热能与动力工程专业英语第三版翻译pdf

热能与动力工程专业英语第三版翻译pdf内容摘要：

itte d 式中， 为比例系数，称为斯忒藩－玻耳兹曼常数，其值为 108 W/(m2K 4)。 式 (15)称为热辐射的斯 忒藩－玻耳兹曼定律，该式仅适用于黑体。 值得注意的是，该表达式仅适用于热辐射，其它类型的电磁 辐射要比该式复杂得多。 式 (15)只能用于确定单个黑体的辐射能。 两个表面间的净辐射换热量与其绝对温度四次方的差成正 比，即 q exch a n g e   (T14 T24 ) (16) A 我们已经提到，黑体是按四次方定律辐射能量的物体。 因其黑色的表面我们称之为黑体，如覆盖炭 黑的金属片，就近似具有这种辐射特性。 其它类型的表面，如有光泽的漆面或抛光的金属板，并不具有 黑体那样大的辐射力，然而，这些物体的辐射力仍大致与 T14 成正比。 为了考虑这些表面的 “灰 ”特性， 在式 (15)引入另一个参数，称为发射率 ε，发射率将这些 “灰 ”表面的辐射与理想黑体的表面辐射联系起 来。 此外，我们必须考虑这样一个事实，并非一个表面发出的所有辐射都可以到达到另一个表面，因为 电磁辐射是沿直 线传播的，将有部分能量散失到周围环境中。 因此，考虑到这两种情况，式 (15)引入另 外两个新的参数，则有 q  F F  A(T 4  T 4 ) (17)  G 1 2 式中， Fε是发射率函数， FG 是几何角系数。 此时，值得提醒读者的是，式 (17)中的这两个函数通常并不 是相互独立的。 换热器的类型 最简单的换热器是由两个不同直径的同心圆管组成，称为套管式换热器。 套管换热器中的一种流体 流经细管，另一种流体流经两管间的环形区域。 套管换热器中包括两 种不同类型的流动方式：一种为顺 流，即冷、热流体从同一端进入换热器，并沿同一方向流动；另一种为逆流，即冷、热流体从相反的两 端进入换热器，且沿相反方向流动。 另一类换热器，被专门设计成单位体积内有很大的换热面积，称为紧凑式换热器。 换热器的换热面 积与其体积之比称为面积密度 β。 β＞ 700 m2/m3 的换热器归为紧凑式换热器。 例如汽车散热器（ β≈1000 m2/m3）、燃气轮机中的玻璃陶瓷换热器（ β≈6000 m2/m3）、斯特林机的回热器（ β≈15,000 m2/m3）以及人的 肺部（ β≈20,000 m2/m3）。 紧凑式换热器能实现小容积内两种流体的高换热率，通常用于换热器重量和容 积受到严格限制的场合。 紧凑式换热器通过在分离两种流体的壁面上附加间隔紧密的薄板或波纹翅片来扩展其表面。 紧凑式 换热器通常用于气－气和气－液（或液－气）换热器，通过增加传热面积来抵消气侧低传热系数所带来 的影响。 例如，汽车散热器是水－气紧凑式换热器的典型例子，通常管子气侧表面装有翅片。 工业应用中最常见的换热器也许是管壳式换热器，如图 19 所示。 管壳式换热器外壳里封装有大量 的管束（有时为数百根），其 轴线与外壳轴线平行。 当一种流体在管内流动，另一种流体在管外流动并穿 过壳体时，就进行了热交换。 壳内通常布置有挡板，用于使壳侧流体沿壳流动以强化传热，并保持均匀 的管间距。 虽然管壳式换热器应用广泛，但因其相对较大的尺寸和重量，因而并不适用于汽车和航空器 领域。 注意，管壳式换热器的管束两侧开口处的较大流动区域称为封头，它位于壳体两端，管侧流体流 入、流出管子前后都在此汇集。 管壳式换热器依据所含管程和壳程的数目可进一步分类。 例如，换热器壳内的所有管束采用一个 U 型布置的称为单壳程双管程换热器（ 12 型换热器）。 同样地，含有双壳程和四管程的换热器叫做双壳程 －四管程型换热器（ 24 型换热器）。 一种广泛使用的新型换热器是板翅式（或板式）换热器，它由一系列平板组成，并形成波纹状的流 动通道。 冷、热流体在间隔的每个通道中流动，每一股冷流体被两股热流体所包围，因此换热效果非常 11 好。 此外，板式换热器可通过简单添加更多的平板来满足增强换热的需求。 该类型换热器非常适用于液 －液式换热场合，但需要冷、热液流的压强大致相等。 另一类冷、热流体交替通过同一流动面积的换热器为蓄 热式换热器。 静态型蓄热式换热器基本上由 多孔介质组成，其热容量大，如陶瓷铁丝网。 冷、热流体交替地流经这些多孔介质，热量先由流过的高 温流体传递到换热器的换热基体，再由基体传递给接着流过的低温流体。 因此，基体充当了临时储热介 质的作用。 动态型蓄热式换热器内有转筒，冷、热流体连续流动通过转筒的不同部分，使得转筒的任一 部分周期性地通过热流体，存储热量，再通过冷流体，释放存储的热量。 转筒作为热量从热流体传递到 冷流体的媒介。 换热器往往被赋予特定的名称来反映它们的特定用途。 例如，冷凝器是流体流经它时会 发生冷却凝 结的一种换热器。 锅炉是另一类换热器，流体在其内吸热并汽化。 空间辐射器是以辐射方式将热流体的 热量传递到周围空间的换热器。 第二章 锅 炉 简 介 SSC 锅 炉利用 热 量使水 转变 成蒸汽以 进 行各种利用。 其中主要是 发电 和工 业 供 热。 由于蒸汽具有有利的 参数和无毒特性，因此蒸汽作 为 一种关 键 的工 质 （ 资 源）被广泛地 应 用。 蒸汽流量和运行参数的 变 化很 大：仍某一 过 程里 1000 磅 /小 时 （ ）到大型 电 厂超 过 10106 磅 /小 时 （ 1260kg/s）， 压 力仍一些加 热应 用的 磅 / in2（ ） 212F（ 100℃ ）到先 进 循 环电 厂的 4500 磅 / in2（ 310bar） 1100F（ 593℃ ）。 现 代 锅 炉可根据不同的 标 准分 类。 这 些包括最 终 用途、燃 烧 方式、运行 压 力、燃料和循 环 方式。 大型中心 电 站的 电 站 锅 炉主要用来 发电。 它 们经过优 化 设计 ，可达到最高的 热 效率。 新机 组 的关 键 特性是利用再 热 器提高整个循 环 效率。 各种附加的系 统 也 产 生蒸汽用于 发电 及其他 过 程 应 用。 这 些系 统 常常利用廉价或免 费 燃料， 联 合 动 力循 环 和 过 程，以及余 热 回收，以减少 总费 用。 这 些例子包括：燃气 轮 机 联 合循 环 （ CC）：先 进 的燃气 轮 机，将余 热锅 炉作 为 基本循 环 的一部分，以利用余 热 并提 高 热 效率。 整体煤气化 联 合循 环 （ IGCC）：在 CC 基 础 上增加煤气化炉，以降低燃料 费 用并将 污 染排放降到最低。 增 压 循 环 流化床燃 烧 （ PFBC）：在更高 压 力下燃 烧 ，包括燃气 净 化，以及燃 烧产 物膨 胀 并通 过 燃气 轮 机做功。 高炉排烟 热 量回收：利用高炉余 热产 生蒸汽。 太阳能蒸汽 发 生器：利用集 热 器收集太阳 辐 射 热产 生蒸汽。 2. 2 Development of Utility Boiler 现 代 660MW 燃煤 锅 炉有大 约 6000 吨的 压 力部件，包括 500 千米的受 热 面管材， 千米 连 接管与联 箱和 30000 个管接 头焊 口。 这 是 经过 大 约 50 年 发 展的 结 果，并形成了煤粉在具有蒸 发 管束的炉膛燃 烧 ，烟气然后流 经对 流 过热 器和 热 回收表面的基本概念并保留至今。 蒸汽参数的提高，机 组 容量的增大及燃料燃 烧 特性的改 进 都要求在 材料、制造技 术 和运行程序上相 应发 展。 二 战 后的一些年里，在 电 厂安装 锅 炉的数量多于汽 轮 机是很常 见 的， 锅 炉提供蒸汽到母管然后到汽机。 这 种布置反 应 了 锅 炉的可用性低于汽 轮 机。 四十年代后期，随着 锅 炉可用性的提高 ， 锅 炉和汽机开始可 以相互配套使用。 锅 炉和汽机成套的 变 化使得再 热 成 为 可行，而且伴随着高温 钢 材的 应 用， 经过 蒸汽参数的不断提高，达到了当前的 标 准循 环 2400lbf/in2()， 568℃和再 热 568℃。 为 充分利用更高的蒸汽参数和 获 得 经济 容量，在接下来的 15 年，机 组 容量又增加了 20 倍。 燃料与燃 烧 大部分 锅 炉以煤、天然气和石油作 为 燃料。 然而，在 过 去的几十年里，至少在 发电领 域核能开始扮演一个主要角色。 同 样 ，不断增加的各种生物 质 和 过 程副 产 品也成 为 蒸汽生 产 的 热 源。 这 些包 括泥煤、木材及木材 废 弃物、稻草、咖啡渣、稻谷壳、煤 矿废 弃物（煤屑）、 炼钢 炉 废热 甚至太阳能。 现 代美国中心 电 站用燃料主要是煤，或是烟煤、次烟煤或是褐煤。 虽 然天然气和燃油也 许 是未来化石燃料 电 厂的燃料 选择 ，但煤仌然是今后新的，基本 负 荷 电 站 锅 炉的主 要燃料。 煤的分 类 ? 由于煤是一种不均匀的物 质 ，且其 组 成和特性 变动 很大，所以建立煤的分 类 系 统 是很必要的。 中国煤的性 质 如表 21 所示。 以煤 阶进 行煤的分 类 是典型的做法。 这 表 现为 煤化程度的大小：仍褐煤到 贫 煤、烟煤以及无烟煤。 煤 阶 表明了煤的地 质历 史 和主要特性。 现 在美国 应 用的煤分 类标 准是由美国材料 试验 学会（ ASTM）建立的。 其分 类 是通 过 煤的工 业 分析所确定 的 挥发 分和固定碳的含量以及煤的 发热 量作 为 分 类标 准。 这 套系 统 目的在于确定煤的商 业 使用价 值 ，并提供关于煤燃 烧 特性的基本信息。 燃 烧 系 统 锅 炉内化石燃料燃 烧 以 产 生蒸汽的技 术 已成熟多年。 然而，在 过 去的二十多年中， 为 了将大气排放和 污 染降到可行的最低程度，燃 烧 技 术 得到了很大程度的提高。 油燃 烧 系 统 所有的 电 站 锅 炉都燃用油，在燃煤 锅 炉中点燃煤粉，在煤 进 入炉膛之前加 热 炉膛并升 压 ，而在燃油 锅 炉中 则 作 为 主要 负 荷燃料。 一般地，燃油都是粘度在 3500 sec 到 6500sec 的残渣燃料油。 为 了有效的燃烧 ， 这 些油必 须 被加 热 到 120~130℃并被良好地分散或 雾 化成很小的微滴 ? 燃用渣油，要比一般的 馏 分油（柴油，汽油等）便宜，但又 带 来一些 问题 ：酸性 污 染物和粉 尘 的排放。 酸性污 染 问题 是由石油中的硫 产 生的，硫分的含量有 时 可高达 3%。 在 20 世 纪 60 年代早期，人 们对 油燃 烧 器 设计进 行了深入研究和开 发 ，目的在于解决燃油的排放 问题。 由此 诞 生了一种油燃 烧 器 ——“标准燃 烧 器 ”，它可以在非常低的 过 量空气 系数下减少碳排放。 为 保 证锅 炉中每个燃 烧 器 获 得同 样 多的空气也做了大量的工作。 目前油燃 烧过 量空气系数运行水平 为 2%。 煤燃 烧 系 统 煤燃 烧 器的 发 展模式同油燃 烧 器 类 似，而且重点放在准确控制每只燃 烧 器煤和油的供 给 量。 实际 中所有的燃煤锅 炉都是燃 烧 煤粉（由磨煤机生 产 ）， 这 些煤粉 经过 很好的粉碎，然后由空气流（一次 风 ）送入燃 烧 器。 同以前相比，在流 动 平衡上的 设计 成果 现 在已能使 锅 炉在 较 低的 过 量空气水平下运行，并在不增 加 飞 灰含碳量水平的情况下提高了 总 的效率煤燃 烧 系 统 部件的布置必 须 根据 经济 因素和煤的性 质 来确定。 作 为 整个 燃 烧 系 统设计 的性能参数，煤粉 细 度、磨煤机出口温度、空煤比等都必 须 达到要求。 低 NOx 燃 烧 系 统 影响 NO x 生成的因素包括燃料含氮量、火焰峰 值 温度、火焰中的可用氧量以及气流在 锅 炉系 统 中的停留 时间。 当煤 进 入炉膛其化学 结 极被破坏 时 ，一些煤中的化合氮就作 为挥发 分被 释 放出来。 由大气中的氮生成的一氧化氮即 “热 力型 NO x”可以通 过 减少烟气在高温区域的停留 时间 而得到控制， 这样 就会控制燃 烧阶 段中可用氧量，最后生成的是无害氮而不是 NOx。 因 为 煤在燃 烧 区的燃 烧 需要一定的 过 量氧气以便使所有的碳燃尽，且 不含氮的煤是 难 以 获 得的，因此 NO x 的减少必 须 依靠 锅 炉和燃 烧 器的 设计 来完成。 天然气燃 烧 系 统 天然气曾 经 作 为电 厂主要燃料。 然而一些年来，没有太多的天然气可供 电 厂使用，并且人 们 没有正 视这 样 的事 实 ，即天然气作 为 一种 优质 燃料将会重新得到大量 应 用。 丙 烷 常常作 为 一种点火 剂 ，广泛地 应 用于燃油 锅 炉和燃煤 锅 炉中的油燃 烧 器。 流化床燃 烧 ? 流化床燃 烧 是煤粉燃 烧 方式的一种，采用 这 种燃 烧 方式 时 煤在空气中的燃 烧发 生在流化床中，典型的是循 环 流化床。 循 环 流化床最适合于燃 烧 低成本 废 弃燃料、低品 质 或低 热 量煤。 将煤粒和石灰石投入到床中，石灰石在床内煅 烧 成石灰。 流化床中主要是石灰和少量的煤，煤焦在其中循 环。 运行中的床温很。