒和转换定律指出：“自然界的一切物质都具有能量；能量既不能创造，也不能消灭，而只能从一种形式转换成另一种形式，从一个物体传递到另一个物体；在能量转换与传递过程中，能量的总量恒定不变。” 热力学第一定律：能量守恒 系统的内能=系统吸收的热量+对系统做功 热力学第一定律 能量贬值原理 能量不仅有量的多少，还有质的高低。热力学第一定律只说明了能量在量上要守恒，并没有说明能量在“质”方面的高低。 自然界进行的能量转换过程是有方向性的。 不需要外界帮助就能自动进行的过程称为自发过程，反之为非自发过程。自发过程都有一定的方向。 热量传递有方向性 热力学第二定律的克劳修斯说法 不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。 热力学第二定律的克劳修斯说法 为了将热量从冷态输送到热态，您需要一个装置，例如热泵或冰箱，持续做功。 热力学第二定律的开尔文 – 普朗克说法 不可能从单一热源吸取热量使之完全转变成功而不产生其他影响。 热力学第二定律的实质就是能量贬值原理。 热力学第二定律深刻地指明了能量转换过程的方向、条件及限度。 能量转换的效率 根据能量贬值原理，不是每一种能量都可以连续地、完全地转换为任何一种其他形式的能量。 各种不同形式的能量，按其转换能力可分为三大类： （1）无限转换能（全部转换能），如电能、机械能、水能、风能、燃料储存的化学能等； （2）有限转换能（部分转换能），如热能、流动体系的总能 ； （3）非转换能（废能）。 在能量利用中热效率和经济性是非常重要的两个指标。 由于存在着耗散作用、不可逆过程以及可用能损失，在能量转换和传递过程中，各种热力循环、热力设备和能量利用装置的效率都不可能达到100%。 第二节 化学能转换为热能 概述 燃料燃烧是化学能转换为热能的最主要方式。 能在空气中燃烧的物质称为可燃物，但不能把所有的可燃物都称作燃料（如米和沙糖之类的食品）。 所谓燃料，就是能在空气中容易燃烧并释放出大量热能的气体、液体或固体物质，是能在经济上值得利用其发热量的物质的总称。 燃料通常按形态分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。 天然的固体燃料有煤炭和木材；人工的固体燃料有焦炭、型煤、木炭等。其中煤炭应用最为普遍，是我国最基本的能源。 天然的液体燃料有石油（原油）；人工的液体燃料有汽油、煤油、柴油、重油等。 天然的气体燃料有天然气，人工的气体燃料则有焦炉煤气、高炉煤气、水煤气和液化石油气等。 固体燃料 燃料燃烧必须具备的条件 必须有可能燃烧的可燃物（燃料）； 必须有使可燃物着火的能量（或称热源），即使可燃物的温度达到着火温度以上； 必须供给足够的氧气或空气（因为空气中也含有助燃的氧气）。 锅炉 不同燃料的燃烧特点 煤的燃烧 油的燃烧 气体燃料的燃烧 煤的燃烧 煤的燃烧基本上有两种：第一种是煤粉悬浮在空间燃烧，称为室燃或粉状燃烧；第二种就是煤块在炉排上燃烧，称为层燃或层状燃烧。 煤的燃烧技术 目前煤的燃烧方式主要是煤粉燃烧和流化床燃烧。我国大型锅炉和工业窑炉大多采用煤粉燃烧。 为了提高煤炭燃烧的效率和减少污染，发展了许多先进的燃烧技术，如煤粉燃烧稳定技术，包括各种新型的燃烧器，煤粉低氮氧化物燃烧技术，高浓度煤粉燃烧技术，流化床燃烧技术等。 油的燃烧 油的燃烧方法有内燃和外燃两种方式。 所谓内燃，是在发动机气缸内部极为有限的空间进行高压燃烧，是一种瞬间的燃烧过程。 所谓外燃，就是不在机器内部燃烧，而在燃烧室内燃烧，并直接利用燃烧发出的热量，如锅炉、窑炉内进行的燃烧。 油燃烧的全过程包含着传热过程、物质扩散过程和化学反应过程。 油的燃烧技术 油是最常用的液体燃料。 油的燃烧实际上包含了油加热蒸发、油蒸气和助燃空气的混合以及着火燃烧三个过程。 为了实现油的高效低污染燃烧，应从以下来两方面着手： （1） 提高燃油的雾化质量； （2） 实现良好的配风 。 气体燃料的燃烧 气体燃料的燃烧可以分为容器内燃烧和燃烧器燃烧，它们和油的两种燃烧方式相近。 气体燃料的燃烧过程包括三个阶段，即混合、着火和正常燃烧。 气体燃料的燃烧技术 气体燃料燃烧的效率主要取决于气体燃料燃烧器。对气体燃烧器的基本要求是： 不完全燃烧损失小，燃烧效率高； 燃烧速率高，燃烧强烈，燃烧热负荷高； 着火容易，火焰稳定性好，既不回火，又不脱火； 燃烧产物有害物质少，对大气污染小； 操作方便，