节能原理与技术3讲课讲稿

节能原理与技术33.1概述能量平衡分两大类:国家和地区的能量平衡;企业和设备的能量平衡:目的从收支平衡出发得出两个指标:企业能量利用率和设备热效率最终降低产品的两大指标之一:成本输入能量=有效利用能量+损失能量3.1概述3.2热平衡3.2.1基本概念热平衡的分类:设备热平衡+企业热平衡;燃料发热量及热值:高位发热量和低位发热量,1KG标准煤的发热量为29270kJ/kg;等价热量和当量热量:①一次能源直接用热值带入,②二次能源包括:电力\蒸汽\石油制品\焦碳\煤气;③耗能工质:压缩空气、氧气、水

后两者需折合为一次能源计算，折算系数称为等价热量3.2热平衡当量热量是指用能过程中所使用的二次能源在工艺过程中实际完全转换的能量，热、功、能的当量热量值都等于1；对二次能源，在计算系统输入热量时，应使用等价热量，在计算实际放出的热量时，应使用当量热量；耗能工质不是热源，在生产过程中，作为原料或消耗工质使用，只有等价热量而无当量热量。3.2热平衡3.2.2热平衡技术指标1能耗①单耗：单位产量或单位产值所消耗的某种能量折算为标准煤的数量；②综合能耗：消耗的总能耗/产品总产量或总产值2能量利用效率①设备热效率锅炉：制冷机热泵3.2热平衡②装置能量利用率（包含有热量回收，全入热）③企业能源利用率（整个企业的用能指标）3回收率（反映企业由于余热回收和利用所带来的节能效益指标2热平衡技术指标3.2热平衡3.2.3热平衡模型及类型1热平衡模型3.2热平衡2热平衡类型（观察目的不同）类型含义供入热设备供入热平衡以供给体系的热为基础一次能源+二次能源锅炉、加热炉、干燥设备全入热平衡以进入系统的全部热量为基础燃料燃烧热+工质带入的显热、化学反应热、回收热化工系统净入热平衡以实际加给体系的热量为基础换热器3.2热平衡供入热平衡（外界供入热的情况）计算公式全入热平衡（余热利用情况）净入热平衡（加给体系的热量利用程度）3.2热平衡3.2.4热平衡时各种热量的计算1.供入热计算燃料燃烧时供给的热量3.2热平衡外界供给系统的电量P和功W3.2.4热平衡时各种热量的计算外界向系统的传热量载热体带入系统的传热量①如果为蒸汽②如果为空气、煤气、烟气高温气体3.2热平衡2.有效能概念及计算概念：达到工艺要求时，理论上必须消耗的最小能量有效能种类：①一般加热工艺，从入口到出口载热体吸收的热量②有化学反应的工艺，有效能为化学反应热③蒸发干燥工艺，有效能等于蒸发物质所吸收的热量④产品中包含部分燃料时，有效能是这部分燃料的发热量3.2.4热平衡时各种热量的计算3.2热平衡3.2.4热平衡时各种热量的计算2.有效能概念及计算⑤系统向外输出电、功时⑥未包括在以上各项中的其他有效能采暖、照明、运输3.损失能量：系统供给热量中未被利用的部分，主要为散失于环境中的热量如不完全燃烧、排烟损失、排水排气等损失热，散热、蓄热、泄漏损失热等3.3设备热平衡3.3.1锅炉热平衡方程3.3设备热平衡3.3.2锅炉热效率3.3设备热平衡正平衡热效率反平衡热效率燃烧效率毛效率与净效率3.3.3锅炉各项热损失的确定1.机械不完全燃烧热损失⑴燃煤锅炉3.3设备热平衡案例1某锅炉所用燃料应用基飞灰含量为21.3%，其中灰渣灰量份额46%，飞灰灰量含量49.63%，漏煤灰量份额4.37%。灰渣、漏煤、飞灰中碳的含量分别为10%，91%，8%，求q43.3设备热平衡⑵燃油锅炉：碳黑粒子会污染受热面，引起尾部再燃烧3.3.3锅炉各项热损失的确定某燃油锅炉干烟气容积为11.5标准立方米，测得烟气中碳黑浓度为1477毫克/标准立方米，燃油的热值为41474千焦/千克，求其机械不完全燃烧损失。案例23.3.3锅炉各项热损失的确定2.化学不完全燃烧热损失燃料燃烧时，CO，H2，CH4未来得及燃烧随烟气排出所造成的热损失。3.3.3锅炉各项热损失的确定案例3某燃油锅炉干烟气容积为11.5标准立方米，测得烟气中碳黑浓度为1477毫克/标准立方米，燃油的热值为41474千焦/千克，排烟中CO=0.28%，H2=0.002%，排烟处空气过量系数为1.05，干烟气容积11.5标准立方米/千克，求化学不完全燃烧损失。3.3.3锅炉各项热损失的确定3.排烟与散热损失（20%以上）①排烟热损失煤种重油无烟煤烟煤褐煤泥煤木材m0.50.20.40.71.71.4n3.453.653.553.93.93.83.3.3锅炉各项热损失的确定分析：排烟热损失取决于排烟温度和过量空气系数；排烟温度每升高12-15℃，排烟热损失增加1%；空气过剩系数每增加0.1，排烟热损失增加0.7%；10吨以上锅炉排烟温度应低于160℃3.3.3锅炉各项热损失的确定案例4设燃烧1千克油的排烟量为12.1标准立方米：空气入炉温度20℃，排烟温度180℃，烟气比热1.4，机械不完全燃烧损失1.3%，求排烟热损失。3.3.3锅炉各项热损失的确定②散热损失：经验选取，一般在2%-3%当锅炉在满负荷工作时：按下表查出蒸发量/t.h-1461015203560无尾部受热面2.11.5有尾部受热面2.92.41.71.51.31.00.83.3.3锅炉各项热损失的确定当锅炉在非额定负荷工作时：按下式计算3.3.3锅炉各项热损失的确定4.燃煤炉灰渣物理热损失（渣温600-800℃带走部分热量）3.3.3锅炉各项热损失的确定案例5设某燃油锅炉蒸发量为15t/h。过热蒸汽压力为2MPa,温度为400℃。给水温度105℃，压力为2.2MPa。燃料为重油，消耗量为1110kg/h，入炉温度100℃，环境温度20℃。根据案例2、3、4的结果，求正平衡效率及反平衡效率。3.3.3锅炉各项热损失的确定3.3.3锅炉各项热损失的确定3.3.3锅炉各项热损失的确定3.4火用平衡3.4.1火用的分类对应于系统与环境的关系可分为:物理火用和化学火用根据能量性质分类:热量火用、冷量火用、机械能火用按工艺过程分：输入火用、输出火用、燃料火用、排烟火用3.4火用平衡3.4.2火用损及火用损率3.4火用平衡1.燃烧过程的火用损:等于燃料火用与燃料产物火用之差2.传热过程的火用损:在完全燃烧的情况下对于热水锅炉及原油加热炉,因无尾部受热面有尾部受热面的设备,分别计算,然后相加3.散热的火用损:3.4火用平衡4.排烟火用损:5.换热过程火用损:6.化学反应火用(损):反应前后化学火用的差值放热反应,计入反应前物质,对于吸热反应,计入反应后物质3.4.3火用平衡与火用效率3.4火用平衡1.火用平衡:系统的收入火用与支出火用应当平衡以全入火用为基础的火用平衡方程如下:2.火用效率:系统实际得到的有效火用与供给火用之比,对于各种用能设备,以供入热为基础进行计算3.4火用平衡以反平衡法计算:对于整个企业,则用能效率表示为对于石油、化工装置、全入火用效率为火用的回收率为3.4火用平衡应用举例案例6设某单级汽轮机，进汽压力为p1=10MPa,温度t1=540℃,排汽压力为p2=0.005MPa,相对内效率ηri=0.81，环境温度20℃。求该机的绝对内效率，汽机的火用效率、热损失、火用损失。3.4火用平衡应用举例案例6（续）设某单级汽轮机，进汽压力为p1=10MPa,温度t1=540℃,排汽压力为p2=0.005MPa,相对内效率ηri=0.81，环境温度20℃。求该机的绝对内效率，汽机的火用效率、热损失、火用损失。3.5热平衡及火用平衡结果的表示方法3.5热平衡及火用平衡结果的表示方法3.5.1热流图和火用流图3.5热平衡及火用平衡结果的表示方法3.5.2表格表示法3.6提高能源利用率的途径3.6.1提高锅炉热效率的途径降低Q21.降低排烟热损失增加尾部受热面10%降低排烟温度1%/15-20℃大：160℃小250℃

布置空预器布置省煤器热泵热源清灰降阻合适的空气过量系数0.7%/0.13.6提高能源利用率的途径2.提高运行水平降低Q3,Q43.6提高能源利用率的途径降低Q3,Q4燃料完全燃烧足够的空气助燃足够的炉膛温度足够的反应时间节能自动控制保持炉膛高温提高风粉温度提高炉膛温度3.6.2提高锅炉火用效率的途径3.6提高能源利用率的途径火用损分析：燃烧过程化学能未能完全转变为热能；提