热能与动力

内蒙古科技大学热能与动力工程导论作业

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热能与动力工程专业导论论文

热能与动力工程专业简介：

能源的开发和利用很大程度上是热能的开发和利用。涉及能源利用的各种热力装置和热

工设备不但在动力工业中，而是几乎在所有的工业中都有，形式多样，五花八门。而热能与

动力工程也是研究热能及其利用的学科。那么什么是热能与动力工程呢？热能与动力工程是

以工程热物理学科为主要理论基础，以内燃机和正在发展中的其它新型动力机械及系统为研

究对象，运用工程力学、机械工程学、自动控制、计算机、环境科学、微电子技术等学科的

知识和内容，研究如何把燃料的化学能和液体的动能安全、高效、低（或无）污染地转换成

动力的基本规律和过程，研究转换过程中的系统和设备的自动控制技术。

本专业培养具备热能工程、传热学、流体力学、动力机械、动力工程等方面基础知识，

能在国民经济和部门，从事动力机械(如热力发动机、流体机械、水力机械)的动力工

程(如热电厂工程、水电动力工程、制冷及低温工程、空调工程)的设计、制造、运行、

管理、实验研究和安装、开发、营销等方面的高级工程技术人才。

热能与动力工程专业五个专业方向

热能工程专业方向：热能工程是研究热能的释放、转换、传递以及合理利用的学科，它

广泛应用于能源、动力、空间技术、化工、冶金、建筑、环境保护等各个领域。培养从事热

能工程及工程热物理方面的研究、设计、运行管理、产品开发的高级工程技术人员。本专业

方向对应热能工程学科，具有硕士、博士学位授予权。

热力发动机专业方向：热力发动机主要研究高速旋转动力装置，包括蒸汽轮机、燃气轮

机、涡喷与涡扇发动机、压缩机及风机等的设计、制造、运行、故障监测与诊断以及自动控

制。为航空、航天、能源、船舶、石油化工、冶金、铁路及轻工等部门培养高级工程技术人

才。本专业方向对应的动力机械及工程学科,具有硕士、博士学位授予权，该学科2000年被

评为国家重点学科。毕业生主要从事发电设备与大型电站、航空与航天发动机、船舶发动机

与系统动力设备研制、生产、运行等工作。

流体机械及流体动力工程专业方向：主要研究流体机械及其工作系统自动化，流体循环

系统节能等，在水电水利、机械制造、交通运输、石油化工、工程机械、食品纺织、航天航

空、舰船武备乃至市政设施、工民建筑等部门都有广泛的应用。该专业方向包括流体机械及

各类流体动力系统的设计、运行及其自动化管理、控制理论及工程应用等，培养从事叶片泵、

水轮机、风机、液力、流体传动及控制、湍流控制、微尺度通道流动、粘弹性非牛顿流体力

学等方面的研究、设计、制造、运行及产品开发和科学研究的高级工程技术人才。本专业方

向对应流体机械及工程学科，具有硕士学位授予权。

空调与制冷专业方向：主要研究制冷与低温技术。它广泛应用于能源、航天、航空、汽

车、石油化工、食品与药品的生产、医疗设备与空调制冷设备的生产等领域。本专业方向培

养从事空调制冷工程与设备的设计、运行管理、产品开发和科学研究的高级工程技术人才。

本专业方向对应制冷及低温工程学科，具有硕士、博士学位授予权。

大气环境污染控制工程专业方向：主要研究大气环境保护理论和技术，应用于能源、动

力、化工、冶金、市政等领域的大气环境保护事业。该专业培养从事大气环境保护理论和技

术研究、开发及从事环境管理和规划的高级工程技术人员。本专业方向对应热能工程学科和

环境工程学科，具有硕士、博士学位授予权。

同时值得指出的是，虽然热能与动力工程专业的研究方向很广，但并不是每所高校都能

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面面俱到，大多选择其中的某几个方向为主。

热能与动力工程专业前景：

伴随现实环境的发展，热能与动力工程的重要性正在日渐突出：

目前全世界常规能源的日渐短缺，人类环境保护意识的不断增强，节能、高效、降低或

消除污染排放物、发展新能源及其它可再生能源成为本学科的重要任务，在能源、交通运输、

汽车、船舶、电力、航空宇航工程、农业工程和环境科学等诸多领域获得越来越广泛的应用，

在国民经济各部门发挥着越来越重要的作用。

能源动力及环境是目前世界各国所面临的头等重大的社会问题，我国能源工业面临着经

济增长、环境保护和社会发展的重大压力。我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭占

商品能源消费的76％，已成为我国大气污染的主要来源。已经探明的常规能源剩余储量(煤

炭、石油、天然气等)及可开采年限十分有限，2000年的统计资料表明，我国化石能源剩余

可储采比煤炭为92年，石油20.5年，仅为世界储采比的一半；天然气为63年，优质能源

十分匮乏。未来能源发展中，如何充分利用天然气、水电、核电等清洁能源，加快新能源与

可再生能源开发，推广应用洁净煤技术，逐步降低用于终端消费煤炭的比重，实现能源、经

济、环境的可持续发展将是"十五"以及中长期能源发展面临的重要选择。特别地，我国核科

技工业是国家的战略行业。完善的核科技工业体系是确立一个国家核大国地位的基本条件。

它既是国家战略威慑力量和国防科技工业的重要组成部分，是国家政治、国防安全的重要保

障和外交利益所在，同时又是国民经济的重要产业。核军工、核能、核燃料和核应用技术产

业，是我国核科技工业的主要组成部分。与此相适应，如何培养适应上述21世纪社会需要

的能源动力类以及核相关专业人才，是每个大学相关专业以及每位从事能源动力类专业教育

的工作者需要解决的重要问题。

常规化石能源的使用是能源动力学科专业教学的主要内容之一，而常规化石能源的使用

与环境问题密切相关。目前，煤炭、石油、天然气等化石能源仍在整个能源构成中占据主导

地位，而且估计在今后几十年地时间内这一局面还不会改变。这些常规化石能源主要直接应

用于火力发电，这会带来一系列严重的环境问题，比如硫氧化物、氮氧化物等的大气污染、

固体废物、水污染和热污染等。因此，对能源动力生产过程中的这些环境问题必须进行妥善

处理和控制，实现其环境友好化，才能保证人类的生存和社会经济的可持续发展。环境问题

已经成为能源动力技术研究中的重要组成部分，也必须在专业课程的教学中有相应的体现。

也正是基于这一原因，浙江大学已经将原来的热能与动力工程专业改名为能源与环境系统工

程专业。核能发电虽然没有上述火力发电那样的问题，但有其独特的问题，如辐射防护与保

健、核废料的处置与处理等均与环境保护有关。迫于环境方面对能源开发与利用的巨大压力，

作为常规能源的水能由于具有清洁与可再生的特点，其开发与利用越来越得到重视，在我国

能源发展战略占有十分重要的地位。

燃煤蒸汽发电技术

燃煤发电机组，是将煤等化石燃料的化学能转化为电能的机械设备。

燃煤发电机组工作原理：是将煤燃烧产生的热能，通过发电动力装置（电厂锅炉、

汽轮机和发电机及其辅助装置等）转换成电能。燃煤发电历史较悠久，也是较为重要

的一种。

燃煤发电机组主要由燃烧系统（以锅炉为核心）、汽水系统（主要由各类泵、给

水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成）、电气系统（以汽轮发电机、主变压器等

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为主）、控制系统等组成。前二者产生高温高压蒸汽；电气系统实现由热能、机械能

到电能的转变；控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。

火力发电厂的电能生产过程为：燃料在锅炉中燃烧放能，并将热能传递给水及蒸汽，

使其成为高品位的过热蒸汽，蒸汽在汽轮机中逐级膨胀做功，将热能转换为机械能，最后，

发动机将机械能转换成电能。由此可见，锅炉、汽轮机及发电机为汽轮发电厂三大核心设备。

1.控制循环锅炉

国产锅炉300MW发电机组所配置的锅炉共有三种基本形式：UP型直流炉、自然循环

汽包炉和控制循环锅炉，主要制造厂有上海锅炉厂，东方锅炉厂，哈尔滨锅炉厂和北京锅炉

厂等。

现代汽包炉有两种基本形式：自然循环汽包炉和控制循环汽包炉。汽包炉的基本工作

原理是：在锅炉蒸发受热面与过热面之间设备有汽包，它使得各受热面的功能固定化，即蒸

发点固定不变。汽包的主要作用是对水冷壁来的汽水混合物进行汽水分离，并将分离出来的

饱和蒸汽送至过热器继续加热，面将分离出的水与省煤器来的给水混合后送至水冷器加热蒸

发。其一次工质的基本流程如下：

（给水）→水冷器→汽包省煤器→过热器→（蒸汽）

↓

（水）

2.提高锅炉热效率的新技术

多年来，为提高锅炉运行热效率，节约能源，人们研究了许多新技术，新炉型，

使用了许多新材料、新工艺，如：

（1）原煤分层燃烧技术；

（2）符合环境保护要求的洁净燃烧技术（循环流化床燃烧技术、型煤燃烧技术、煤

转化成煤气后再燃烧的技术等）;

（3）采用微机控制，变频调控技术；

（4）采用硅酸铝材料对炉墙保温，减少散热损失；

（5）针对用户的具体煤种，设计优化炉型及炉拱；

（6）加强锅炉房管理，提高锅炉运行热效率。

洁净煤技术

定义1：

煤炭在开发和利用过程中旨在减少污染与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染

控制等技术。

定义2：

煤炭在开发和利用过程中旨在减少污染与提高效率的加工、燃烧、转化及污染控制

等技术。

1、技术工艺

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洁净煤技术包括两个方面，一是直接烧煤洁净技术，二是煤转化为洁净燃料技术。

(1)直接烧煤洁净技术

这是在直接烧煤的情况下，需要采用的技术措施：①燃烧前的净化加

工技术，主要是洗选、型煤加工和水煤浆技术。原煤洗选采用筛分、物理选煤、化

学选煤和细菌脱硫方法，可以除去或减少灰分、矸古、硫等杂质；型煤加工是把散煤

加工成型煤，由于成型时加入石灰固硫剂，可减少二氧化硫排放，减少烟尘，还可节

煤；水煤浆是先用优质低灰原煤制成，可以代替石油。②燃烧中的净化燃烧技术，主

要是流化床燃烧技术和先进燃烧器技术。流化床又叫沸腾床，有泡床和循环床两种，

由于燃烧温度低可减少氮氧化物排放量，煤中添加石灰可减少二氧化硫排放量，炉渣

可以综合利用，能烧劣质煤，这些都是它的优点；先进燃烧器技术是指改进锅炉、窑

炉结构与燃烧技术，减少二氧化硫和氮氧化物的排放技术。③燃烧后的净化处理技术，

主要是消烟除尘和脱硫脱氮技术。消烟除尘技术很多，静电除尘器效率最高，可达９

９％以上，电厂一般都采用。脱硫有干法和湿法两种，干法是用浆状石灰喷雾与烟气

中二氧化硫反应，生成干燥颗粒硫酸钙，用集尘器收集；湿法是用石灰水淋洗烟尘，

生成浆状亚硫酸排放。它们脱硫效率可达９０％。

(2)煤转化为洁净燃料技术

主要有以下四种：①煤的气化技术，有常压气化和加压气化两种，它是在常压或

加压条件下，保持一定温度，通过气化剂（空气、氧气和蒸汽）与煤炭反应生成煤气，

煤气中主要成分是一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体。用空气和蒸汽做气化剂，煤气

热值低；用氧气做气化剂，煤气热值高。煤在气化中可脱硫除氮，排去灰渣，因此，

煤气就是洁净燃料了。②煤的液化技术，有间接液化和直接液化两种。间接液化是先

将煤气化，然后再把煤气液化，如煤制甲醇，可替代汽油，我国已有应用。直接液化

是把煤直接转化成液体燃料，比如直接加氢将煤转化成液体燃料，或煤炭与渣油混合

成油煤浆反应生成液体燃料，我国已开展研究。③煤气化联合循环发电技术，先把煤

制成煤气，再用燃气轮机发电，排出高温废气烧锅炉，再用蒸汽轮机发电，整个发电

效率可达４５％。我国正在开发研究中。④燃煤磁流体发电技术，当燃煤得到的高温

等离子气体高速切割强磁场，就直接产生直流电，然后把直流电转换成交流电。发电

效率可过５０％～６０％。我国正在开发研究这种技术。

总结

我国主要的能源是煤炭，大力发展洁净煤技术有更重要意义为了减少直接烧煤

产生的环境污染，世界各国都十分重视洁净煤技术的开发和应用。经过20多年的发

展国外的煤炭气化、液化以及发电技术已经日趋成熟。通过实施洁净煤技术,煤矿企

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业在经济上增加盈利,环境由此得到改善,使经济增长和保护环境协调发展。我国是烧

煤大国，所以大力发展洁净煤技术至关重要。同时对我国的环境改善也有着突出的作

用，有利于长期持续发展。

通过学习热能与动力工程导论，我了解了我们专业主要内容，加深了我对专业

的了解，加深了我对专业的兴趣和专业学习的主动性。同时知道发展新能源的重要性，

希望经过几年的专业学习能，对新能源及新的发电技术有更多的理解和知识的掌握，

为自己将来的发展道路做好更好的铺垫。

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热

动

导

论

论

文

姓名：张国立

班级：热动11-3班