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节能节水管理基础 中国石油天然气集团公司石油工程节能技术研究开发中心 第一章节能知识 节能术语及基本概念节能技术简介 节能术语及基本概念 一 能 能量 二 能源三 节能四 循环经济五 清洁生产六 新型工业化道路七 节约型社会八 节能中长期专项规划 一 能 能量 1 能 能量 的概念 能是物质运动最一般的度量 能是物体或物质系统做功的能力或作做的本领 能的大小由能量这一物理量来描述 2 常用能量的形式 1 热能热能是能量的一种形式 是分子热运动的动能 即组成物质的大量分子作杂乱而不规则运动所具有的能量 热能是生产 生活上应用最多的一种能量 热能通常可以由燃料燃烧 太阳辐射能转换 机械摩擦等方式取得 也可以由原子核的裂变或聚变获得 地热是地球深处大量贮存的一种热能 2 常用能量的形式 2 机械能机械能是指物体或物质系统作机械运动所具有的能量 机械能的主要形式有两种 动能和位能 动能是由物质或物体作有规则的宏观运动而具有的能量 位能也称势能 是由物体间或物体内部各部分之间的相互作用和相对位置所确定的能 有多种形式 在工程上只考虑由重力引起的重力位能 2 常用能量的形式 3 电能电能是电做功的能力 即电荷或电流由于其在电场中的位置而获得的能量 电能是一种应用十分广泛的能量 电能的最大优点是使用方便 可以远距离输送 但电能的获得与热能 机械能相比 技术难度要大的多 3 能的性质 能量的转换性能量的守衡性能量的传递性能的不等价性 4 能量单位 1 焦耳 J 焦耳的定义为1牛顿 N 的力作用于质点 使它沿力的方向移动1米 m 距离所做的功 或者用1安培 A 电流通过1欧姆 电阻1秒钟 s 所消耗的电能 焦耳是 中华人民共和国法定计量单位 规定的表示能 功和热量的基本单位 4 能量单位 2 千瓦小时 kW h 千瓦小时是电量的计算单位 千瓦小时与焦耳的换算关系为 1kW h 3600kJ 4 能量单位 3 卡 cal 卡是热量单位 但不是我国的法定计量单位 卡的定义为1克 g 纯水在标准气压下 温度升高1摄氏度 所需的热量 热量单位卡有20 卡 国际蒸汽表卡及热化学卡 焦耳是我国热量单位的法定计量单位 卡与焦耳间的换算按下式进行 20 卡 4 1816焦耳1国际蒸汽表卡 4 1868焦耳1热化学卡 4 1840焦耳 20 卡是指1g纯水温度从19 5 升高至20 5 所需要的热量 国际蒸汽表卡是在1956年伦敦第五届国际蒸汽大会上规定的热量单位 热化学卡是在1910年到1948年间 考虑以往人们使用卡的习惯 继续保留卡的名称 人为地规定了1卡等于多少焦耳 但不再与水的比热容有关系 5 法定计量单位 我国1984年2月发布了 关于我国统一实行法定计量单位的命令 确定了以国际单位制单位为基础 同时选用了一些非国际单位制单位而构成的我国法定计量单位 规定于1987年止国民经济各主要部门一般只准使用法定的计量单位 1990年全国各领域全面采用法定计量单位 国际单位制 SI 部分国际单位制基本单位长度米m质量千克 公斤 kg时间秒s电流安 培 A热力学温度开 尔文 K 国际单位制 SI 国际单位制的导出单位力 重力牛 顿 N压力 压强 应力帕 斯卡 Pa能 量 功 热量焦 耳 J功率 辐 射能 通量瓦 特 W电压 电动势 电位 电势 伏 特 V摄氏温度摄氏度 二 能源 1 能源的定义2 能量资源3 能源的分类4 能源的计量 1 能源的定义 能源指人类取得能量的来源 包括已开采出来可供使用的能量资源和经过加工或转换成人们所需要电能 热能 机械能等能量的来源 注意 尚未开采的能量资源只称为资源 不列入 能源 范畴 2 能量资源 资源是指人类生存发展的物质基础 自然资源是指参与人类生态系统能量流 物质流和信息流 从而保证系统的代谢功能得以实现 促进系统稳定有序不断进化升级的各种物质 能量资源是指自然界中存在的可能为人类利用来获取能量的自然资源 3 能源分类 1 一次能源与二次能源一次能源是指自然界现成存在 可直接取得而又不改变其基本形态的能源 或称初级能源 如原煤 原油 天然气 生物质能 水能 核燃料 以及太阳能 地热能 潮汐能等 二次能源是指由一次能源经过加工转换成另一种形态的能源产品 如煤气 焦炭 汽油 煤油 柴油 重油 电 蒸汽等 3 能源分类 2 常规能源与新能源常规能源又称传统能源 是指在现有经济和技术条件下 已经大规模生产和广泛使用的能源 新能源指在新技术基础上系统地开发利用的能源 是正在开发利用但尚未普遍使用的能源 新能源大多是天然的和可再生的 是未来世界能源可持续利用的基础 3 能源分类 3 可再生能源与非再生能源可再生能源指在自然界中可以不断再生并有规律地得到补充的能源 非再生能源指经过亿万年形成而储存下来的 因数量有限 将随着人类不断开采而枯竭 短期内又无法再生的能源 3 能源分类 4 燃料性能源与非燃料性能源燃料性能源是指作为燃料使用以热能形式提供能量的能源 非燃料性能源是指不作为燃料使用 直接产生能量提供给人类使用的能源 4 能源的计量 1 能源的实物量单位能源的实物量单位是对能源实物量计量时所采用的单位 2 当量单位当量单位是选定某种统一的标准燃料作为计算依据 然后用各种能源实际含热值与标准燃料热值比 计算出各种能源折算成标准燃料的数量 所选标准燃料的计量单位即为当量单位 国际上习惯采用的标准燃料有两种 一种是标准煤 另一种是标准油 标准煤 标准煤 又称煤当量 是指按照标准煤的热当量值计算各种能源量时所用的综合换算指标 标准煤的热当量值迄今尚无国际公认的统一标准 我国的GB2589 1990规定 1kg 千克 标准煤 29 3076MJ 兆焦 标准油 标准油 又称油当量 是指按照标准油的热当量值计算各种能源量时所用的综合换算指标 到目前为止国际上还没有公认的油当量标准 我国采用的油当量 标准油 热值为41 87MJ kg 10000kcal kg 即 1kg 千克 标准油 41 87MJ 兆焦 当量热值 当量热值指某种能源本身所含热量 具有一定品位的某种能源 其当量热值是固定不变的 如 汽油的当量热值是42054kJ kg 电的当量热值 即热功当量 为3600kJ kWh 等价热值 等价热值则指为了获得一个度量单位的某种二次能源 如电力 蒸气 或耗能工质 如压缩空气 氧气 所消耗的以热值表示的一次能源量 根据等价热值的定义 等价热值是个变化值 与获得某种二次能源当时的转化效率有关 燃料热值 燃料热值是指单位质量 指固体或液体 或单位体积 指气体 的燃料完全燃烧 燃烧产物冷却到燃烧前的温度 一般为环境温度 时所释放出来的热量称为燃料热值 也叫燃料发热量 高位热值 高位热值是指燃料完全燃烧 且包括燃烧产物中的水蒸气凝结成水时的发热量 其数值由测量获得 低位热值 低位热值是指燃料完全燃烧 燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时的发热量 它等于从高位热值中扣除水蒸气凝结热后的热量 三 节能 1 关于节能的概念节能的定义 节能是指加强用能管理 采取技术上可行 经济上合理以及环境和社会可以承受的措施 减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费 更加有效 合理地利用能源 节能的二个途径 科学管理 技术进步 狭义节能 广义节能 狭义节能狭义节能是指采用各种措施直接降低用能过程中各环节的能源消耗量 广义节能广义节能是指除狭义节能内容之外 还包括节约原材料 运力 人力 资金 提高产品质量 提高作业效率等各个方面 直接节能 间接节能 直接节能直接节能是指提高能量利用效率 降低单位产品或产值的能源消耗的节能方式 间接节能间接节能是指合理调整经济结构 如产业结构 企业结构 产品结构和能源消费结构 合理组织生产 节约原材料及其它消耗品 提高产品质量和资源综合利用效益等的节能方式 2 能耗 实物能耗 综合能耗 能耗是指规定的体系在一段时间内所消耗的能源数量 称能源消耗量 简称能耗 分为实物能耗和综合能耗 实物能耗是指规定的耗能体系在一段时间内实际所消耗的各种能源实物量 综合能耗是指规定的耗能体系在一段时间内实际消耗的各种能源实物量按规定的计算方法和单位分别折算为一次能源后的总和 GB2589 1990 综合能耗计算通则 要求 计算综合能耗时 各种能源分别折算为一次能源的规定的统一单位为t 标准煤 3 节能量 节能量是指在达到同等目的情况下 或者在完成相同的产品 产值 工作量的前提下所少消耗的能源量 包括由于提高管理水平和技术水平而使单位产品 或产值 能源消耗量下降的直接节约的能源数量 以及由于调整产业结构 产品结构等而使单位产值能源消耗量下降的间接节约的能源数量 节能量的计算 GB T13234 1991规定 计算节能量就是以某一个报告期的单耗 单位产量 产值或工作量能耗 与一个目标值比较 低于这个目标值的量就是单位产量 产值或工作量的节能量 E em eb Gb E 节能量 em 单位产品 产值或工作量 能耗的目标值 目标值为所选定得比较对象 eb 报告期单位产品 产值或工作量 能耗 Gb 报告期产品产量 产值或工作量 4 节能率 节能率是指报告期单位产量 产值或工作量 能耗比目标值的降低率 它是反映能源节约程度的综合指标 计算公式为 1 eb em 100 节能率 em 单位产品 产值或工作量 能耗的目标值 eb 报告期单位产品 产值或工作量 能耗 5 节能评价指标 1 效率效率是指设备或装置的有效输出能量占供入能量的百分数 用于衡量设备或装置的能量有效利用程度 2 能量利用率能量利用率是指一个系统的有效利用能量占供给能量的百分数 它表示系统供给能量的有效利用程度 5 节能评价指标 3 能量损失率 或能损率 能量损失率是指一个系统不同单元 环节 部分或过程的能量损失占该系统总供给能量的百分数 它表示系统各个单元的能量损失的程度或分布状况 5 节能评价指标 4 单位能耗单位能耗指的是设备 装置 系统以至更广范围内 一个国家或地区 部门或行业 一定时间内单位产品 单位工作量 单位处理量 的能耗量 关于节能评价指标的应用 效率 能量利用率 适用于评价具备能量转换过程的环节 设备或装置的分析评价指标 单位能耗 适用性较广的整体分析评价指标 一般通过技术或措施 使得单位能耗降低 实现节能 能量损失率 或称 能损率 指系统的某个环节或过程的能量损耗在系统总能耗中所占的比例 适用性较广的分析评价指标 如传输过程 转换过程 利用过程 储存过程等等 通过技术或措施减少该过程或环节的能量损耗 即可达到节能的目的 四 循环经济 1 循环经济的基本概念定义 循环经济是一种建立在资源回收和循环再利用基础上的经济发展模式 是以人类可持续发展为增长目的 以循环利用的资源和环境为物质基础 充分满足人类物质财富需求 生产者 消费者和分解者高效协调的经济形态 特征 循环经济是一种物质闭环流动型经济 四 循环经济 2 循环经济的基本原则 减量化 再循环 再利用 减量化原则 要求从源头减少进入生产和消费流程的物质流和能量流 在源头预防废弃物的产生而不是在其生产后再加以治理 再循环原则 要求以多种方式尽可能重复使用自然资源和产品 通过再循环 防止资源和产品过早成为垃圾 延长产品和服务的寿命 再利用原则 要求把废弃物变成二次资源以减少最终处理量 并提高一次资源的使用效率 四 循环经济 3 循环经济的发展模式 小循环 中循环 大循环 废物处置和再生 3 1模式 小循环 在企业层面 推行清洁生产 减少产品和服务中物料和能源使用量 减少污染物产生的最小化 中循环 在区域层面 通过在企业群 工业园区和经济开发区中发展生态工业 把上游生产过程的副产品或废物用作下游生产过程的原料 形成企业间的工业代谢和共生关系 四 循环经济 3 循环经济的发展模式 小循环 中循环 大循环 废物处置和再生 3 1模式 大循环 在社会层面 推进绿色消费 建立废物分类回收体系 注重一 二 三产业之间物质的循环和能量的梯级利用 最终建立循环型社会 废物处置和再生 发展废物和废旧资源的处理 处置和再生产业 从根本上解决废物和废旧资源在全社会的循环利用问题 五 清洁生产 1 清洁生产的定义清洁生产是指不断采取改进设计 使用清洁的能源和原料 采用先进的工艺技术与设备 改善管理 综合利用等措施 从源头削减污染 提高资源利用率 减少或者避免生产 服务和产品使用过程中污染物的产生和排放 以减轻或消除对人类健康和环境的危害 五 清洁生产 2 关于 清洁生产促进法 中华人民共和国清洁生产促进法 是为了促进清洁生产 提高资源利用效率 减少和避免污染物的产生 保护和改善环境 保障人体健康 促进经济与社会可持续发展而制定的一部法律 中华人民共和国清洁生产促进法 分为总则 清洁生产的推行 清洁生产的实施 鼓励措施 法律责任 附则共六章四十二条 六 新型工业化道路 1 新型工业化道路的主要特征新型工业化道路的主要特征是以信息化带动工业化 以工业化促进信息化 形成一条科技含量高 经济效益好 资源消耗低 环境污染少 人力资源优势得到充分发挥工业发展道路 工业化一般是指传统的农业社会向现代工业社会转变的过程 信息化是指农业 工业 服务和科学技术等社会生产和社会生活各个方面应用现代信息技术 深入开发 广泛利用信息资源 加速现代化的过程 六 新型工业化道路 2 新型工业化道路与传统工业化道路的区别充分发挥科学技术作为第一生产力的重要作用 注重依靠信息技术和科技进步提高经济效益 正确处理经济发展与人口控制和资源 环境保护的关系 实施可持续发展战略 人力资源优势得到充分发挥 六 新型工业化道路 3 新型工业化道路对我国能源消费的影响以信息化带动工业化 能源消费强度将因此而下降 重新认识人力资源优势 资源 能源 节约型的技术进步成为主流 新型工业化道路将改变我国的能源消费方式和消费结构 七 节约型社会 国务院下发国发 2005 21号文 国务院关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知 要求加快建设节约型社会 1 节约型社会的概念 节约型社会是指在生产 流通 消费等领域 通过采取法律 经济 行政和技术等综合措施 促使人们改变传统的生产方式 消费方式和对自然界的态度 提高资源利用效率 以最少的资源消耗获得最大的经济和社会收益 保障经济社会可持续发展 2 建设节约型社会的必要性 我国粗放型的经济增长方式尚未得到根本转变 国际先进水平相比 仍存在资源消耗高 浪费大 环境污染严重等问题 随着经济的快速增长和人口的不断增加 我国淡水 土地 能源 矿产等资源不足的矛盾更加突出 环境压力日益增大 如果不在全社会进一步强化节约资源的意识 经济的发展必然会越来越多地受到资源的制约 生产生活环境会越来越恶化 这将直接影响着全面建设小康社会宏伟目标的顺利实现 我国人均资源相对不足 淡水不到世界平均水平的1 4 耕地不到1 2 森林不到1 7 大多数矿产资源人均占有量不足世界平均水平的一半 石油 铁 铜 铝等重要矿产的国内保障程度低 我国资源约束矛盾突出 目前 我国经济增速加快 能源 水 土地 矿产等资源不足的矛盾日益显现 资源约束的矛盾越来越突出 我国煤 电 油 运瓶颈制约再度出现 原材料供应十分紧张 铁矿石 石油 铜 氧化铝等进口大幅度增长 部分生产资料价格上扬 全国600多个城市中400多个缺水 其中110个严重缺水 近7年来全国耕地已减少1亿亩 600多个县市的人均耕地面积在世界公认的人均耕地警戒线0 8亩以下 我国资源约束矛盾突出 2003年我国消耗了2 6亿吨钢 占世界25 消耗了13 267亿吨煤 占世界30 消耗了8 2亿吨水泥 占世界50 以上 消耗了2 52亿吨油 1 846万亿千瓦时电 而单位GDP能耗相当于世界平均值的3 4倍 我国的环境污染严重 我国环境污染严重 每增加单位GDP的废水排放量比发达国家高4倍 单位工业产值产生的固体废弃物比发达国家高10倍多 二氧化硫 二氧化碳排放已位居世界前列 生态环境总体恶化的趋势仍未得到扭转 我国资源利用效率低 我国资源生产率 单位资源的产出水平 只相当于美国的1 10 日本的1 20 德国的1 6 能源利用效率为33 工业用水重复利用率为55 矿产资源总回收率为30 分别比国外先进水平低10个 25个和20个百分点 机动车百公里油耗比欧洲高25 比日本高20 比美国高10 有色金属再生利用量仅占总产量的15 20 而发达国家一般为30 40 有大量的废旧物资 如家电及电子产品 报废汽车 废玻璃 废塑料 废纸等没有得到充分的回收利用 3 建设节约型社会的措施 调整产业结构切实转变增长方式转变消费方式 倡导绿色消费完善节能政策依靠科技创新建设节约型机关 八 节能中长期专项规划 节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针 也是当前一项极为紧迫的任务 为推动全社会开展节能降耗 缓解能源约束矛盾和环境压力 加快建设节能型社会 促进经济社会可持续发展 实现全面建设小康社会的宏伟目标 国家发展和改革委员会编制发布了 节能中长期专项规划 专项规划重点规划了到2010年节能的目标和发展重点 并提出2020年的目标 是我国中长期节能工作的指导性文件和节能项目建设的依据 规划提出的节能目标 宏观节能量指标 到2010年每万元GDP能耗由2002年的2 68吨标准煤下降到2 25吨标准煤 2003 2010年年均节能率为2 2 形成的节能能力为4亿吨标准煤 2020年每万元GDP能耗下降到1 54吨标准煤 2003 2020年年均节能率为3 形成的节能能力为14亿吨标准煤 相当于同期规划新增能源生产总量12 6亿吨标准煤的111 相当于减少二氧化硫排放2100万吨 规划提出的节能目标 主要产品 工作量 单位能耗指标 2010年总体达到或接近20世纪90年代初期国际先进水平 其中大中型企业达到本世纪初国际先进水平 2020年达到或接近国际先进水平 钢铁 火电 炼油 合成氨 乙烯 水泥 铁路运输等 主要耗能设备能效指标 2010年新增主要耗能设备能源效率达到或接近国际先进水平 部分汽车 电动机 家用电器达到国际领先水平 燃煤工业锅炉 中小电动机 泵 汽车等 规划提出的节能目标 宏观管理目标 2010年初步建立与社会主义市场经济体制相适应的比较完善的节能法规标准体系 政策支持体系 监督管理体系 技术服务体系 3 节能的重点领域 重点工业 电力工业钢铁工业有色金属工业石油石化工业化学工业建材工业煤炭工业机械工业 石油石化工业 油气开采应用采油系统优化配置技术 稠油热采配套节能技术 注水系统优化运行技术 油气密闭集输综合节能技术 放空天然气回收利用技术 石油炼制提高装置开工负荷和换热效率 优化操作 降低加工损失 乙烯生产优化原料结构 采用先进技术改造乙烯裂解炉 优化急冷系统操作 加强装置管理 降低非生产过程能耗 以洁净煤 天然气和高硫石油焦替代燃料油 轻油 推广应用循环流化床锅炉技术和石油焦气化燃烧技术 采用能量系统优化 重油乳化 高效燃烧器及吸收式热泵技术回收余热和地热 4 节能重点工程 燃煤工业锅炉 窑炉 改造工程区域热电联产工程余热余压利用工程节约和替代石油工程电机系统节能工程能量系统优化工程建筑节能工程绿色照明工程政府机构节能工程节能监测和技术服务体系建设工程 节能技术简介 一 电机系统节能二 锅炉 加热炉节三 热电联产与节能四 热管技术与节能五 热泵技术简介六 余热利用七 石油化工系统过程节能技术八 能量系统优化技术 一 电机系统节能 1 电机系统的构成电机系统是电网的终端用户 电机系统通常是指电动机和工作机 如泵类 风机 压缩机 组成的系统 一 电机系统节能 2 电机系统能量损失分析电动机的能量损耗恒定损耗可变损耗 负载损耗 杂散损耗 附加损耗 工作机 泵 风机 的能量损失机械损耗容积损耗流动损失离心泵的汽蚀 一 电机系统节能 3 电机系统的节能措施与技术途径 1 电动机的节能措施与技术途径 2 工作机的节能措施与技术途径 电动机的节能措施与技术途径 电动机合理选用实现节能 根据工作机的起动特性和运行特性 选择电动机的种类 根据工作机的安装位置和运行环境 选择相应的防护等级和冷却方式 根据工作机的驱动要求 选择电动机的额定功率 根据电网的情况 选择电动机的额定电压 根据生产机械对于转速的要求 选择电动机的极数 转速 选择可靠性高 便于维护 互换性好的电动机 选择高效电动机 电动机的节能措施与技术途径 电动机的调节节能 利用星 角变换实现轻载节能 采用调压控制器实现运行节能 采用调速运行实现运行节能 工作机的节能措施与技术途径 泵 风机的本体节能 泵 风机的本体节能就是减少泵 风机本身的能量损失 叶轮式泵 风机的调节节能 根据负载的变化 调节泵 风机的运行工况 使用电系统在高效低耗的状态下运行 二 锅炉 加热炉节能 1 锅炉基本知识2 加热炉基本知识3 锅炉 加热炉热损失4 锅炉 加热炉的节能措施与技术途径 锅炉基本知识 锅炉是能源转换设备 锅炉由锅和炉子两大部分组成 锅是指锅炉中接受热量并把热量传给工质的受热面系统 炉子是指燃料在其中燃料 将化学能转化为热能的系统 包括炉膛和烟道 锅炉按使用的燃料分类可分为燃煤锅炉 燃油锅炉和燃气锅炉 锅炉的主要参数 锅炉容量额定蒸汽压力蒸汽 或热水 温度锅炉热效率 加热炉基本知识 加热炉是将燃料燃烧产生的热量传给被加热介质而使其温度升高的一种加热设备 加热炉按使用燃料分为燃油加热炉 燃气加热炉 油气两用加热炉以及燃煤加热炉 加热炉的主要参数 热负荷热效率流量压力压力降温度 锅炉 加热炉热损失 1 排烟热损失 2 气体不完全燃烧热损失 3 固体不完全燃烧热损失 4 散热损失 锅炉 加热炉的节能措施与技术途径 改善炉子燃烧节能技术 包括 高效燃烧器 燃烧控制技术 燃料添加剂及燃料磁化技术 主要是使炉子燃烧过程更完全 充分 加强保温节能技术 主要是采用新型高效保温材料 提高炉体保温效果 减少散热损失 减少排烟损失节能技术 指采用热管加热炉 热管换热器等节能技术 三 热电联产与节能 1 热电联产的节能原理热电联产就是通过同一套装置把热 电生产有机地结合起来 构成热 电合产的方式 单纯供电大约有2 3以上的能量被损失掉 其中凝汽损失达到50 以上 热电联产节能主要就是利用了这一部分热能 电厂在供电的同时 向需要用热的用户供给热能 形成热电联产系统 热电联产系统的总能量利用率可达80 85 所以热电联产有非常明显的节能效果 以热定电原则 热电联产系统的规模和形式根据热负荷的大小和变化情况而确定的原则 工业企业的自备热电联产系统一般按照 以热定电 的原则来确定 即根据实际热负荷的大小和变化情况来选择热电联产系统的类型和形式 2 热电联产系统的基本类型及特点 1 背压式汽轮机热电联产系统背压式汽轮机的工作特性要求背压式汽轮机热电联产系统的发电量由热能用户的热负荷来决定 因此背压式汽轮机热电联产系统最适合安装在全年都有比较稳定热负荷的场所 2 抽汽式汽轮机热电联产系统抽汽式汽轮机的输出功率和抽汽量可以在很宽的范围内变化 因此适合安装在中心热电厂中 可以同时向周围的热用户供应蒸汽和电力 2 热电联产系统的基本类型及特点 3 抽汽背压式汽轮机热电联产系统抽汽背压式热电联产系统适宜于具有不同压力要求的热用户且热负荷比较稳定的场合 4 燃气轮机热电联产系统燃气轮机热电联产系统的热负荷变化对电负荷基本上没有影响 即热负荷可以独立于电负荷进行调节 四 热管技术与节能 1 热管工作原理热管一般是由管壳 起毛细管作用的多孔结构物 管芯以及传递热能的工作液体等构成 组成一个高真空封闭系统 如果热管内不装吸液芯 冷凝液依靠其自身的重力返回蒸发段 这种热管称为重力热管 或称虹吸式热管 四 热管技术与节能 工作过程当热管的蒸发段受到加热时 在管芯内的工作液体即汽化 并带走潜热 蒸汽从中心通道流向冷凝段 凝结成液体 同时放出汽化潜热 然后液体在管芯毛细力的作用下又流回蒸发段 这样完成了闭合循环 将热量从加热段传到散热段 由于热管是靠工质相变过程的潜热传热 所以它能在很小的温差下传送很大的热量 重力热管 重力热管仅由管壳和工作介质两部分组成 管子下部的工作液体 蒸发段 受外部流体加热后蒸发变为气相而上升 到冷凝段凝结为液体 依靠重力作用返回蒸发段 重力热管可以在与水平成100至900的倾角范围内有效地工作 由于重力热管结构简单 因而是余热回收中应用的主要型式 重力热管的凝结液流容易分布不均 出现蒸汽带水冲刷内壁等 影响热管的工作性能 2 热管的主要工作特点 1 传热性能好 2 传热量大 3 适用温度范围广 4 热流密度可调 5 热源不受限制 6 工质循环无功率消耗 7 可提高壁温 减轻低温腐蚀 3 热管工作性能的因素分析 轴向热流和径向热流压力差工作极限毛细极限声速极限携带极限沸腾极限 4 热管在节能中的应用 用热管制成的热管换热器在余热的回收中已被广泛应用 与常规的换热器相比 热管换热器具有以下优点 1 传热效率高 用于热回收时的回收率高 2 传热量大 在较小温差下传送较多的热量 3 体积小 重量轻 结构紧凑 4 冷 热流体相互隔绝 相互间无泄漏 5 能防止和减轻低温腐蚀 五 热泵技术简介 1 热泵工作原理热泵是能把低温处的热量送往高温处 以供生产 生活所需的装置 热泵是利用逆卡诺循环的原理 使载热工质从低温余热中吸取热量 并在温度较高处放出热量的热回收装置 热泵的构造与制冷机相同 只是目的不同而已 用来供冷的称为制冷机 用于供热则称热泵 1 热泵工作原理 1 热泵工作原理 1 热泵工作原理 2 压缩式热泵 2 压缩式热泵 压缩式热泵的循环系统是由蒸发器 冷凝器 压缩机 或泵 和节流阀所组成 循环工质在蒸发器中蒸发成蒸汽 此时从低温位处吸取热量 蒸发后的蒸汽通过压缩机将其压力和温度升高 再在冷凝器中将其从蒸发器吸取的热量和压缩机耗功所相当的那部分热量排出 冷凝液通过节流阀膨胀后再进入蒸发器吸收热量 不断地进行这样的循环 3 热泵的技术指标 3 热泵的技术指标 4 热泵的工作范围 根据冷凝温度的高低可以将热泵分成三类 1 低温热泵 冷凝温度小于100 2 高温热泵 冷凝温度为100 130 3 超高温热泵 冷凝温度大于130 六 余热利用 余热属于二次能源 它是为完成某一工艺过程而输入的能量 在该工艺过程完成后剩余的部分能量 1 余热资源分类 1 高温烟气余热 2 高温炉渣余热 3 高温产品余热 4 冷却介质余热 5 可燃废气余能 6 凝结水余热 2 余热量的估算 2 余热量的估算 2 余热量的估算 2 余热量的估算 2 余热量的估算 2 余热量的估算 2 余热量的估算 3 工业余热的利用途径 1 余热的直接利用 预热空气 干燥 生产热水和蒸汽 制冷 3 工业余热的利用途径 2 余热发电利用余热锅炉产生蒸汽 推动汽轮机发电 以高温余热作为燃气轮机工质的热源发电 3 余热综合利用根据工业余热温度的高低 采用不同的利用方法 例如 利用有一定压力的高温废气 形成燃气 蒸汽联合循环 七 石油化工系统过程节能技术 1 石油化工生产系统的用能特点 工艺过程主要直接利用的能量形式为热能和流动能 外界供给的能源一般是燃料化学能 电能 需要经过能量转换把燃料化学能 电能转换为热能和流动能 热能和流动能需传输进入到各个工艺操作单元 经工艺过程被 利用过 的热能和流动能可回收利用 2 能量系统过程模式分析方法 石油化工生产能量的使用包括四个过程 转换 传输 利用 回收过程 能量系统过程模式分析方法是根据用能的不同过程 建立分析模型 按系统 过程 设备进行不同层次的分析 定量得到各个过程的用能水平以及节能潜力 正确找出系统的节能改进方向 2 能量系统过程模式分析方法 能量转换过程 将外界的供给能转换成系统工艺用能所要求的能量形式的过程 能量传输过程 把工艺利用需要的能量传输到工艺用能单元以及把系统的工艺介质 或产品 载能媒体输出系统的过程 能量工艺利用过程 将输入工艺用能单元的供给能转化到产品中去的过程 能量回收过程 采用各种技术 把各工艺单元 利用后 的待回收能回收利用的过程 2 能量系统过程模式分析方法 2 能量系统过程模式分析方法 2 能量系统过程模式分析方法 2 能量系统过程模式分析方法 2 能量系统过程模式分析方法 评价指标 能量转换效率 等于转换输出的转换输出能和转换外供能之和与供给能的比值 能量传输损失率 等于能量传输损失与总传输能的比值 系统能量利用率 等于工艺利用能 转换外供能 回收外供能之和与供给能的比值 能量回收率 等于系统回收的能量 回收循环能与回收外供能 与待回收能量的比值 3 节能措施与技术途径 加快发展总体和系统用能优化技术 重点开发应用过程能量综合技术 提高能源利用的效率 优化原料和生产方案及生产操作控制 加强现代节能理论和方法的研究 指导节能新技术和设备的开发 广泛应用计算机控制系统 加快工艺过程模拟 先进控制系统 应用系统软件的开发 3 节能措施与技术途径 完善和推广能量回收利用技术 回收低温余热 推广余热发电 吸收式热泵和制冷技术 对企业蒸汽动力系统进行综合改造 采用节约和替代石油技术 降低系统自耗率和损失率 推广热电联产 蒸汽压差发电 液力透平等技术和设备 研究和开发燃气轮机应用技术 开发和应用油品储运系统节能技术以及回收放空气体 减少加工损失方面的技术 八 能量系统优化技术 1 能量系统 ISO13600 1997定义 用来生产或消费能量物品 或使 多种形式 能量物品相互转换 存储 输送以及管理的系统 这种系统须由彼此相互配合的装备和设施组成 一般可以认为 能量系统是能量产生 转化 输送 使用和回收等一个或若干个环节组成的系统 2 能量系统优化 能量系统优化是指以能量系统为对象 以科学用能理论为指导 通过一定的策略和方法来处理能量系统的设计 控制及运行 管理 等问题 使获得的结果最佳或最优 能量系统优化通常包括优化设计 优化控制及优化运行 管理 三个技术层面 3 能量系统优化的主要特征 能量系统优化是以系统工程的理论与最优化方法解决能量系统的优化用能问题 通常也是特指定量地研究能量系统的整体优化问题 能量系统优化的主要特征是把能量系统整体作为优