节能技术-热能(二).ppt

1、节能技术 热能（二,一、几句有用的话 1、“国家节约能源法”关于节能的定义是： 加强管理，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，从能源生产到消 费的各个环节，降低消耗，减少损失，制止浪 费，更加有效合理的利用能源。 2、严济慈说：所费多于所当费 所得少于所可得 3、吴仲华说：分配得当、各得所需、温度对口、 梯级利用。 4、能量包含数量和质量两个含义。 二、重点分析几个专题,一、回顾几句有用的话 1、“国家节约能源法”关于节能的定义是： 加强管理，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，从能源生产到消费 的各个环节，降低消耗，减少损失，制止浪费，更 加有效合

2、理的利用能源。 2、严济慈说：所费多于所当费 所得少于所可得 3、吴仲华说：分配得当、各得所需、温度对口、梯级 利用（中国能源问题及其科学技术解决的途径） 。 4、能量包含数量和质量两个含义。 5、结构节能、技改节能与运行管理节能并重。 二、重点分析介绍几个节能专题,序 言,专题一、科学用能和分布式能源系统,一、复习热力学第二定律 热力学第一定律阐明能量转换时的守恒性；说明了 能量的数量属性；热力学第二定律阐明能量转换时的 方向性。说明了能量的质量属性，能量是有品位的。 卡诺循环效率说明，热能温度高可以产生的有用功 就多，质量就高： =1-T低/T高 以发电厂为例,可见，仅用热力学第一定律热量

3、平衡的方法衡量热效率，是不完善的；只有最大限度地梯级利用才是能源利用完善性的可比尺度。就如一棵大树完全制作成了筷子或牙签，还是先做梁柱，边角料再做筷子或牙签，质量利用是重要的；然后边角料全用尽，这就是梯级用能、科学用能,来看一个温度链,二、梯级利用的第一步：热、电、冷、气联供 热、冷、气本质上都是供热，如3.0MPa,仅234；发 过电（目前可以利用到600）再供热用尽，这些电几 乎是“白”得的。三、梯级利用的第二步：一般燃料可到14001600。燃 气蒸汽联合循环发电热、电、冷、气联供，目前可 以利用到12001400，热利用最完善。同样用卡诺 循环效率来看：可以提高20%的能源利用率,燃气

4、（燃油）蒸汽联合循环发电，在国外普遍采用， 因为世界大多国家燃料结构是以石油和天然气为主； 而我国是以煤为主燃料（占80%），需组成煤气化燃 气蒸汽联合循环。煤的大型、高效气化有一定的难度， 但并非不可攻克，中国理应作出贡献。 四、梯级利用的第三步：分布式能源系统 从能源供应的源头看：燃气蒸汽联合循环发电热、 电、冷、气联供系统，热利用已经相当完善了；而能源 的供应环节还有潜力输送效率问题。燃气轮机技术 的进步，使它的效率与规模已关系不大，那么燃气蒸汽 联合循环发电就可以建在负荷中心。这就是分布式能源 系统，实践可以有20%的节能率，称分布式能源系统为 第二次能源革命或第二代能源系统。 我国必

5、须尽快走煤的气化这条路，否则就等于承认 我们的能源利用效率永远低于国外20%35,专题二、热泵,一、原理 热泵就是空调、制冷机或冰机。 制冷机由压缩机、蒸发器、冷凝器、减压阀等组成。 蒸发器和冷凝器，一个制冷（吸热、冷端)，一个制 热(放热、热端）。冷和热都是能量，两者都应该得到 利用。制热时，它的制冷端吸热，到制热端放热，好 像是热量被电力的打压过程，于是被称为温度倍增器、 热泵。 如图： 家用空调在夏季和冬季的工作原理图，冬季就是空 气源热泵； 一般企业用制冷机（冰机）工作原理图，把热水利 用起来就是水源热泵,二、制冷机的COP值 制冷循环是逆向卡诺循环，循环效率常称为循环性 能系数、制冷

6、系数、能效比、COP值。 蒸发器和冷凝器的温差越大，耗功越多。一般蒸发 器蒸发温度每下降1，它的制冷量在同输入功率的情 况下下降3；而冷凝器冷却水温度每降低1，制冷 机组的制冷量可同输入功率的情况下增加1.3%左右。 所以：空冷机组 COP为2.03.0，水冷机组COP 4.05.5，水热泵（水源热泵） COP为3.04.0。 三、应用 冬季家用空调取暖，就是空气源热泵，比电加热取 暖效率提高2倍以上； 工业高温热泵，原工业制冷机冷凝器水温3040 难于再利用，高温热泵可达6080，可以再利用了,应用例一： 某厂车间四季需要降温，而老化室需要升温，可以如图，一举两得，不足部分再辅以电加热,应用

7、例二： 恒温恒湿空调，需要先降温调湿，再升温调温。可以用一台热泵，一举两得,应用例三、 制冷机冷热端温差越小，耗能也越少；或者说同样输 入能量下，冷端温度越高，热端温度也会越高。这样就为 低温热源的利用带来了一条新路。 如：有一定温度的废水、污水热量，经过热泵的蒸发 器，在消耗一定电能的情况下，冷凝器可排出较高温度、 可资利用的热量；或可以耗电较少地取得能量。 以上例子是抛砖引玉。须注意： 项目总体设计计算和可行性分析问题； 冷热负荷的匹配问题； 冷热负荷在不同季节辅助加热、制冷的设计控制问题； 不同使用情况的COP(循环性能系数）问题等,四、地源热泵 原理与上相同。地下80100米处常年15

8、，如果： 夏季以地下温度冷却冷凝器，几乎可以不耗能； 冬季以地下温度加热蒸发器，几乎可节一半能,地源热泵节能效果明显，在国外：工矿、家庭、银行、医院、超市、办公楼和学校等得到广泛应用，美国每年安装约4万套地源热泵系统，相当每年可以节约88万兆瓦的能量、减少150万吨温室气体的排放。美国国家环保局认为地源热泵的效率在加热和冷却设备为首选之一，并筹集数亿美元资助科研项目和市场开发。 地源热泵系统较适合于新建工程，如1000平方米建筑面积，空调用电35kw，80100米深的井20口，井距45m,投入约35万元，回收年限约46年。 苏州新建火车站，是节能型绿色建筑，空调全部采用地源热泵系统。 于是，有

9、了空气源热泵、水源热泵、地源热泵和多用能系统的不同称呼,专题三、冰蓄冷和水蓄冷,一、关于峰谷电 由于生活、社会等原因，使昼夜电负荷极不均恒， 这对于发、供电是至关重要的： 火电厂负荷下降能 耗上升、负荷波动能耗上升，还威胁安全生产；为满 足峰电负荷，需扩建电厂和电网，增加了资源和能源 的消耗；而谷电时水力发电得不到充分利用，浪费水 力资源。 因此，峰谷电差价反映了节能和安全，高峰电 和低谷电并不等价。我国目前为4倍。但如果多用了 谷电究竟有多少节能量，我国尚没有制定具体标准， 有介绍可按减少的峰电量的12倍计算，我们暂按2 倍计算节能量。 “能效电厂”项目有不尽人意之处,二、负荷移峰填谷的蓄能

10、方法有： 电池蓄能；水库蓄能；冷量蓄能等。 冷量蓄能有水蓄冷、冰蓄冷、共晶盐蓄冷等。共晶 盐蓄冷接近于冰蓄冷，但技术相对不成熟。 蓄冷系统因增加了换热、传热过程和工质损失；冰 蓄冷制冷机蒸发温度低，导致制冷效率下降：同时增 加蓄冷设备、管路和附件等；占地比传统制冷机大。 三、水蓄冷是显热蓄冷 1千卡/kg（4.18kJ/kg） 四、冰蓄冷是潜热蓄冷 凝固80千卡/kg（335kJ/kg） 制冰要求：必须用冰点以下流动良好的冷媒体输送 冷量；同时，需改善冰传热系数低的缺点。 类型：静态蓄冰（冰球、盘管等）； 动态蓄冰（冰浆、片冰等）。 例：常见冰球蓄冷系统：左面是制冷、蓄冷回路； 中间为释冷回路

11、，载冷介质为乙二醇水溶液；右面 部分是用户端的空调箱,水蓄冷和冰蓄冷对比,专题四、压缩式和吸收式制冷,一、原理 吸收式和压缩式制冷基本原理相同，都是利用液体 在蒸发过程需吸收大量热量（潜热），达到制冷效果。 压缩式是机械把工质打为高压冷却液化，蒸发吸热； 吸收式是用热学的原理分馏提纯液体，再蒸发 吸热；吸热气化后用另一种液体(可完全共溶）把它 溶解为一个二元溶液，然后经分馏（利用两者的气化 温度差）（发生）、蒸发吸热，完成循环。 1945年诞生首台工业机（美国开利公司）。 我国于上世纪60年代走向工业化应用。 工质可以是：氨水，可达负30；溴化锂水， 一般在5 以上，在空调方面普遍使用,二、溴

12、化锂吸收式制冷的类型： 按使用能源：蒸汽型、热水型、直燃型（燃油、燃 汽）和太阳能型； 按能源利用程度：可分为单效型和双效型。单效型 可利用0.10.25MPa低压蒸汽，或75140的热源， COP约0.650.75；双效型需0.4MPa以上蒸汽，COP约 1.01.2； 按换热器布置：可分为单筒型、双筒型、三筒型等。 三、吸收式和压缩式制冷的比较,经济方面：通常电能可以利用峰谷差,吸收式在完善的梯级利用、余热利用时，效益大增； *注意，具体计算时制冷系数在不同应用情况下的变化,一、问题的由来,一、问题 传统能源日益减少，同时它又是破坏环境的罪魁祸首。 在新替代能源还远不能占主导地位前，对于传

13、统燃料节 约使用的课题仍在不断深入。在燃烧技术方面纯氧燃烧、 高温空气燃烧等，正方兴未艾。 以空气为助燃剂的燃烧，不参与燃烧的氮气占五分之 四，需要把它加热，又白白携带大量热量随烟气排走， 纯氧燃烧可以减少排烟损失的6080%！还可以极大地减 少氮氧化物的排放。 但传统生产纯氧的空分装置，又大量耗电，合算吗？ 燃烧的经济性与炉型、燃料特性、能源价格、设备价格 等有关。我们以一台燃用天然气的玻璃窑炉经行具体计 算，计算过程比较复杂，下面以计算结果说明问题,专题五、关于纯氧燃烧技术,二、计算过程 年产4万吨玻璃熔炉,考虑计算误差和纯氧燃烧后余热利用量的减少，纯 氧燃烧的节能量，正与深冷空分装置的能

14、耗相抵消， 但可大量减少氮氧化合物的排放，以及可得空分装置 氮气回收利用。 三、基于类似分子筛的大型变压吸附装置应运而生 吸附是：两种相态不同的物质接触时，密度较低物 质的分子在密度较高的物质表面被富集的现象和过程,制氧的变压吸附分离过程（简称PSA）是：空气经过压缩，经吸附塔的吸附层，氮分子被吸附，氧分子留在气相中；再减压将吸附的氮分子排出，即再生解析。装置通常设置吸附塔和解析塔，切换使用。选择好的吸附材料、真空泵、自动控制系统、良好的安装和维护是关键。 变压吸附制氧机投资少、设备简单可靠、能耗低，可以满足纯度90%的任何富氧要求，尤适合于各类工业用炉，如熔炼炉、加热炉、高炉、电炉等；当与中

15、小型深冷机双联生产时，还可以成倍的提高高纯度氧的产量； 从目前技术看制氧量600010000Nm3/h 时（相当于一台中大型炉窑）, 其经济技术指标具有十分明显的优势, 当制氧量 600010000 Nm3/h时, 因其能耗将趋于或超过深冷机而受到限制,以国内某企业为例（2007年） 约34年回收,一、原理 大多工业炉炉膛排烟温度9001400。目前热回收： 间壁式换热器气体流向不变，工作稳定，寿命短；传统蓄 热室换热器的蓄热体采用格子砖，综合传热系数较低（传 热面积和蓄热体体积比），换向时间长、预热温度波动大， 结构庞大。两者排烟温度均400700，热利用不充分。 1982年英国首次研制出了

16、紧凑型的陶瓷球蓄热系统，它 的比表面积可达240m2/m3，蓄热能力大大增强、蓄热体体 积显著缩小、换向时间降至13min，温度回收效率明显提 高，而预热温度波动一般小于15。 以后，日本等选压力损失小、比表面积更大的陶瓷蜂 窝体，减少体积和重量，实现烟气余热的极限回收，预加 热空气温度已接近废气排放温度，可达1300，且NOx排 放量的大幅度降低,专题六、高温空气燃烧,于是诞生了高温空气燃烧技术HTAC。它在燃烧条件、反应机理、火焰特征等方面与传统的燃烧已大不相同： 预热器切换30秒1分钟，传热快，运行平稳； 预热空气温度达8001000以上，燃料在含氧大于2%时，就可保证稳定燃烧，已不敏感

17、； 燃烧过程类似于一种扩散反应，常见的白炽火炬消失，整个燃烧空间形如一个温度相对均匀的高温强辐射黑体，燃烧时最高温度降低，平均温度则提高； 炉膛传热效率显著提高，排烟温度低，燃料节约率可达3050%； 同时NOx排放量大大减少；燃料和炉型适应性强，结构紧凑，初投资少，烧嘴布置灵活，操作方便。 示意简图,专题七、变频技术的应用,观点：应该把变频装置，看作为自动控制（由检测、 记录、计算、调节、转换、执行等单元组成）的一个 单元。它就是一个可以把信号，变为不同频率输出的 频率转换单元，只不过现在可以做成很大功率，把转 换和执行做成了一体而已。 一、必须有反馈信号，形成闭环控制回路。 二、可以实现更

18、多的功能 如注塑机的变频调节，取代旧式油压机，在注塑不 同阶段用溢流阀泄压的办法调压，节能率可达50%， 如图。(当然最新型的由多台伺服电机组成的电动注 塑机，生产效率更高,油压注塑机用变频改造前后对比，黄色部分为节能量,专题八、关于创新和伪科学,一、 科学、非科学和伪科学是孪生兄弟。科学在诞生时甚 至被扣上谬论的帽子，所以这三兄弟的斗争，从来没有 停止过。需要本着科学的态度对待他们。 科学肯定是：尊重逻辑推理和严密的数学推导、尊重 事实和可以重复、可以预测未观察到的现象。 科学有无尽的创造力，造福于人类。科学是现代文明 的标志。 非科学是知识的混淆和模糊，尚属“不知者不怪”类； 而伪科学本质

19、是骗术，是用一些手段、包装自创的名 词理论、伪装试验结论，实现对名利的追求。 当今人类面临能源和环境双重压力，能源科学和工艺 技术迫切需要创新革命，但也良莠不齐,二、科学创新 好在我们是搞应用科学的，对于涉及基础理论需要 慎重；而运用边缘技术、综合技术、引用新理论、引进 其他专业行业的理论和技术，进行工艺革命性的创新是 大幅度节能的途径。举例： 1、复合金属板生产方法 复合材料是材料科学的佼佼者，取各材料之长补各材 料之短。本例复铜钢材用于军工产品，如枪弹弹壳和弹 头被甲等，常用块状的爆炸法、热压复合法、冷压复合 法等间断加工方法，效率低、劳动强度大、质量不稳定。 某公司首创在还原性气氛保护下

20、，施以带材低压大电 流下的在线加热，再进入复合轧机进行轧制，经过多年 现场调试、改进，形成国内首创的连续加工方法，批量 大、成本低,成品率从65%提高到90%，节能率30 60%。 还推广应用于不锈复合钢等,2、非焦炭炼铁技术 炼铁是将铁矿石(氧化铁）在高炉中进行还原为铁的过 程。为了提高性能和热利用完善，越来越大型化。提供炼铁 熔融的热量和提供还原一氧化碳的焦炭成为高炉炼铁过程的 主角。焦炭的质量和焦比等都成为高炉的主要指标。而在焦 炉里炼焦又是一复杂过程，每经一个过程就增加一个损失， 增加一次污染。 当今能源、资源、环境等因素日益突出，研究非高炉、 无焦炼铁技术已成为钢铁企业前沿课题。数年

21、前还感到是个 高不可攀的技术熔融还原技术，现在沙钢等已经上马。 明显具有工艺流程短、占地少、能耗及污染少等优势。 实际上就是把煤的煤气化和熔融放在一个炉内，煤气进 入另一个炉对矿石经行还原。能耗降低约10%，生产成本降低 10%25%；设备重量减少一半，投资费用少20；排放量降 低61,3、塑料动态成型加工节能技术 注塑过程是把塑料颗粒用螺旋输送机（边加热）挤 入塑料磨具成型。螺旋输送机和绞肉机相似。 输送是个压实过程，高分子链段间的摩擦阻力大、 黏度高，于是螺旋输送机的电能在叶片剪切的过程中 大多变成热能，显然不合理。 2008年国家发改委发布50项重点节能技术推广项目 的第36项，就是华南

22、理工大学自主研究成功的塑料动 态成型加工节能技术：它是在螺旋输送机旋转推进过 程中，加上轴向的振动，使原来的稳态剪切流动为振 动剪切流动，节能率达30%。 当然用怎样的频率、怎样的振幅等理论问题，先后 实践了十年，获得成功。科学需要付出艰辛,4、关于印染业的浴比 显色性、匀染性和色牢度是纺织品染色的基本要求， 染料需要溶于一定温度的水，并提高的分散性。因此， 耗用水量正比于需要的热量和需要的染料量。用水量 和纺织品量之比是浴比，它成为印染业的重要经济指 标。目前各种印染浴比大多10倍左右。 曾在网上见到：德国最新型的某种染色机浴比仅 0.51，节能量巨大，想象不出来几乎无水，怎能均 色？ 显然

23、只有全新的工艺才能达到。诸如： 气流印染，是将染料喷为极细微的雾，弥漫于织物 上。当然喷雾的细密度是关键，那么要求染料溶液也 必须非常澄净等，浴比可达24； 还有：连续轧堆染、受控染色、湿短蒸染色、交 联染色、电化学还原染色、生态染色，以及优良染料 和助剂的开发等等,三、总结大幅度节能主要存在于两个方面： 1、能源转换系统：热泵技术、水蓄冷冰蓄冷技术、 压缩和吸收式制冷技术、热电冷气联供技术等，对于不 同行业有很多共性； 2、存在于生产工艺方面，共性的节能技术：变频技 术、纯氧燃烧技术、蓄热式燃烧技术、余热余能利用技 术等；各行业工艺技术千差万别，一些没有共性的工艺 节能，节能的幅度更大，甚至

24、翻倍。这就是工艺创新节 能和具有自主知识产权的节能。 具有自主知识产权和创新，是科学发展观的核心内 容之一。工业园区是苏州的骄傲，但它的工业增加值能 耗与国际发达国家相比，仍属二流，国外大型企业，科 技开发人员占员工1050%。能源和环境已迫使我们必须 走创新的路，粗放式的发展已成为过去,三、非科学和伪科学 节能已成为一个产业，蕴有很大商机，但鱼目混珠。例： 1、某流体节能器 某科技开发公司，很有来头地推广 “节能输送器”。 把它接入管道，借助引射器原理，利用入口较高压的流体， 引射出口较低压力的流体，可以增压节能。 是一个新永动机的“设计”，表面看巧用了某些科学 技术知识，但总归经不起科学推

25、敲和实践的,引射器在低温热源的利用上是一个很好的设备。 而对于该“发明”我们无需被误导地去分析内部的流动情况。 只要仅把它看成为一个封闭系统，当封闭系统并无其他能量输入时：N30 那么，出进口流体能量只可能是： N1N2 且 N2N1,输出能量始终等于输入能量乘以一个小于1的效率系数。按热力学第一定律：不需要输入能量，就能连续作功或能连续产生某种能量的第一类永动机是不存在的。就是说“增压”或“增能”是不可能的。 事实上：返回的流体是被高压流引射的，它把B点的流体以一定的流量和压力推出去，在A点始终需要“有多余”的能量才能引射，那么N1N2 了，不会节能的。这个“发明”也许属非科学，需要善意地引导他们系统地学科学,2、燃油的磁场极化燃烧 有一家自称某美国著名公司，某专家教授多年研究等， 利用强磁场，把燃油分子极化，可以加强雾化，提高效果5%。 可用于汽车和锅炉，还有某节能中心的锅炉检测报告，气宇 轩昂地多人来谈，东西外观漂亮,明显的破绽，正就是这个以国家标准测试的报告，因为锅炉国家测试标准的允许误差就是5%，那么如何证明节能量的5%,磁场对于流体或能有某些作用，认为可使燃油分子