具体描述
本书主要讲述大型火力发电厂燃煤锅炉的原理及设备。内容包括:燃料及燃料燃烧计算、锅炉热平衡及计算、水循环计算、锅炉热力计算；煤粉制备系统及设备、燃烧设备、蒸发设备、过(再)热设备、水和空气的加热设备;煤粉燃烧理论基础、自然循环原理、控制流动锅炉原理；蒸汽净化；锅炉运行及事故处理方法。
本书是高等学校热能动力工程专业必修课程，适用于热能动力工程类各专业方向的学生，也可供从事相关专业的工程技术人员参考。
能源转型背景下的现代热力系统优化与节能技术 本书导读： 在当前全球能源结构深度转型、气候变化压力日益增大的宏观背景下，传统高碳能源的利用效率和环境友好性面临前所未有的挑战。本书旨在超越传统单一的锅炉设备原理探讨，聚焦于如何构建适应未来能源需求、实现高效清洁利用的现代热力系统。我们不再将焦点仅仅锁定在传统燃煤或燃气锅炉的内部热力学循环和结构设计上，而是扩展视野，全面覆盖从一次能源转化为电能和热能的全流程优化、多能耦合集成，以及前沿的节能减排技术路径。 本书深度剖析了在“双碳”目标驱动下，热力系统如何从过去的“能源消耗者”转变为“系统协调者”的角色。内容涵盖了对现有热力循环进行深度挖潜的技术，例如超超临界蒸汽参数的优化设计、复杂工况下的动态特性控制，以及如何在高比例可再生能源并网的背景下，确保热力系统的稳定性和经济性运行。 第一部分：前沿热力系统循环与集成技术 本部分着眼于超越标准朗肯循环的限制，探讨面向高效率和低碳排放的新型热力循环。 1.1 高效蒸汽循环的深度解析与调控： 本书详细分析了超超临界（USC）和先进超超临界（Adv-USC）参数下的热力学特性、材料选择的严苛要求及其对循环效率的提升机制。重点讨论了在不同负荷下，如何通过精细化的给水温度、再热温度的控制策略，实现机组在宽泛工况区间的效率最优化，规避传统循环在低负荷区间的效率衰减难题。内容深入到蒸汽参数对汽轮机各缸室叶片强度、冲刷腐蚀的连锁影响，并提出了基于先进过程控制（APC）的实时优化模型。 1.2 多能耦合与系统集成： 面对新能源接入对电力系统的冲击，热力系统必须具备柔性和集成能力。本章系统阐述了热电联产（CHP）系统如何与储能技术（如压缩空气储能、熔盐储能）进行高效耦合。我们详细分析了不同耦合方式下的能量流向优化模型，包括如何通过灵活调整热力系统参数，支持电网的调峰需求，同时保证供热（或供冷）的质量和稳定性。特别关注了核能、地热能等非化石能源与传统热力系统的接口技术和安全规范。 1.3 碳捕集、利用与封存（CCUS）对热力循环的重构： CCUS技术是实现深度脱碳的关键。本书不再停留在原理介绍，而是聚焦于如何将胺吸收法、膜分离法等捕集技术集成到现有的蒸汽循环中，评估其对机组净效率、启停性能和运行成本的综合影响。我们提供了详细的后处理热力学分析，指导如何通过优化捕集过程的蒸汽引出点和冷凝热回收，将效率损失降至最低，并探讨了二氧化碳循环压缩和管道运输对电厂整体系统的动态影响。 第二部分：新型燃烧技术与污染物深度控制 本部分关注清洁燃烧技术在现有燃料体系和未来替代燃料体系中的应用与挑战。 2.1 低阶燃料与生物质/废弃物的高效清洁燃烧： 针对煤炭的清洁高效利用，我们详细研究了先进流化床技术（如循环流化床CFB）的流体力学建模、颗粒循环特性及炉内脱硫增效机制。内容深入探讨了生物质（Biomass）和城市固体废弃物（MSW）作为燃料时，在复杂组分下的燃烧特性、结焦/结垢倾向分析及相应的优化燃烧策略，确保在高掺烧比例下仍能稳定运行并满足排放标准。 2.2 燃烧过程的污染物生成机理与超低排放控制： 本书超越传统的SCR/SNCR脱硝技术，深入剖析了在不同燃烧温度和风量配比下，NOx和SO3的生成路径。重点介绍了应用于现有锅炉改造的低氮燃烧（LNB）技术的精细化设计，如富燃分割、分段送风优化等对NOx生成的影响。在烟气净化方面，详细阐述了浆雾法、干法及半干法脱硫技术在去除SO2和SO3方面的最新进展，以及对尾部换热器腐蚀防护的材料科学应用。 2.3 替代燃料的燃烧特性与安全管理： 氢能和氨能作为未来潜在的零碳或低碳载体燃料，其在热力系统中的应用是研究的重中之重。本书分析了氢气在火焰传播速度、爆炸极限上的特殊性，以及高浓度氢/氨掺烧对燃烧室材料热负荷、燃烧稳定性（如回火、熄火）的影响。我们提出了针对混合燃料锅炉的燃烧器动态调节策略和安全联锁系统设计准则。 第三部分：系统优化、数字化与智能运维 本部分聚焦于如何利用现代信息技术，提升热力系统的运行可靠性、经济性和预见性维护能力。 3.1 过程优化控制与系统建模： 本书介绍了热力系统的高级过程控制（APC）框架，特别是如何利用模型预测控制（MPC）技术，实时优化数百个控制变量（如风量、给水、再热蒸汽温度等）以达到系统级效率最大化。我们提供了基于非线性热力学模型的机组状态估计方法，以应对传感器漂移和设备老化带来的测量误差。 3.2 寿命管理与预测性维护（PdM）： 针对高温高压设备的关键部件（如炉墙管、再热器管束），本书系统介绍了基于先进传感技术（如光纤传感、声发射）的实时健康监测方法。我们探讨了如何结合材料疲劳累积损伤模型（如基于LMF的评估），构建设备剩余使用寿命的预测模型，从而指导制定最优的检修周期和更换策略，避免非计划停运，最大化资产利用率。 3.3 数字化孪生与运行决策支持： 本书详细阐述了如何构建电厂热力系统的数字化孪生体（Digital Twin）。通过集成实时运行数据、历史维护记录和高精度CFD/热力学仿真模型，该孪生体能够模拟不同负荷变化、燃料切换或设备故障对整个系统运行经济性和安全性的影响，为运行人员提供精准的“what-if”分析和决策支持。 总结： 本书面向能源工程、热力系统自动化、环境工程领域的专业研究人员、设计工程师及一线运行管理人员。它提供的知识体系，不再局限于单一设备的“原理与设备”层面，而是构建了一个适应未来能源需求、高度耦合、高效清洁、智能化的现代热力系统工程视角。全书强调理论与前沿工程实践的紧密结合，旨在培养读者解决复杂能源系统集成和深度脱碳挑战的能力。
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