工业热工设备及测量 第一章 绪论.ppt

1、2014.2周彦波授课教师授课教师在研项目：在研项目：2012 2012 国家自然科学基金国家自然科学基金 青年项目（青年项目（51208201），），2525万万2011 2011 上海市上海市“晨光计划晨光计划”项目项目( (11CG32) )，6 6万；万；2011 2011 教育部博士点新教师基金，教育部博士点新教师基金，3.63.6万；万；2011 2011 中国博士后科学基金面上项目，中国博士后科学基金面上项目，3 3万万2011 2011 基本科研业务费资助项目基本科研业务费资助项目( (WB1114033) )，1212万。万。完成项目：完成项目：2010 2010 上海市自然

2、基金项目上海市自然基金项目 ( (10ZR1408000) )，1010万。万。作为负责人承担的科研项目作为负责人承担的科研项目l Carbohydrate Polymers，2012l Water Science and Technology，2012l Asian Journal of Chemistry，2012l Separation and Purification Technology，2011l Journal of Saudi Chemical Society，2011l Separation and Purification Technology，2010l Industri

3、al & Engineering Chemistry Research，2009l Water Science and Technology，2009l Separation and Purification Technology，2008一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联系方式联系方式l办公室：实验办公室：实验18楼楼110室室l手机：手机：13918753714lEmail：lQQ: 273113835l “热工设备热工设备”泛指将热能直接利用或转换为泛指将热能直

4、接利用或转换为机械能及电能的动力设备。机械能及电能的动力设备。l 通过控制仪表等热工测量手段，调节、反馈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。下安全可靠地运行。l 按能量转换方式分，蒸汽机、蒸汽轮机、燃气按能量转换方式分，蒸汽机、蒸汽轮机、燃气轮机等又称为轮机等又称为原动机原动机，而离心泵、真空泵、风，而离心泵、真空泵、风机、压缩机等则称为机、压缩机等则称为工作机工作机；l 按机械运动方式分，以转子（叶轮）在缸内作按机械运动方式分，以转子（叶轮）在缸内作回转运动回转运动以实现能量转换的有蒸汽轮机、燃气

5、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；以活塞在气轮机、真空泵、螺杆泵、风机等；以活塞在气缸内作缸内作往复运动往复运动而实现能量转换的有蒸汽机、而实现能量转换的有蒸汽机、柱塞泵、往复压缩机等。柱塞泵、往复压缩机等。l 介绍在蒸汽发生设备（锅炉、汽轮机介绍在蒸汽发生设备（锅炉、汽轮机 ）、热力）、热力发动机（内燃机发动机（内燃机 ）、换热设备、制冷装置以及）、换热设备、制冷装置以及压气装置（泵和风机压气装置（泵和风机 ）基础上的热工设备的）基础上的热工设备的应用特点；应用特点；l 热工温度、压力、流量、物位、燃气成分分析热工温度、压力、流量、物位、燃气成分分析等测量仪表的工

6、作原理，测试点的布局，热工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；仪表的校验及安装，测试数据的处理；l 并针对锅炉煤粉测量、燃气流量测量、汽柴油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；品质测量等概要介绍了热工测量新技术；l 计算机在热工测量中的应用。计算机在热工测量中的应用。分组讨论要求分组讨论要求l提前确定下节课的主题与承接小组提前确定下节课的主题与承接小组l确定确定ppt范围与结构（紧扣主题、体现深范围与结构（紧扣主题、体现深度）度）l一人主讲，一人主讲，2人辅助人辅助lppt：10min，30 页页l 第一章第一章 绪

7、论绪论 l 第二章第二章 锅炉锅炉 从热工学角度介绍：锅炉的基本构成与从热工学角度介绍：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。性能的评判。l 第三章第三章 燃气发生炉燃气发生炉 在介绍国际流行的煤气化炉基础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上，着重讲解德士古气化与ShellShell气化炉的特性；并介气化炉的特性；并介绍生物质气化炉，秸秆气化集中供气工艺，秸秆气化绍生物质气化炉，秸秆气化集中供气工艺，秸秆

8、气化发电等最新工艺。发电等最新工艺。l 第四章第四章 焚烧炉焚烧炉 固定床焚烧炉及工艺，焚烧炉热工制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。焚烧技术的发展方向。l 第五章第五章 汽轮机汽轮机 汽轮机原理及构造，汽缸、轴封、叶汽轮机原理及构造，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。轮机内效率等评价指标，蒸汽轮机，燃气轮机。l 第六章第六章 内燃机内燃机 内燃机热力循环的基本指标，内燃机

9、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、运程、二冲程内燃机的联系与区别；内燃机的启动、运行。行。l 第七章第七章 泵与风机的运行及调节，热工设备的联合应用。泵与风机的运行及调节，热工设备的联合应用。l 第八章热工测量基础第八章热工测量基础 在线取样、测量方法及测试点的在线取样、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；测量数据布局；热工参数的常规测量及仪表的校验；测量数据的处理。的处理。 l 第九章第九章 经典热工测量经典热工测量 温度测量、压力测量、流

10、量测温度测量、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、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。煤化工工程中的实用测定方法。l 第十章第十章 热工检测新技术热工检测新技术 激光检测技术；光纤传感技激光检测技术；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流量计、汽轮机监视智能仪表、炉膛火焰电视监视系统。统。l 第十一章第十一章 计算机在热工检测中的应用计算机在热工检测中的应用 虚拟仪器的虚拟仪器的硬件、软件构成，及其在发电机的功率、负荷检

11、测、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。锅炉计算机自动化控制系统中的应用。 l 1热经济性热经济性是评价热工设备的性能优劣的一个重要指标，它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。可以通过投入产出等方式计算。l 功率是作功快慢的量度，单位有功率是作功快慢的量度，单位有 W (瓦特瓦特)、kW（千瓦）等。原动（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。大小则表示了热工设备工作时需要向其输入的动力

12、。l 2额定功率额定功率原动机长期连续运行中所能保持的最大功率。额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。定功率也称铭牌功率，有时也称容量。l 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。大蒸发量来表示其容量。l 工作机通常用压缩比、扬程及流量表示其工作能力的大小。工作机通常用压缩比、扬程及流量表示其工作能力的大小。l 3体积重量体积重量也是评价热工设备的重要

13、指标之一。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。影响材料的消耗量和制造工作量。l 对同一设备，容量愈大，单位功率重量愈小，机组的对同一设备，容量愈大，单位功率重量愈小，机组的制造成本也就愈低。制造成本也就愈低。一般情况下，机组容量增加一倍，一般情况下，机组容量增加一倍，可使单位造价相对降低可使单位造价相对降低12%-15%。l 4其他评价指标其他评价指标l 排放：排放： 一项与环境保护有关的复杂评价一项与环境保护有关的复杂评价指标。指标。l 使用寿命：如，蒸汽轮机的使用寿命大使用

14、寿命：如，蒸汽轮机的使用寿命大约为约为3050年，燃气轮机及内燃机的使年，燃气轮机及内燃机的使用寿命大约为用寿命大约为1020年年。l 变负荷能力：装置的变负荷能力应包含启动性能、对变负荷能力：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、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，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。内燃机的变负荷能力最强。l 使用燃料：燃气轮机装置除了在整体煤气化联合循环使用燃料：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

15、燃油或燃气；）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。括垃圾、生物质在内的任何燃料。太阳能发电站工作流程图太阳能发电站工作流程图个人光伏发电开启新时代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l 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。l 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

16、和稳定这种波动，即所谓的微电网。l 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。 l 一方面应用电子计算机对一些传统的定量方法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；互关系，从而进行最优设计；l 另一方面是尽量采用新技术、新材料和新器件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。组成先进的控制和检测系统。l 由于工艺条件的限定，有些检测可直接进行，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

17、、光敏、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，给检测技术带来压敏、气敏等辐射转换信号，给检测技术带来新的变革。新的变革。l 如激光的载温检测，光纤辐射测温，超声波流如激光的载温检测，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。技术，同直接测量的转化计算精度正在提高。现场实习现场实习火电厂状态监测系统实施火电厂状态监测系统实施l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

18、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。l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火电厂状态监测系统实施世界世界巴西巴西韩国韩国法国法国加拿大加拿大德国德国印度印度日本日本俄罗斯俄罗斯中国中国美国美国2008年主要国家能源消费比较年主要国家能源消费比较国家国家 2006 2006 总能源消费总能源消费 （万吨标准煤）（万吨标准煤） （吨标准（吨标准煤煤 / / 万万美元美元 ) )人均能耗人均能耗( (吨标准吨标准煤煤) ) 人均人均 GDP GDP ( (美元美元) ) 人均人均 GDP GDP 排名排名人均人均 GDP G

19、DP 能耗能耗 ( ( 吨吨标准煤标准煤 / / 美元美元 ) ) 日本 74332 20373 5.8245 36486 10 1.60 德国 46929 14178 5.6918 33099 17 1.72 美国 331037 78693 11.0085 42067 4 2.62 菲律宾 3594 33152 0.4017 1084 118 3.71 巴西 29504 89109 1.5687 3311 77 4.74 印尼 16335 149452 0.6655 1093 117 6.09 印度 60456 927233 0.5519 652 133 8.47 埃及 8396 75095

20、 1.0642 1118 116 9.52 中国 242549 17940031794003 1.8339 1352 112 13.56 全球 1552786 -23.789 -l 2006 年中国的能源消费已占了全球能源消费的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，因此人均地区，因此人均 GDP 能耗才是真正值得比较的数据。能耗才是真正值得比较的数据。l 发达国家能耗都不高，这不仅得益于这些国家能源

21、的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。来，工业特别是重工业发展的脚步迟缓。l 而人均而人均 GDP 水平与我国较为接近的菲律宾、印尼及水平与我国较为接近的菲律宾、印尼及埃及人均埃及人均 GDP 能耗都远不及我国来得高。就连印度，能耗都远不及我国来得高。就连印度，也与中国在人均也与中国在人均 GDP 能耗上远远地拉开了差距。能耗上远远地拉开了差距。北美、欧洲和亚太是石油北美、欧洲和亚太是石油需求量最大的三个地区。需求量最大的三个地区。l 根据国际能源机构的统计

22、，根据国际能源机构的统计，2010年，北美、欧年，北美、欧洲和亚太三大石油需求地区的石油进口依存度洲和亚太三大石油需求地区的石油进口依存度分别为分别为52.4%、67.2%和和91.5%，2020年将进年将进一步提高到一步提高到58%、79%和和92.4%。可以预见，。可以预见，未来围绕石油资源的竞争现象将长期存在，世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界范围内的油品生产加工和流通贸易也将持续升温。升温。l 1993年我国成为石油净进口国，年我国成为石油净进口国，2002年，石油年，石油消费达到消费达到2.47亿吨，超越日本成世界上第二大亿吨，超越日

23、本成世界上第二大石油消费国。石油消费国。l 2011年，我国国内生产原油年，我国国内生产原油2亿吨，进口原油亿吨，进口原油2.54亿吨，对外依存度达到亿吨，对外依存度达到56%。美国能源信。美国能源信息管理局（息管理局（EIA）最新发布的短期能源展望称）最新发布的短期能源展望称，2013年年10月份，中国石油进口量将达到每天月份，中国石油进口量将达到每天645万桶，超越美国的万桶，超越美国的623万桶，而中国年度进万桶，而中国年度进口量将在明年（口量将在明年（2014年）超越美国。年）超越美国。l 到到2015年原油进口量将达到年原油进口量将达到3.2亿吨左右。亿吨左右。 l 2011年，六大

24、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。l “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。l “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%。l中国的能源消费中中国的能源消费中80%是原煤直接是原煤直接燃烧，与世界能源消费主流有差距，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。响到国民经济的可持续发展。l采用火电供电的煤耗比国际先进

25、国采用火电供电的煤耗比国际先进国家高家高20%，燃煤工业锅炉运行效率，燃煤工业锅炉运行效率比先进水平低比先进水平低1520个百分点。个百分点。l中国的烟尘和二氧化硫排放量中中国的烟尘和二氧化硫排放量中70%和和90%是由燃煤产生的。是由燃煤产生的。l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。 l 常压常压/加压流化床燃煤蒸汽发电。石灰和煤一起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，应用成硫酸钙，与灰渣一起

26、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。炉中脱硫技术，从而不需要烟气脱硫装置。l 加压流化床具有与常压流化床类似的脱硫功能。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。果，并大大缩小锅炉的尺寸。l煤气化联合循环发电（煤气化联合循环发电（IGCC）。煤）。煤气化产生燃气送入燃气轮机燃烧发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电，排出的余热由热回收锅炉产生蒸汽，再通过汽轮机发电。蒸汽，再通过汽轮机发电。整体煤气化联合循环发电整体煤气化联合循环发电（IGCC

27、） 同常规燃煤发电技术相比IGCC技术优点：l 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%；l 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。l 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。l 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。燃料电池和燃料电池和IGCCIGCC组合起来的联合循环发电组合起来的联合循环发电l 改善热工炉点

28、火器、提高压缩机效率；通过换热器防改善热工炉点火器、提高压缩机效率；通过换热器防垢垢(水处理水处理)、冷却水级联、空冷替代等，提高过程用能、冷却水级联、空冷替代等，提高过程用能效率；效率；l 采用多效蒸发、热泵蒸发，应用废热锅炉、省煤气、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。蓄热器、热管等进行废物流和烟道气的回收能量等等。l 同时，通过降低过剩空气系数、烟气出口温度，考察同时，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；炉子热效率和燃料用量的关系；l 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），l 其

29、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。l 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；l也有不同之处，即：要考虑燃烧条件对二噁英的脱除情况。l试述热工设备的种类及用途。试述热工设备的种类及用途。l热工设备联合运用主要有哪些形式？热工设备联合运用主要有哪些形式？l热工设备环保主要有哪些措施？热工设备环保主要有哪些措施？l火电厂热工过程自动控制和检测主要包火电厂热工过程自动控制和检测主要包括哪些内容？括哪些内容？l 下周一：下周一：3，4小组汇报。小组汇报。l 电厂锅炉的启动、运行、燃烧等过程中的参数电厂锅炉的启动、运行、燃烧等过程中的参数测量。测量。