[工学]2能量的转换现代能源_2010.ppt

第二章能量的转换 本章主要内容 主要的能量转换过程 能量的储存 第一节 主要的能量转换过程 概述 化学能转换为热能 热能转换为机械能 机械能转换为电能 能量的转换 能量转换是能量最重要的属性，也是能量利用中的最重要的环节。 通常所说的能量转换是指能量形态上的转换。 能量转换包括：能量在空间上的转移，即能量的传输；能量在时间上的转移，即能量的储存。 能量转换过程必须遵守能量转换和守恒定律，即： 输入能量-输出能量=储存能量的变化 能量的转换 在国民经济和日常生活中用得最多、最普遍的能量形式是热能、机械能和电能。 它们可以由其它形态的能量转换而来，它们之间也可以互相转换。 任何能量转换过程都需要一定的转换条件，并在一定的设备或系统中完成。 概 述 在能源利用中最重要的能量转换过程是将燃料的化学能通过燃烧转换为热能，热能再通过热机转换成机械能。 机械能可以直接利用，也可以转换成电能。 将燃料的化学能转变为热能是在燃烧设备中实现的。 主要的燃烧设备有锅炉和各种工业炉窑。 概 述 将热能转换为机械能是目前获得机械能的最主要的方式。 转换过程通常是在热机中完成。 应用最广的热机是内燃机、蒸汽轮机、燃气轮机等。 内燃机主要为各种车辆、工程机械提供动力。 蒸汽轮机主要用于发电厂中，也可作为大型船舶的动力，或拖动大型水泵、压缩机、风机。 燃气轮机除了用于发电外，还是飞机的主要动力源，也可用作船舶的动力。 化学能转换为热能 燃料燃烧是获取热能的最主要方式。 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。 化学能转换为热能 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。 化学能转换为热能 燃烧反应是一个氧化反应。 燃料中的可燃元素碳、氢、硫和空气中的氧激剧化合时发出显著的光和热。 通过燃料燃烧将化学能转换为热能的装置称为燃烧设备。其中锅炉就是典型的燃烧设备，它是通过化石燃料的燃烧将燃料的化学能转换为高温烟气的热能，并用热能加热水使之变为蒸汽。 有关燃烧的知识 燃料燃烧的必要条件 燃烧所需的空气量 燃烧产生的烟气量 燃料燃烧的必要条件 必须要有能燃烧的可燃物（燃料）； 必须要有使可燃物着火的能量（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和空气。 为了维持燃烧，还必须保证： （1）必须把温度水平维持在燃料着火温度以上； （2）必须把适当的空气量以正确的方法供应给燃料，使燃料能充分地与空气接触； （3）必须及时而妥善地排走燃烧产物； （4）必须提供燃烧所必须的足够空间（燃烧室）和时间。 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形式：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；