第二章锅炉
2.1 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：从某一过程里1000磅/小时（0.126kg/s）到大型电厂超过10×106磅/小时（1260kg/s），压力从一些加热应用的14.7磅/ in2（1.0135bar）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，3.5千米连接管与联箱和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(165.5bar)，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。
2.3 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，但煤仍然是今后新的，基本负荷电站锅炉的主要燃料。
2.3.1 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2-1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：从褐煤到贫煤、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。
2.3.2 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NOx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构被破坏时，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NOx”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NOx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。
2.3.3 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。运行中的床温很低，只有427℃(800℉)，在这个温度下的热力学环境
有利于减少NOx的形成和捕集SO2，使之与CaO 反应生成CaSO4。
对于煤燃烧，蒸汽循环可以是亚临界，也可能是超临界，它们具有相近的发电效率。循环流化床技术的最大的优点是它在床中捕捉SO2的能力和它对煤质的广泛适应性，其中包括低热量煤、高灰分煤和低挥发分煤，并且在运行中可以改变煤种。循环流化床锅炉适合与生物质共燃，最近就新建了几台燃烧褐煤的循环流化床机组。
如图2-1所示，目前最常用的流化床技术是循环流化床燃烧技术。煤和煤焦燃烧的同时，空气携带煤、煤焦、煤灰和脱硫剂通过炉膛。固体材料通过旋风分离器从烟气中分离出来，然后通过对流烟道部分，烟气把热量传给炉管以产生高压蒸汽。
另一部分蒸汽是由流化床中的高温固体在返回炉膛前放出热量产生的。炉膛内固体快速运动会引起过量的磨损，因此炉膛底部不安装炉管。通过低燃烧温度和空气分级燃烧来控制NOx 的生成。SOx排放通过床中石灰脱硫剂控制。这些为烟气净化节省了大笔的投资，但是低的SOx排放需要燃烧低硫分煤，并且NOx的排放受燃烧反应的限制。
极低的排放需要额外的烟气净化设备，同时会增加相应的维护成本。在中国最大的流化床锅炉是330MWe，设计最大的锅炉是600 MWe，但是还没有投建。
2.4 制粉系统
煤粉制备与煤粉燃烧技术的发展是同步的。为了使煤在炉膛中有效燃烧，煤在离开燃烧器时必须被粉碎到一定的大小，这样才能迅速燃烧，这就意味着煤必须被加工成小颗粒，才能被迅速加热到着火温度并和空气良好混合。
? 磨煤机的工作就是把煤磨碎到符合上述要求的合适的大小。较早的系统使用筒式球磨机磨煤粉，并且在燃烧前利用储仓暂时储存煤粉。如果对该技术进行改进，去掉中间储仓而将从磨煤机出来的煤粉直接送去燃烧，就会对磨煤机的可靠性有很高的要求。
正压制粉系统中，提供煤粉输送介质的一次风机位于磨煤机前，因而它运送的是清洁空气，不会像排粉风机一样受到侵蚀磨损。这是正压磨煤系统的主要优点。然而，磨煤机需要由单独风机提供高于磨煤机内部压力的密封空气。
正压磨煤机的一个缺点是它必须完全由空气密封以避免煤粉泄露到大气中。相对来说，负压磨煤机的密封标准并不需要这样高，但也不允许漏入过多空气，因为冷空气难以干燥湿煤。这种方式泄露的空气量也无法测量，如果达到高的空/煤比，遇到明火则可能发生爆炸。2.4.1 中速磨
磨辊在一层耐磨层上滚动，通过移动的磨盘把煤压碎。磨辊的运动引起煤粒间的相互运动同时磨辊的压力在煤粒间形成压力负荷。一定压力下在煤粒层上的运动引起摩擦（煤粒依靠摩擦力破碎），这就是磨煤机的工作原理。
耐磨层具有缓冲作用，虽然降低了磨的效率，但也大大降低了磨辊的磨损。当磨煤区的工作面间距离很近时，比如到了一个颗粒大小，三个部件（磨辊，颗粒，磨盘）间的磨损就会大大增加，磨损速率会是正常磨煤机的100倍。当带有石英的石头尺寸等于或大于磨层厚度时，也会在运行中发生三部件接触的磨损。
随着磨煤的进行，为了防止过度磨制和降低能耗及磨损，磨好的煤粉从磨煤机中排出。图2-2是MPS型中速磨的示意图，显示了中速磨煤机的基本组成。在磨煤机下部有一个转动的台面，称为辊胎的辊子在台面上滚动。
? 原煤由上部的磨煤机给入，然后在磨辊和转动的磨盘间经过，磨辊下的煤就被磨碎了。离心力加上磨辊对煤层的沉降力共同作用，将部分磨好的煤粉挤出磨盘边缘，由上升的空气流流化并携带这些煤粉。
空气进入点一般称为进风环，喷嘴环或者喉部。上升的空气流与煤粒混合在进风环上面产生流化的颗粒床。空气的流速很低，以至于只能携带少部分的煤粒通过床层过滤。空气和煤粒离开流化床形成了第一步的分离。预热的空气同时干燥煤粉以保证煤粉的有效燃烧。
立式中速磨是有效的干燥装置。即使煤中水分到40%也能在中速磨中很好地得到干燥，干燥水分再高些的煤粉也是可能的，但是需要的一次风温度则要求使用特殊材料，并且增加了磨煤机着火的可能。实际运行的水分最大值是40%（质量），此时要求一次风温高达750℉。? 空气煤粉向上流动时，由于流动面积增大使流动速度降低，大粒径的煤粒就会回落到磨盘上。最后的煤粉分离采用磨煤机上部的粗粉分离器，粗粉分离器是利用离心力的分离装置。风粉混合物以一定角度进入，从而发生旋转并产生离心力。粗一点的煤粉冲击到分离器的周边，不再保持悬浮状态而回落到磨盘上。风粉混合物中的细煤粉颗粒保持悬浮状态，并最终上升进入煤粉管。
2.4.2 低速磨
? 筒式钢球磨是现在仍在使用的最早的磨煤机。它是一个卧式的筒体，里面装有小直径的钢球。筒体内衬耐磨材料以加强球的滚动，球占筒体总容积的25%到30%。转速取离心力可以克服重力时速度的80%，这样可以使钢球贴在筒体的内壁上。通过筒体转动时钢球的碰撞来实现煤粉的磨制。
筒式钢球磨有单进单出和双进双出两种。对于单进单出型，空气和煤从一端进入从另一端流出。双进双出型磨煤机是空气和原煤从两端进入，磨好的干燥的煤粉从两端流出。对于这两种类型，粗粉分离器布置于磨煤机的外部，粒径过大的粗粉被送回到磨煤机与原煤混合。筒式钢球磨不具有类似立式磨的流化床特点，同时由于空气和煤粉的混合不均匀限制了干燥能力。如果筒式钢球磨要磨的煤中水分高于20%，就必须使用辅助的干燥装置，比如破碎干燥机。
对新建锅炉来说，中速磨已经大量的取代了筒式钢球磨。相对于中速磨，筒式钢球磨往往需要大的建筑空间和较高的能耗。同时，筒式钢球磨难于控制且有较高的磨损速度。但是，筒式钢球磨能很好的适应极具磨损作用的、低水分的难磨燃料，比如石油焦。煤在其中较长的停留时间可以实现有效的磨制。
2.4.3制粉系统
磨煤机只是庞大的制粉系统的一部分，制粉系统一般有直吹式和中储式两种。在直吹式系统中，从磨煤机出来的煤粉直接参与燃烧过程，同时参与的还有空气、水蒸汽和通入磨煤机的热能。中储式系统把煤粉从空气、水蒸汽和通入磨煤机的能量中分离开再去燃烧。储仓中的煤粉由新的一次风输送到燃烧设备。目前生产蒸汽的过程中很少采用中储式制粉系统，但是很多特殊的场合仍然需要，比如煤气化和高炉投煤。目前在美国运行的中速磨大约有1000台，其中99%以上的是直吹式系统。
直吹式系统的主要部件有：
? (1) 给煤机，通过煤仓调节进入磨煤机的给煤量。
? (2) 热源，用来预热干燥煤粉的一次风
? (3) 一次风机，典型的情况是作为鼓风机布置于磨煤机之前（正压系统），或作为排粉风机位于磨煤机之后（负压系统）
? (4) 磨煤机，作为正压系统或负压系统的主体部分。
? (5) 管路，把煤和一次风从磨煤机输送到燃烧器
? (6) 燃烧器，混合煤粉和平衡燃烧空气
? (7) 控制和调节装置
根据工程的经济性，以上部件可以按照不同的形式布置。在正压系统中，需要做出选择，是采用热一次风风机（每个磨一个风机），还是采用冷风风机（布置在特定的空气加热器前面）。热风输送系统初始投资费用较低，因为不需要特定的空气加热器。对大型机组而言，冷风风机系统具有较低的运行费用，可以补偿较高的初始投资。
中速磨这个术语是指空气引入到磨煤机中作为一次风用来干燥和输送煤粉。一次风的控制对
制粉系统的正常运行是非常重要的。不管是直吹式还是中储式制粉系统，也不管采用热风还是冷风风机系统都需要普遍的控制。必须控制一次风量和磨煤机出口温度，这个控制由三个相互联系的节气阀来实现。
其中的两个是热和冷的节气阀，用来调节磨煤机的空气温度，这些节气阀通常是相互关联的，从而保证一个开启另一个则关闭。第三个节气阀是独立的，用来控制空气容积。一些生产商只采用两个节气阀，但是缺乏稳定性，而变负荷时的低反应能力抵消了初投资的减少带来的好处。
2.5.1 炉膛
? 炉膛是一个四周封闭的开口大空间，燃料在其中燃烧，产生的烟气在进入对流烟道前得到冷却。离开炉膛进入管束的烟气温度过高则会导致烟尘微粒沉积在管壁上或使金属管壁超温。燃料和燃烧设备的类型对炉膛的几何形状和尺寸影响很大。在这种情况下，磨细的煤粉被送入炉膛悬浮燃烧。燃烧产物上升穿过炉膛上部。过热器、再热器和省煤器等受热面被特定布置于锅炉围墙内部的水平或垂直烟道内（对流烟道）。
在现代蒸汽发生器中，炉膛和对流烟道的炉墙是由碳钢或低合金钢的汽冷或水冷壁组成，以维持炉墙的金属温度在允许的范围内。这些管子在顶部和底部由联箱或母管连接在一起。这些联箱用来分配或收集水、蒸汽或汽水混合物。在最现代化的机组中，炉墙管道也作为主要的产生蒸汽的部件或受热面。这些管子用钢条焊接在一起，组成气密的、连续的、刚性的膜式墙。这些管道通常预制成可装运的膜板，并且板上留有燃烧器口、观察孔、吹灰器口（锅炉清洁设备）和燃气喷入口。
2.5.2 过热器和再热器
? 过热器和再热器被专门设计成顺列管束，用来提高饱和蒸汽的温度。一般形式下，它们是简单的单相换热器，蒸汽在管道内流动，烟气从外面经过，通常二者是交叉流动。由于其较高的运行温度，这些关键的部件一般用合金钢制造。典型的布置通常有利于控制出口蒸汽的温度，保持金属温度低于其可接受的极限和控制蒸汽流动的压力损失。
? 过热器和再热器的主要区别是蒸汽压力。在典型的汽包锅炉中，过热器的出口压力为2700psi（186bar），而再热器的出口压力为580psi（40bar）。受热面的结构设计和布置取决于所要求的出口温度、吸热量、燃料的灰分特性和清洁设备。这些受热面可以呈水平或垂直布置。过热器和有的再热器经常被分为几段以利于控制蒸汽温度和优化热量回收。
过热器的类型
根据烟气侧的传热方式，过热器可分为两种基本类型。最初的一种是对流过热器，从烟气吸收的辐射热量很小。在这样的机组中，蒸汽温度随锅炉负荷的增加而升高，这是因为炉膛吸收单位输入热量的百分比下降。这导致过热器吸收了更多的热量。因为对流传热速率几乎与烟气流率即锅炉负荷成直线关系，因此，过热器中每磅蒸汽的总吸热量以及蒸汽的温度都会随锅炉负荷而增长（见图2-5）。过热器布置得离炉膛越远，进入过热器的烟气温度越低，这种效果越明显。
辐射式过热器主要吸收来自炉膛的辐射热，对流传热量很少。一般采用较大间距（24英寸或很大的侧边距）的屏式凝渣管或悬吊屏式过热器的型式布置于炉膛中。有时这种过热器和包墙管组合成一体。因为炉膛受热面吸热不如锅炉负荷增长快，所以随着锅炉负荷的增长辐射式过热汽温度反而下降，如图2-5所示
某些情况下，在较大的负荷范围内，这两条变化趋势相反的曲线可由一系列联合的辐射、对流过热器叠加为平缓的过热曲线，如图2-5所示。一个单独加热的过热器也能产生平缓的过热曲线。
辐射和对流式过热器的设计需要特别注意避免因蒸汽和烟气流量分配不均而造成的管子超温。一般过热器中有100,000到1,000,000lb/hft2(136到1356kg/m2s)或更多的蒸汽质量流量。
这种设置是在允许压降的范围内对管子内部进行充分的冷却。质量流量的选择取决于蒸汽的压力和温度，还有过热器的热负荷。此外，高速下的高压损会改善蒸汽侧流场分布。
2.5.3 省煤器和空气预热器
省煤器和空气预热器在提高锅炉总的热效率方面发挥着重要作用, 它们回收了排入大气前烟气中的低品位热量，也就是低温热量。烟气被省煤器或空气预热器冷却每40℉（22℃），总的锅炉效率就会被提高大约1%。省煤器吸热加热锅炉给水，空气预热器则是加热燃烧空气。热空气强化了多种燃料的燃烧，并保证了稳定的着火。
省煤器
? 省煤器是一种逆流布置的热交换器，在流过过热器或再热器（如果使用）的烟气中获取能量。它提高了汽包进水的温度。其管束布置是一种典型的平行水平蛇形管束，水在管内流动而烟气在外侧反方向（逆流）流动。管子间尽量紧密以强化传热，同时要求有足够的管子表面清洁空间和合理的烟气侧压损。根据设计，这些管子内一般不会产生蒸汽。
最普通、最可靠的省煤器设计就是光管、顺列、交叉流省煤器（如图2-6）。煤燃烧后，飞灰就会产生一种高污垢、侵蚀的环境。相对于如图2-6的错列布置，这些顺列布置的光管就会尽可能减少飞灰粘附、侵蚀的可能性。这也是通过吹灰器保持清洁的最简单的几何形状。然而，这种布置的好处必须要结合它大重量、大空间以及造价进行综合评估
为减少投资，大多数锅炉省煤器应用了各种鳍片以强化烟气侧的传热效率。鳍片是廉价的非承压物件，它可减少省煤器的总尺寸和造价。然而，成功的应用对于烟气环境是非常敏感的。表面的清洁能力是一关键因素。
空气预热器
空气预热器是利用经过省煤器的锅炉烟气携带的热量加热燃烧空气，并提供干燥煤粉的热空气。在燃煤电厂中，空气预热器的出口温度受限于磨煤机的出口温度和调温风系统容量，烟气出口温度则要考虑传热表面的污染和后面设备的腐蚀情况。
在较老的锅炉中一般采用管式或板式空预器，体积大，很难清理，而且坏损的传热表面不易替换。现代锅炉都采用回转式。
回转式空气预热器的最大特点是显著地节省了空间。回转式空预器采用紧密的受热面布置方式，必须采用性能良好的吹灰器使其保持清洁。
受热面由压制成特殊形状的钢板或考登钢板组成。这些板子厚0.5到0.8mm，一般被压紧并装进置于支撑结构上的钢制仓体。这些板子的形状经过优化，具有很高的传热效率，同时要在使用吹灰器充分保持清洁的情况下保证压损最小。
一台660MW的单元机组配有两台空气预热器，每台直径14.6m，重约500吨。传热元件的表面积总共约100,000平方米。燃煤电厂典型的温度应是烟气进口335℃，出口120℃，空气进口32℃，出口290℃。空气预热器的性能主要表现在传热效率、压损以及空气对烟气侧的泄漏上。
? 前两项能被理想的表示为一组无量纲数：雷诺数、普朗特数和斯坦顿数的关系。通过实验室规模试验可以确立每种空气预热器组件的关系式。这就可以进行优化设计，估算新开发部件的几何性能，以及评估由于灰污问题而需使用替代部件的效果。
2.6 锅炉在线吹灰
是否高效的燃烧化石燃料来生产电力很大程度上取决于蒸汽产生设备对煤燃烧产物（煤灰）的适应性。吹灰器用来吹扫沉积在锅炉受热面上的积灰来保证有效地向蒸汽传热。在英国吹灰介质大部分用蒸汽而在美国一般用空气。
2.7 能量守恒
? 由热力学第一定律，蒸汽发生器系统的能量平衡如下所述：
进入系统的能量－离开系统的能量= 系统内部能量的积累
? 因为蒸汽发生器应在稳态下检测，这样积累的能量就为0，其方程为：
进入系统的能量= 离开系统的能量
进入系统的能量就是进入系统的质量流所携带的能量，以及辅助设备的驱动能量。离开系统的能量就是离开系统的质量流所携带的能量，以及通过蒸汽发生器表面传递给环境的能量。? 效率为输出能量和输入能量的比值，以百分数的形式表示：
当输入能量定义为燃料释放的所有能量时，所得的效率通常称为燃料效率
2.7.1 效率-能量平衡法（反平衡法）
? 在能量平衡法中，采用能量损失和外来热量来计算效率。能量平衡法是确定效率的首选方法。因为测量误差仅影响着各项损失而不影响总能量，所以它一般情况下比输入－输出法更精确。例如：如总损失占总输入能量的10%，则1%的测量误差仅会导致0.1%的效率误差，而在测量燃料流量中1%的误差将会导致效率的1%的误差。
能量平衡法的另一个优点就是可以确认两次效率测试结果不同的原因，另外，对于诸如燃料分析数据等试验条件的变化，该方法可以容易的将效率修正到基准工况或保证工况。
2.7.2 效率-输入-输出法（正平衡法）
根据输入－输出法计算的效率是基于测定燃料量和计算输出能量所必需的锅炉汽水侧参数。该方法计算的效率的不确定度直接与燃料测量、样本燃料分析和锅炉输出能量求取等的不确定度成正比。所以，要获得可靠的结果，在精确测量上述各项时必须格外谨慎。
第二章第一篇 To say that we live in an age of electronics is an understatement. From the omnipresent integrated circuit to the equally omnipresent digital computer, we encounter electronic devices and systems on a daily basis. In every aspect of our increasingly technological society— whether it is science, engineering, medicine, music, maintenance, or even espionage—the role of electronics is large, and it is growing. 谈论关于我们生活在一个电子学时代的论调是一种空泛的论调。从无处不在的集成电路到同样无处不在的数字计算机，我们在日常活动中总会遇到电子设备和电子系统。在我们日益发展的科技社会的方方面面——无论是在科学、工程、医药、音乐、维修方面甚至是在谍报方面——电子学的作用是巨大的，而且还将不断增强。 In general, all of the tasks with which we shall be concerned can be classified as "signal-processing“tasks. Let us explore the meaning of this term 一般说来，我们将要涉及到的工作被归结为“信号——处理”工作，让我们来探究这个术语的含义吧。 A signal is any physical variable whose magnitude or variation with time contains information. This information might involve speech and music, as in radio broadcasting, a physical quantity such as the temperature of the air in a room, or numerical data, such as the record of stock market transactions. The physical variables that can carry information in an electrical system are voltage and current. When we speak of "signals", therefore, we refer implicitly to voltages or currents. However, most of the concepts we discuss can be applied directly to systems with different information-carrying variables. Thus, the behavior of a mechanical system (in which force and velocity are the variables) or a hydraulic system (in which pressure and flow rate are the variables) can often be modeled or represented by an equivalent electrical system. An understanding of the behavior of electrical systems, therefore, provides a basis for understanding a much broader range of phenomena. 信号就是其与时间有关的量值或变化包含信息的任何物理变量。这种信息或许像无线电广播的演讲和音乐，或许是像室内温度的物理量，或许像股市交易记录的数字数据。在电气系统中能够载有信息的物理变量是电压和电流。因此当我们谈到“信号”，我们不言而喻指的是电压和电流，然而，我们要讨论的大多数概念是可以被直接应用于载有不同信息的变量的系统，因此，一个机械系统（在这个系统中力和速度是其变量）或者液压系统（在这个系统中压力和流速是其变量）的性能通常可以用一个等效的电气系统来模拟或表示。因此，我们对于电气系统性能的理解为理解更宽领域的现象打下了一个基础。 A signal can carry information in two different forms. In an analog signal the continuous variation of the voltage or current with time carries the information. An example, in Fig.2-l, is the voltage produced by a thermocouple pair when the two junctions are at different temperatures. As the temperature difference between the two junctions varies, the magnitude of the voltage across the thermocouple pair also varies. The voltage thus provides an analog representation of the temperature difference. 一个信号可以以两种形式来承载信息。在一个模拟信号中电压或电流随时间而产生的连续变化载有信息。在图2-1中，当一对热电偶的接头处于不同的温度时由热电偶所产生的电压就是一个例子。当两个接头之间的温度差改变时，一对热电偶两端的电压也将改变。于是电压就提供了温度差的模拟表现形式 The other kind of signal is a digital signal. A digital signal is one that can take on values within two discrete ranges. Such signals are used to represent ON-OFF or YES-NO information. An ordinary household thermostat delivers a digital signal tocontrol the furnace. When the
Chapter 1 Passage 1 Human Body In this passage you will learn: 1. Classification of organ systems 2. Structure and function of each organ system 3. Associated medical terms To understand the human body it is necessary to understand how its parts are put together and how they function. The study of the body's structure is called anatomy; the study of the body's function is known as physiology. Other studies of human body include biology, cytology, embryology, histology, endocrinology, hematology, immunology, psychology etc. 了解人体各部分的组成及其功能，对于认识人体是必需的。研究人体结构的科学叫解剖学；研究人体功能的科学叫生理学。其他研究人体的科学包括生物学、细胞学、胚胎学、组织学、内分泌学、血液学、遗传学、免疫学、心理学等等。 Anatomists find it useful to divide the human body into ten systems, that is, the skeletal system, the muscular system, the circulatory system, the respiratory system, the digestive system, the urinary system, the endocrine system, the nervous system, the reproductive system and the skin. The principal parts of each of these systems are described in this article. 解剖学家发现把整个人体分成骨骼、肌肉、循环、呼吸、消化、泌尿、内分泌、神经、生殖系统以及感觉器官的做法是很有帮助的。本文描绘并阐述了各系统的主要部分。 The skeletal system is made of bones, joints between bones, and cartilage. Its function is to provide support and protection for the soft tissues and the organs of the body and to provide points of attachment for the muscles that move the body. There are 206 bones in the human skeleton. They have various shapes - long, short, cube - shaped, flat, and irregular. Many of the long bones have an interior space that is filled with bone marrow, where blood cells are made. 骨骼系统由骨、关节以及软骨组成。它对软组织及人体器官起到支持和保护作用，并牵动骨胳肌，引起各种运动。人体有206根骨头。骨形态不一，有长的、短、立方的、扁的及不规则的。许多长骨里有一个内层间隙，里面充填着骨髓，这即是血细胞的制造场所。 A joint is where bones are joined together. The connection can be so close that no movement is possible, as is the case in the skull. Other kinds of joints permit movement: either back and forth in one plane - as with the hinge joint of the elbow - or movement around a single axis - as with the pivot joint that permits the head to rotate. A wide range of movement is possible when the ball - shaped end of one bone fits into a socket at the end of another bone, as they do in the shoulder and hip joints. 关节把骨与骨连接起来。颅骨不能运动，是由于骨与骨之间的连接太紧密。但其它的关节可允许活动，如一个平面上的前后屈伸运动，如肘关节；或是绕轴心旋转运动，如枢轴点允许头部转动。如果一根骨的球形末端插入另一根骨的臼槽里，大辐度的运动（如肩关节、髋关节）即成为可能。 Cartilage is a more flexible material than bone. It serves as a protective, cushioning layer where bones come together. It also connects the ribs to the breastbone and provides a structural base for the nose and the external ear. An infant's skeleton is made of cartilage that is gradually replaced by bone as the infant grows into an adult. 软骨是一种比一般骨更具韧性的物质。它是骨连结的保护、缓冲层。它把肋骨与胸骨连结起来，也是鼻腔与内耳的结构基础。一个婴儿的骨骼就是由软骨组成，然后不断生长、
第一课 土木工程学土木工程学作为最老的工程技术学科，是指规划，设计，施工及对建筑环境的管理。此处的环境包括建筑符合科学规范的所有结构，从灌溉和排水系统到火箭发射设施。 土木工程师建造道路，桥梁，管道，大坝，海港，发电厂，给排水系统，医院，学校，公共交通和其他现代社会和大量人口集中地区的基础公共设施。他们也建造私有设施，比如飞机场，铁路，管线，摩天大楼，以及其他设计用作工业，商业和住宅途径的大型结构。此外，土木工程师还规划设计及建造完整的城市和乡镇，并且最近一直在规划设计容纳设施齐全的社区的空间平台。 土木一词来源于拉丁文词“公民”。在1782年，英国人John Smeaton为了把他的非军事工程工作区别于当时占优势地位的军事工程师的工作而采用的名词。自从那时起，土木工程学被用于提及从事公共设施建设的工程师，尽管其包含的领域更为广阔。 领域。因为包含范围太广，土木工程学又被细分为大量的技术专业。不同类型的工程需要多种不同土木工程专业技术。一个项目开始的时候，土木工程师要对场地进行测绘，定位有用的布置，如地下水水位，下水道，和电力线。岩土工程专家则进行土力学试验以确定土壤能否承受工程荷载。环境工程专家研究工程对当地的影响，包括对空气和地下水的可能污染，对当地动植物生活的影响，以及如何让工程设计满足政府针对环境保护的需要。交通工程专家确定必需的不同种类设施以减轻由整个工程造成的对当地公路和其他交通网络的负担。同时，结构工程专家利用初步数据对工程作详细规划，设计和说明。从项目开始到结束，对这些土木工程专家的工作进行监督和调配的则是施工管理专家。根据其他专家所提供的信息，施工管理专家计算材料和人工的数量和花费，所有工作的进度表，订购工作所需要的材料和设备，雇佣承包商和分包商，还要做些额外的监督工作以确保工程能按时按质完成。 贯穿任何给定项目，土木工程师都需要大量使用计算机。计算机用于设计工程中使用的多数元件（即计算机辅助设计，或者CAD）并对其进行管理。计算机成为了现代土木工程师的必备品，因为它使得工程师能有效地掌控所需的大量数据从而确定建造一项工程的最佳方法。 结构工程学。在这一专业领域，土木工程师规划设计各种类型的结构，包括桥梁，大坝，发电厂，设备支撑，海面上的特殊结构，美国太空计划，发射塔，庞大的天文和无线电望远镜，以及许多其他种类的项目。结构工程师应用计算机确定一个结构必须承受的力：自重，风荷载和飓风荷载，建筑材料温度变化引起的胀缩，以及地震荷载。他们也需确定不同种材料如钢筋，混凝土，塑料，石头，沥青，砖，铝或其他建筑材料等的复合作用。 水利工程学。土木工程师在这一领域主要处理水的物理控制方面的种种问题。他们的项目用于帮助预防洪水灾害，提供城市用水和灌溉用水，管理控制河流和水流物，维护河滩及其他滨水设施。此外，他们设计和维护海港，运河与水闸，建造大型水利大坝与小型坝，以及各种类型的围堰，帮助设计海上结构并且确定结构的位置对航行影响。 岩土工程学。专业于这个领域的土木工程师对支撑结构并影响结构行为的土壤和岩石的特性进行分析。他们计算建筑和其他结构由于自重压力可能引起的沉降，并采取措施使之减少到最小。他们也需计算并确定如何加强斜坡和填充物的稳定性以及如何保护结构免受地震和地下水的影响。 环境工程学。在这一工程学分支中，土木工程师设计，建造并监视系统以提供安全的饮用水，同时预防和控制地表和地下水资源供给的污染。他们也设计，建造并监视工程以控制甚至消除对土地和空气的污染。他们建造供水和废水处理厂，设计空气净化器和其他设备以最小化甚至消除由工业加工、焚化及其他产烟生产活动引起的空气污染。他们也采用建造特殊倾倒地点或使用有毒有害物中和剂的措施来控制有毒有害废弃物。此外，工程师还对垃圾掩埋进行设计和管理以预防其对周围环境造成污染。
Unit 1 safety management system Accident causation models 事故致因理论 Safety management 安全管理Physical conditions 物质条件 Machine guarding 机械保护装置 House-keeping 工作场所管理 Top management 高层管理人员 Human errors 人因失误Accident-proneness models 事故倾向模型 Munitions factory 军工厂Causal factors 起因Risking taking 冒险行为Corporate culture 企业文化Loss prevention 损失预防Process industry 制造工业Hazard control 危险控制Intensive study 广泛研究Organizational performance 企业绩效 Mutual trust 相互信任Safety officer 安全官员 Safety committee 安全委员会Shop-floor 生产区Unionized company 集团公司Seniority 资历、工龄Local culture 当地文化 Absenteeism rate 缺勤率Power relations 权力关系Status review 状态审查 Lower-level management 低层管理者 Business performance 组织绩
效 Most senior executive 高级主管 Supervisory level 监督层Safety principle 安全规则Wall-board 公告栏Implement plan 执行计划Hazard identification 危险辨识 Safety performance 安全性能 One comprehensive definition for an organizational culture has been presented by Schein who has said the organizational culture is “a pattern of basic assumptions – invented, discovered, or developed by a given group as it learns to cope with its problems of external adaptation and internal integration –that has worked well enough to be considered valid and, therefore, to be taught to new members as the correct way to perceive, think, and feel in relation to those problems” 译文：Schein给出了组织文化的广泛定义，他认为组织文化是由若干基本假设组成的一种模式，这些假设是由某个特定团体在处理外部适应问题与内部整合问题的过程中发明、发现或完善的。由于以这种模式工作的有效性得到了认可，因此将它作为一种正确的方法传授给新成员，让他们以此来认识、思考和解决问题[指适应外部与整合内部的过程中的问题]。 The safety culture of an organization is the product of individual and group values, attitudes, perceptions, competencies, and patterns of behavior that determine the commitment to, and the style and proficiency of , an organization’s health and safety management. 译文：组织的安全文化由以下几项内容组成：个人和群体的价值观、态度、观念、能力和行为方式。这种行为方式决定了个人或团体对组织健康安全管理的责任，以及组织健康安全管理的形式和熟练程度。 Unit 2 System Safety Engineering System safety engineering 系统安全工程By-product 附带产生的结果
Veterinary Immunology and Immunopathology 141 (2011) 133–138 Contents lists available at ScienceDirect Veterinary Immunology and Immunopathology j o u r n a l h o m e p a g e :w w w.e l s e v i e r.c o m /l o c a t e /v e t i m m Short communication Saccharomyces cerevisiae decreases in?ammatory responses induced by F4+enterotoxigenic Escherichia coli in porcine intestinal epithelial cells Galliano Zanello a ,b ,1,Franc ?ois Meurens a ,1,Mustapha Berri a ,Claire Chevaleyre a ,Sandrine Melo a ,Eric Auclair b ,Henri Salmon a ,? a Institut National de la Recherche Agronomique (INRA),UR1282,Infectiologie Animale et SantéPublique,F-37380Nouzilly (Tours),Indre et Loire,France b SociétéIndustrielle Lesaffre,Lesaffre Feed Additives,Marcq-en-Baroeul,France a r t i c l e i n f o Article history: Received 19October 2010Received in revised form 13December 2010 Accepted 31January 2011Keywords: Saccharomyces cerevisiae Enterotoxigenic Escherichia coli Pig Intestinal epithelial cells Cytokines Chemokines a b s t r a c t Probiotic yeasts may provide protection against intestinal in?ammation induced by enteric pathogens.In piglets,infection with F4+enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC)leads to in?ammation,diarrhea and intestinal damage.In this study,we investigated whether the yeast strains Saccharomyces cerevisiae (Sc ,strain CNCM I-3856)and S.cerevisiae variety boulardii (Sb ,strain CNCM I-3799)decreased the expression of pro-in?ammatory cytokines and chemokines in intestinal epithelial IPI-2I cells cultured with F4+ETEC.Results showed that viable Sc inhibited the ETEC-induced TNF-?gene expression whereas Sb did not.In contrast,killed Sc failed to inhibit the expression of pro-in?ammatory genes.This inhibition was dependent on secreted soluble factors.Sc culture supernatant decreased the TNF-?,IL-1?,IL-6,IL-8,CXCL2and CCL20ETEC-induced mRNA.Furthermore,Sc culture supernatant ?ltrated fraction <10kDa displayed the same effects excepted for TNF-?.Thus,our results extended to Sc (strain CNCM I-3856)the inhibitory effects of some probiotic yeast strains onto in?ammation. ? 2011 Elsevier B.V. All rights reserved. 1.Introduction Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC)are pathogenic gram negative bacteria which infect humans and sev-eral species of farm animals such as calves and pigs.ETEC interacts with intestinal epithelial cells,colonizes the small intestine and secretes enterotoxins such as the heat-labile enterotoxins (LT),the heat-stable enterotox-ins (STa and/or STb),and the enteroaggregative E .coli heat-stable enterotoxin 1(EAST1)(Nagy and Fekete,2005).In pigs,ETEC infection and enterotoxin secretions can induce intestinal in?ammation and diarrhea resulting in reduced growth rate,increased mortality and economic ?Corresponding author.Tel.:+33247427331;fax:+33247427779.E-mail addresses:salmon@tours.inra.fr ,henri.salmon@tours.inra.fr (H.Salmon).1 These authors contributed equally to this work.loss (Fairbrother et al.,2005).Moreover,F4+ETEC strain induce pro-in?ammatory response in intestinal epithe-lial cells (Devriendt et al.,2010).Administration of the yeast Saccharomyces cerevisiae variety boulardii (Sb )has been shown to protect pigs in reducing ETEC transloca-tion (Lessard et al.,2009).In vitro studies showed that Sb secretes soluble factors that decrease the expression of pro-in?ammatory cytokines induced by enteric pathogens (Zanello et al.,2009).However,to our knowledge,there is no in vitro data regarding the anti-in?ammatory effects of S.cerevisiae (Sc )secreted soluble factors.Sc and Sb are members of the same species but they differ geneti-cally,metabolically and physiologically (Edwards-Ingram et al.,2007;Hennequin et al.,2001).Thus,in this study,we assessed if the non-commensal and non-pathogenic yeasts Sc (strain CNCM I-3856)and Sb (strain CNCM I-3799)secreted factors allowing the down-regulation of pro-in?ammatory gene expression in intestinal epithe-lial cells cultured with F4+ETEC.Sc (strain CNCM I-3856) 0165-2427/$–see front matter ? 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.doi:10.1016/j.vetimm.2011.01.018
第二部分 控制理论 第1章 1.1控制系统的引入 人类控制自然力量的设计促进人类历史的发展,我们已经广泛的能利用这种量进行在人类本身力量之外的物理进程?在充满活力的20世纪中,控制系统工程的发展已经使得很多梦想成为了现实?控制系统工程队我们取得的成就贡献巨大?回首过去,控制系统工程主要的贡献在机器人,航天驾驶系统包括成功的实现航天器的软着陆,航空飞机自动驾驶与自动控制,船舶与潜水艇控制系统,水翼船?气垫船?高速铁路自动控制系统,现代铁路控制系统? 以上这些类型的控制控制系统和日常生活联系紧密,控制系统是一系列相关的原件在系统运行的基础上相互关联的构成的,此外控制系统存在无人状态下的运行,如飞机自控驾驶,汽车的巡航控制系统?对于控制系统,特别是工业控制系统,我们通常面对的是一系列的器件,自动控制是一个复合型的学科?控制工程师的工作需要具有力学,电子学,机械电子,流体力学,结构学,无料的各方面的知识?计算机在控制策略的执行中具有广泛的应用,并且控制工程的需求带动了信息技术的与软件工程的发展? 通常控制系统的范畴包括开环控制系统与闭环控制系统,两种系统的区别在于是否在系统中加入了闭环反馈装置? 开环控制系统 开环控制系统控制硬件形式很简单,图2.1描述了一个单容液位控制系统, 图2.1单容液位控制系统 我们的控制目标是保持容器的液位h 在水流出流量V 1变化的情况下保持在一定 可接受的范围内,可以通过调节入口流量V 2实现?这个系统不是精确的系统,本系 统无法精确地检测输出流量V 2,输入流量V 1以及容器液位高度?图2.2描述了这 个系统存在的输入(期望的液位)与输出(实际液位)之间的简单关系, 图2.2液位控制系统框图 这种信号流之间的物理关系的描述称为框图?箭头用来描述输入进入系统,以及
a common way to construct steel truss and prestressed concrete cantilever spans is to counterbalance each cantilever arm with another cantilever arm projecting the opposite direction,forming a balanced cantilever. they attach to a solid foundation ,the counterbalancing arms are called anchor arms /thus,in a bridge built on two foundation piers,there are four cantilever arms ,two which span the obstacle,and two anchor arms which extend away from the obstacle,because of the need for more strength at the balanced cantilever's supports ,the bridge superstructure often takes the form of towers above the foundation piers .the commodore barry bridge is an example of this type of cantilever bridge 一种常见的方法构造钢桁架和预应力混凝土悬臂跨度是每一个悬臂抗衡预测相反的方向臂悬臂，形成一个平衡的悬臂。他们重视了坚实的基础，制约武器被称为锚武器/因此，在两个基础上建一座桥桥墩，有四个悬臂式武器，这两者之间跨越的障碍，和两个锚武器哪个延长距离的障碍，因为为更多的在平衡悬臂的支持力量的需要，桥梁上部结构往往表现为塔墩基础之上形成的准将巴里大桥是这种类型的例子悬臂桥 steel truss cantilever support loads by tension of the upper members and compression of the lower ones .commonly ,the structure distributes teh tension via teh anchor arms to the outermost supports ,while the compression is carried to the foundation beneath teh central towers .many truss cantilever bridges use pinned joints and are therefore statically determinate with no members carrying mixed loads 钢桁架悬臂由上层成员和下层的紧张压缩支持负载。通常，结构分布通过锚武器的最外层的支持紧张，而压缩抬到下方的中央塔的基础。桁架悬臂许多桥梁使用固定的关节，是静定，没有携带混合负载的成员，因此 prestressed concrete balanced cantilever bridges are often built using segmental construction .some steel arch bridges are built using pure cantilever spans from each sides,with neither falsework below nor temporary supporting towers and cables above ,these are then joined with a pin,usually after forcing the union point apart ,and when jacks are removed and the bridge decking is added the bridge becomes a truss arch bridge .such unsupported construction is only possible where appropriate rock is available to support the tension in teh upper chord of the span during construction ,usually limiting this method to the spanning of narrow canyons 预应力混凝土平衡悬臂桥梁往往建立使用段施工。一些钢拱桥是使用各方面的纯悬臂跨度既无假工作下面也临时支撑塔和电缆上面，这些都是再加入了一根针，通常在迫使工会点外，当插孔删除，并添加桥梁甲板桥成为桁架拱桥，这种不支持的建设，才可能在适当情况下的岩石可用于支持在施工期间的跨度弦上的张力，通常限制这狭隘的峡谷跨越方法 an arch bridge is a bridge with abutments at each end shaped as a curved arch .arch bridges work by transferring the weight of the bridge and its loads partially into a horizontal thrust restrained by the abutments at either side .a viaduct may be made from a series of arches ,although other more economical structures are typically used today 在拱桥桥台的桥梁，是一个在一个弧形拱状，每年年底。拱桥通过转移到由部分在两边的桥台水平推
Unit 1 Safety Management Systems 安全管理体系 1.Accident Causation Models 1.事故致因理论 The most important aim of safety management is to maintain and promote workers' health and safety at work. Understanding why and how accidents and other unwanted events develop is important when preventive activities are planned. Accident theories aim to clarify the accident phenomena，and to explain the mechanisms that lead to accidents. All modem theories are based on accident causation models which try to explain the sequence of events that finally produce the loss. In ancient times, accidents were seen as an act of God and very little could be done to prevent them. In the beginning of the 20th century，it was believed that the poor physical conditions are the root causes of accidents. Safety practitioners concentrated on improving machine guarding, housekeeping and inspections. In most cases an accident is the result of two things ：The human act, and the condition of the physical or social environment. 安全管理系统最重要的目的是维护和促进工人们在工作时的健康和安全。在制定预防性计划时，了解为什么、怎样做和其他意外事故的发展是十分重要的。事故致因理论旨在阐明事故现象，和解释事故的机理。所有现代理论都是基于试图解释事件发生、发展过程和最终引起损失的事故致因理论。在古老的时期，事故被看做是上帝的行为并且几乎没有预防的方法去阻止他们。在20世纪开始的时候，人们开始相信差的物理条件是事故发生的根源。安全从业人员集中注意力在提高机器监护、维护和清理上。在大多数情况下，一件事故的发生主要有两个原因：人类的行为和物理或者社会环境。 Petersen extended the causation theory from the individual acts and local conditions to the management system. He concluded that unsafe acts, unsafe conditions，and accidents are all symptoms of something wrong in the organizational management system. Furthermore, he stated that it is the top management who is responsible for building up such a system that can effectively control the hazards associated to the organization’s operation. The errors done by a single person can be intentional or unintentional. Rasmussen and Jensen have presented a three-level skill-rule-knowledge model for describing the origins of the different types of human errors. Nowadays，this model is one of the standard methods in the examination of human errors at work. 彼得森根据管理体系中个人的行为结合当地的环境扩充了事故致因理论。他的结论是像不安全行为、不安全情况是一些错误的组织管理系统导致事故的征兆。另外，他指出，高层管理人员负责建立一个能够有效控制危险源有关组织。一个人出现的错误可能是有意的或者是无意的。拉斯姆森和杰森已经提出了三个层次的技能规则知识模型来描述不同种类的人错误的起源。如今，这种模式已经成为在工作中检验人的错误的标准之一。 Accident-proneness models suggest that some people are more likely to suffer anaccident than others. The first model was created in 1919，based on statistical examinations in a mumilions factory. This model dominated the safety thinking and research for almost 50 years, and it is still used in some organizations. As a result of this thinking, accident was blamed solely