《能源工程技术概论》串讲资料.doc

能源工程技术概论考试重点详解尚德机构独家资料版权所有，违者必究第一章 煤炭煤炭火力发电是我国目前电能生产的主要方式1.1.2煤的元素组成煤中有机物质主要由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）4种元素构成碳是煤中有机物质的主导成分，也是最主要的可燃物质煤中碳含量随煤变质程度的加深而增加氢也是煤中重要的可燃物质煤中氢含量一般是随煤的变质程度加深而减少氧是煤中不可燃的元素煤的氧含量也随变质程度的加深而减少煤中氮含量较少硫/磷是煤中的有害物质1.1.3煤质指标煤质指标有水分、灰分、挥发分和发热量水分是煤中的不可燃成分，其中来源有三种：外部水分、内部水分、化合水分 灰分是指煤完全燃烧后其中矿物质的固体残余物将煤加热到850左右，从煤中有机物质分解出来的液体和气体产物称为挥发分 挥发分是表征煤炭性质的主要指标单位质量煤完全燃烧时所放出的热量称为煤的发热量 煤的发热量分为高位发热量和低位发热量1.1.4煤的分类根据煤中干燥无灰基挥发分含量分成：褐煤、烟煤、无烟煤1.1.5焦炭焦炭是用炼焦用煤在焦炉炭化室内隔绝空气加热到1300以上，使煤进行炭化获得的产物1.2.1火力发电过程利用煤、石油、天然气等自然界蕴藏量极其丰富的化石燃料的化学能发电称为火力发电。火力发电厂简称火电厂燃煤火电厂是我国目前电能生产的主要方式火电厂生产过程：（答案为12年5月份考试判卷答案标准，学生在作答过程中可用自己的语言进行描述）1、 原煤经过碎煤设备、磨煤机研磨成煤粉2、 新鲜空气先在空气预热器中接受排烟预热3、 煤粉和空气在输粉管内混合后，由喷燃器喷入炉膛内进行燃烧4、 高温烟气依次流过炉膛、过热器、省煤器和空气预热器，将热量逐步传递给水、蒸汽和空气5、 降温后的烟气流入除尘器净化后被引风机抽出排入大气；燃烧时生成的灰渣和由除尘器收集下来的细灰，排至厂外灰场6、 给水先送进省煤器预热，继而进入汽包后再入水冷壁管中吸收燃烧室的热能后蒸发成蒸汽；蒸汽通过过热器时再次被加热，变成高温高压的过热蒸汽7、 过热蒸汽经主蒸汽管道进入汽轮机膨胀做工，推动汽轮机转子转动将热能转变为机械能8、 汽轮机转子转动带动发电机转子旋转，在发电机中把机械能转化为电能；发电机发出的电能经过变压器升高电压后进入高压电力网从能量转换观点分析，发电过程是燃料的化学能热能机械能电能1 能源工程技术概论考试重点详解尚德机构独家资料版权所有，违者必究锅炉将燃料的化学能转化为蒸汽热能；汽轮机将蒸汽热能转化为机械能；发电机将机械能转化为电能锅炉、汽轮机、发电机并称火力发电厂的三大主机 它们通过管道或线路相连构成火电生产主系统，即燃烧系统、汽水系统和电气系统1.2.2电厂锅炉（*）锅炉将燃料内的潜在能量经过燃烧释放热能或利用其他能源释放的能量，将水变成蒸汽或过热蒸汽；或将水加热变成一定温度的热水；或将有机热载体加热到一定温度而输出热能的设备锅：指锅炉的汽水系统，完成水变为过热蒸汽的吸热过程，包括省煤器、汽包、水冷壁、过热器、再热器炉：指锅炉的燃烧系统，完成煤的燃烧放热过程。由炉膛、燃烧器、烟道、风道、空气预热器锅炉的辅助设备：包括供给空气的送风机、排除烟气的引风机、煤粉制备系统以及除渣、除尘设备、脱硫脱硝设备锅炉的主要生产过程可以分为燃烧放热过程和汽水加热循环过程1.3洁净煤技术洁净煤技术是旨在减少污染和提高效益的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制等新技术的总称（1）煤炭加工（洁净加工技术）：洗选煤、型煤、水煤浆技术（2）煤炭转化（高效洁净转化技术）：气化、液化、燃料电池技术（3）煤炭高效洁净燃烧（高效洁净燃烧与发电技术）：循环流化床发电技术、增压（加压）硫化床发电技术、整体煤气化联合循环发电技术（4）污染物排放控制与废弃物处理（燃煤污染排放治理技术）：烟气净化、电厂粉煤灰综合利用、煤层气开发利用、煤矸石和煤泥水综合利用、工业锅炉和窑炉技术改造1.3.1洗选煤（*）燃烧前的处理主要是洗选煤、型煤和水煤浆三项技术措施洗选煤的目的是降低原煤中的灰分、硫分等杂质的含量，并将原煤加工成质量均匀、适应用户需要的不同品种及规格的商品煤1.3.2型煤（*）型煤是将粉煤或低品位煤加工成一定形状、尺寸和有一定理化性能的煤制品 型煤是各种洁净煤技术中投资小、见效快、适宜普遍推广的技术1.3.3水煤浆（*）将煤研磨成一定粒度（平均粒度为50µm左右），与水按一定质量比例混合，再添加少量的添加剂，经过强力搅拌而形成的煤水两相流浆体 水煤浆中煤粉颗粒的质量浓度为6570，含水3035，添加剂约1%21.3.6洁净煤发电（*）洁净煤发电技术：循环流化床燃烧（CFBC）、增压流化床燃烧（PFBC）、整体煤气化联合循环（IGCC）、高效超临界发电等循环流化床锅炉技术：作为一种新型成熟的高效低污染清洁煤技术，可以高效率地燃烧各种固体燃料（特别是劣质煤），可以直接向燃烧室加入脱硫剂控制燃烧过程中SO2的排放 整体煤气化联合循环：发电技术通过将煤气化生成燃料气，驱动燃气轮机发电，其尾气通过余热锅炉产生蒸汽驱动汽轮机发电，构成联合循环发电，具有效率高、污染排放低的优势 凝汽式电站是技术上最成熟的传统发电技术1.4.1锅炉分类按照分类细则，可以区分某种锅炉的具体类别2 能源工程技术概论考试重点详解尚德机构独家资料版权所有，违者必究1、工业锅炉第一部分表示锅炉本体型式和燃烧设备或燃烧方式及锅炉容量第二部分表示介质参数第三部分表示燃料种类 锅炉的型号：锅炉本体型式和燃烧设备或燃烧方式及锅炉容量；第一段用两个汉语拼音字母代表锅炉本体型式第二段用一个汉语拼音字母代表燃烧设备或燃烧方式第三段用阿拉伯数字表示蒸汽锅炉额定蒸发量（th）或热水锅炉额定热功率（MW） 3 能源工程技术概论考试重点详解尚德机构独家资料版权所有，违者必究 介质参数：第一段表示额定蒸汽压力，热水锅炉为额定出水压力；第二段表示过热蒸汽温度燃料种类：用汉语拼音字母代表，同时用罗马字母代表燃料品种分类 其中：书上的例子，需详记LSG0.5-0.4-A表示立式水管固定炉排，额定蒸发量为0.5t/h，额定蒸汽压力为0.4MPa，蒸汽温度为饱和温度，燃用类烟煤的蒸汽锅炉DZL4-1.25-W表示单锅筒纵置式水管或卧式水火管链条炉排，额定蒸发量为4th，额定蒸汽压力为1.25MPa，蒸汽温度为饱和温度，燃用类无烟煤的蒸汽锅炉。SZS10-1.6 / 350-Y、Q表示双锅筒纵置式室燃，额定蒸发量为10th，额定蒸汽压力为1.6MPa，过热蒸汽温度为350，燃油、燃气两用，以燃油为主的蒸汽锅炉有机热载体锅炉型号 4 能源工程技术概论考试重点详解尚德机构独家资料版权所有，违者必究 有机热载体锅炉型号例举：YLW-8000MW表示燃料品种为无烟煤，额定功率为8000kW，炉体安置型式为卧式，燃烧设备为链条炉排的液相有机热载体炉。YJW-6000MJ表示燃料品种为水煤浆，额定功率为6000kW，炉体安置型式为卧式，燃烧设备为水煤浆燃烧器的液相有机热载体炉。1.4.6水煤浆锅炉水煤浆的概念： 5 能源工程技术概论考试重点详解尚德机构独家资料版权所有，违者必究水煤浆是由65%75%的煤粉、30%35%的水和少量的添加剂混合而成，可以像油一样泵送、雾化、储运，并可直接用于各种锅炉、窑炉的燃烧水煤浆锅炉的优点：水煤浆锅炉作为一项高效、低成本的洁净燃烧技术，具有以下的优点：1、符合国家可持续发展战略，有利于节约资源以及生态和环境保护；2、提高煤炭利用率；3、可以解决能源的运输问题；4、节约土地；5、运行成本低，自动化程度高水煤浆锅炉的缺点： 1、锅炉负荷不易调节；2、运行稳定性差；3、结焦和积灰；4、燃烧器喷嘴的使用寿命较短。1.4.7有机热载体锅炉有机热载体锅炉的概念：以有机液体作为热载体的锅炉，分为矿物油型和合成型两大类。有机热载体锅炉及其供热循环系统特点：1、获得低压高温热介质，在300时热载体较水的饱和蒸汽压力小70倍，调节方便，传热均匀，可以满足工艺温度的要求；2、无冷凝排放热损失，热效率较高；3、水处理设备及系统可以简化或省略；4、有机热载体锅炉房要求防护距离小，爆炸危险性小；5、有机热载体锅炉尾部可设置余热回收装置，充分利用烟气热量，大大提高热能利用效率；6、需考虑有机热载体吸、放热和温度升降对体积的变化，在整个系统中应设置补偿措施；7、需严格控制有机热载体内空气、水分和其他挥发分的含量；8、要保证结构的严密性，不允许有机热载体发生泄漏，以免发生事故；要防止有机热载体凝冻有机热载体锅炉运行特别注意的问题： 1、只允许在单相（液相）状态下工作，严禁超过300，超温而引起导热油的热分解2、长期运行后，矿物油黏度会急剧上升3、由于有机热载体锅炉工质温度高，故排烟温度也高，造成锅炉热效率低1.5.煤气发生炉煤气发生炉分为单段式煤气炉和两段式煤气炉两大类煤气发生炉的分层：按照煤气发生炉内气化过程进行的程序，可以将发生炉内部由下向上依次分为六层：即灰层、氧化层、还原层、干馏层、干燥层和空层从节能环保角度理解单段炉与两段炉的区别：单段炉产生的冷煤气对水的污染严重，特别是在净化过程中煤气直接用水来洗涤和降温，把煤气中大量的杂质带出，产生的酚水对环境污染严重；两段炉的净化采用间接冷却，水和煤气不直接接触，避免了对水的污染，更好地体现了两段炉的优越性。单段炉的气化强度比较低，两段炉在原气化层上加高了干馏层使煤炭在进入气化层时已成为半焦炭状，使煤炭气化得更完全，从煤渣中可以非常清楚地看到两段式煤气炉生产出的灰渣含炭率非常低，一般在12左右，而单段炉在20左右。同时新型两段式煤气发生炉的污染问题现在完全可以解决，但是解决单段式煤气炉的水污染问题仍有一定难度1.5.工业窑炉（*） 1、按工艺特点分类：加热炉、熔炼炉2、按工作温度分类：高温炉（1000以上）、中温炉、低温炉第二章 石油、天然气2.1.1石油6 能源工程技术概论考试重点详解尚德机构独家资料版权所有，违者必究石油的组成：由烷烃、环烷烃、芳香烃等烃类化合物组成。石油的主要元素是碳（8590）和氢（1014），还有少量的硫（0.20.7）、氧（01.5）、氮（0.12）以化合物、胶质、沥青质等非烃类物质形态存在三种分类方法：1、按石油的密度分类：轻质石油、中质石油、重质石油、特重质石油2、按石油中的硫含量分类； 3、按石油中的蜡含量分类2.1.2石油的加工1、燃料型：汽油、煤油、柴油等燃料油2、燃料润滑油型 3、石油化工类2.1.3主要石油产品主要石油产品的用途：可将其分成14大类2.1.4燃料油燃料油的性能指标：黏度、含硫量、低温性能和安定性燃料油中的含硫化合物在燃烧时会污染环境燃料油的低温性能通常用倾点来评定燃料油的安定性主要是对高黏度燃料油而言的2.2.1天然气天然气主要由甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等烃类组成，其中甲烷占约80%-90% 常见天然气的4种类型：纯天然气、石油伴生气、凝析气和矿井气纯天然气：从地下气层矿井中开采出来的干天然气，也称气田气，它的特点是甲烷（CH4）含量高石油伴生气：开采石油时的副产品，是石油开采过程中从油井获得的可燃气体，也称油田气或湿气，油田气含甲烷较低 矿井气：又称煤层气，是伴随煤矿开采而产生的，俗称瓦斯2.2.2煤层气（*）开发煤层气的意义：丰富的煤层气资源有望成为中国21世纪的接替性能源之一1、减轻我国石油和天然气的供应压力。2、能有效地改善煤矿安全生产条件。3、能有效地保护大气环境2.2.3天然气水合物天然气水合物的构成：俗称：“可燃冰”。由水分子和燃气分子构成，外层是水分子构架，核心是燃气分子。其中燃气分子绝大多数是甲烷，也称为甲烷水合物天然气水合物形成的最佳场所：海洋大陆架2.3.1液体燃料2.3.2气体燃料 液体燃料的类型：从石油中提炼出来的重油、渣油和柴油气体燃料的类型：天然煤气和人工煤气天然煤气即天然气体燃料，简称天然气人工煤气包括液化石油气、高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气和地下气化煤气液化石油气：在石油热裂化或催化裂化过程中获得的可燃气。主要是由饱和与未饱和烷烃所组成。工业上多用丙烷液化石油气作为燃料，而丁烷液化石油气通常供家庭使用高炉煤气：是高炉中焦炭部分燃烧和铁矿石部分还愿作用所产生的煤气。主要可燃成分是一7 能源工程技术概论考试重点详解尚德机构独家资料版权所有，违者必究氧化碳，约占30（体积分数）左右；不可燃成分中氮气含量占60左右。因高炉煤气发热量过低，故只宜与其他发热量高的可燃气体或燃料一起混烧焦炉煤气：主要可燃成分是氢和甲烷 发生炉煤气：其可燃成分主要是一氧化碳和氢气以及少量甲烷2.4燃气发电燃煤蒸汽燃气联合循环开发和示范项目：（答题时，注明：类型、特点及简单描述）1直接燃煤的燃气轮机。燃用水煤浆代替油直接送入燃气轮机燃烧室生产高温烟气。2整体式联合循环（IGCC）。按照天然气不补燃的技术方案，用加压煤气炉生产煤气，清洁后送入燃烧室代替天然气。3增压流化床锅炉联合循环（PFBC）。采用增压流化床锅炉作为增压锅炉，充分发挥循环流化床锅炉低温燃烧、高效、低排放的优点，清洁后的烟气送入燃气轮机。4部分煤气化的混合式循环流化床联合循环。用常压循环流化床锅炉代替增压循环流化床锅炉，气化炉产生的烟气清洁后进到燃气轮机燃烧室，产生的半焦降压后送到循环流化床锅炉。5新型高温锅炉联合循环。在煤粉炉的基础上，利用热解炉产生的煤气将在煤炉中已经加热到870的高温高压（12bar）空气在陶瓷换热器中加热到1287，使联合循环发电效率按高位热值计算达到47%以上。6外燃式联合循环。IGCC和PFBC的高温烟气必须配备高温除尘设备，保证进入燃气轮机的高温烟气不至于损坏燃气轮机叶片。为避免使用高温高效除尘设备，外燃式联合循环采用陶瓷换热器，将清洁的空气加热到1200以上的高温后在送到燃气轮机，可以达到45%以上的发电效率。 第三章 水能3.1水能资源水能的概念：水能是蕴藏于河川和海洋水体中的位能和动能，是洁净的一次能源、用之不竭的再生能源可以通过水电站方便地转换为优质的二次能源电能水能被认为是世界上众多能源中永不枯竭的优质能源3.1.1水能资源不管是水能资源的理论蕴藏还是可能开发的水能资源，中国在世界各国中均居第一位3.1.2水能利用水能利用方式：主要有堤坝式、引水式、混合式和梯级开发方式3.2.1水电站的生产过程及类型水电站能源转换的基本过程：水能机械能电能水电站的种类：1、将河川中水能转换成电能的常规水电站2、调节电力系统峰谷负荷的抽水蓄能式水电站3、利用海洋能中水流的机械能进行发电的水电站3.2.3水力发电的特点（*）1、水能是可再生能源，并且发过电的天然水流本身并没有损耗，一般也不会造成水体污染，仍可为下游用水部门利用2、水力发电是清洁的电力生产3、水力发电的效率高4、水力发电可同时完成一次能源开发和二次能源转换8 能源工程技术概论考试重点详解尚德机构独家资料版权所有，违者必究5、水力发电的生产成本低廉，无需购买、运输和储存燃料，所需运行人员较少、劳动生产率较高，管理和运行简便，且运行可靠性较高6、水轮发电机组起停灵活，输出功率增减快、可变幅度大，是电力系统理想的调峰、调频和事故备用电源7、水力发电开发投资大，工期长8、一般水电站需建设水库调节径流，以适应电力系统负荷的需要9、可获得最优的综合经济效益和社会效益10、水能资源在地理上分布不均 11、对人类和生态环境有一定影响，还有可能带来地质灾害3.3海洋能发电（*）海洋能：海水中蕴藏着的这一巨大的动力资源的总称。它包括潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水温差能和海水盐差能等各种不同形态的能源。在海洋能中，除潮汐能和潮流能来源于星球间的引力作用以外，其余各类均来源于太阳辐射能第四章 核能核电以其清洁、安全、高效受到世界各国的普遍重视，成为能源发展的趋势4.1.2核裂变反应目前实际可用的易裂变核素有233U、235U和239Pu4.1.3235U的裂变过程 1g235U完全裂变所产生的能量为2.276×104kW·h，相当于2500kg标准煤燃烧放出的热量4.1.8核电站（*）235U是自然界存在的唯一易发裂变的物质，所以核电站站通常用它作为燃料4.2.1压水堆核电站概述（*）压水堆核电站具有功率密度高、结构紧凑、安全易控、技术成熟、造价和发电成本较低等特点，因此它是目前国际上采用最广泛的商用核电站4.5核电站对环境的影响核电站对环境的影响主要是指运行中对环境造成的辐射或非辐射影响核电站正常运行并严格对放射性废物的处理时，其对环境产生的辐射剂量与来自天然辐射和医学治疗的剂量相比是极其微小的核电站的放射性核废物是主要的环境问题核电站的防护措施：第一道安全屏障是核燃料本身；第二道安全屏障是燃料元件的包壳；第三道安全屏障是反应堆的压力壳；第四道安全屏障是反应堆的安全壳核电运行成本比火电成本低1/31/2第五章 电能5.1.1电力系统电力系统的基本参量总装机容量：系统中所有发电机组额定有功功率的总和，以MW（兆瓦）计最大负荷：指规定时间（一天、一月或一年）内电力系统总有功功率负荷的最大值，以MW（兆瓦）计额定频率：我国规定的交流电力系统的额定频率为50Hz（赫兹）电力系统：发电、变电（升压、降压）、输电、配电、用电设备等和相应辅助系统9 能源工程技术概论考试重点详解尚德机构独家资料版权所有，违者必究在电力系统中，除去发电机、用电设备之外的部分，称为电力网，简称电网电力系统的特点：1、电能不能大量储存。电能的产生、输送、分配、消费、使用实际上是同时进行的，每时每刻系统中发电机发出的电能必须等于该时刻用户使用的电能与电网中的电能损耗之和。2、过渡过程非常迅速。电能的传输近似于光的速度。3、与国民经济和全社会密切相关电力系统运行的基本要求安全可靠性、电能质量、经济性和环保1、保证可靠地持续供电2、保证良好的电能质量：电能质量的指标主要有供电电压、频率、波形。电力系统的电压和频率正常是保证电能质量的两大基本指标。电力系统电压偏移不应超过额定电压的±5%，电力系统运行规定频率偏移不超过±0.2%3、努力提高电力系统运行的经济性。电力系统运行的经济性主要反映在降低发电厂的能源消耗、厂用电率和电力网的电能损耗等指标上 4、环境和生态保护5.1.2电压变换和电能的传输（*）直流输电的使用范围1.远距离大功率输电。2.用海底电缆隔海输电或用地下电缆向负荷密度很高的大城市供电3.作为系统间联络线，用来实现不同步或不同频率的两个交流系统的互联 4.用于限制互联系统的短路容量5.1.3电力网络的接线和电压等级一级输电网络：由电压为220kV及以上的主干电力线路组成二级输电网络：电压一般为110220kV配电网：向中等用户和小用户供电的网络，635kV的称高压配电网，1kV以下的称低压配电网电力网的主干线和相邻电网间的联络线多采用500、330kV和220kV等级；二级输电网采用220、110kV等级；35kV既用于城市和农村的配电网，也用于大工业企业的内部电网10kV是最常用的较低一级的高压配电电压，只有负荷中高压电动机的比重很大时，才考虑6kV配电的方案5.2.1.电力负荷的等级一级负荷：指突然中断供电将造成人身伤亡；或在经济上造成重大损失，如重大的设备损坏、重大产品报废、给国民经济造成重大损失；或在政治上造成重大的影响或引起公共场所秩序严重混乱等电能用户特别重要的负荷是指中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况二级负荷：指突然中断供电，将在政治上、经济上造成较大损失的负荷，如中断停电将造成主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等电能用户5.2.4.用电负荷计算 电力负荷计算方法：需要系数法、利用系数法、二项式系数法、单位面积功率计算法、单位产品功率计算法用需要系数法计算用电负荷：（*）10