一．课程学习过程介绍
1）激发大一新生对探索科学的兴趣
2）使大一新生初步了解本专业的概况，本专业大学毕业生的就业方向，中国及世界各国的火力发电现状以及有关锅炉和汽轮机的最新科研成果。
3）主要通过学生组成学习小组去搜集相关资料并通过PPT在课堂上展示，又 由同学提出问题，老师和同学们一起研究讨论并将之解决。
二．主要学习内容
一、从蜡烛看燃烧；
1.1燃烧的定义：产生热或同时产生光和热的快速氧化反应；包括只伴随少量热量没有光的慢速氧化反应。
1.2蜡烛燃烧的条件：⑴必须是可燃物⑵要达到该条件下可燃物的着火点⑶要处在有氧气的氛围中。
1.3火焰的形状：常重环境下蜡烛的火焰形状均呈狭窄锥柱形，而微重力环境下蜡烛火焰呈半球园冠状。常重下火焰柱状直径小与微重力下火焰球状直径，它们的平均直径比约为1：2；常重下火焰长度大与微重力下的火焰长度，它们的比为3：1. 、 1.4清洁高效燃烧：经探究发现只有当温度、氧含量都在适宜的条件下，蜡烛才能高效、清洁地燃烧，由此我们探究了“如何才能使燃料高效、清洁地燃烧？”发现要使燃料清洁燃烧不仅与温
度、含氧量有关，还与接触面积、空气流速等因素有关。
1.5高效灭火：与燃烧相火只需破反灭坏燃烧的条件之一即可，常用的灭火器种类有：干粉灭火器、泡沫灭火器、气体灭火器等。
二、从煤燃烧到火力发电
2.1煤中的成分对燃烧的影响：
⑴烧挥发分 V ，V的含量代表了煤的地质年龄，地质年龄越短，煤的碳化程度越浅,V含量越多，煤的着火温度低，易着火燃烧，V挥发使煤的孔隙多，反应表面积大，反应速度加快，煤中难燃的固定碳含量少，煤易于燃尽，V着火燃烧造成高温，有利于碳的着火、燃烧。
⑵水分M、灰分A， M、A 高，煤中可燃成分相对减少，煤的热值低；M、A 高，M 蒸发、A熔融均要吸热，炉膛温度降低；M、A 高，增加着火热或包裹碳粒，使煤着火、燃烧与燃尽困难；；M、A 高，q2、q3、q4、q6 增加，热效率下降；M、A 高，过热器易超温；M、A 高，受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重；M、A 高，煤粉制备困难或增加能耗。
⑶硫分S，可燃硫的热值低，含量少，对煤的着火、燃烧无明显影响，高、低温腐蚀；易造成受热面的堵灰、形成酸雨、污染环境，燃料中的硫化铁加剧磨煤部件的磨
损。 、 ⑷灰熔点（ST），灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣，危及锅炉运行的安全性和经济性。对于固态排渣炉， ST< 1350℃ 可能结渣。
2.2火力发电的基本系统：
⑴汽水系统:火力发电厂的汽水系统是由锅炉、汽轮机、凝汽器、高低压加热器、凝结水泵和给水泵等组成，他包括汽水循环、化学水处理和冷却系统等.水在锅炉中被加热成蒸汽，经过热器进一步加热后变成过热的蒸汽，再通过主蒸汽管道进入汽轮机。由于蒸汽不断膨胀，高速流动的蒸汽推动汽轮机的叶片转动从而带动发电机。
⑵燃烧系统:燃烧系统是由输煤、磨煤、粗细分离、排粉、给粉、锅炉、除尘、脱流等组成。是由皮带输送机从煤场,通过电磁铁、碎煤机然后送到煤仓间的煤斗内,再经过给煤机进入磨煤机进行磨粉，磨好的煤粉通过空气预热器来的热风，将煤粉打至粗细分离器，粗细分离器将合格的煤粉（不合格的煤粉送回磨煤机），经过排粉机送至粉仓，给粉机将煤粉打入喷燃器送到锅炉进行燃烧。而烟气经过电除尘脱出粉尘再将烟气送至脱硫装置，通过石浆喷淋脱出流的气体经过吸风机送到烟筒排入天空。
⑶发电系统：发电系统是由副励磁机、励磁盘、主励磁机（备用励磁机）、发电机、变压器、高压断路器、升压站、配电装置等组成。发电是由副励磁机（永磁机）发出高频电流，副励磁机发出的电流经过励磁盘整流，再送到主励磁机，主励磁机发出电后经过调压器以及灭磁开关经过碳刷送到发电机转子，当发电机转子通过旋转其定子线圈便感应出电流，强大的电流通过发电机出线分两路，一路送至厂用电变压器，另一路则送到SF6高压断路器，由SF6高压断路器送至电网。
2.3煤燃烧过程和基本设备：火力发电厂是利用化石燃料燃烧释放的热能发电的动力设施。包括燃料燃烧释热和热能电能转换以及电能输出的所有设备、装置、仪表器件，以及为此目的设置在特定场所的建筑物、构筑物和所有有关生产和生活的附属设施。主要有蒸汽动力发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂几种类型。
2.4研究热点：
⑴超临界机组、超超临界机组：汽轮机发电的理论基础是蒸汽的朗肯循环，按朗肯循环理论，蒸汽的初参数（即蒸汽的压力与温度）愈高，循环效率就愈高。目前蒸汽压力已超过临界压力（大于22．2MPa），即所谓的超临界机组。
优点⒈ 技术成熟、容易接受；
⒉容量大（1000MW）、效率高（45%）
⒊成本可接受（5000-6000RMB/kW）
缺点⒈ 单循环、效率提高空间小、难度大；
⒉终端治理、脱硫效率低；
⒊痕量元素、CO2等处理难度大；
⒋ 随着效率和环保性提高，成本增加；
⒌ 高硫煤、水资源的限制。
⑵IGCC：整体煤气化联合循环由两大部分组成，第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气
轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气轮机作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。
优点⒈ 联合循环、效率高且提高的空间大；
⒉ 在转化过程中治理污染效果好，可实现资源化回收；
⒊可实现零排放、节水；
⒋ 可与煤制氢、煤制油、FC等组成先进的能源多元化生成系统。
缺点⒈ 系统复杂、技术处于发展期；
⒉目前成本相对较高。
三、燃烧-飞行器的动力和隐患
3.1飞行器的动力系统：飞行器发动机的主要功用是为飞行器提供推进动力或支持力，是飞行器的心脏。自从飞机问世以来的几十年中，发动机得到了迅速的发展，从早期的低速飞机上使用的活塞式发动机，到可以推动飞机以超音速飞行的喷气式发动机，还有运载火箭上可以在外太空工作的火箭发动机等，时至今日，飞行器发动机已经形成了一个种类繁多，用途各不相同的大家族。
⑴活塞式发动机 ：航空活塞式发动机是利用汽油与空气混合，在密闭的容器（气缸）内燃烧，膨胀作功的机械。活塞式发动机必须带动螺旋桨，由螺旋桨产生推（拉）力。所以，作为飞机的动力装置时，发动机与螺旋桨是不能分割的。⑵冲压喷气发动机：冲压喷
气发动机是一种利用迎面气流进入发动机后减速，使空气提高静压的一种空气喷气发动机。它通常由进气道（又称扩压器）、燃烧室、推进喷管三部组成。冲压发动机没有压气机（也就不需要燃气涡轮），所以又称为不带压气机的空气喷气发动机。
⑶亚音速冲压发动机：亚音速冲压发动机使用扩散形进气道和收敛形喷管，以航空煤油为燃料。飞行时增压比不超过 1.89，飞行马赫数小于 O.5时一般不能正常工作。亚音速冲压发动机用在亚音速航空器上，如亚音速靶机。 ⑷超音速冲压发动机：超音速冲压发动机采用超音速进气道（燃烧室入口为亚音速气流）和收敛形或收敛扩散形喷管，用航空煤油或烃类燃料。超音速冲压发动机的推进速度为亚音速～6倍音速，用于超音速靶机和地对空导弹（一般与固体火箭发动机相配合）。
⑸高超音速冲压发动机：这种发动机燃烧在超音速下进行，使用碳氢燃料或液氢燃料，飞行马赫数高达5～16，目前高超音速冲压发动机正处于研制之中。 由于超音速冲压发动机的燃烧室入口为亚音速气流，也有将前两类发动机统称为亚音速冲压发动机，而将第三种发动机称为超音速冲压发动机。
⑹火箭发动机：火箭发动机是我国劳动人民首先创造出来的。早在唐代初年(约在七世纪）火药就出现了，南宋时代火药用来制造烟火，其中包括“起花”。大约在十三世纪制成火箭。我国古代制造的火箭和起花所用的是黑色火药。它们的工作原理和现代的固体燃料火箭是一样的。
⑺固体火箭发动机：固体火箭发动机为使用固体推进剂的化学火箭发动机。固体推进剂有聚氨酯、聚丁二烯、端羟基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等。
⑻液体火箭发动机：液体火箭发动机是指液体推进剂的化学火箭发动机。常用的液体
氧化剂有液态氧、四氧化二氮等，燃烧剂由液氢、偏二甲肼、煤油等。氧化剂和燃烧剂必须储存在不同的储箱中。
⑼涡轮喷气发动机：在第二次世界大战以前，所有的飞机都采用活塞式发动机作为飞机的动力，这种发动机本身并不能产生向前的动力，而是需要驱动一副螺旋桨，使螺旋桨在空气中旋转，以此推动飞机前进。
3.2飞行器动力系统的问题：载人飞船舱内有航天员生活和工作必需的氧气（氧化剂） , 各种非金属材料制成的元部件（可燃物）, 以及各种电器设备, 这
些设备由于过载、接触不良、短路等原因可能造成局部过热与电火花（点火源）。
这样, 飞船舱内既有燃料, 又有氧化剂和点火源, 具备了发生着火的三个要素。如处理不当, 就会失火，因此防止意外火灾和爆炸事故的发生对于载人航天尤其重要。
3.3飞行器动力的研究热点：
⑴突破音障：飞行器在速度达到音速左右时，会有一股强大的阻力，使飞行器产生强烈的振荡，速度衰减——这一现象被俗称为音障当飞行器突破这一障碍后，整个世界都安静了，一切声音全被抛在了身后。
⑵等离子燃烧技术：等离子燃烧技术是采用空气等离子体作为点火源，在电弧的作用下，将一定压力的空气电离为高温等离子体，从而点燃煤粉的一种新型燃烧技术。它的出现改变了大型煤粉锅炉点火和稳燃依靠重油、轻油或天然气等燃料来实现的历史。近年来能源紧张，燃油价格不断上涨，为等离子燃烧技术的应用提供了契机。泰州电厂作为国内
首批1000MW机组，成功的将等离子燃烧技术应用到实践，实现了锅炉的无油或少油启动，既节约了电厂的成本，又改善了电厂的生态环境。
等离子燃烧器利用直流电流在介质气压0.01~0.03MPa的条件下接触引弧，并在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成T＞5000K的梯度极大的局部高温区。煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用，并在 10
－3秒内迅速释放出挥发物，并使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。由于反应是在气相中
进行，使混合物组分的粒级发生了变化。因而使煤粉的燃烧速度加快，也有助于煤粉的燃烧。为保护等离子装置本身，需用水冷却阴、阳极和线圈。所需冷却水采用闭式循环水，水压在0.6MPa左右，经等离子冷却水泵加压后进入等离子装置。
四、燃烧的控制
4.1燃烧控制系统的任务：锅炉燃烧过程是将燃料化学能转变为蒸汽热能的转换过程。燃烧过程控制的任务是使燃烧所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，并保证锅炉安全经济运行。
4.2分布式控制系统：DCS(distributed control systems,简称DCS),又称为分散控制系统,分散型控制系统,集散控制系统.由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统 。分布式控制系统采用微处理机分别控制各个回路，而用中小型工业控制计算机或高性能的微处理机实施上一级的控制 。各回路之间和上下级之间通过高速数据通道交换信息。分布式控制系统具有数据获取、直接数字控制、人机交互以及监控和管理等功能。分布式控制系统是在计算机监督控制系统、直接数字控制系统和计算机多级控制系统的基础上发展起来的，是生产过程的一种比较完善的控制与管理系统。
优点：⑴在分布式控制系统中，按地区把微处理机安装在测量装置与控制执行机构附近，将控制功能尽可能分散，管理功能相对集中 。
⑵这种分散化的控制方式能改善控制的可靠性，不会由于计算机的故障而使整个系统失去控制。
⑶当管理级发生故障时，过程控制级（控制回路）仍具有独立控制能力，个别控制回路发生故障时也不致影响全局。
⑷与计算机多级控制系统相比 ，分布式控制系统在结构上更加灵活、布局更为合理和成本更低。
4.3主要控制方式：
⑴磨煤机控制：开环系统包含了整个磨煤机的二进制逻辑控制，主要包括有润滑油控制、启停控制、风系统的开关量控制、消防及惰性化系统控制、PC管及差压料位管程控吹扫等。
闭环控制主要包括磨煤机负荷调节、出口风/粉混合物的温度：双式磨煤机的控制系统是保证磨煤机正常运行的重要部分，磨煤机的控制分为开环控制系统和闭环控制系统两大部分调节、筒体煤位调节、总一次风量调节、一次风压力调节等五个回路。由于磨煤机负荷调节主要是控制输入磨煤机的一次风量大小，它是由调节磨煤机容量风门的开度来保证的。
特点：当燃料主控投自动时，燃料调节器的入口偏差等于限制后的锅炉主控指令减去
进入锅炉的总燃料量。燃料偏差经过PI调节器后形成自动方式下的燃料主控指令，该指令同时送至所有运行磨煤机容量风门控制回路，形成运行磨煤机容量风门开度的设定值。
⑵送风机控制：送风控制系统根据总风量和总风量指令的偏差给出两台送风机入口动叶开度的控制指令。系统设计有总风量与总燃料量信号之间的交叉限制，以确保锅炉的富氧燃烧。
⑶炉膛压力控制：前馈信号F.F（FEED FORWARD）来自送风控制系统，其作用是使送风控制系统动作的同时，引风控制系统能相应地动作。使引风量随送风量成比例地变化，以减小炉膛压力在变负荷时的动态偏差。前馈信号可以取自两台送风机动叶开度指令的平均值（AVG FDF DMD）。
特点：（1）控制系统为带送风前馈的单回路控制系统。机组正常运行时，锅炉炉膛压力按传统的“前馈-反馈”控制方案进行控制。
（2）炉膛压力负偏差太大时，采用了快速的比例控制回路以防炉膛压力下降过快。
（3）当发生主燃料跳闸时，采用了一超驰关引风机导叶的控制信号，防止炉膛内爆的发生。
4.4研究热点：⑴新型的控制算法
⑵新的体系结构
⑶可靠的控制设备
三．学习体会及遇到的主要问题
1） 送风机调节炉膛压力来控制燃烧正如现实生活中结合实例，总结该课程所学知识；
2） 通过本课程的学习，对大学学习的体会和规划；
3） 其他体会及课程建议。
一
四．主要参考文献
以上内容引自文献的一定要正文中标注，并在主要文献列表中列出。
1. 哈尔滨工程大学、理学院、【大学物理】第29卷第6期（2010年6月）~毕思
思、赵浩宇、苑立波
2.燃烧理论-清华大学热能工程系（Department of Thermal Engineering)-热能动力工程与热科学重点实验室(Key laboratory of thermal science and power Engineering)-煤清洁燃烧国家工程研究中心(NERC-CCC) -姚 强 李水清
2. （正文）
国外学者Law等[1]应用该方法研究了火焰形状对非预混扰动流烟灰的形成与传递特性影响情况，证明了该方法的精确性。… … 本文研究采用GRI机理[2] … …。
（参考文献列表）
[1] Law C K， Lu T F，Sung C J，Wang H．Development of Comprehensive Detailed and Reduced Reaction Mechanisms for Combustion Modeling[J]．AIAA Journal，2003，41(9)：1629-1646．
[2] Smith G P, Golden D M, Frenklach http://www.me.berkeley.edu/gri_mech/, 2009.
et al. GRI-Mech 3.0 [EB/OL]. M,
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