第一篇：熱能與動(dòng)力工程專業(yè)外語(yǔ)

For both situation shown in Fig.1.2,we express the overall effect of convection,we use New-ton”s law of cooling: Q=Ha(Tw-T8橫)

在圖1.2所示的兩種情況，我們對(duì)對(duì)流的整體效果，我們使用的冷卻新噸級(jí)“定律為: Q=Ha(Tw-T8橫)

Thermodynamic considerations show that an idea thermal radiator ,or blackbody ,will emit energy at a rate proportional to the fourth power of the absolute temperature of the body and directly proportional to its surface area.Thus q(emitted)=σAT4(1-6)

熱力學(xué)規(guī)律揭示出一個(gè)理想的熱輻射體或黑體，所散發(fā)出能量的速度與其自身的絕對(duì)溫度的四次方和其表面積成正比。即（公式）

Where σ is the proportionality constant and is called the Stefan-Boltzmann constant with the value of 5.669*10-8 W/m2k4.Equation(1-6)is called the Stefan-Boltzmann law of thermal radiation, and it applies only to blackbodies.It is important to note that this equation is valid only for thermal radiation;other types of electromagnetic radiation may not be treated so simply.其中σ是比例常數(shù)，值為5.669*10-8 W/m2k4稱為斯蒂凡玻爾茲曼常數(shù)。公式（1-6）被稱為熱輻射斯蒂凡玻爾茲曼定律，它僅適用于黑體。重要的是要注意這個(gè)公式只適用于熱輻射;其他類型的電磁輻射可不能如此簡(jiǎn)單對(duì)待。

Combustion of gaseous fuels occurs by the laws of branched chain reactions which where discovered by Soviet Academician N.N.Semenov and C.N.Hinshelwood.The conversion of the original substances to the final products passes through a sequence of reaction links which are connected in succession with one another and develop in the volume of a combustible mixture like the branches of a tree develop from its trunk.This results in the formation of the final reaction products and of even greater number of active centres which further ensure the development of the reaction in the confining volume.氣體燃料燃燒時(shí)由蘇聯(lián)院士NNSemenov和CNHinshelwood發(fā)現(xiàn)支鏈反應(yīng)法。通過反應(yīng)與另一個(gè)連接在繼承和發(fā)展的一個(gè)可燃混合氣的體積，像一棵樹的樹枝從樹干的鏈接序列的原始物質(zhì)轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品。在最終的反應(yīng)產(chǎn)物和更活躍的中心，進(jìn)一步確保圍體積的反應(yīng)發(fā)展形成這樣的結(jié)果。

Let us consider the mechanism of branched chain reactions,taking as an example the combustion of hydrogen in air.By the stoichiometric equation

讓我們考慮支鏈反應(yīng)的機(jī)制，作為一個(gè)例子，在空氣中燃燒的氫。通過計(jì)量公式 2H2+O2=2H2O

The rate of reaction between molecules of the combustible substance的可燃物質(zhì)的分子之間的反應(yīng)率

(Wh2o=K0e….)

Cannot be very large.Actually ,however, combustion of hydrogen at temperatures above 500℃ is an explosive chain reaction proceeding at a very high rate.Indeed, according to N.N.Semenov, the beginning of the active reaction is preceded by the formation of active centres:

其實(shí)不能非常大。然而，在500℃以上溫度，氫的燃燒是一個(gè)爆炸性的連鎖率非常高的反應(yīng)程序。事實(shí)上，根據(jù)NNSemenov的積極反應(yīng)開始之前活性中心的形成：

(H2+M…)

(H2+O….)Where M and Q2 are active molecules which possess high energy levels in the volume

其中，M和Q2擁有量高的能量水平的積極分子

Atoms and radicals formed by this mechanism actively enterthe reactions which

surrounding molecules,i.e.chains of successive reactions develop which result in the formation of the final reaction products and ever greater number of active centres.這一機(jī)制所形成的原子和自由基積極進(jìn)入反應(yīng)，周圍的分子，即連續(xù)反應(yīng)鏈的發(fā)展，從

而最終反應(yīng)產(chǎn)物的形成和活動(dòng)中心的數(shù)目越來(lái)越大的。Fig.1.17 schematically shows the combustion of a liquid fuel droplet in stagnant air.A

vapourcloud forms around the droplet and diffuses into the environment ,with the

diffusion of oxygen of the air occurring in opposite direction.As a result ,the stoichiometric relationship between the combustible gases and oxygen is established at a certain distance from the droplet , i.e.the burning fuel vapours form a spherical combustion front around it.The magnitude of rst is equal to 4-10 droplet radii, i.e.rst = 4-10 rd, and depends heavily on the droplet size and the temperature in the combustion zone.In the zone where vapours prevail, but their combustion zone.The highest temperature is established in the

reaction zone.Although at both sides of this zone the temperature decreases gradually, its

decrease is more intensive in the inside direction, i.e.on approaching the droplet ,since some

heat is spent there for heating fuel vapours.Fig.1.17示意圖顯示了一個(gè)停滯的空氣中的液體燃料液滴燃燒。蒸氣云周圍形成液滴擴(kuò)散

到環(huán)境中，在相反的方向發(fā)生空氣中的氧氣擴(kuò)散。因此，之間的可燃?xì)怏w和氧氣的化學(xué)計(jì)

量關(guān)系是建立在一定的距離RST從液滴，即燃燒燃料蒸汽形成一個(gè)圍繞它的球形的燃燒

前。RST幅度等于4-10液滴半徑，即RST =4-10路，很大程度上取決于墨滴的大小和燃燒

區(qū)的溫度。在R

雖然雙方在此區(qū)域的溫度逐漸降低，其跌幅更密集的方向在里面，即在接近液滴，因?yàn)橛?/p>

一定的熱量是用于取暖燃料蒸汽。

Thus, the burning rate of a liquid fuel droplet is determined by the rate of evaporation

from its surface, the rate of chemical reaction in the combustion zone.And the rate of oxygen

diffusion to this zone.As stated earlier, the reaction rate in a gaseous medium is very high

and cannot limit the total rate of combustion.The quantity of oxygen diffused through the

spherical surface is proportional to the square of sphere diameter, and therefore, a slight

removal of the combustion zone from the surface of the droplet(under oxygen deficiency)

noticeably increases the mass flow rate of supplied oxygen.Thus, the rate of combustion of

the droplet is mainly determined by evaporation from its surface.The combustion rate of

liquid fuels is increased by atomizing the fuel just before burning, which substantially

increase the total surface of evaporation.Besides all this, as the size of the droplets decreases,the intensity of evaporation per unit area of their surface increases.Fine liquid fuel droplets

suspended in an air flow move at low Reynolds numbers, Re<4.In such cases, the heat flow

through a spherical surface is determined solely by the conductivity 入 through the

boundary layer, which is much thicker than the droplet diameter.Under such conditions, the

heat-transfer co-efficient a is given by Sokolsky’s formula:Nu = ad/入=2whence a = 2入/d = 入/rWhere Nu is the Nusselt number.因此，一個(gè)液體燃料液滴的燃燒率是由從它的表面，在燃燒區(qū)域的化學(xué)反應(yīng)速率的蒸發(fā)率。率氧氣擴(kuò)散到該區(qū)域。如前所述，在氣體介質(zhì)中的反應(yīng)速度是非常高的，可以沒有限制的燃燒率。通過球面擴(kuò)散的氧氣量是球體直徑的平方成正比，因此，一個(gè)輕微去除表面的液滴（缺氧）從燃燒區(qū)明顯增加提供氧氣的質(zhì)量流量。因此，液滴的燃燒率主要取決于其表面的蒸發(fā)。液體燃料的燃燒率增加了霧化的燃料，只是在刻錄之前，這大大增加蒸發(fā)表面。除了這一切，為液滴的跌幅，其表面增加單位面積蒸發(fā)強(qiáng)度大小。精細(xì)液體燃料液滴，懸浮在空氣流移動(dòng)低雷諾數(shù)RE <4。在這種情況下，通過球形表面的熱流僅由通過邊界層，這是比液滴直徑厚的導(dǎo)電入。在這種情況下，傳熱合作效率的一個(gè)是由Sokolsky的公式：Nu = ad/入=2何處a = 2入/d = 入/r

As follows from formula(1-13), the heat exchange between a droplet and the surrounding medium increases as the size of the droplet decreases, i.e.with a decrease in its mass.It turns out that the evaporation time of the droplet decreases, i.e.with a decrease in its mass.It turns out that the evaporation time of a droplet is proportional to the square of its initial diameter.按以下公式（1-13），液滴和液滴的大小減小周圍介質(zhì)之間的熱交換，即減少其質(zhì)量。事實(shí)證明，液滴降低蒸發(fā)時(shí)間，即減少其質(zhì)量。事實(shí)證明，液滴的蒸發(fā)時(shí)間是其初始直徑的平方成正比。

When combined with air in a furnace, pulverized coal first passes through the stage of thermal preparation(Fig.1.18), which consists in the evaporation of residual moisture and separation of volatiles.Fuel particles are heated up to a temperature at which volatiles are evolves are evolves intensively(400-600C)in a few tenths of a second.The volatiles are then ignited, so that the temperature around a coke particle increases rapidly and its heating is accelerated(III”).The intensive burning of the volatiles(II)takes up 0.2-0.5s.A high yield of volatiles(brown coal, younger coals, oil shales , peat), produces enough heat through combustion to ignite coke particles.When the yield of volatiles is low, the coke particles must be heated additionally form an external source(III”).The final stage is the combustion of coke particles at a temperature above 800-1000C(4).This is a heterogeneous process whose rate is determined by the oxygen supply to the reacting surface.The burning of a coke particle proper takes up the greater portion(1/2 to 2/3)of the total time of combustion which may constitute 1 to 2.5s , depending on the kind of fuel and the initial size of particles.當(dāng)于一爐的空氣相結(jié)合，煤粉首先通過熱的準(zhǔn)備階段（圖1.18），包括殘留水分的蒸發(fā)和揮發(fā)物的分離。燃料顆粒被加熱到溫度下?lián)]發(fā)物的發(fā)展是集中發(fā)展的第二個(gè)零點(diǎn)幾秒（400-600C）。然后點(diǎn)燃的揮發(fā)，使焦炭顆粒周圍的溫度迅速上升，并加速其加熱

（三）。密集的揮發(fā)物燃燒

（二）占用0.2-0.5s的。一個(gè)高產(chǎn)揮發(fā)物（褐煤，年輕的煤，油頁(yè)巖，泥炭），產(chǎn)生足夠的熱量通過燃燒焦炭顆粒點(diǎn)燃。當(dāng)揮發(fā)物的產(chǎn)量低，焦炭顆粒必須加熱此外形成外部源

（三）“。最后一個(gè)階段是焦炭顆粒的燃燒溫度在800-1000C（4）以上，這是一種異質(zhì)性的過程，其速率是反應(yīng)表面的氧氣供應(yīng)決定。焦炭顆粒適當(dāng)?shù)娜紵紦?jù)了較大部分的總?cè)紵龝r(shí)間可能構(gòu)成1至2.5S（1 / 2至2 / 3），燃料種類和粒子的初始大小而定。

Capacitive or inductance電容或電感

The movement associated with one of the mechanical sensors already described can be used to influence an electrical property such as capacitance affecting a measured signal.Forexample ,under changing pressure a diaphragm causes a change in capacitance or inductance.與前面介紹的機(jī)械傳感器之一相關(guān)的運(yùn)動(dòng)可以用來(lái)影響，如影響測(cè)量信號(hào)的電容的電氣性能。例如，在不斷變化的壓力隔膜導(dǎo)致電容或電感的變化。

Resistive, strain gauge電阻，應(yīng)變計(jì)

The electrical resistance of a metal wire depends on the strain applied to the wire.Deflection of the diaphragm due to the applied pressure cause strain in the wire, and the electrical resistance can be measured and related to pressure.金屬絲的電阻取決于應(yīng)用的隔膜由于所施加的壓力線的原因應(yīng)變線。偏轉(zhuǎn)應(yīng)變，電阻可以測(cè)量和壓力有關(guān)。

Piezoelectric壓電

A piezoelectric material, such as quartz, generates a voltage output when pressure is applied on it.Force can be applied by the diaphragm to a quartz crystal disk that is deflected by process pressure.壓電材料，如石英，它適用于當(dāng)壓力產(chǎn)生的電壓輸出。隊(duì)可應(yīng)用于隔膜過程壓力偏轉(zhuǎn)石英晶體的磁盤.Thermocouple Theory熱電偶理論

A thermocouple circuit has at least two junctions: the measurement junction and a reference junction.Typically, the reference junction is created where the two wires connect to the measure device.This second junction it is really two junctions: one for each of the two wires, but because they are assumed to be at the same temperature(isothermal)they are considered as one(thermal)junction.It is the point where the metals change-from the thermocouple metals to what ever metals are used in the measuring device-typically copper.熱電偶電路至少有兩個(gè)路口：它們是測(cè)量交界處和參考結(jié)。通常情況下，我們把連接到測(cè)量設(shè)備的兩條線定義為參考的交界處。這第二個(gè)路口，它才是真正的兩路口：為每個(gè)兩條線之一，但因?yàn)樗麄兌急患俣樵谙嗤臏囟龋兀?，他們被認(rèn)為是（熱）交界處。它是金屬的變化，從熱電偶金屬什么都在測(cè)量設(shè)備通常是銅使用的金屬。

The output voltage is related to the temperature difference between the measurement and the reference junctions.This is phenomena is known as the Seebeck effect.The Seebeck effect generates a small voltage along the length of a wire ,and is greatest where the temperature gradient is greatest.If the circuit is of identical material, then they will generate identical but opposite Seebeck voltages which will cancel.However, if the wire metals are different the Seebeck voltages will be different and will not cancel.輸出電壓是關(guān)系到測(cè)量和參考路口之間的溫差。這是現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)。塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)小的電壓，沿線的長(zhǎng)度和最大溫度梯度最大。如果電路是相同的材料，那么他們就會(huì)產(chǎn)生相同，但方向相反的塞貝克電壓，將取消。但是，如果是不同的金屬絲塞貝克電壓將有所不同，并不會(huì)取消。

In practice the Seebeck voltage is made up of two components: the Peltier voltage generated at the junctions, plus the Thomson voltage generated in the wires by the temperature gradient, as shown in Fig.1.22.在實(shí)踐中，Seebeck電壓由兩部分組成：在交界處產(chǎn)生的電壓的佩爾蒂埃，加上湯姆森電壓導(dǎo)線所產(chǎn)生的溫度梯度，在Fig.1.22所示。

The Peltier voltage is proportional to the temperature of each junction while the Thomson voltage is proportional to the square of the temperature difference between the two junctions.It is the Thomson voltage that accounts for most of the observed voltage and non-linearity in

thermocouple response.佩爾蒂埃電壓是每個(gè)交界處的溫度成正比，而湯姆森電壓的兩路口之間的溫度差的平方成正比。這是湯姆遜電壓占大部分觀測(cè)到的電壓和熱電偶響應(yīng)非線性。

Each thermocouple type has its characteristic Seebeck voltage curve.The curve is dependent on the metals, their purity ,their distribution in the wire is also important.These potential inhomogeneous characteristics of metal are why thick wire thermocouples can be more accurate in high temperature applications, when the thermocouple metals and their impurities become more mobile by diffusion.每個(gè)熱電偶類型有其特有的Seebeck電壓曲線。曲線上的金屬，其純度，他們分布在電線也很重要。這些潛在的金屬不均勻的特點(diǎn)是為什么粗絲熱電偶，可以更準(zhǔn)確地在高溫應(yīng)用中，當(dāng)熱電偶金屬及其雜質(zhì)的擴(kuò)散變得更加移動(dòng)。

Pitot tube and annubar皮托管和阿牛巴:

The pitot tube, shown in Fig.1.26 below, measures the static and dynamic pressures of the fluid at one point in the pipe.The flow rate can be determined from the difference between the static and dynamic pressures which is the velocity head of the fluid flow.An annubar consists of several pitot tubes placed across a pipe to provide an approximation to the velocity profile, and the total flow can be determined based on the multiple measurements.Both the potit tube and annubar contribute very small pressure drops, but they are not physically strong and should be used only with clean fluids.Fig.1.26下面所示，皮托管，流體在一個(gè)管道中的點(diǎn)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓力措施。流速可確定這是流體流動(dòng)的速度頭的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓力之間的差異。由阿牛巴放在整個(gè)管道提供了一個(gè)近似的速度剖面的幾個(gè)皮托管，并可以多次測(cè)量的基礎(chǔ)上確定的總流量。potit管和阿牛巴的貢獻(xiàn)非常小的壓力下降，但它們不是身體強(qiáng)壯，只應(yīng)使用清潔的流體

The following flow sensors are based on physical principles other than head.頭比其他物理原理是基于以下的流量傳感器。

Turbine渦輪: As fluid flows through the turbine, it causes the turbine to rotate with an angular velocity that is proportional to the fluid flow rate.The frequency of rotation can be measured and used to determine flow.This sensor should not be used for slurries or systems experiencing large, rapid flow or pressure variation.作為通過渦輪的流體流動(dòng)，它會(huì)導(dǎo)致渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度，流體流速成正比。可旋轉(zhuǎn)的頻率測(cè)量和用于確定流。該傳感器不應(yīng)該用于泥漿或遇到大的，快速的流量或壓力變化的系統(tǒng)。

Controlled Variable and Manipulated Variable.The controlled variable is the quantity or condition that is measured and controlled.The manipulated variable is the quantity or condition that is varied by the controller so as to affect the value of the controlled variable.Normally ,the controlled variable is the output of the system.Control means measuring the value of the controlled variable of the system and applying the manipulated variable to the system to correct or limit deviation of the measured value from a desired value.控制變量和操縱變量?？刂谱兞渴菧y(cè)量和控制的數(shù)量或條件。操縱變量的數(shù)量或條件變化，從而影響控制變量的值是由控制器。通常情況下，控制變量是系統(tǒng)的輸出?？刂埔馕吨鴾y(cè)量系統(tǒng)的控制變量的值和調(diào)節(jié)變量的應(yīng)用系統(tǒng)所需的值的測(cè)量值的偏差糾正或限制。

In studying control engineering, we need to define additional terms that are necessary to describe control systems.在研究控制工程，我們需要定義來(lái)描述控制系統(tǒng)所必需的附加條款。

Open loop control systems.Those systems in which the output has no effect on the control action are called open loop control systems.In other words, in an open loop control system the control system the output is neither measured nor fed back for comparison with the input, One practical example is a washing machine, Soaking, and rinsing in the washer operate on a time basis.The machine does not measure the output signal, that is, the cleanliness of the clothes.開環(huán)控制系統(tǒng)，輸出對(duì)控制行為沒有影響的系統(tǒng)被稱為控制系統(tǒng)。話句話說，在開環(huán)系統(tǒng)中與輸出相比控制系統(tǒng)既不衡量也不反饋.一個(gè)實(shí)際的例子是一個(gè)洗衣機(jī)、浸泡,并沖洗洗衣機(jī)里運(yùn)作一個(gè)時(shí)間的基礎(chǔ)上。這臺(tái)機(jī)器不檢測(cè)輸出信號(hào),那就是,潔凈的衣服。

In any open loop control system the output is not compared with the reference input.Thus, to each reference input there corresponds a fixed operating condition, as a result, the accuracy of the system depends on calibration, In the presence of disturbances, an open loop control system will not perform the desired task, Open loop control can be used, in practice, only in the relationship between the input and output is known and if there are neither internal nor external disturbances.Clearly, such systems are not feed back control systems.Note that any control system that operates on a time basis is open loop.For instance, traffic control by means of signals operated on a time basis is another example of open-loop control.在任何開環(huán)控制系統(tǒng)的輸出與參考輸入是不能相比。因此，每個(gè)參考輸入對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的經(jīng)營(yíng)狀況，因此，該系統(tǒng)的準(zhǔn)確性取決于校準(zhǔn)干擾的存在，一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)將不執(zhí)行所需的任務(wù)，可用于開環(huán)控制在實(shí)踐中，只有在輸入和輸出之間的關(guān)系是已知的和如果有既不是內(nèi)部還是外部干擾。顯然，這樣的系統(tǒng)不反饋控制系統(tǒng)。請(qǐng)注意，任何時(shí)間的基礎(chǔ)上運(yùn)作的控制系統(tǒng)是開環(huán)。例如，交通控制時(shí)間的基礎(chǔ)上運(yùn)作的信號(hào)是開環(huán)控制的另一個(gè)例子。

第二篇：熱能與動(dòng)力工程專業(yè)

一直希望自己能夠從事一種富有挑戰(zhàn)性的事業(yè)，去實(shí)現(xiàn)自己的人生價(jià)值。為了實(shí)現(xiàn)它，我從小就養(yǎng)成了勤奮好學(xué)的習(xí)慣。從小學(xué)到初、高中幾乎年年獲獎(jiǎng)。97年我以優(yōu)異的成績(jī)考入吉林工業(yè)大學(xué)汽車學(xué)院。這是一個(gè)新的起點(diǎn)?，F(xiàn)代社會(huì)國(guó)家的發(fā)展要靠工業(yè)，特別是汽車工業(yè)的發(fā)展，而好的汽車要有好的發(fā)動(dòng)機(jī)。本著為祖國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展與騰飛而努力的堅(jiān)定信念，我在校期間刻苦鉆研、不恥下問，取得了良好的學(xué)習(xí)成績(jī)，其中專業(yè)課成績(jī)較為突出。加上我校汽車學(xué)院優(yōu)秀的文化傳統(tǒng)，在這里我吸取著大量汽車工業(yè)知識(shí)，享受著汽車文化的熏陶。為了提高自己的英語(yǔ)水平，我輔修了第二專業(yè)：經(jīng)貿(mào)英語(yǔ)，并取得了良好的成績(jī)。21世紀(jì)是信息社會(huì)，作為跨世紀(jì)的大學(xué)生，我們必須掌握計(jì)算機(jī)的操作，所以，我除了學(xué)好必修的計(jì)算機(jī)課以外又學(xué)習(xí)了Windows、Word、制圖CAD及Internet等計(jì)算機(jī)操作知識(shí)。并且于99年順利通過了計(jì)算機(jī)省、國(guó)家二級(jí)的考核。為了拓寬自己的知識(shí)面，我經(jīng)常鉆在圖書館，從歷史、地理、軍事到經(jīng)謾⑽幕?領(lǐng)域，我沉浸在知識(shí)的海洋，汲取著知識(shí)的精髓。同時(shí)為了豐富自己的業(yè)余文化生活，我積極參加各種文體及社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)??br>大學(xué)的學(xué)習(xí)更重要的是學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，我自己十分注重這一點(diǎn)。在校期間，我時(shí)刻嚴(yán)格要求自己，培養(yǎng)著自己如何去學(xué)習(xí)、如何去掌握知識(shí)的能力，以使自己有一個(gè)質(zhì)的飛躍。

我堅(jiān)信，通過這些培養(yǎng)與鍛煉，一定會(huì)為以后走上工作崗位及發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

貴單位在同行業(yè)中有著重要的地位，并有著遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。同時(shí)，我從多方獲悉貴單位十分重視人才，有著良好的用人機(jī)制和發(fā)展氛圍。自己就迫切希望成為貴單位的一員，為貴單位的發(fā)展盡職盡責(zé)，用自己的智慧去為單位美好的未來(lái)作出貢獻(xiàn)。

一個(gè)年輕的我，一個(gè)富有朝氣的我，一個(gè)充滿自信的我，一定會(huì)為單位注入新的活力。給我一次機(jī)遇，還您一個(gè)驚喜。我衷心期待著貴單位的答復(fù)。

此致

第三篇：熱能與動(dòng)力工程專業(yè)外語(yǔ)第三版第二章

2.2 Development of Utility Boiler

現(xiàn)代660MW燃煤鍋爐有大約6000噸的壓力部件，包括500千米的受熱面管材，3.5千米連接管與聯(lián)箱和30000個(gè)管接頭焊口。

這是經(jīng)過大約50年發(fā)展的結(jié)果，并形成了煤粉在具有蒸發(fā)管束的爐膛燃燒，煙氣然后流經(jīng)對(duì)流過熱器和熱回收表面的基本概念并保留至今。蒸汽參數(shù)的提高，機(jī)組容量的增大及燃料燃燒特性的改進(jìn)都要求在材料、制造技術(shù)和運(yùn)行程序上相應(yīng)發(fā)展。

二戰(zhàn)后的一些年里，在電廠安裝鍋爐的數(shù)量多于汽輪機(jī)是很常見的，鍋爐提供蒸汽到母管然后到汽機(jī)。這種布置反應(yīng)了鍋爐的可用性低于汽輪機(jī)。四十年代后期，隨著鍋爐可用性的提高，鍋爐和汽機(jī)開始可以相互配套使用。

鍋爐和汽機(jī)成套的變化使得再熱成為可行，而且伴隨著高溫鋼材的應(yīng)用，經(jīng)過蒸汽參數(shù)的不斷提高，達(dá)到了當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)2400lbf/in2(165.5bar)，568℃和再熱568℃。為充分利用更高的蒸汽參數(shù)和獲得經(jīng)濟(jì)容量，在接下來(lái)的15年，機(jī)組容量又增加了20倍。

2.3 燃料與燃燒

大部分鍋爐以煤、天然氣和石油作為燃料。然而，在過去的幾十年里，至少在發(fā)電領(lǐng)域核能開始扮演一個(gè)主要角色。

同樣，不斷增加的各種生物質(zhì)和過程副產(chǎn)品也成為蒸汽生產(chǎn)的熱源。這些包括泥煤、木材及木材廢棄物、稻草、咖啡渣、稻谷殼、煤礦廢棄物（煤屑）、煉鋼爐廢熱甚至太陽(yáng)能?，F(xiàn)代美國(guó)中心電站用燃料主要是煤，或是煙煤、次煙煤或是褐煤。

雖然天然氣和燃油也許是未來(lái)化石燃料電廠的燃料選擇，但煤仍然是今后新的，基本負(fù)荷電站鍋爐的主要燃料。

2.3.1 煤的分類

? 由于煤是一種不均勻的物質(zhì)，且其組成和特性變動(dòng)很大，所以建立煤的分類系統(tǒng)是很必要的。中國(guó)煤的性質(zhì)如表2-1所示。以煤階進(jìn)行煤的分類是典型的做法。這表現(xiàn)為煤化程度的大小：從褐煤到貧煤、煙煤以及無(wú)煙煤。煤階表明了煤的地質(zhì)歷史和主要特性。

現(xiàn)在美國(guó)應(yīng)用的煤分類標(biāo)準(zhǔn)是由美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)（ASTM）建立的。其分類是通過煤的工業(yè)分析所確定的揮發(fā)分和固定碳的含量以及煤的發(fā)熱量作為分類標(biāo)準(zhǔn)。這套系統(tǒng)目的在于確定煤的商業(yè)使用價(jià)值，并提供關(guān)于煤燃燒特性的基本信息。

2.3.2 燃燒系統(tǒng)

鍋爐內(nèi)化石燃料燃燒以產(chǎn)生蒸汽的技術(shù)已成熟多年。然而，在過去的二十多年中，為了將大氣排放和污染降到可行的最低程度，燃燒技術(shù)得到了很大程度的提高。

油燃燒系統(tǒng)

所有的電站鍋爐都燃用油，在燃煤鍋爐中點(diǎn)燃煤粉，在煤進(jìn)入爐膛之前加熱爐膛并升壓，而在燃油鍋爐中則作為主要負(fù)荷燃料。一般地，燃油都是粘度在3500 sec到6500sec的殘?jiān)剂嫌?。為了有效的燃燒，這些油必須被加熱到120~130℃并被良好地分散或霧化成很小的微滴

? 燃用渣油，要比一般的餾分油（柴油，汽油等）便宜，但又帶來(lái)一些問題：酸性污染物和粉塵的排放。酸性污染問題是由石油中的硫產(chǎn)生的，硫分的含量有時(shí)可高達(dá)3%。在20世紀(jì)60年代早期，人們對(duì)油燃燒器設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究和開發(fā)，目的在于解決燃油的排放問題。由此誕生了一種油燃燒器——“標(biāo)準(zhǔn)燃燒器”，它可以在非常低的過量空氣系數(shù)下減少碳排放。為保證鍋爐中每個(gè)燃燒器獲得同樣多的空氣也做了大量的工作。目前油燃燒過量空氣系數(shù)運(yùn)行水平為2%。

煤燃燒系統(tǒng)

煤燃燒器的發(fā)展模式同油燃燒器類似，而且重點(diǎn)放在準(zhǔn)確控制每只燃燒器煤和油的供給量。

實(shí)際中所有的燃煤鍋爐都是燃燒煤粉（由磨煤機(jī)生產(chǎn)），這些煤粉經(jīng)過很好的粉碎，然后由空氣流（一次風(fēng)）送入燃燒器。同以前相比，在流動(dòng)平衡上的設(shè)計(jì)成果現(xiàn)在已能使鍋爐在較低的過量空氣水平下運(yùn)行，并在不增加飛灰含碳量水平的情況下提高了總的效率

煤燃燒系統(tǒng)部件的布置必須根據(jù)經(jīng)濟(jì)因素和煤的性質(zhì)來(lái)確定。作為整個(gè)燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能參數(shù)，煤粉細(xì)度、磨煤機(jī)出口溫度、空煤比等都必須達(dá)到要求。

低NOx燃燒系統(tǒng)

影響NOx生成的因素包括燃料含氮量、火焰峰值溫度、火焰中的可用氧量以及氣流在鍋爐系統(tǒng)中的停留時(shí)間。當(dāng)煤進(jìn)入爐膛其化學(xué)結(jié)構(gòu)被破壞時(shí)，一些煤中的化合氮就作為揮發(fā)分被釋放出來(lái)。

由大氣中的氮生成的一氧化氮即“熱力型NOx”可以通過減少煙氣在高溫區(qū)域的停留時(shí)間而得到控制，這樣就會(huì)控制燃燒階段中可用氧量，最后生成的是無(wú)害氮而不是NOx。

因?yàn)槊涸谌紵齾^(qū)的燃燒需要一定的過量氧氣以便使所有的碳燃盡，且不含氮的煤是難以獲得的，因此NOx的減少必須依靠鍋爐和燃燒器的設(shè)計(jì)來(lái)完成。

天然氣燃燒系統(tǒng)

天然氣曾經(jīng)作為電廠主要燃料。然而一些年來(lái)，沒有太多的天然氣可供電廠使用，并且人們沒有正視這樣的事實(shí)，即天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)燃料將會(huì)重新得到大量應(yīng)用。

丙烷常常作為一種點(diǎn)火劑，廣泛地應(yīng)用于燃油鍋爐和燃煤鍋爐中的油燃燒器。

2.3.3 流化床燃燒

? 流化床燃燒是煤粉燃燒方式的一種，采用這種燃燒方式時(shí)煤在空氣中的燃燒發(fā)生在流化床中，典型的是循環(huán)流化床。循環(huán)流化床最適合于燃燒低成本廢棄燃料、低品質(zhì)或低熱量煤。將煤粒和石灰石投入到床中，石灰石在床內(nèi)煅燒成石灰。流化床中主要是石灰和少量的煤，煤焦在其中循環(huán)。運(yùn)行中的床溫很低，只有427℃(800℉)，在這個(gè)溫度下的熱力學(xué)環(huán)境有利于減少NOx的形成和捕集SO2，使之與CaO 反應(yīng)生成CaSO4。

對(duì)于煤燃燒，蒸汽循環(huán)可以是亞臨界，也可能是超臨界，它們具有相近的發(fā)電效率。循環(huán)流化床技術(shù)的最大的優(yōu)點(diǎn)是它在床中捕捉SO2的能力和它對(duì)煤質(zhì)的廣泛適應(yīng)性，其中包括低熱量煤、高灰分煤和低揮發(fā)分煤，并且在運(yùn)行中可以改變煤種。循環(huán)流化床鍋爐適合與生物質(zhì)共燃，最近就新建了幾臺(tái)燃燒褐煤的循環(huán)流化床機(jī)組。

如圖2-1所示，目前最常用的流化床技術(shù)是循環(huán)流化床燃燒技術(shù)。煤和煤焦燃燒的同時(shí)，空氣攜帶煤、煤焦、煤灰和脫硫劑通過爐膛。固體材料通過旋風(fēng)分離器從煙氣中分離出來(lái)，然后通過對(duì)流煙道部分，煙氣把熱量傳給爐管以產(chǎn)生高壓蒸汽。

另一部分蒸汽是由流化床中的高溫固體在返回爐膛前放出熱量產(chǎn)生的。爐膛內(nèi)固體快速運(yùn)動(dòng)會(huì)引起過量的磨損，因此爐膛底部不安裝爐管。通過低燃燒溫度和空氣分級(jí)燃燒來(lái)控制NOx的生成。SOx排放通過床中石灰脫硫劑控制。這些為煙氣凈化節(jié)省了大筆的投資，但是低的SOx排放需要燃燒低硫分煤，并且NOx的排放受燃燒反應(yīng)的限制。

極低的排放需要額外的煙氣凈化設(shè)備，同時(shí)會(huì)增加相應(yīng)的維護(hù)成本。在中國(guó)最大的流化床鍋爐是330MWe，設(shè)計(jì)最大的鍋爐是600 MWe，但是還沒有投建。

2.4 制粉系統(tǒng)

煤粉制備與煤粉燃燒技術(shù)的發(fā)展是同步的。為了使煤在爐膛中有效燃燒，煤在離開燃燒器時(shí)必須被粉碎到一定的大小，這樣才能迅速燃燒，這就意味著煤必須被加工成小顆粒，才能被迅速加熱到著火溫度并和空氣良好混合。

? 磨煤機(jī)的工作就是把煤磨碎到符合上述要求的合適的大小。較早的系統(tǒng)使用筒式球磨機(jī)磨煤粉，并且在燃燒前利用儲(chǔ)倉(cāng)暫時(shí)儲(chǔ)存煤粉。如果對(duì)該技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，去掉中間儲(chǔ)倉(cāng)而將從磨煤機(jī)出來(lái)的煤粉直接送去燃燒，就會(huì)對(duì)磨煤機(jī)的可靠性有很高的要求。

正壓制粉系統(tǒng)中，提供煤粉輸送介質(zhì)的一次風(fēng)機(jī)位于磨煤機(jī)前，因而它運(yùn)送的是清潔空氣，不會(huì)像排粉風(fēng)機(jī)一樣受到侵蝕磨損。這是正壓磨煤系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)。然而，磨煤機(jī)需要由單獨(dú)風(fēng)機(jī)提供高于磨煤機(jī)內(nèi)部壓力的密封空氣。

正壓磨煤機(jī)的一個(gè)缺點(diǎn)是它必須完全由空氣密封以避免煤粉泄露到大氣中。相對(duì)來(lái)說，負(fù)壓磨煤機(jī)的密封標(biāo)準(zhǔn)并不需要這樣高，但也不允許漏入過多空氣，因?yàn)槔淇諝怆y以干燥濕煤。這種方式泄露的空氣量也無(wú)法測(cè)量，如果達(dá)到高的空/煤比，遇到明火則可能發(fā)生爆炸。

2.4.1 中速磨

磨輥在一層耐磨層上滾動(dòng)，通過移動(dòng)的磨盤把煤壓碎。磨輥的運(yùn)動(dòng)引起煤粒間的相互運(yùn)動(dòng)同時(shí)磨輥的壓力在煤粒間形成壓力負(fù)荷。一定壓力下在煤粒層上的運(yùn)動(dòng)引起摩擦（煤粒依靠摩擦力破碎），這就是磨煤機(jī)的工作原理。

耐磨層具有緩沖作用，雖然降低了磨的效率，但也大大降低了磨輥的磨損。當(dāng)磨煤區(qū)的工作面間距離很近時(shí)，比如到了一個(gè)顆粒大小，三個(gè)部件（磨輥，顆粒，磨盤）間的磨損就會(huì)大大增加，磨損速率會(huì)是正常磨煤機(jī)的100倍。當(dāng)帶有石英的石頭尺寸等于或大于磨層厚度時(shí)，也會(huì)在運(yùn)行中發(fā)生三部件接觸的磨損。

隨著磨煤的進(jìn)行，為了防止過度磨制和降低能耗及磨損，磨好的煤粉從磨煤機(jī)中排出。圖2-2是MPS型中速磨的示意圖，顯示了中速磨煤機(jī)的基本組成。在磨煤機(jī)下部有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的臺(tái)面，稱為輥胎的輥?zhàn)釉谂_(tái)面上滾動(dòng)。

? 原煤由上部的磨煤機(jī)給入，然后在磨輥和轉(zhuǎn)動(dòng)的磨盤間經(jīng)過，磨輥下的煤就被磨碎了。離心力加上磨輥對(duì)煤層的沉降力共同作用，將部分磨好的煤粉擠出磨盤邊緣，由上升的空氣流流化并攜帶這些煤粉。

空氣進(jìn)入點(diǎn)一般稱為進(jìn)風(fēng)環(huán)，噴嘴環(huán)或者喉部。上升的空氣流與煤?；旌显谶M(jìn)風(fēng)環(huán)上面產(chǎn)生流化的顆粒床?？諝獾牧魉俸艿?，以至于只能攜帶少部分的煤粒通過床層過濾?？諝夂兔毫ｋx開流化床形成了第一步的分離。預(yù)熱的空氣同時(shí)干燥煤粉以保證煤粉的有效燃燒。立式中速磨是有效的干燥裝置。即使煤中水分到40%也能在中速磨中很好地得到干燥，干燥水分再高些的煤粉也是可能的，但是需要的一次風(fēng)溫度則要求使用特殊材料，并且增加了磨煤機(jī)著火的可能。實(shí)際運(yùn)行的水分最大值是40%（質(zhì)量），此時(shí)要求一次風(fēng)溫高達(dá)750℉。? 空氣煤粉向上流動(dòng)時(shí)，由于流動(dòng)面積增大使流動(dòng)速度降低，大粒徑的煤粒就會(huì)回落到磨盤上。最后的煤粉分離采用磨煤機(jī)上部的粗粉分離器，粗粉分離器是利用離心力的分離裝置。風(fēng)粉混合物以一定角度進(jìn)入，從而發(fā)生旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生離心力。粗一點(diǎn)的煤粉沖擊到分離器的周邊，不再保持懸浮狀態(tài)而回落到磨盤上。風(fēng)粉混合物中的細(xì)煤粉顆粒保持懸浮狀態(tài)，并最終上升進(jìn)入煤粉管。

2.4.2 低速磨

? 筒式鋼球磨是現(xiàn)在仍在使用的最早的磨煤機(jī)。它是一個(gè)臥式的筒體，里面裝有小直徑的鋼球。筒體內(nèi)襯耐磨材料以加強(qiáng)球的滾動(dòng)，球占筒體總?cè)莘e的25%到30%。轉(zhuǎn)速取離心力可以克服重力時(shí)速度的80%，這樣可以使鋼球貼在筒體的內(nèi)壁上。通過筒體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)鋼球的碰撞來(lái)實(shí)現(xiàn)煤粉的磨制。

筒式鋼球磨有單進(jìn)單出和雙進(jìn)雙出兩種。對(duì)于單進(jìn)單出型，空氣和煤從一端進(jìn)入從另一端流出。雙進(jìn)雙出型磨煤機(jī)是空氣和原煤從兩端進(jìn)入，磨好的干燥的煤粉從兩端流出。對(duì)于這兩種類型，粗粉分離器布置于磨煤機(jī)的外部，粒徑過大的粗粉被送回到磨煤機(jī)與原煤混合。筒式鋼球磨不具有類似立式磨的流化床特點(diǎn)，同時(shí)由于空氣和煤粉的混合不均勻限制了干燥能力。如果筒式鋼球磨要磨的煤中水分高于20%，就必須使用輔助的干燥裝置，比如破碎干燥機(jī)。

對(duì)新建鍋爐來(lái)說，中速磨已經(jīng)大量的取代了筒式鋼球磨。相對(duì)于中速磨，筒式鋼球磨往往需要大的建筑空間和較高的能耗。同時(shí)，筒式鋼球磨難于控制且有較高的磨損速度。但是，筒式鋼球磨能很好的適應(yīng)極具磨損作用的、低水分的難磨燃料，比如石油焦。煤在其中較長(zhǎng)的停留時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)有效的磨制。

2.4.3制粉系統(tǒng)

磨煤機(jī)只是龐大的制粉系統(tǒng)的一部分，制粉系統(tǒng)一般有直吹式和中儲(chǔ)式兩種。在直吹式系統(tǒng)中，從磨煤機(jī)出來(lái)的煤粉直接參與燃燒過程，同時(shí)參與的還有空氣、水蒸汽和通入磨煤機(jī)的熱能。中儲(chǔ)式系統(tǒng)把煤粉從空氣、水蒸汽和通入磨煤機(jī)的能量中分離開再去燃燒。儲(chǔ)倉(cāng)中的煤粉由新的一次風(fēng)輸送到燃燒設(shè)備。目前生產(chǎn)蒸汽的過程中很少采用中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)，但是很多特殊的場(chǎng)合仍然需要，比如煤氣化和高爐投煤。目前在美國(guó)運(yùn)行的中速磨大約有1000臺(tái)，其中99%以上的是直吹式系統(tǒng)。

直吹式系統(tǒng)的主要部件有：

?(1)給煤機(jī)，通過煤倉(cāng)調(diào)節(jié)進(jìn)入磨煤機(jī)的給煤量。

?(2)熱源，用來(lái)預(yù)熱干燥煤粉的一次風(fēng)

?(3)一次風(fēng)機(jī)，典型的情況是作為鼓風(fēng)機(jī)布置于磨煤機(jī)之前（正壓系統(tǒng)），或作為排粉風(fēng)機(jī)位于磨煤機(jī)之后（負(fù)壓系統(tǒng)）

?(4)磨煤機(jī)，作為正壓系統(tǒng)或負(fù)壓系統(tǒng)的主體部分。

?(5)管路，把煤和一次風(fēng)從磨煤機(jī)輸送到燃燒器

?(6)燃燒器，混合煤粉和平衡燃燒空氣

?(7)控制和調(diào)節(jié)裝置

根據(jù)工程的經(jīng)濟(jì)性，以上部件可以按照不同的形式布置。在正壓系統(tǒng)中，需要做出選擇，是采用熱一次風(fēng)風(fēng)機(jī)（每個(gè)磨一個(gè)風(fēng)機(jī)），還是采用冷風(fēng)風(fēng)機(jī)（布置在特定的空氣加熱器前面）。熱風(fēng)輸送系統(tǒng)初始投資費(fèi)用較低，因?yàn)椴恍枰囟ǖ目諝饧訜崞?。?duì)大型機(jī)組而言，冷風(fēng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)具有較低的運(yùn)行費(fèi)用，可以補(bǔ)償較高的初始投資。

中速磨這個(gè)術(shù)語(yǔ)是指空氣引入到磨煤機(jī)中作為一次風(fēng)用來(lái)干燥和輸送煤粉。一次風(fēng)的控制對(duì)制粉系統(tǒng)的正常運(yùn)行是非常重要的。不管是直吹式還是中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)，也不管采用熱風(fēng)還是冷風(fēng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)都需要普遍的控制。必須控制一次風(fēng)量和磨煤機(jī)出口溫度，這個(gè)控制由三個(gè)相互聯(lián)系的節(jié)氣閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。

其中的兩個(gè)是熱和冷的節(jié)氣閥，用來(lái)調(diào)節(jié)磨煤機(jī)的空氣溫度，這些節(jié)氣閥通常是相互關(guān)聯(lián)的，從而保證一個(gè)開啟另一個(gè)則關(guān)閉。第三個(gè)節(jié)氣閥是獨(dú)立的，用來(lái)控制空氣容積。一些生產(chǎn)商只采用兩個(gè)節(jié)氣閥，但是缺乏穩(wěn)定性，而變負(fù)荷時(shí)的低反應(yīng)能力抵消了初投資的減少帶來(lái)的好處。

2.5.1 爐膛

? 爐膛是一個(gè)四周封閉的開口大空間，燃料在其中燃燒，產(chǎn)生的煙氣在進(jìn)入對(duì)流煙道前得到冷卻。離開爐膛進(jìn)入管束的煙氣溫度過高則會(huì)導(dǎo)致煙塵微粒沉積在管壁上或使金屬管壁超溫。燃料和燃燒設(shè)備的類型對(duì)爐膛的幾何形狀和尺寸影響很大。在這種情況下，磨細(xì)的煤粉被送入爐膛懸浮燃燒。燃燒產(chǎn)物上升穿過爐膛上部。過熱器、再熱器和省煤器等受熱面被特定布置于鍋爐圍墻內(nèi)部的水平或垂直煙道內(nèi)（對(duì)流煙道）。

在現(xiàn)代蒸汽發(fā)生器中，爐膛和對(duì)流煙道的爐墻是由碳鋼或低合金鋼的汽冷或水冷壁組成，以維持爐墻的金屬溫度在允許的范圍內(nèi)。這些管子在頂部和底部由聯(lián)箱或母管連接在一起。這些聯(lián)箱用來(lái)分配或收集水、蒸汽或汽水混合物。在最現(xiàn)代化的機(jī)組中，爐墻管道也作為主要的產(chǎn)生蒸汽的部件或受熱面。這些管子用鋼條焊接在一起，組成氣密的、連續(xù)的、剛性的膜式墻。這些管道通常預(yù)制成可裝運(yùn)的膜板，并且板上留有燃燒器口、觀察孔、吹灰器口（鍋爐清潔設(shè)備）和燃?xì)鈬娙肟凇?/p>

2.5.2 過熱器和再熱器

? 過熱器和再熱器被專門設(shè)計(jì)成順列管束，用來(lái)提高飽和蒸汽的溫度。一般形式下，它們是簡(jiǎn)單的單相換熱器，蒸汽在管道內(nèi)流動(dòng)，煙氣從外面經(jīng)過，通常二者是交叉流動(dòng)。由于其

較高的運(yùn)行溫度，這些關(guān)鍵的部件一般用合金鋼制造。典型的布置通常有利于控制出口蒸汽的溫度，保持金屬溫度低于其可接受的極限和控制蒸汽流動(dòng)的壓力損失。

? 過熱器和再熱器的主要區(qū)別是蒸汽壓力。在典型的汽包鍋爐中，過熱器的出口壓力為2700psi（186bar），而再熱器的出口壓力為580psi（40bar）。受熱面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置取決于所要求的出口溫度、吸熱量、燃料的灰分特性和清潔設(shè)備。這些受熱面可以呈水平或垂直布置。過熱器和有的再熱器經(jīng)常被分為幾段以利于控制蒸汽溫度和優(yōu)化熱量回收。過熱器的類型

根據(jù)煙氣側(cè)的傳熱方式，過熱器可分為兩種基本類型。最初的一種是對(duì)流過熱器，從煙氣吸收的輻射熱量很小。在這樣的機(jī)組中，蒸汽溫度隨鍋爐負(fù)荷的增加而升高，這是因?yàn)闋t膛吸收單位輸入熱量的百分比下降。這導(dǎo)致過熱器吸收了更多的熱量。因?yàn)閷?duì)流傳熱速率幾乎與煙氣流率即鍋爐負(fù)荷成直線關(guān)系，因此，過熱器中每磅蒸汽的總吸熱量以及蒸汽的溫度都會(huì)隨鍋爐負(fù)荷而增長(zhǎng)（見圖2-5）。過熱器布置得離爐膛越遠(yuǎn)，進(jìn)入過熱器的煙氣溫度越低，這種效果越明顯。

輻射式過熱器主要吸收來(lái)自爐膛的輻射熱，對(duì)流傳熱量很少。一般采用較大間距（24英寸或很大的側(cè)邊距）的屏式凝渣管或懸吊屏式過熱器的型式布置于爐膛中。有時(shí)這種過熱器和包墻管組合成一體。因?yàn)闋t膛受熱面吸熱不如鍋爐負(fù)荷增長(zhǎng)快，所以隨著鍋爐負(fù)荷的增長(zhǎng)輻射式過熱汽溫度反而下降，如圖2-5所示

某些情況下，在較大的負(fù)荷范圍內(nèi)，這兩條變化趨勢(shì)相反的曲線可由一系列聯(lián)合的輻射、對(duì)流過熱器疊加為平緩的過熱曲線，如圖2-5所示。一個(gè)單獨(dú)加熱的過熱器也能產(chǎn)生平緩的過熱曲線。

輻射和對(duì)流式過熱器的設(shè)計(jì)需要特別注意避免因蒸汽和煙氣流量分配不均而造成的管子超溫。一般過熱器中有100,000到1,000,000lb/hft2(136到1356kg/m2s)或更多的蒸汽質(zhì)量流量。這種設(shè)置是在允許壓降的范圍內(nèi)對(duì)管子內(nèi)部進(jìn)行充分的冷卻。質(zhì)量流量的選擇取決于蒸汽的壓力和溫度，還有過熱器的熱負(fù)荷。此外，高速下的高壓損會(huì)改善蒸汽側(cè)流場(chǎng)分布。

2.5.3 省煤器和空氣預(yù)熱器

省煤器和空氣預(yù)熱器在提高鍋爐總的熱效率方面發(fā)揮著重要作用, 它們回收了排入大氣前煙氣中的低品位熱量，也就是低溫?zé)崃俊煔獗皇∶浩骰蚩諝忸A(yù)熱器冷卻每40℉（22℃），總的鍋爐效率就會(huì)被提高大約1%。省煤器吸熱加熱鍋爐給水，空氣預(yù)熱器則是加熱燃燒空氣。熱空氣強(qiáng)化了多種燃料的燃燒，并保證了穩(wěn)定的著火。

省煤器

? 省煤器是一種逆流布置的熱交換器，在流過過熱器或再熱器（如果使用）的煙氣中獲取能量。它提高了汽包進(jìn)水的溫度。其管束布置是一種典型的平行水平蛇形管束，水在管內(nèi)流動(dòng)而煙氣在外側(cè)反方向（逆流）流動(dòng)。管子間盡量緊密以強(qiáng)化傳熱，同時(shí)要求有足夠的管子表面清潔空間和合理的煙氣側(cè)壓損。根據(jù)設(shè)計(jì)，這些管子內(nèi)一般不會(huì)產(chǎn)生蒸汽。

最普通、最可靠的省煤器設(shè)計(jì)就是光管、順列、交叉流省煤器（如圖2-6）。煤燃燒后，飛灰就會(huì)產(chǎn)生一種高污垢、侵蝕的環(huán)境。相對(duì)于如圖2-6的錯(cuò)列布置，這些順列布置的光管就會(huì)盡可能減少飛灰粘附、侵蝕的可能性。這也是通過吹灰器保持清潔的最簡(jiǎn)單的幾何形狀。然而，這種布置的好處必須要結(jié)合它大重量、大空間以及造價(jià)進(jìn)行綜合評(píng)估

為減少投資，大多數(shù)鍋爐省煤器應(yīng)用了各種鰭片以強(qiáng)化煙氣側(cè)的傳熱效率。鰭片是廉價(jià)的非承壓物件，它可減少省煤器的總尺寸和造價(jià)。然而，成功的應(yīng)用對(duì)于煙氣環(huán)境是非常敏感的。表面的清潔能力是一關(guān)鍵因素。

空氣預(yù)熱器

空氣預(yù)熱器是利用經(jīng)過省煤器的鍋爐煙氣攜帶的熱量加熱燃燒空氣，并提供干燥煤粉的熱空氣。在燃煤電廠中，空氣預(yù)熱器的出口溫度受限于磨煤機(jī)的出口溫度和調(diào)溫風(fēng)系統(tǒng)容量，煙

氣出口溫度則要考慮傳熱表面的污染和后面設(shè)備的腐蝕情況。

在較老的鍋爐中一般采用管式或板式空預(yù)器，體積大，很難清理，而且壞損的傳熱表面不易替換?，F(xiàn)代鍋爐都采用回轉(zhuǎn)式。

回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的最大特點(diǎn)是顯著地節(jié)省了空間?；剞D(zhuǎn)式空預(yù)器采用緊密的受熱面布置方式，必須采用性能良好的吹灰器使其保持清潔。

受熱面由壓制成特殊形狀的鋼板或考登鋼板組成。這些板子厚0.5到0.8mm，一般被壓緊并裝進(jìn)置于支撐結(jié)構(gòu)上的鋼制倉(cāng)體。這些板子的形狀經(jīng)過優(yōu)化，具有很高的傳熱效率，同時(shí)要在使用吹灰器充分保持清潔的情況下保證壓損最小。

一臺(tái)660MW的單元機(jī)組配有兩臺(tái)空氣預(yù)熱器，每臺(tái)直徑14.6m，重約500噸。傳熱元件的表面積總共約100,000平方米。燃煤電廠典型的溫度應(yīng)是煙氣進(jìn)口335℃，出口120℃，空氣進(jìn)口32℃，出口290℃?？諝忸A(yù)熱器的性能主要表現(xiàn)在傳熱效率、壓損以及空氣對(duì)煙氣側(cè)的泄漏上。

? 前兩項(xiàng)能被理想的表示為一組無(wú)量綱數(shù)：雷諾數(shù)、普朗特?cái)?shù)和斯坦頓數(shù)的關(guān)系。通過實(shí)驗(yàn)室規(guī)模試驗(yàn)可以確立每種空氣預(yù)熱器組件的關(guān)系式。這就可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，估算新開發(fā)部件的幾何性能，以及評(píng)估由于灰污問題而需使用替代部件的效果。

2.6 鍋爐在線吹灰

是否高效的燃燒化石燃料來(lái)生產(chǎn)電力很大程度上取決于蒸汽產(chǎn)生設(shè)備對(duì)煤燃燒產(chǎn)物（煤灰）的適應(yīng)性。吹灰器用來(lái)吹掃沉積在鍋爐受熱面上的積灰來(lái)保證有效地向蒸汽傳熱。在英國(guó)吹灰介質(zhì)大部分用蒸汽而在美國(guó)一般用空氣。

2.7 能量守恒

? 由熱力學(xué)第一定律，蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)的能量平衡如下所述：

進(jìn)入系統(tǒng)的能量 － 離開系統(tǒng)的能量 = 系統(tǒng)內(nèi)部能量的積累

? 因?yàn)檎羝l(fā)生器應(yīng)在穩(wěn)態(tài)下檢測(cè)，這樣積累的能量就為0，其方程為：

進(jìn)入系統(tǒng)的能量 = 離開系統(tǒng)的能量

進(jìn)入系統(tǒng)的能量就是進(jìn)入系統(tǒng)的質(zhì)量流所攜帶的能量，以及輔助設(shè)備的驅(qū)動(dòng)能量。離開系統(tǒng)的能量就是離開系統(tǒng)的質(zhì)量流所攜帶的能量，以及通過蒸汽發(fā)生器表面?zhèn)鬟f給環(huán)境的能量。? 效率為輸出能量和輸入能量的比值，以百分?jǐn)?shù)的形式表示：

當(dāng)輸入能量定義為燃料釋放的所有能量時(shí)，所得的效率通常稱為燃料效率

2.7.1 效率-能量平衡法（反平衡法）

? 在能量平衡法中，采用能量損失和外來(lái)熱量來(lái)計(jì)算效率。能量平衡法是確定效率的首選方法。因?yàn)闇y(cè)量誤差僅影響著各項(xiàng)損失而不影響總能量，所以它一般情況下比輸入－輸出法更精確。例如：如總損失占總輸入能量的10%，則1%的測(cè)量誤差僅會(huì)導(dǎo)致0.1%的效率誤差，而在測(cè)量燃料流量中1%的誤差將會(huì)導(dǎo)致效率的1%的誤差。

能量平衡法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是可以確認(rèn)兩次效率測(cè)試結(jié)果不同的原因，另外，對(duì)于諸如燃料分析數(shù)據(jù)等試驗(yàn)條件的變化，該方法可以容易的將效率修正到基準(zhǔn)工況或保證工況。

2.7.2 效率-輸入-輸出法（正平衡法）

根據(jù)輸入－輸出法計(jì)算的效率是基于測(cè)定燃料量和計(jì)算輸出能量所必需的鍋爐汽水側(cè)參數(shù)。該方法計(jì)算的效率的不確定度直接與燃料測(cè)量、樣本燃料分析和鍋爐輸出能量求取等的不確定度成正比。所以，要獲得可靠的結(jié)果，在精確測(cè)量上述各項(xiàng)時(shí)必須格外謹(jǐn)慎。

第四篇：熱能與動(dòng)力工程專業(yè)外語(yǔ)第八章

第八章 空調(diào)與制冷

8.1 空調(diào)

空調(diào)是一個(gè)可以同時(shí)進(jìn)行多種處理的組合過程。它可以處理空氣、輸送空氣并把空氣送入被調(diào)空間中?？照{(diào)可以從中央設(shè)備或屋頂單元提供熱與冷。為了被調(diào)空間居住者的健康和舒適度，或者為了工業(yè)生產(chǎn)的目的，它還可以控制并保持預(yù)先設(shè)定的溫度、濕度、空氣流動(dòng)、空氣潔凈度、噪音級(jí)別和壓差。

HVAC&R是供熱(Heating)、通風(fēng)(Ventilating)、空調(diào)(Air Conditioning)和制冷(Refrigerating)的縮寫。在通常采納的術(shù)語(yǔ)中，這些組合過程與現(xiàn)在定義的“空調(diào)”是相同的。由于所有這些單個(gè)過程的發(fā)展要要比其完整概念的“空調(diào)”要早，所以業(yè)內(nèi)也普遍使用HVAC&R這個(gè)詞。

8.1.1 空調(diào)系統(tǒng)的分類

根據(jù)其結(jié)構(gòu)與運(yùn)行特性，空調(diào)系統(tǒng)可分類如下：

（1）獨(dú)立型房間空調(diào)系統(tǒng)

獨(dú)立型房間空調(diào)系統(tǒng)或簡(jiǎn)單的獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)采用一個(gè)單獨(dú)、完全的房間空調(diào)器、一個(gè)整體式末端、一個(gè)獨(dú)立的室內(nèi)-室外分體機(jī)或一個(gè)熱泵裝置。熱泵可以從一個(gè)熱源吸收熱量，在較高的溫度上，將這些熱量排放給水或空氣，用于供熱目的。與其他系統(tǒng)不同的是，這些系統(tǒng)通常在每個(gè)房間都采用一個(gè)完全獨(dú)立的裝置。獨(dú)立型空調(diào)系統(tǒng)可分為兩類：

1）房間空調(diào)器（安裝在窗戶上）；

2）整體式末端空調(diào)器（PTAC），安裝時(shí)與外墻有套管連接。

在工廠已組裝的、準(zhǔn)備使用的房間空調(diào)器包括以下重要部件：一個(gè)將處理好的空氣增壓并供給被調(diào)空間的蒸發(fā)器風(fēng)扇。在肋管式盤管中，制冷劑蒸發(fā)，在管內(nèi)直接膨脹，并在制冷季節(jié)從周圍空氣中吸收熱量，這也稱為直膨式（DX）盤管，在采暖季節(jié)時(shí)，當(dāng)熱的制冷劑向被調(diào)節(jié)空間釋放熱量時(shí)，它的作用就相當(dāng)于熱泵。一個(gè)用于清除空氣中微粒的空氣過濾器。一個(gè)用來(lái)把制冷劑從較低蒸發(fā)壓力壓縮到較高冷凝壓力的壓縮機(jī)。一個(gè)使制冷劑從高溫氣態(tài)液化為液態(tài)的冷凝器，并通過盤管和冷凝器風(fēng)扇來(lái)釋放熱量。一個(gè)能感知被調(diào)空間的空氣溫度，并采用溫度調(diào)節(jié)裝置，通過壓縮機(jī)的起停，以控制制冷或供熱能力的溫度控制系統(tǒng)。

房間空調(diào)器與熱泵型、整體式末端和整體式末端熱泵型空調(diào)器的區(qū)別是：所有熱泵型房間空調(diào)器都增加了四通換向閥。有時(shí)房間空調(diào)器被分為兩個(gè)分離部分：一個(gè)是包含著壓縮機(jī)和冷凝器的室外冷凝機(jī)組；一個(gè)是室內(nèi)空氣處理器，它可以在更恰當(dāng)?shù)奈恢冒惭b空氣處理器，并減小室內(nèi)壓縮機(jī)的噪音。

可以采用單獨(dú)房間的直膨式（DX）盤管來(lái)體現(xiàn)獨(dú)立型空調(diào)系統(tǒng)的特性。這是一種最簡(jiǎn)單和最直接的空氣冷卻方法。大多數(shù)獨(dú)立型系統(tǒng)都沒有風(fēng)道連接。室外空氣通過窗孔或一個(gè)小的擋風(fēng)板引入室內(nèi)。獨(dú)立型系統(tǒng)經(jīng)常僅用在建筑物的圍護(hù)區(qū)域。

（2）蒸發(fā)冷卻式空調(diào)系統(tǒng)

蒸發(fā)冷卻式空調(diào)系統(tǒng)利用液態(tài)水蒸發(fā)的冷卻效應(yīng)來(lái)直接或間接地冷卻空氣氣流。它可以是工廠整體組合機(jī)組，也可以在現(xiàn)場(chǎng)安裝。當(dāng)蒸發(fā)冷卻器只提供冷卻效應(yīng)的其中一部分冷量時(shí)，它也可以作為中央液體循環(huán)系統(tǒng)或整體式機(jī)組系統(tǒng)的一個(gè)部件。

一個(gè)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)由以下組成：進(jìn)水室、過濾器、進(jìn)氣風(fēng)機(jī)、直接接觸或間接接觸熱交換器、排氣風(fēng)機(jī)、噴水室、再循環(huán)水泵和水池。蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)與制冷劑冷卻系統(tǒng)相比具有耗能低的特點(diǎn)。它可以產(chǎn)生濕冷空氣，并被廣泛應(yīng)用在美國(guó)西南干旱地區(qū)。

（3）除濕空調(diào)系統(tǒng)

在除濕空調(diào)系統(tǒng)中，潛熱制冷是由干燥劑除濕完成，顯熱制冷通過蒸發(fā)冷卻或蒸發(fā)制冷進(jìn)行。因此，有相當(dāng)部分的昂貴的蒸氣壓縮式制冷裝置可用廉價(jià)的蒸發(fā)冷卻裝置代替。除濕空調(diào)通常是除濕、蒸發(fā)冷卻、制冷和干燥劑再生的組合系統(tǒng)。

在除濕空調(diào)系統(tǒng)中有兩股氣流：一股是工作氣流，一股是再生氣流。工作氣流可以是全新風(fēng)氣流，也可以是室外新風(fēng)和室內(nèi)循環(huán)空氣的混合氣流。工作氣流是經(jīng)過處理的空氣，它可以直接輸送給被調(diào)空間或封閉的生產(chǎn)過程，也可以送往空氣處理單元（AHU）、整體式機(jī)組（PU）或末端進(jìn)行進(jìn)一步的處理。再生氣流是一種高溫氣流，用于干燥劑的再生。

除濕空調(diào)系統(tǒng)通常由以下部件組成：旋轉(zhuǎn)除濕裝置、熱管換熱器、直接或間接蒸發(fā)制冷器、DX盤管和蒸氣壓縮式機(jī)組或水冷盤管和機(jī)組、風(fēng)機(jī)、泵、換向器、控制裝置、風(fēng)道和管道。

（4）蓄冷空調(diào)系統(tǒng)

在蓄冷空調(diào)系統(tǒng)或簡(jiǎn)易的蓄冷系統(tǒng)中，電驅(qū)動(dòng)的制冷壓縮機(jī)是在非尖峰時(shí)段工作的。儲(chǔ)箱內(nèi)的冷凍水或儲(chǔ)冰在尖峰時(shí)段用來(lái)給建筑提供冷卻，在這段時(shí)間電力需求負(fù)荷和電能費(fèi)用高。蓄冷系統(tǒng)可以降低HVAC&R系統(tǒng)高的用電需求，并部分或全部地將高電能費(fèi)用從尖峰時(shí)段轉(zhuǎn)移到非尖峰時(shí)段。

蓄冷空調(diào)系統(tǒng)通常是一個(gè)集中式空調(diào)系統(tǒng)，采用冷凍水作為冷卻介質(zhì)。除了空氣、水和制冷控制系統(tǒng)外，該系統(tǒng)還有冷凍水箱或蓄冰槽、蓄冷循環(huán)泵及調(diào)節(jié)裝置。

（5）潔凈室空調(diào)系統(tǒng)

潔凈室或潔凈空間空調(diào)系統(tǒng)適合于那些需要嚴(yán)格控制顆粒、溫度、相對(duì)濕度、通風(fēng)、噪音度、振動(dòng)和空間壓力的空間。在潔凈空間空調(diào)系統(tǒng)中，室內(nèi)環(huán)境控制的質(zhì)量直接影響著潔凈空間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品。

潔凈空間空調(diào)系統(tǒng)由空氣再循環(huán)機(jī)組和補(bǔ)氣機(jī)組組成，他們都包括調(diào)節(jié)風(fēng)門、預(yù)過濾盤管、風(fēng)機(jī)、高效顆?？諝猓℉EPA）過濾器、風(fēng)道、管道工程、泵、制冷系統(tǒng)和除補(bǔ)氣機(jī)組中的加濕器以外的相關(guān)控制。

（6）空間處理空調(diào)系統(tǒng)

空間處理空調(diào)系統(tǒng)也稱作空間空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過風(fēng)機(jī)盤管、水源熱泵或一些其他設(shè)備，它們?cè)谔幚砜臻g內(nèi)或上面或靠近處理空間，實(shí)現(xiàn)冷卻、除濕、加熱和過濾。風(fēng)機(jī)盤管由一個(gè)小風(fēng)機(jī)和一個(gè)盤管構(gòu)成。水源熱泵通常由一個(gè)風(fēng)機(jī)和一個(gè)翅片盤管來(lái)處理空氣，一個(gè)水盤管在冷卻時(shí)將熱量排放到水回路，或在供熱時(shí)從同一水回路吸收熱量。

一個(gè)被調(diào)房間可運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)風(fēng)機(jī)盤管。通常，在建筑周邊區(qū)域（外區(qū)）的各個(gè)控制區(qū)域采用小型的托架式水源熱泵。在建筑中心（內(nèi)區(qū)），大型水源熱泵利用風(fēng)道為幾個(gè)房間服務(wù)。

空間空調(diào)系統(tǒng)在被調(diào)空間中，進(jìn)氣風(fēng)道通常很短，并且除了內(nèi)區(qū)的大型水源熱泵外，沒有回氣風(fēng)道。用來(lái)循環(huán)被調(diào)空間空氣的壓降，通常等于或小于0.6英尺水柱（WC）（150Pa）。和單元式整體機(jī)組或中央水冷空調(diào)系統(tǒng)相比，空間空調(diào)系統(tǒng)節(jié)約了大部分用于輸運(yùn)回氣和再循環(huán)空氣的能量?？臻g空調(diào)系統(tǒng)通常用作專用（獨(dú)立）的室外通風(fēng)系統(tǒng)，為被調(diào)空間的居住者提供室外空氣。

空間空調(diào)系統(tǒng)通常具有比較高的噪音級(jí)別，并且在被調(diào)空間中，需要更多的定期維修。

（7）單元式整體空調(diào)系統(tǒng)

單元式整體空調(diào)系統(tǒng)可以簡(jiǎn)稱為單元式空調(diào)系統(tǒng)或整體式空調(diào)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以采用一個(gè)獨(dú)立整體機(jī)組或兩個(gè)分體裝置。獨(dú)立整體機(jī)組包括風(fēng)機(jī)、過濾器、DX盤管、壓縮機(jī)、冷凝器和其他配件。分體系統(tǒng)的室內(nèi)空氣處理單元由控制系統(tǒng)和空氣系統(tǒng)組成，主要包括風(fēng)機(jī)、過濾器和DX盤管，室外冷凝單元是制冷系統(tǒng)，由壓縮機(jī)和冷凝器組成。屋頂安裝的整體式系統(tǒng)是最廣泛應(yīng)用的。

8.1.2 完整的系統(tǒng)

在全空氣供熱和制冷系統(tǒng)中，能量和通風(fēng)氣流是通過風(fēng)道在鍋爐或空氣處理器與被調(diào)空間之間傳輸。全空氣系統(tǒng)可適用于所有類型的舒適性和工藝性空調(diào)。它應(yīng)用于環(huán)境需要單獨(dú)控制的建筑，以及有多種需求的區(qū)域，比如寫字樓、學(xué)校和大學(xué)、實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)院、商場(chǎng)、酒店和輪船。全空氣系統(tǒng)也可用于任何要求精確控制溫度和濕度的特殊場(chǎng)合，包括潔凈室、計(jì)算機(jī)房、醫(yī)院手術(shù)室和工廠。

通過一個(gè)獨(dú)立的周邊空氣系統(tǒng)，或使用一個(gè)獨(dú)立的周邊踢腳板、再熱輻射系統(tǒng)或熱水、蒸汽和電阻加熱的輻射系統(tǒng)，可以采用系統(tǒng)原先用來(lái)供冷的風(fēng)道完成供熱。很多商業(yè)建筑內(nèi)部不需要加熱，而是只有一個(gè)周邊供熱系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)償建筑圍護(hù)的熱損失。在那些僅在周邊區(qū)域有供熱需求，并由踢腳板散熱器系統(tǒng)提供供熱的時(shí)候，空氣系統(tǒng)只提供室外空氣必要的通風(fēng)和加熱。

8.2 制冷

制冷定義為一個(gè)從恒定的低溫?zé)嵩椿蚶涿轿諢崃?，并將熱量轉(zhuǎn)移到高溫?zé)釁R的過程。制冷通過將吸收的熱量和任何輸入的能量傳遞給熱匯、大氣或地表水使熱源的溫度維持在環(huán)境溫度之下。

制冷系統(tǒng)是由部件和設(shè)備按順序依次組合，以產(chǎn)生制冷效果。根據(jù)輸入能量和制冷方法的不同，用于空氣調(diào)節(jié)的制冷系統(tǒng)可分為：

（1）蒸氣壓縮式系統(tǒng)

在蒸氣壓縮式系統(tǒng)里，在制冷劑產(chǎn)生制冷效果之后，壓縮機(jī)將其壓縮到高溫和高壓狀態(tài)；被壓縮的制冷劑將熱量傳到高溫?zé)釁R，并冷凝成液態(tài)；這種液態(tài)制冷劑然后節(jié)流，變成低溫和低壓的蒸氣，在蒸發(fā)過程中產(chǎn)生制冷效應(yīng)。蒸氣壓縮式是舒適性和工藝性空調(diào)中，最為廣泛采用的制冷形式。

（2）吸收式系統(tǒng)

在吸收式系統(tǒng)里，制冷效應(yīng)是輸入的熱能產(chǎn)生的。在蒸發(fā)過程中吸收冷媒的熱量后，氣態(tài)制冷劑被吸收劑吸收。這種溶液然后被直燃爐、廢熱、熱水或蒸汽加熱。然后制冷劑再蒸發(fā)，接著冷凝，再次開始制冷循環(huán)。

（3）空氣或氣體膨脹系統(tǒng)

在空氣或氣體膨脹系統(tǒng)里，空氣或氣體是通過機(jī)械能壓縮到高壓狀態(tài)。然后冷卻并膨脹到低壓。由于在膨脹過程中，空氣或氣體的溫度降低，因此產(chǎn)生了制冷效應(yīng)。

8.2.1 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)

逆卡諾循環(huán)是完全可逆的，也是工作在兩個(gè)恒定溫度之間或兩種具有無(wú)限熱容不同溫度流體之間制冷系統(tǒng)的完美循環(huán)。

卡諾制冷循環(huán)有兩個(gè)假設(shè)，這使它不能實(shí)現(xiàn)。兩種外部流體的傳熱能力假設(shè)為無(wú)限大，這樣外部流體的溫度就固定維持在T0和TR（它們變?yōu)闊o(wú)限大的熱庫(kù)）。在兩個(gè)換熱過程，卡諾循環(huán)還假設(shè)在工質(zhì)和外部流體之間沒有熱阻。這樣，制冷劑的溫度必須在冷凝器和蒸發(fā)器中分別維持在TR和T0不變。

圖8-2給出了單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的示意圖，它是實(shí)際循環(huán)的最簡(jiǎn)化近似。圖中還用T－s圖和p－h(huán)圖給出了理論循環(huán)的熱力過程。盡管實(shí)用并且簡(jiǎn)單，但是有兩個(gè)特點(diǎn)使這個(gè)循環(huán)不能達(dá)到與逆卡諾循環(huán)一樣高的性能系數(shù)（Coefficient of Performance，COP）。首先是現(xiàn)在制冷劑通過膨脹閥（過程3－4）是一個(gè)不可逆的節(jié)流過程，喪失了產(chǎn)生有用功的機(jī)會(huì)；第二個(gè)非理想化特征是排熱（過程2－3）并未在恒定溫度下進(jìn)行。后面我們會(huì)看到盡管這是一個(gè)非理想循環(huán)，然而也是不可能實(shí)現(xiàn)。但是它簡(jiǎn)單，能說明很多有用的趨勢(shì)，并且也能修改為實(shí)際系統(tǒng)的近似?；谶@些原因，圖8-2是理解蒸氣壓縮式制冷循環(huán)特征的良好模型。

8.2.2 多級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)

在需要幾個(gè)蒸發(fā)器提供不同蒸發(fā)溫度時(shí)候，如超市，或蒸發(fā)溫度變得很低的時(shí)候，通常采用多級(jí)或多壓蒸氣壓縮式制冷循環(huán)。低的蒸發(fā)溫度表明進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑具有低的蒸發(fā)壓力和低密度。兩個(gè)串聯(lián)的小型壓縮機(jī)具有較小的排量，并且通常比一個(gè)大型的、能適用于整個(gè)蒸發(fā)壓力到冷凝壓力范圍變化的壓縮機(jī)運(yùn)行效率更高。特別是對(duì)于氨制冷系統(tǒng)，因?yàn)樵趬嚎s過程中產(chǎn)生的大量的過熱。

8.2.3 制冷劑

制冷劑是制冷、空調(diào)和熱泵系統(tǒng)中的工作介質(zhì)，它們從一個(gè)區(qū)域吸收熱量，例如一個(gè)被調(diào)空調(diào)空間，然后把熱量排入另外一個(gè)區(qū)域，例如室外，通常分別通過蒸發(fā)和冷凝過程進(jìn)行。這些相變同時(shí)發(fā)生在吸收式和機(jī)械蒸氣壓縮式系統(tǒng)里，但不發(fā)生在采用空氣等作為工質(zhì)的氣體循環(huán)系統(tǒng)中。

8.2.4 壓縮機(jī)

壓縮機(jī)有兩種基本類型：容積型和速度型。容積型壓縮機(jī)利用輸入壓縮機(jī)裝置的功，通過減小壓縮室的容積來(lái)增加制冷劑蒸氣的壓力。這些裝置類型有：往復(fù)式、回轉(zhuǎn)式（旋轉(zhuǎn)活塞式、旋轉(zhuǎn)葉片式、單螺桿式和雙螺桿式）、渦旋式和擺線式。

大多數(shù)往復(fù)式壓縮機(jī)是單動(dòng)式的，采用曲軸連桿和軸銷直接驅(qū)動(dòng)活塞。采用活塞桿、十字頭、填料盒和噴油的雙動(dòng)式壓縮機(jī)并未廣泛采用。鹵烴壓縮機(jī)是最廣泛采用的壓縮機(jī)，它有以下三種設(shè)計(jì)類型：（1）開啟式；（2）半封閉式或螺栓封閉式；（3）焊接全封閉式。

8.2.5 蒸發(fā)器

蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)的一個(gè)主要部件，在蒸發(fā)器中，由于從周圍空氣、冷凍水或其它物質(zhì)中吸取熱量，制冷劑蒸發(fā)。在蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)中，蒸發(fā)器也是一種間接接觸式換熱器。

8.2.6 冷凝器

制冷系統(tǒng)中的冷凝器通常是一種用于排出系統(tǒng)中熱量的換熱器。這部分熱量由蒸發(fā)器吸收的熱量和壓縮機(jī)輸入的熱量組成。壓縮機(jī)排出高溫高壓的氣態(tài)制冷劑進(jìn)入冷凝器，冷凝器把氣態(tài)制冷劑的熱量排放到一些冷卻介質(zhì)。這樣，被冷卻的制冷劑重新冷凝到液態(tài)，并排出冷凝器，以繼續(xù)制冷循環(huán)。

8.2.7 制冷劑控制設(shè)備

控制制冷劑的流量在任何制冷系統(tǒng)中都是必要的。控制器包括(1)壓力控制器；(2)壓力傳感器；(3)溫度控制器；（4)流體流量傳感器；（5)微分控制器和(6)浮球開關(guān)。

8.2.8 吸收式制冷循環(huán)

吸收式裝置有兩個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)：(1)由熱量驅(qū)動(dòng)；（2)無(wú)需蒸氣的機(jī)械壓縮。

所有的吸收式循環(huán)至少包括三個(gè)與相應(yīng)環(huán)境之間的熱能交換，即有三個(gè)不同溫度的能量交換。

最高的溫度和最低的溫度在熱量流動(dòng)上是一個(gè)方向，中間的一個(gè)或兩個(gè)溫度的熱量流動(dòng)

方向是相反的。早期循環(huán)中，兩個(gè)極端溫度的熱量（最熱和最冷）是流入循環(huán)的。這個(gè)循環(huán)也被稱為熱量放大器、熱泵，常規(guī)循環(huán)，或者第一類循環(huán)。當(dāng)極端溫度的熱量是流出循環(huán)的，這就稱為反轉(zhuǎn)循環(huán)、熱變壓器、溫度放大器、升溫器或第二類循環(huán)。

水-溴化鋰和氨-水具有最好的綜合熱力學(xué)特性，并且沒有已知的有害環(huán)境效應(yīng)(ODP和GWP為0)。

8.3 低溫學(xué)

低溫學(xué)通常是與低的溫度聯(lián)系在一起的專業(yè)術(shù)語(yǔ)。然而，在溫標(biāo)上，并沒有很好地定義制冷結(jié)束和低溫開始的位置。大多數(shù)從事這一領(lǐng)域的科學(xué)家和工程師將低溫限制在125K之下，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的永久氣體（如氦、氫、氖、氮、氬、氧、空氣）的沸點(diǎn)低于這個(gè)溫度。相反，大多數(shù)常見制冷劑的沸點(diǎn)高于這個(gè)溫度。

第五篇：熱能與動(dòng)力工程專業(yè)外語(yǔ)第三版第四章 火力發(fā)電廠

第4章 火力發(fā)電廠

4.1 簡(jiǎn)介

電站的生產(chǎn)過程利用的是一個(gè)封閉的蒸汽動(dòng)力循環(huán)，在這個(gè)循環(huán)中伴隨著水的各種熱力過程。

有一半的循環(huán)包括鍋爐（或熱源）及其輔助設(shè)備；另一半的熱力循環(huán)則包括汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)，凝汽器，給水泵及給水加熱器。

在鍋爐中給水被加熱成干飽和蒸汽。干蒸汽進(jìn)一步過熱并進(jìn)入汽輪機(jī)的高壓缸。過熱蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹，很大比例的熱能轉(zhuǎn)化為帶動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)能。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。做功后的蒸汽離開高壓缸回到鍋爐被再次加熱。再熱蒸汽進(jìn)一步在汽輪機(jī)中壓缸和低壓缸中膨脹做功，然后進(jìn)入凝汽器。

蒸汽在凝汽器這個(gè)大型表面式換熱器中，通過釋放汽化潛熱給冷卻水（CW）從而被冷凝。主蒸汽在凝汽器中被冷凝成很低壓力下的接近飽和的水。凝結(jié)成的水從凝汽器排入熱井。熱井中的水被凝結(jié)水泵抽出，經(jīng)過低壓給水加熱系統(tǒng)后進(jìn)入鍋爐給水泵。

在現(xiàn)代回?zé)嵫h(huán)中，一部份蒸汽通過布置在汽輪機(jī)汽缸上的一系列位于選定的動(dòng)葉級(jí)后的抽汽口進(jìn)入到凝汽器和給水加熱器中。這些蒸汽被用來(lái)加熱低壓加熱器中的凝結(jié)水及高壓加熱器中的給水，這些加熱器都屬于表面式換熱器。

給水經(jīng)鍋爐給水泵增壓到高于汽包的壓力，以足夠克服給水經(jīng)過鍋爐汽水系統(tǒng)和高壓給水加熱系統(tǒng)的壓力損失。至此整個(gè)循環(huán)就完成了。

4.1.1 應(yīng)用過熱的實(shí)際循環(huán)

朗肯循環(huán)向一個(gè)更實(shí)際的蒸汽循環(huán)的首次改進(jìn)包括提高進(jìn)入汽輪機(jī)蒸汽的溫度和壓力。在過熱蒸汽循環(huán)中，干飽和蒸汽離開鍋爐汽包并進(jìn)一步過熱后才能進(jìn)入汽輪機(jī)。由此，提高了循環(huán)的效率。這種過熱循環(huán)選擇與先前的朗肯循環(huán)具有相同的汽輪機(jī)排汽條件。然而，過熱蒸汽的一個(gè)主要好處在于提高循環(huán)蒸汽的溫度和壓力，使得汽輪機(jī)的排汽濕度可以保持在所能承受的物理極限內(nèi)。

4.1.2 再熱循環(huán)

由于希望進(jìn)一步增加循環(huán)的條件并由此提高循環(huán)效率，于是在汽輪機(jī)內(nèi)的膨脹過程中增加蒸汽的再熱循環(huán)。再熱循環(huán)中，額定溫度的蒸汽在汽輪機(jī)中部分地膨脹做功，然后回到鍋爐，被再熱到最初的額定溫度左右。再熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)其余部分繼續(xù)做功，之后進(jìn)入凝汽器冷凝。

再熱循環(huán)的引入相比過熱循環(huán)提高了熱效率。同時(shí)再熱循環(huán)也降低了汽輪機(jī)排汽的濕度，但也由于增加再熱系統(tǒng)進(jìn)、出鍋爐以及布置在爐內(nèi)的管道帶來(lái)了基建投資的增加。為了避免單缸情況下機(jī)組再熱級(jí)之間的熱梯度過大，汽輪機(jī)通常分為高壓缸和低壓缸。

4.1.3 回?zé)峒訜嵯到y(tǒng) regenerative feedheating

要完成蒸汽循環(huán)的循環(huán)過程，必須對(duì)其包含的回?zé)嵯到y(tǒng)加以討論。實(shí)際上，一定比例的蒸汽從汽輪機(jī)的不同部位被引出，用于加熱給水，凝結(jié)后返回鍋爐。憑借著抽汽釋放所有的熱量加熱給水而很少或基本沒有到凝汽器的熱量損失，一個(gè)簡(jiǎn)單的朗肯循環(huán)能夠提高其熱效率，但同時(shí)由于抽汽沒有在汽輪機(jī)中膨脹做功而產(chǎn)生一個(gè)較小的損失；然而，這項(xiàng)損失遠(yuǎn)小于循環(huán)效率提高所帶來(lái)的好處。

安裝的給水加熱器的數(shù)量越多，熱效率的提高也越多。然而，隨著給水加熱器數(shù)量的增加，每臺(tái)新增加熱器得到的收益卻會(huì)減少。

4.1.4 超臨界機(jī)組

一個(gè)有效增加熱效率的方式是提高蒸汽壓力。自然循環(huán)鍋爐的壓力極限在2608.2psi(18MPa)左右，雖然壓力較高時(shí)可能會(huì)用到強(qiáng)制循環(huán)，但要想提高電站的整體效率，壓力需要被提高到3477.6psi(24MPa)左右，即在水或蒸汽的臨界壓力之上(3205.2psi(22.12 MPa))。盡管使用

超臨界壓力要求在鍋爐設(shè)計(jì)上進(jìn)行特殊考慮，但對(duì)于汽輪機(jī)來(lái)說則是壓力越高越好。

熱效率的進(jìn)一步改善也許能夠通過提高蒸汽溫度來(lái)獲得。盡管有些電站工作在1049℉(565℃)，甚至一些早期投運(yùn)電站的工作溫度高達(dá)1166℉(630℃)，但是，全世界運(yùn)營(yíng)的大多數(shù)超臨界電站都工作在1000.4℉(538℃)。在更高的溫度下，經(jīng)常通過使用兩次中間再熱來(lái)進(jìn)一步地增加熱效率。提高蒸汽溫度除了帶來(lái)增加效率的好處之外，還能夠減少汽輪機(jī)排汽的濕度從這樣先進(jìn)的最初的情況將否則需要的高級(jí)的渦輪尾氣水濕。

350-1000兆瓦中所謂的?超超臨界?電站的蒸汽參數(shù)為4491.9psi(31MPa)、1094℉(590℃)，并且有些被提高到5071.5psi(35MPa)、1166℉(630℃)，這些電站都具有兩次中間再熱循環(huán)，已經(jīng)或即將投入運(yùn)行。

兩次中間再熱循環(huán)的使用增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。首先，必須增加額外的鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)，另外汽輪機(jī)必須有一個(gè)額外的汽缸，或者必須將聯(lián)合汽缸用于前兩次蒸汽膨脹做功。額外汽缸增加了設(shè)備的尺寸和費(fèi)用，而聯(lián)合的汽缸有可能帶來(lái)兩次膨脹做功之間密封的問題，或冷、熱段再熱溫度過于接近的問題。

只要有足夠的時(shí)間和資源，這些發(fā)展都不存在技術(shù)問題。它們的實(shí)際應(yīng)用依賴于潛在的客戶，要讓客戶滿意于效率提高的潛在回報(bào)，同時(shí)不伴隨機(jī)組壽命、操作靈活性或可用性方面的額外風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)展方案以及第一個(gè)實(shí)際大小的原型機(jī)組將為此提供必要的保證，方案包含全方位的研究、設(shè)計(jì)、裝配測(cè)試，以及原型組件測(cè)試。

然而，引進(jìn)這些電廠的速度尚不確定，這取決于電力需求、燃料成本、經(jīng)濟(jì)環(huán)境、可替代能源的范圍，以及為延長(zhǎng)現(xiàn)有電站壽命進(jìn)行的改造等諸多因素。

4.2 現(xiàn)代蒸汽電廠

鍋爐大多應(yīng)用在電力生產(chǎn)或蒸汽供應(yīng)這兩方面。而某些情況下的應(yīng)用，則是在發(fā)電的同時(shí)進(jìn)行蒸汽供應(yīng)，我們稱之為熱電聯(lián)產(chǎn)。無(wú)論哪種應(yīng)用，鍋爐都是一個(gè)大系統(tǒng)中的重要組成部分之一。這個(gè)大系統(tǒng)的關(guān)鍵子系統(tǒng)包括燃料獲取和制備、鍋爐和燃燒、環(huán)境保護(hù)、汽輪發(fā)電機(jī)組和帶有冷卻塔的熱量排放。

圖4-1顯示了能夠滿足當(dāng)前低污染排放要求的先進(jìn)的燃煤機(jī)組。燃煤機(jī)組中最主要的三大部分分別為：（1）鍋爐部分，在這部分煤粉燃燒以在爐管中產(chǎn)生蒸汽；（2）發(fā)電機(jī)部分，包括汽輪發(fā)電機(jī)組裝置，控制蒸汽、凝汽器和冷卻水系統(tǒng)。（3）煙氣凈化處理部分，除掉煙氣中的顆粒物和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的污染物。煙氣凈化處理部分包括選擇性催化還原法脫硝裝置，接著是去除顆粒物的電除塵器和濕法煙氣脫硫裝置。煤的選擇、煙氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行都要保證污染物排放低于允許的水平。

燃料處理系統(tǒng)存放著燃料供應(yīng)(在本例中的煤炭)，為燃燒準(zhǔn)備燃料并且輸入鍋爐。輔助風(fēng)系統(tǒng)通過送風(fēng)機(jī)為燃燒器提供空氣。鍋爐子系統(tǒng)包含有空預(yù)器，涉及風(fēng)煤混合物的燃燒和余熱回收，并產(chǎn)生可控的高溫、高壓蒸汽。經(jīng)過空預(yù)器后的煙氣進(jìn)入除塵器和脫硫(SO2)系統(tǒng)，在這里污染物被收集起來(lái)并且飛灰和脫除裝置的固體殘留物被清除。凈化后的煙氣通過引風(fēng)機(jī)排入煙囪。

鍋爐蒸發(fā)水并且在精確的控制條件下供應(yīng)高溫、高壓蒸汽。蒸汽進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)電能。在通過多級(jí)汽輪機(jī)系統(tǒng)的一部分級(jí)以后，蒸汽可能會(huì)被送回到對(duì)流受熱面（未顯示的再熱器），從而在鍋爐中接受再熱。最終，蒸汽流經(jīng)汽輪機(jī)排入凝汽器，釋放殘留的熱量。水從凝汽器返回到鍋爐之前，經(jīng)過一些水泵和換熱器(給水加熱器)以提高壓力和溫度。凝汽器吸收的熱量最終通過一個(gè)或更多的冷卻塔被排入大氣。冷卻塔或許是電力系統(tǒng)中最顯眼的部分。圖示的自然通風(fēng)冷卻塔基本上是一個(gè)空心圓柱結(jié)構(gòu)，通過空氣和水蒸氣的流通來(lái)吸收凝汽器排放的熱量。多數(shù)現(xiàn)代電廠都建有這樣的冷卻塔。

4.3 主要系統(tǒng)和部件

4.3.1 鍋爐和主蒸汽系統(tǒng)

鍋爐中的水被加熱沸騰，轉(zhuǎn)化為干飽和蒸氣，然后進(jìn)入過熱器過熱。出來(lái)的過熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)。經(jīng)過汽輪機(jī)的蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生機(jī)械能，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)，從而生產(chǎn)出可供分配的電能。通過新式的具有回?zé)嵫h(huán)的汽輪機(jī)后，部分蒸汽從汽輪機(jī)汽缸上一系列的七個(gè)或八個(gè)(或多或少)抽汽口引出，進(jìn)入給水加熱器加熱給水。通過調(diào)節(jié)閥進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽大約有70~75%在汽輪機(jī)中完全膨脹做功，通過排汽缸進(jìn)入凝汽器。

4.3.2 凝結(jié)水系統(tǒng)

凝汽器是一個(gè)大型表面式換熱器，進(jìn)入凝汽器的蒸汽被凝結(jié)，從附近的河或湖中抽取的循環(huán)水將所產(chǎn)生的潛熱帶走。循環(huán)水由電動(dòng)或汽動(dòng)循環(huán)水泵泵入凝汽器。因?yàn)檫M(jìn)入凝汽器蒸汽的流量極大，不可避免的會(huì)有一定比例的氣體不發(fā)生凝結(jié)。為了在凝汽器中建立并保持一個(gè)非常接近真空狀態(tài)的負(fù)壓，必須從凝汽器殼體中去除這些“不凝結(jié)氣體”。通常通過射汽抽氣器去除這些氣體，它的主要組成是一個(gè)噴嘴，蒸汽通過噴嘴獲得很高的流速，從而帶走那些不凝結(jié)的的氣體。然后流經(jīng)噴嘴的蒸汽(作為原動(dòng)力的蒸汽)和被其機(jī)械攜帶的不凝結(jié)氣體進(jìn)入通常被稱作二次凝汽器的換熱裝置，蒸汽在環(huán)境壓力下凝結(jié)，不凝結(jié)氣體被排入大氣。射汽抽氣器置于一個(gè)或兩個(gè)級(jí)內(nèi)，本質(zhì)上是一臺(tái)壓縮機(jī)，它將不凝結(jié)蒸氣的壓力從幾乎完全真空提高到大氣壓來(lái)清除掉。

流經(jīng)汽輪機(jī)的主蒸汽，在凝汽器中被凝結(jié)成接近真空壓力下的近似飽和的水。這些凝結(jié)水在重力的作用下流向凝汽器底部，然后進(jìn)入熱井。通常熱井水位通過控制熱井水泵來(lái)維持。熱井水泵將熱井中的水泵出，經(jīng)給水加熱系統(tǒng)的低壓部分后，到達(dá)鍋爐給水泵。凝結(jié)水經(jīng)熱井水泵升壓后首先進(jìn)入低壓加熱器，被壓力最低的抽氣加熱。如圖所示該低壓加熱器配有一臺(tái)疏水泵，疏水泵的作用是將加熱器疏水（水蒸氣凝結(jié)而成）泵入位于其后的凝結(jié)水主管道。這種型式的加熱器也被稱作強(qiáng)制疏水加熱器。

4.3.3 除氧和給水系統(tǒng)

凝結(jié)水流經(jīng)低壓加熱器后進(jìn)入除氧加熱器。除氧加熱器是混合式加熱器，通過加熱凝結(jié)水使其沸騰的方法除去所有攜帶的氧氣。除氧加熱器除去氧氣的依據(jù)是，當(dāng)水的溫度接近沸點(diǎn)時(shí)能極大地降低不凝結(jié)氣體在水中的溶解度。加熱進(jìn)入除氧器凝結(jié)水至沸點(diǎn)的熱量由汽輪機(jī)的抽汽提供。從被加熱凝結(jié)水表面釋放出的不凝結(jié)氣體必須被去除。正常情況下除氧器的工作壓力高于環(huán)境壓力，因此這些氣體能通過排氣冷卻器被排放掉。通常是引入凝結(jié)水來(lái)冷卻排氣冷卻器，在冷卻不凝結(jié)氣體的同時(shí)冷卻水蒸氣，但有一部分水蒸氣不可避免地隨著氣體從除氧器逸出。通過對(duì)排氣冷卻器適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，蒸汽凝結(jié)后可能以疏水形式回到除氧器，而不凝結(jié)氣體則通過節(jié)流孔排入大氣。

在原始的設(shè)計(jì)中有時(shí)也許有除氧器的工作壓力低于環(huán)境壓力的考慮。即使當(dāng)額定負(fù)荷的設(shè)計(jì)壓力比環(huán)境壓力高得多，也會(huì)遇到較低負(fù)荷時(shí)變成負(fù)壓的情況。于是有必要將不凝結(jié)氣體繼續(xù)從除氧器中去除，為達(dá)到這個(gè)目的就需要射汽抽氣器。但是該設(shè)施產(chǎn)生的費(fèi)用和復(fù)雜化使它的安裝并不普遍。為此普遍的做法是在低負(fù)荷時(shí)切換抽汽段，以便除氧器的蒸汽供應(yīng)由下一個(gè)更高的抽汽點(diǎn)提供。一個(gè)簡(jiǎn)單的布置是安裝一個(gè)帶有控制閥的連通管，并在連接到連通管的低壓抽汽管道上安裝逆止閥。在這種布置中，打開連通管上的控制閥會(huì)自動(dòng)提供較高壓力的蒸汽至除氧器，并且逆止閥關(guān)閉，用來(lái)防止蒸汽回流到較低壓力的抽汽段。

在許多電站中設(shè)有與除氧器并聯(lián)的緩沖水箱來(lái)儲(chǔ)存水。緩沖水箱的作用是在事故時(shí)，如其它水源中斷的情況下提供蒸餾水，或者作為負(fù)荷變動(dòng)時(shí)存儲(chǔ)過剩水量的水箱等。正常情況下除氧器的存儲(chǔ)容量足以維持電站運(yùn)行幾分鐘，但是多數(shù)設(shè)計(jì)師認(rèn)為用一個(gè)更大的緩沖水箱來(lái)增加存儲(chǔ)容量是明智的。

在相當(dāng)多的大型電站，鍋爐給水泵與除氧器疏水出口相連。由于除氧器內(nèi)的水達(dá)到了沸點(diǎn)，所以布置在除氧器下方的鍋爐給水泵要有一個(gè)必需的汽蝕余量(通常至少20 英尺(6米))，以避免鍋爐給水泵出現(xiàn)汽蝕。

4.3.4 加熱器和給水加熱系統(tǒng)

離開除氧器的水經(jīng)鍋爐給水泵泵入下一級(jí)加熱器。這臺(tái)加熱器是疏水加熱器，即，疏水通過換熱器(疏水冷卻器)，釋放熱量加熱進(jìn)入的凝結(jié)水。離開這臺(tái)加熱器以后，凝結(jié)水進(jìn)入高壓加熱器被加熱到最終給水的溫度。最后一級(jí)加熱器是一臺(tái)閃蒸加熱器，使用這種叫法是因?yàn)樗试S疏水通過一個(gè)控制節(jié)流口或調(diào)節(jié)閥，到達(dá)相鄰的較低壓力的加熱器，其中一部分飽和水閃蒸為蒸汽。這種布置取消了疏水泵和疏水冷卻器，但是會(huì)導(dǎo)致較大的熱損失。

圖4-2示意了四種不同類型的加熱器，即閃蒸加熱器、疏水冷卻加熱器、除氧或混合式加熱器，以及配有疏水泵的加熱器。

現(xiàn)代蒸汽動(dòng)力電站的加熱器布置方式?jīng)]有確立很好的標(biāo)準(zhǔn)。粗略的分類，所有加熱器可分為表面式或混合式。對(duì)于表面式加熱器，這樣叫是應(yīng)為它使用間接的加熱表面，凝結(jié)水在管內(nèi)流動(dòng)，而抽汽則進(jìn)入加熱器的殼側(cè)。翅片管或光滑管都有應(yīng)用，但顯然光滑管的應(yīng)用更普遍。當(dāng)抽汽進(jìn)行加熱時(shí)，表面式加熱器的換熱面布置必須能夠承受管束的自由熱膨脹。出于膨脹的考慮，可以通過具有一定自由度的設(shè)計(jì)或安裝發(fā)卡彎類型的管束來(lái)解決。表面式換熱器通常會(huì)用在給水加熱循環(huán)中壓力較高的場(chǎng)合，因?yàn)樵谠撗h(huán)的出口凝結(jié)水壓力接近或高于鍋爐壓力，且與混合式加熱器相比，在管內(nèi)輸水更加容易。

混合式加熱器通常被用作除氧器。它有能儲(chǔ)存大量凝結(jié)水的鋼制外殼，使蒸汽和凝結(jié)水充分地混合。凝結(jié)水通過排氣凝汽器進(jìn)入混合式加熱器，再通過一系列淋水盤流至加熱器底部。蒸汽穿過淋水盤側(cè)邊流下的凝結(jié)水，保證了蒸汽和水充分地混合，并將凝結(jié)水加熱至加熱器壓力下對(duì)應(yīng)的飽和溫度。眾所周知，當(dāng)水被加熱至沸點(diǎn)時(shí)，水中包含的所有永久氣體的可溶性會(huì)大大減小，從而使這些氣體從水中逸出。在電站循環(huán)中的除氧器具有雙重功能：一方面加熱水使其有一個(gè)顯著的溫升，大約60或70℉(15.6或21.1℃)，另一方面能夠使其達(dá)到飽和溫度。這就使得不凝結(jié)氣體從水中逸出。然后這些不凝結(jié)氣體通過排氣凝汽器，其中水蒸氣被凝結(jié)，氣體則被排放到大氣。

有時(shí)混合式加熱器也用于給水加熱系統(tǒng)的低壓部分，但這是特例而不是一般的規(guī)則。雖然如此，至少有一個(gè)大型汽輪機(jī)裝置，對(duì)所有的抽汽采用混合式加熱器。這種布置的可用性(純粹從熱量的角度)是不容置疑的，但是它的熱力學(xué)收益必須和每臺(tái)混合式加熱器必需配備分離水泵的支出相平衡。事實(shí)上每個(gè)分離水泵必須具備處理電站全部凝結(jié)水流量的能力，這就又帶來(lái)了維護(hù)費(fèi)用和運(yùn)行可靠性的問題。

各種類型的加熱器可以應(yīng)用在許多途徑?；旌鲜郊訜崞髯鳛槌跗鞅粡V泛采用，其出水則被直接引入鍋爐給水泵。由于除氧器是蒸汽和凝結(jié)水共用的水箱，常常引入其它疏水與主凝結(jié)水混合。因此，圖4-2(a)中所示的混合式換熱器只有這一個(gè)重要用途。

表面式加熱器在實(shí)踐中至少有三種可能的布置。最通常的布置如圖4-2(b)所示。在這種布置中被稱為閃蒸加熱器。它名稱的由來(lái)是因?yàn)樵谄錃?cè)抽汽凝結(jié)成的疏水“閃蒸”進(jìn)入到低壓力的疏水?dāng)U容器。該類型常常是來(lái)自上一級(jí)較高壓力加熱器的疏水被引入到閃蒸加熱器，然后和本加熱器抽汽凝結(jié)成的疏水混合后排出。這種布置必須在加熱器疏水出口管道上安裝出口閥，用來(lái)維持該加熱器殼側(cè)和低壓疏水?dāng)U容器之間的差壓。有一種替代情況是加熱器中的給水以給定的流率流經(jīng)一個(gè)孔口，而給定的流率建立在熱平衡的基礎(chǔ)上。

如圖4-2(c)所示，在另一種布置中表面式加熱器被稱為帶疏水泵的加熱器。它名稱的由來(lái)是因?yàn)榧訜崞魇杷强渴杷帽萌朐摷訜崞鞒隹谥髂Y(jié)水管路。和簡(jiǎn)單的閃蒸加熱器一樣，來(lái)自上一級(jí)較高壓力加熱器的疏水有時(shí)也被引入其殼側(cè)。衡量此種加熱器相對(duì)于閃蒸加熱器的熱力學(xué)收益必須考慮不得不使用疏水泵所帶來(lái)的不利因素。一般來(lái)說，疏水泵是可靠的；盡管如此，它畢竟是可能降低循環(huán)可靠性的一個(gè)額外的機(jī)械設(shè)備。

第三種同時(shí)也是非常復(fù)雜的表面式加熱器的布置如圖4-2(d)所示。這里，預(yù)熱設(shè)備可作為管束整體的組成部分，合理地布置在表面式加熱器殼內(nèi)，也可以整個(gè)以外置式單元形式布置。

預(yù)熱單元將加熱器疏水中的熱量傳遞給流入的凝結(jié)水，可能由于存在溫差，它被稱作疏水冷卻器。這就是疏水冷卻器加熱器布置。疏水冷卻器的明顯優(yōu)點(diǎn)在于它減少了引起其內(nèi)部熱量傳遞的傳熱溫差。加熱時(shí)使用的是溫度較低的水，而不直接用抽汽，這樣就提高了傳熱的可逆性和循環(huán)熱效率。在熱平衡設(shè)計(jì)中可以看到疏水冷卻器具有顯著優(yōu)點(diǎn)。雖然它是一個(gè)具有高可靠性的靜態(tài)設(shè)備，但它在傳熱方面的優(yōu)點(diǎn)常常被人們忽略。

4.4 用于電力生產(chǎn)的煤氣化

煤氣化爐合成的煤氣有很多應(yīng)用。通過附加的化學(xué)反應(yīng)處理，CO-H2負(fù)載氣體可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為氨水、甲醇、乙酸酐、汽油和其它副產(chǎn)品，這些應(yīng)用正在全球范圍內(nèi)進(jìn)行商業(yè)運(yùn)作，然而和基于石油、天然氣的化學(xué)制品相比，常常需要更高的費(fèi)用。

合成煤氣也可以用來(lái)發(fā)電，最近的應(yīng)用是在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒。通過從氣化爐和燃?xì)廨啓C(jī)排氣中回收余熱生產(chǎn)蒸汽，一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)（布雷頓）循環(huán)和汽輪機(jī)（郎肯）循環(huán)可以有效地結(jié)合，構(gòu)成整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)。雖然技術(shù)上可行，但是這種用煤發(fā)電的方法還沒有大量的商業(yè)應(yīng)用，因?yàn)槌Ｒ?guī)的燃燒系統(tǒng)較為便宜和簡(jiǎn)單。然而，進(jìn)一步的發(fā)展和越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)境規(guī)章制度使更多的人對(duì)IGCC感興趣。

4.4.1整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)電站

如圖4-3所示，在聯(lián)合循環(huán)電廠中，通過煤氣化和燃燒氣體燃料進(jìn)行電能生產(chǎn)的方式要求設(shè)備高度地一體化。簡(jiǎn)而言之，高溫燃?xì)庠谌細(xì)廨啓C(jī)中膨脹驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)，其中部分壓縮空氣被用來(lái)氣化煤炭。

高達(dá)1000F(538C)的燃?xì)廨啓C(jī)排氣流經(jīng)余熱鍋爐(HRSG)生產(chǎn)過熱蒸汽，用以驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組。氣化過程中釋放的大量熱能也必須被回收進(jìn)入蒸汽循環(huán)來(lái)提高電站的整體效率。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是相當(dāng)復(fù)雜的，需要綜合考慮，合理地的平衡投資成本、電站效率、可操作性和特定應(yīng)用下的環(huán)境保護(hù)等諸多因素。例如，氣化爐的選型就影響燃?xì)鉄崃炕厥盏臄?shù)值。

在設(shè)計(jì)的高效率循環(huán)中，工作在高溫下的氧氣攜帶流氣化爐需要冷卻更多的新煙氣。這些冷卻器必須在惡劣的氣體環(huán)境中工作，而且是關(guān)乎電站運(yùn)行可靠性的一個(gè)重要設(shè)備。

將大量低品質(zhì)蒸汽的熱量(受限于金屬承受溫度)吸收至蒸汽循環(huán)會(huì)使電站控制系統(tǒng)和操作變得復(fù)雜。與之相比，通過冷卻新煙氣可減少回收熱量的投資成本和復(fù)雜程度，但會(huì)極大地降低效率(比回收全部熱量效率下降近10%)。

制氧設(shè)備整合是另一種設(shè)計(jì)方向。如圖4-3所示，由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的空壓機(jī)直接將空氣送至制氧設(shè)備，由于減少了外部壓縮設(shè)備，因此制氧過程更加高效。然而，壓縮機(jī)和汽輪機(jī)之間存在相當(dāng)大的系統(tǒng)容積，因此這些地方對(duì)汽輪機(jī)有更高的控制要求。

燃料特性等其他一些技術(shù)因素會(huì)影響工藝設(shè)計(jì)。褐煤這樣的高水分燃料可能不適合作為水煤漿提供給氣化爐，因?yàn)槟菢訒?huì)降低效率。燃燒較大容積、較低熱值的煤氣時(shí)，在燃?xì)庾钚嶂怠⑽廴疚锱欧判阅芎涂諌簷C(jī)工作范圍方面，燃?xì)廨啓C(jī)有更好的能力處理空氣流量和煙氣流量之間的不匹配問題。設(shè)計(jì)時(shí)還需考慮環(huán)境溫度的影響和電站負(fù)荷需求特性。

電站的規(guī)模主要取決于燃?xì)廨啓C(jī)。一套燃?xì)?蒸汽輪機(jī)機(jī)組出力可超過250MW，其中60%來(lái)自燃?xì)廨啓C(jī)。更大的電站則需要多級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)，因?yàn)橹恍枰S護(hù)一臺(tái)蒸汽輪機(jī)，并且具有更大的電廠平衡系統(tǒng)，如燃料處理，電氣和控制以及水處理。IGCC可以分期建設(shè)，先建一個(gè)以天然氣為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)（簡(jiǎn)單循環(huán)），再依次建造蒸汽輪機(jī)和余熱鍋爐（聯(lián)合循環(huán)），最后建設(shè)一個(gè)煤氣化系統(tǒng)，這樣就能使業(yè)主更加靈活地滿足負(fù)荷在峰谷之間變化的需求，同時(shí)也適應(yīng)于天然氣成本高于煤炭的現(xiàn)狀。雖然原理很簡(jiǎn)單，但將天然氣改為煤氣，還需要在燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽側(cè)熱平衡方面做很多改進(jìn)。

各種各樣可利用的技術(shù)和外界設(shè)計(jì)因素結(jié)合起來(lái)使IGCC電站的設(shè)計(jì)變成一個(gè)復(fù)雜、地點(diǎn)相關(guān)性強(qiáng)的過程。同時(shí)，這種靈活性提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，可以針對(duì)各種應(yīng)用制造出一個(gè)最優(yōu)化的系統(tǒng)。

4.4.2 IGCC的優(yōu)點(diǎn)

對(duì)更加清潔環(huán)境的需求是推動(dòng)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)展和實(shí)施的主要力量。常規(guī)燃煤電廠持續(xù)增加環(huán)境控制措施來(lái)滿足日益嚴(yán)格的污染物排放要求。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)電廠本質(zhì)上有潛力達(dá)到非常低的排放物。帶有冷氣清潔系統(tǒng)的吹氧氣化爐就非常合適，具有較低的二氧化硫、氮氧化物、固體廢棄物和空氣污染物的排放水平。

如上所述，采用帶有Claus和尾氣凈化系統(tǒng)的IGCC電廠可以脫除99%以上的硫。常規(guī)燃煤電廠的濕法脫硫也可以在設(shè)計(jì)后達(dá)到相似的性能，這需要通過使用更加昂貴的高性能脫硫劑和/或更多的輔助能源用以提供更多的脫硫劑與煙氣的相互作用。

由于已經(jīng)在冷氣清潔系統(tǒng)中脫除了燃料氮，從IGCC系統(tǒng)中排放的NOx嚴(yán)格地由燃?xì)廨啓C(jī)的性能決定。以目前科技水平的燃燒室，氮氧化物排放小于0.05 lb/106Btu(21.5g/GJ)是可行的，取決于燃?xì)馊紵臒嶂?可以加上水分和/或氮)和汽輪機(jī)入口溫度，這兩者都影響火焰峰值溫度和熱力型NOx的生成。比較起來(lái)，常規(guī)燃煤電廠只能通過低NOx燃燒技術(shù)結(jié)合煙氣脫硝才能達(dá)到這樣的數(shù)值。

帶有鼓泡氣化爐的IGCC電廠產(chǎn)生的固體副產(chǎn)物主要包括氣化爐的爐渣和單質(zhì)硫。如果硫磺作為商品出售，需要處理的就只有燃料灰了。根據(jù)燃料硫含量，常規(guī)燃煤電廠由于二氧化硫(SO2)副產(chǎn)品可能生成兩倍的固體廢料。然而，這也許可以通過常規(guī)電廠脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的可供出售的石膏或可再生脫硫系統(tǒng)的其他副產(chǎn)品得到部分的補(bǔ)償。

現(xiàn)在，重金屬、空氣污染物和極微小顆粒物排放對(duì)環(huán)境的影響得到了仔細(xì)的調(diào)查研究。IGCC系統(tǒng)也在這方面表現(xiàn)了優(yōu)越性。

相對(duì)于常規(guī)電廠，高循環(huán)效率是IGCC系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)?；谌蜿P(guān)心的二氧化碳排放問題，效率已經(jīng)不僅是一個(gè)與燃料成本相關(guān)的經(jīng)濟(jì)問題，還是一個(gè)環(huán)境問題。

理論上的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的效率在38%到43%的之間，這取決于交易投資成本、電站一體化程度，以及燃料類型等因素。由于開發(fā)出了具有更高燃燒溫度的燃?xì)廨啓C(jī)，進(jìn)一步提高循環(huán)效率變?yōu)榭赡?。最新型的大型超臨界蒸汽電站效率大約為38%，而亞臨界蒸汽循環(huán)效率大約為35%。

正在開發(fā)的帶熱煙氣凈化的吹空氣IGCC系統(tǒng)可以作為另一選擇，它不需要進(jìn)行氧氣分離，也不需要類似化工廠的冷煙氣凈化過程。這就將電廠設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化成了電力工業(yè)更加熟悉的設(shè)備和過程設(shè)計(jì)。比吹氧氣系統(tǒng)具有更低的投資成本和更高的效率是追求的目標(biāo)之一。由于有關(guān)高溫?zé)煔馇鍧嵉沫h(huán)境標(biāo)準(zhǔn)很嚴(yán)格，所以需要進(jìn)一步改進(jìn)，以降低含有燃料氮化物的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中氮氧化物的排放水平，脫除溫度高達(dá)1000F(538C)的煙氣中的顆粒物，同時(shí)展現(xiàn)合理的性能和壽命。

總之，無(wú)論是整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，先進(jìn)的郎肯循環(huán)蒸汽電站，還是增壓流化床這樣一些具有競(jìng)爭(zhēng)力的其他發(fā)電系統(tǒng)，它們的發(fā)電成本將會(huì)決定其在將來(lái)應(yīng)用的廣泛程度。