第3章 节能技术(1)

1、12123余能的利用余能的利用热能的梯级利用热能的梯级利用余热利用新技术余热利用新技术33企业能量平衡管理企业能量平衡管理3 463l一、余能资源种类一、余能资源种类l二、余能的利用方式二、余能的利用方式l三、余能利用系统三、余能利用系统4l余能：余能：输人系统的总能量在利用过程中可分为已利输人系统的总能量在利用过程中可分为已利用的有效能和未能利用的损失能用的有效能和未能利用的损失能，对有效能的重复利用和损失能的部分回收利用总称为可回收的能量，简称余能。5一、余能资源种类一、余能资源种类l(一一)按余能资源的能量形式分类：按余能资源的能量形式分类：可燃性余能、载热性余可燃性余能、载热性余能和有

2、压性余能能和有压性余能。1. 可燃性余能：可燃性余能：可以作为燃料利用的可燃物，包括排放的可燃废可以作为燃料利用的可燃物，包括排放的可燃废气、废液、废料等。气、废液、废料等。 可燃气体的余能量可按下式计算可燃气体的余能量可按下式计算 Qg=Vg (12636CO+10798H2+3818CH4) 式中，式中，Vg一每小时产生的可燃气体量一每小时产生的可燃气体量，m3/h (标况下标况下)6 2.2.载热性余能：载热性余能：载热性余能就是余热，包括各种排载热性余能就是余热，包括各种排汽、产品、物料、废物、工质、冷却水等所带出的汽、产品、物料、废物、工质、冷却水等所带出的高温热。如锅炉和窑炉的烟道

3、气，燃气轮机、内燃高温热。如锅炉和窑炉的烟道气，燃气轮机、内燃机的排气，焦炭、熟料、炉渣等的高温物理热等。机的排气，焦炭、熟料、炉渣等的高温物理热等。 高温烟气余热可按下式计算：高温烟气余热可按下式计算： Qex=BVextexCex B单位时间燃料平均耗量，kg/h或m3/h Vex单位燃料燃烧产生的烟气量 ，m3/kg或m3/m3 tex烟气排出时的平均温度(); Cextex温度对应的烟气平均比热, kJ/(m3 ) 7 高温产品余热可按下式计算高温产品余热可按下式计算 Qp=GpCp(tP-t0) Gp高温产品产量，kg/h Cp高温产品平均比热,kJ/(kg ) tP高温产品的温度(

4、); t0环境温度()。8 3. 3. 有压性余能：有压性余能：通常又称为余压，它是指某些排气通常又称为余压，它是指某些排气、排水等有压力或有落差流体的能量。利用有压流体、排水等有压力或有落差流体的能量。利用有压流体可以驱动机械作功或发电。可以驱动机械作功或发电。 利用有压流体的低位能发电的功率可按下式计算：利用有压流体的低位能发电的功率可按下式计算： W=gGH/102=1000GH/102=9.81GH G-通过水轮机水的流量, m3/s H水轮机工作水头, m 水轮机的效率, %9(二二) 依据余热资源载热体形态分类依据余热资源载热体形态分类 (1) 固态载体余热资源：固态载体余热资源：

5、包括固态产品和固态中间产包括固态产品和固态中间产品的余热资源、排渣的余热资源及可燃性固态废料。品的余热资源、排渣的余热资源及可燃性固态废料。 (2) 液态载体余热资源：液态载体余热资源：包括液态产品和液态中间产包括液态产品和液态中间产品的余热资源、冷凝水和冷却水的余热资源、可燃性品的余热资源、冷凝水和冷却水的余热资源、可燃性废液。废液。 (3) 气态载体余热资源：气态载体余热资源：包括烟气的余热资源、放散包括烟气的余热资源、放散蒸汽的余热资源及可燃性废气。蒸汽的余热资源及可燃性废气。10 (三三) 余热资源等级划分余热资源等级划分 余热资源等级按余热利用投资回收期划分。余热资源可分余热资源等级

6、按余热利用投资回收期划分。余热资源可分为为一、二、三等余热资源一、二、三等余热资源，其中一等余热资源应优先回收，其中一等余热资源应优先回收，二等应尽快回收，三等可视情况回收。，二等应尽快回收，三等可视情况回收。11(四四) 余热资源量计算方法余热资源量计算方法 余热载体下限温度：当余热利用设备排出的介质温度低于余热载体下限温度：当余热利用设备排出的介质温度低于表中的余热载体下限温度时，其余热资源量的计算应按该表中的余热载体下限温度时，其余热资源量的计算应按该排除温度为余热载体的下限温度。排除温度为余热载体的下限温度。12 余热资源量按下式计算：余热资源量按下式计算： 式中 Qy年余热资源量，k

7、g/a； mi第i种余热载体流量，kg/h或m3/h; Qdiy第i种单位余热载体中可燃成分完全燃烧释放的热量； h1i，h2i第i种余热载体排出状态下和下限温度时的比焓； i排除第i种余热载体的设备年运行小时数。i)2ih1i(hydiQn1iimyQ13余能的利用方式有两种余能的利用方式有两种:一是当热源使用，如通过燃烧器、换热器等设备来预热空，如通过燃烧器、换热器等设备来预热空气、烘干产品、产生热水或蒸汽、进行供热或制冷等气、烘干产品、产生热水或蒸汽、进行供热或制冷等; ;另一种是动力利用，即把余能通过动力机械转换为机械功，即把余能通过动力机械转换为机械功，带动转动机械或带动发电机转换为

8、电力。，带动转动机械或带动发电机转换为电力。 各种余能利用的基本方式见表各种余能利用的基本方式见表3-33-3。141. 干法熄焦余热利用系统干法熄焦余热利用系统 焦炭是由煤在炼焦炉中经高温加热释放出挥发份焦炭是由煤在炼焦炉中经高温加热释放出挥发份而生成的产品。而生成的产品。 炼焦炉排出的焦炭，其温度高达炼焦炉排出的焦炭，其温度高达1000左右。左右。 常规采用常规采用湿法熄焦湿法熄焦，将冷水喷淋赤焦进行冷却，将冷水喷淋赤焦进行冷却，不但赤焦显热全部浪费，而且造成大气热污染。不但赤焦显热全部浪费，而且造成大气热污染。151. 干法熄焦余热利用系统干法熄焦余热利用系统 干法熄焦干法熄焦则是用惰性

9、气体经密封的熄焦室，对赤则是用惰性气体经密封的熄焦室，对赤焦进行冷却。被加热的高温气体送入余热锅炉作焦进行冷却。被加热的高温气体送入余热锅炉作热源，产生蒸汽用于工艺需要或发电。热源，产生蒸汽用于工艺需要或发电。 干法熄焦余热利用的生产流程如图干法熄焦余热利用的生产流程如图3-1所示。所示。16l温度约温度约1000的赤焦出炼焦的赤焦出炼焦炉后，由盛焦桶炉后，由盛焦桶1吊至干熄吊至干熄焦室焦室2内，被循环气体冷却内，被循环气体冷却到到200后，由排料装置后，由排料装置3送送至带式运输机至带式运输机4运往贮焦槽运往贮焦槽。17l作为熄焦用的惰性气体由循作为熄焦用的惰性气体由循环风机环风机5 5将冷

10、风从干法熄焦将冷风从干法熄焦室底部鼓入，流过赤焦层被室底部鼓入，流过赤焦层被加热到加热到800800一一850 850 ，进入，进入沉降室沉降室6 6，除去大粒焦粉后，除去大粒焦粉后送入余热锅炉送入余热锅炉7 7作热源。作热源。 18l从余热锅炉从余热锅炉7 7尾部排出的气尾部排出的气体降温至体降温至200200左右，经除左右，经除尘器尘器8 8除去焦粉后，用循环除去焦粉后，用循环风机打入熄焦室继续循环使风机打入熄焦室继续循环使用用19l给水预热后用给水泵给水预热后用给水泵1010打入打入余热锅炉，用循环水泵余热锅炉，用循环水泵1111进进行炉水的强迫循环。从汽包行炉水的强迫循环。从汽包121

11、2产生的饱和蒸汽，经继续产生的饱和蒸汽，经继续加热后变成过热蒸汽，可供加热后变成过热蒸汽，可供发电使用。沉降室及除尘器发电使用。沉降室及除尘器排出的焦粉，由焦粉输送机排出的焦粉，由焦粉输送机9 9送至粉槽。送至粉槽。202. 2. 工业炉冷却水热量利用系统工业炉冷却水热量利用系统l对于一般工业炉对于一般工业炉( (冶金炉冶金炉) )，其冷却水套，其冷却水套1 1的水温的水温可达可达8080一一90 90 ，这些热，这些热水可直接供给热用户水可直接供给热用户2 2，也可经余热加热器也可经余热加热器3 3提高提高温度后供给热用户温度后供给热用户4 4。用。用户排出的水集中在贮水户排出的水集中在贮水

12、箱箱5 5，然后由泵，然后由泵6 6将冷水将冷水供给工业炉的冷却水套供给工业炉的冷却水套1 1使用。使用。212. 2. 工业炉冷却水热量利用系统工业炉冷却水热量利用系统 为了保护工业炉的冷却为了保护工业炉的冷却要求，配有辅助冷却系要求，配有辅助冷却系统，它将部分高温水在统，它将部分高温水在散热水池散热水池7 7中冷却降温，中冷却降温，然后用泵然后用泵8 8将低温水供给将低温水供给工业炉冷却用。工业炉冷却用。22l一、热电联产技术一、热电联产技术l二、热电联产系统的经济性二、热电联产系统的经济性l三、热、电、冷联产技术三、热、电、冷联产技术l四、热、电、煤气三联供技术四、热、电、煤气三联供技术

13、l五、燃气五、燃气蒸汽联合循环蒸汽联合循环l六、蒸汽的梯级利用六、蒸汽的梯级利用23l 热电厂热电厂：它是在发电的同时，还利用汽轮机的抽：它是在发电的同时，还利用汽轮机的抽汽或排气为用户供热的火力发电厂。燃煤电厂、汽或排气为用户供热的火力发电厂。燃煤电厂、燃油电厂、燃气电厂都可建成热电厂。燃油电厂、燃气电厂都可建成热电厂。l 热电分产热电分产：一般火电厂都采用凝汽式机组，只生：一般火电厂都采用凝汽式机组，只生产电能向用户供电；工业生产和人们生活用热则产电能向用户供电；工业生产和人们生活用热则由特设的工业锅炉及采暖锅炉房单独供应。这种由特设的工业锅炉及采暖锅炉房单独供应。这种能量生产方式称为热、

14、电分产。能量生产方式称为热、电分产。24l 在研究热能转换与利用的系统中，是以在研究热能转换与利用的系统中，是以提高能量提高能量转换和利用效率转换和利用效率来达到节能的目的。来达到节能的目的。l 其中不但注重构成系统的各个热设备的效率，而其中不但注重构成系统的各个热设备的效率，而且在此基础上研究整个系统中且在此基础上研究整个系统中各设备的最优组合各设备的最优组合，做到能源匹配，按质逐级利用。，做到能源匹配，按质逐级利用。25l在工业的供热系统中，在工业的供热系统中，工业锅炉工业锅炉可生产过热蒸汽可生产过热蒸汽或饱和蒸汽，它们或饱和蒸汽，它们可用来发电或带动动力机械可用来发电或带动动力机械，还可

15、用于生产工艺与生活的还可用于生产工艺与生活的供热需要供热需要。l根据水蒸气特性，生产高温高压蒸汽比生产低压根据水蒸气特性，生产高温高压蒸汽比生产低压蒸汽虽热量增加不多，但蒸汽虽热量增加不多，但高温高压蒸汽的作功能高温高压蒸汽的作功能力大大提高力大大提高。26l 如果能使锅炉生产的高温高压蒸汽首先推动汽轮如果能使锅炉生产的高温高压蒸汽首先推动汽轮发电机发电，待温度和压力降到工艺所需的范围发电机发电，待温度和压力降到工艺所需的范围时，再向生产工艺供热时，再向生产工艺供热( (蒸汽或热水蒸汽或热水) )，则就可使，则就可使能源按梯级匹配利用能源按梯级匹配利用，达到节能的目的。，达到节能的目的。l 实

16、现这种最优组合的方式就是实现这种最优组合的方式就是背压式热电联产背压式热电联产系统或系统或抽汽式热电联产抽汽式热电联产系统。系统。2728l 在在背压式热电联产系统背压式热电联产系统中，既将热力循环的冷源中，既将热力循环的冷源损失和汽轮机中不可逆膨胀过程的损失用来供热，损失和汽轮机中不可逆膨胀过程的损失用来供热，又将高效率的大锅炉取代低效分散的供热锅炉，大又将高效率的大锅炉取代低效分散的供热锅炉，大大提高了热能利用率大提高了热能利用率l 在背压式热电联产系统中，其发电量是由热用在背压式热电联产系统中，其发电量是由热用户的热负荷来决定的，即严格按照以热定电的原则户的热负荷来决定的，即严格按照以热

17、定电的原则运行。运行。 l 而在而在热负荷变化幅度较大的地区热负荷变化幅度较大的地区，则采用调整，则采用调整抽汽式汽轮发电机组的热电联产系统抽汽式汽轮发电机组的热电联产系统更为有利。更为有利。29l在抽汽式热电联产系统中，只有抽汽供热部分才是热电在抽汽式热电联产系统中，只有抽汽供热部分才是热电联产，而凝汽发电部分则不是。联产，而凝汽发电部分则不是。l可见，抽汽式供热机组实质上是背压式供热机组和凝汽可见，抽汽式供热机组实质上是背压式供热机组和凝汽式发电机组的组合。式发电机组的组合。30l燃气轮机发电机组的燃气轮机发电机组的排气温度高排气温度高( (约约400-600400-600度度 ) )、流

18、量大、干净，因而是优质的余热资源。、流量大、干净，因而是优质的余热资源。l 其其余热能量比较大余热能量比较大，利用比较方便。如果在燃，利用比较方便。如果在燃气轮机的排气管路上加一台余热锅炉，将燃气轮气轮机的排气管路上加一台余热锅炉，将燃气轮机的排气通入余热锅炉，产生工艺过程用蒸汽或机的排气通入余热锅炉，产生工艺过程用蒸汽或供暖蒸汽，便构成供暖蒸汽，便构成燃气轮机热电联产系统燃气轮机热电联产系统，如图，如图3-43-4所示。所示。31 燃气轮机热电联产系统国外常称为燃气轮机热电联产系统国外常称为“总能系统总能系统”。所谓所谓“总能系统总能系统”，即从单一的原动机产生一个地区或一，即从单一的原动机产生一个地区或一种工艺流程所需要的全部能量，也就是原动机可以按照比种工艺流程所需要的全部能量，也就是原动机可以按照比例同