节能原理与技术

节能原理与技术中国矿业大学机电学院动力工程系韩东太CUMT课程性质目的和任务本课程是面向热能与动力工程专业本科生的一门综合选修课。它主要包括：热力发电和供热中的基本原理技术（如热电联产、燃气蒸汽联合循环、热泵供热等）、火力发电和供热的节能技术（如发电厂热力系统节能理论、热管技术、泵与风机节能技术等）及新能源的开发利用，是能源工作的重要基础知识。通过本课程的学习，了解和掌握火力发电和供热各种型式的基本原理、特点与发展前景、常规火力发电与供热过程的节能方法和新能源的发展状况，拓宽学生的知识面，为培养科研人员和高级工程技术人才奠定基础。参考书目陈听宽等，节能原理与技术，机械工业出版社李崇祥等，《节能原理与技术》，西安，西安交通大学出版社周鸿昌编著，《能源与节能技术》，上海，同济大学出版社林万超著，《火电厂热系统节能原理》，西安，西安交通大学出版社

一、总论世界和我国能源消费及资源状况能源的分类和利用热能转换与利用中的节能技术可再生能源我国的节能政源现况总结（节能的意义）2004年底石油(亿吨)煤(亿吨)天然气(万亿立方米)中国23(1.4%)1145(12.6%)2.23(1.2%)世界1642.89087.3185.8世界和我国能源剩余可开采量1、世界及我国能源消费及资源状况我国GDP增长率随能耗变化趋势1、世界和我国能源消费及资源状况潜在的能源危机诱因：后果：经济又进入一个快速发展期能源建设滞后于经济发展2002年12个省级电网拉闸限电；2003年23个省级电网拉闸限电；2004年24个省级电网拉闸限电。能源利用率低1、世界和我国能源消费及资源状况世界主要经济国家能源利用率世界主要国家能源利用经济效率世界平均水平是中国的2.6倍日本是中国的6.1倍1、世界和我国能源消费及资源状况能源的分类能源的分类按能源性质分按来源来分核能(裂变和聚变1kgU235裂变相当于2000toe)和地热能

太阳辐射能(6×1017kW·h/a)潮汐能一次能源二次能源再生能源不可再生能源燃料能源:矿石\化工\生物非燃料能源:利用机械能\热能能源本身特征含能体能源/可储存（水库）过程性能源/不可储存（流水）按能源污染程度清洁能源/太阳能，风能非清洁能源/煤炭石油2、能源的分类和利用能源的转换和利用

能源评价的技术指标能流密度：就是在一定空间或面积内，从某种能源实际所能得到的能量或功率，太阳能100W/m2；开发费用和设备价格；存储可能性与供能连续性；运输费用与损耗；对环境的污染；储藏量；能源品位。2、能源的分类和利用3、热能转换与利用中的节能技术3.1工业锅炉提高热效率的有效途径3.2余热利用3.3热电联产和集中供热3.4燃气—蒸汽联合循环3.5清洁、高效新型燃料3.1工业锅炉提高热效率的有效途径3.1.1燃煤链条锅炉存在问题：因q2

和q4高，热效率低，一般７０％；污染严重。措施:(燃烧无烟煤链条锅炉)合理布置前后拱，及时着火，提高燃烬；合理配风，控制过量空气系数，热风；二次风。3.1.2循环流化床（CFB）锅炉*存在问题：锅炉热效率比煤粉炉低,大约85%;主要原因是飞灰含碳量高，大约达25%。*措施：设计时选择合适的流化气速，炉膛高度，保证煤颗粒在炉内获得充足的停留时间；保持床层和炉膛950℃以上的高温，以提高飞灰燃尽率;

要正确设计燃料破碎系统,减少飞灰份额;选择一个高效的分离器。3.1.3油、气锅炉

对于油炉：由于先进的燃烧器和成熟的本体设计，柴油燃尽率和排烟温度都可控制到理想程度，故油炉提高热效率已没有多少余地。但重油还有余地。如果本体设计有缺陷，排烟温度过高，可根据燃烧器背压余量布置热管省煤器。对于气炉：大量水蒸气携带着可观的汽化潜热离开锅炉。这部分热量约占天然气低位发热量的14%。它等于燃料高低位发热量之差。尽可能多地通过锅炉受热面或特殊换热器把排烟中的水蒸气凝结下来，回收其热量，就能较大幅度地提高锅炉热效率。

重油滋燃烧货技术目的胃：提章高雾室化质柴量，钓降低q4和颗挨粒物边排放雾化雨技术:转杯储雾化伪和气忧泡雾命化降低识黏度:预热撑或掺状适量妖轻油掺水休燃烧:合理胳掺水吃率可侵降低q4和烟凝气黑霜度转杯仍雾化亡技术65递00价/m榆in高速宁旋转稳的转罪杯--谁--离心肾力作请用导享致油即膜越向来越喝薄高压(由高旁速旋暂转叶欢片升拴压至刑１00永0m闲mH2O以上装，风架速达10阻0m可/s叼)的一径次风(风量弄的10刘%)把薄菊油膜亮粉碎师至几蒜十微岸米颗虹粒。气泡晋雾化梢喷嘴隙技术气泡麦雾化我喷嘴冒技术脖是用买气泡宋作为自雾化骆的动它力，增利用燃气泡奴的循产生灾、运果动、泥变形知直到汁出口旱爆破苍来产活非常宴细小航的液哀雾。主要踏特点烟为:（1）液处雾颗健粒粒疤度小(平均志直径MD鸟≤4滔0µ贷m)，尺险寸分咬布均怖匀(尺寸秃分布饿指数N>今2)；（2）雾化臣效果翼基本话不受衔燃油匠粘度其大小造的影残响,粘度卵使用查范围峰宽，怠；（3）燃雷烧完村全，乏不冒倡黑烟,燃烧紫效率晨达99费.5帅%以上洋，燃战烧产线物中占污染片物低净于国额家环树保局扛规定滴的各作项指云标；（4）燃割烧器线不结昨焦、沿不堵校塞；（5）火誓焰刚厌性强兵，喷赏射速曾度高蠢；（6）雾怀化效师果不延随流中量大或小影此响，绍流量释调节胸比大螺，可档达1:哨5冷凝挥式锅啦炉将排拒烟温续度降蔽到足带够低孟，以扔使烟绕气中橡的水饭蒸气脑凝结粪下来饱，凝涌结水泻的汽岔化潜旬热得粮以回圣收利润用。根据嫁陕北条天然爹气的当定量豪计算蜂可得假，每慎凝结10币%的水诊，锅顿炉热肉效率善可提然高约1.女2%。冷凝雕式锅休炉分懂为接铁触式疏和非念接触平式两皇种。冷凝恳式锅男炉的怕腐蚀愤问题牛及其澡对策严。3.割2余热锯利用3.颈2.波1余热勺资源3.佳2.升2余热鸡利用讲方式3.籍2.户3热管碑和热椒泵技男术3.体2.振4热能耻的贮仆存系湿统3.拿2.盗1余热岔资源余热域资源掠属于舌二次悠能源赏。衡量僵余热昌资源飘不仅党要看千数量蹦，还袍要看倘质量族。按余隆热温眉度范隆围可吼分：乱高温于余热挨（≥5宣00讯℃）；悬中温昂余热勇（25绩0～50加0℃）；惊低温辅余热昏（≤2宿50配℃）3.正2.木2余热缝利用缸方式直接落利用（1）预旱热空坟气或乐煤气（2）预清热或敢干燥勇物料（3）生企产蒸圾汽或烟热水（3）余惧热制蛋冷，抢作为带吸收梯式制蜘冷机告的热涨源余热伐发电（1）利量用余狮热锅炼炉产庭生蒸悦汽，描按凝崇汽式鹿机组捞循环或样背压跨式供筋热机感组循待环发叫电（2）以牵高温约余热艰作为芒燃气蓝轮机惨工质耕的热锹源（3）采知用低肉沸点岂工质堵回收传中低精温余帐热3.昂2.宋3热管督换热虹器钢水垫热管老的特比点：秆很高擦的传坛热能芹力；究很强渠的热趟流密犬度变恼换能悲力；兔传热垄效率茅高；常工作盏可靠射等。余热提回收崇中的辆应用毒举例亮：（1）热朽管开稀水器（2）热腹管空凳气预除热器却或热户管省慢煤器3.排2.愉4热能行的贮辫存系挺统对蒸绣汽能枝量进纳行贮毛存的盯设备漂称为夸蓄热违器。枯实用液的蓄灶热器早是以乌热水童作为缺载热贷体，突将热听能贮选存在都高压严饱和织热水张中，幅然后友利用恼降压唯闪蒸带产生绵蒸汽标。变压答式蓄伞热器论：工泽作压屋力0.址5～2.析0M霜Pa；工作蜓温度20香0～30阵0℃针对葱许多赛工业右部门肿（例宁如造汤纸、歪印染脑、食愈品、类化工疮、橡遍胶等防）的射用汽晃设备锻对蒸译汽的抖需用斜量往良往是戏不均祝衡的罪，波愉动很演大，卖因此仓供汽亮锅炉控负荷颈也会至变动惊，蒸产汽压舱不稳炸，造弹成锅冻炉工没况不祥稳，碰效率毁下降孝，则肢最适纷用与绢采用肚蓄热你器。设置闹蓄热挪器后刘，其卵经济俩效益称的大雕小是平取决选于用术汽负握荷波掩动的爆幅度谅及频昆繁程盈度。3.抖2.驰5蓄冷骗技术意义岔：移峰暑填谷扯，节份电省少钱所谓蛇蓄冷稻就是称让制垃冷机俯组在迟电力肿负荷学低谷派期运享行，定所产六生的鸣冷量伟储存易起来腐，在左需要蚁时才悬将冷恢量释牌放出旧，满因足生娃产和织生活驴用冷扶的需叠求。冰蓄歉冷：水蓄团冷系桥统就淹是利谨用水猎的显凑热来后储存唯冷量烟，水钉经冷享水机诉组冷龙却后虹储存竭于蓄称冷罐拼中用感于次循日冷即量供浅应。侍蓄冷有量的龄大小挂取决角于蓄细冷罐死容积杆和蓄唇冷温泪差。牢所谓慎蓄冷惹温差钞是指苏负荷拔回流霞水与耽蓄冷忠罐供驴冷水盾之间璃的温亦度差客。水蓄政冷：冰蓄现冷就保是将语水制释成冰届，利垮用水耗的相粮变潜谜热进跪行冷植量的樱储存纺。由这于冰貌蓄冷摄除了寨可以合利用河一定堂温差嗓的水铃显热徐外，舅主要旷利用甩的是33浸5k恭J/抬kg的相键变潜递热。橡因此男，与览水蓄逼冷相避比，窑储存饶同样杂多冷杆量，量冰蓄牵冷所螺需的面体积着比水翅蓄冷溉的体略积小忙得多帅。3.坑2.伴6载热抱体加抬热炉优势:高温语低压扬，不色用水屈处理浮；载热逐体介施质：船矿物粘油，韵盐；运行排注意悲点：具介质熄析碳罗，受赵热面碧结焦炊（例馒）隔运行士时要散监控腐盘管鼠进出辅口压睁差和活温度.此外检，矿绸物油踩要过静滤和躲补充顶．3.叮3热电栏联产叼和集补中供仗热目的披：提任高能泡源利邮用率赛，达栽到CO2减排迁。国家亮规定5万kW以下疼小型兽火电辰机组垫要关派闭；彻但热楚电联锈产可霜以上陵（只喊要总四效率撞大于45海%，热厉电比撕大于1）。氧改造搭或新犹建可欲选择CF吓B锅炉集中营供热场：可瞎选择鸟大容落量高介效率设的锅族炉替则代众杯多低辱效高揉污染天的小沿型锅肚炉。在热饥电联瘦产的她建设统中，唐从以下燃煤体为主菊的热挠电厂公向燃下气的辆热、投电、似气三蚊联供料热电侨厂发寇展；串分布印式热将电冷闷联产兽也得纷到迅鸡猛发径展。热、吩电、扬煤气照三联介供屠（整岛体煤纪气化视联合禾循环煎）冷热抵电联墓产(C被CH碗P)是一纱种建陷立在鼓能量魂梯级下利用仪概念倚基础坡上,通过词能量奶梯级谈利用塔原理,使锅请炉(或其衣他热丧工设雹备)产生充的具啄有高救品位猫的热婚能蒸沿汽通肆过汽次轮机泻发电,同时县冬季氏利用披燃汽剖轮机盖抽汽也或排萝汽向不用户围供热,夏季白利用齿吸收畜式制妨冷机羡向用领户供旗冷以岸及全唉年提渠供卫散生热持水或完其它咳用途锋的热合能的纷一体援化多吧联产叠系统救。冷热款电联陕产系棕统是以鸡下系纷统的资集成:发电根设备前、热稀工系陡统、长锅炉芹或蓄捎热系述统、疲通风/室内遮空气膏品质狼系统脚以及寒建筑龟控制司和系胜统集糊成技叶术。冷热忘电联险产(1设)发展CC坚HP系统肌有助特于提培高能前源利谨用率CC汽HP系统龄可大械幅度牵提高非能源膨利用步率,其能源综挡合利婚用率更可达赌到80半%～90初%。(2粉)发展CC沿HP系统忍有助股于环宇境的障保护CC易HP系统CO2排放蓬仅为横传统惩能源夕系统孩的30齿%～50宾%。(3经)发展CC丑HP系统谎有助召于缓差解电绵力高灯峰负洲荷(4的)发展CC泉HP系统租可以熄提高晋供电投安全景性冷热扯电联制产3.驱4燃气—蒸汽松联合坟循环燃气—蒸汽宏联合谷循环坝利用厨了燃阴气侧汗高温美吸热成和蒸敬汽侧崇低温本放热鸦的特劣点,使得甚联合灵动力筑装置傲的总券效率冈比常描规的尖高参牵数纯抵蒸汽猪动力肉装置且的效拘率(最高临约为40拨%)高得将多。由于椅联合钻循环攻热效剖率达55惯%和天遣然气场中含桑有大霸约25沫%(重量冶比)的氢词气这西两个床因素道，使示得天堤然气钞联合恒循环剧发电这厂单械位发它电量旧所产蕉生的汤温室去气体CO2减小岛了50％。整体钓煤气背化联尖合循吊环（IG妙CC叶-I思nt晴eg畏ra跪te蹦d麻Ga丑si爪fi药ca陕ti具onCo离mb布in怪ed劝C深yc社le）发电神系统碎，是跑将煤病气化悔技术沸和高显效的馒联合树循环河相结顺合的骨先进预动力旦系统捕。它能由两言大部个分组蝇成，饰即煤下的气吨化与巡寿净化搭部分愁和燃阶气-蒸汽言联合帜循环凶发电注部分贴。3.满5清洁卧、高苍效新矮型燃严料清洁相燃料况型二雀甲醚甲醇似及醇票醚燃非料清洁也燃料终型二宪甲醚二甲驶醚简刘称DM择E饥(Di捞me吃th彼yEt接he怨r)槽,DM鸣E在常倦温常馒压下穴为无匹色无赤味气台体。饮因其诞良好泄的理宣化性柿质,可广火泛地转应用壶于化祖工、左日化烫、医诊药和滑制冷龟等行络业。始近几掌年更撇因其开燃烧得性能柔好、瓣清洁蓬、辛便烷值泪高、凭动力咳性能宰好污很染少斧等特恩性,用于斤车用棒替代晚燃料,具有筛天然般气、门甲醇播、丙琴烷、区丁烷梯、柴则油等揪不可纠比拟信的综略合优间势。甲醇恰及醇标醚燃村料甲醇西及醇址醚燃恼原料穿来源任丰富浸，有唯害排号放物陕少，遥机动爆好，肚正在描逐步剖进入惹现有纠的车墨用燃底料市撤场。甲醇普可由恋合成浅气合唉成，朗煤炭禾、石恰油、纵天然搂气、箩沼气万、生菌物质法等均开可转铺化为螺合成身气，左因此璃，甲尊醇原牛料来在源十减分广母泛。乏甲醇拦可由雀Ｃ增Ｏ2＋Ｈ2合成庙，在笔使用圾时，猾又可悟利用虹发动草机余为热重易整为盆ＣＯ2＋Ｈ2。利迈用核汤能或农太阳绕能，救二氧弄化碳慕和氢民气合后成为粮甲醇悬，在饥发动忌机中射，甲钻醇先戒重整耗为二乓氧化晴碳和攀氢气点，氢钟气可析以作导为发世动机党的燃放料。甲醇田的抗家爆震挂性能膛好，桌其辛荒烷值聋超过11点0，甲疯醇可心以部蠢分地于代替爷芳烃刃作为忍汽油翅的辛符烷值份增进叉剂，侄从而湖降低狱汽油妨中芳辞烃的烛含量考。4.可再崇生能礼源4.耀1太阳剧能4.挥2地热遮能4.铺3海洋眼能4.纤4沼气4.麻1太阳倍能及兔其利义用方限式目前吓对太绩阳能撞的利忽用主棵要是离通过峰两条秧途径:光热罢利用程和光汉电利切用。光热鄙利用包括随太阳坏能热乡丰水器粉和热晨水工内程以辉及太狭阳能狠的吸呈附式制制冷如等。光电乳利用现阶笔段主陈要是隐直接捏利用,即采毅用太栗阳能持电池鼓进行拿光电齿的直屋接转发换。利用祖太阳颗能加设热工珍质,驱动恩热力锹机械遥循环扛做功括发电,是太枕阳能剂光电肺转换相的第某二种箩方式肠。4.邻2地热毙能利糕用方诸式直接伪利用疏温泉谨或热虫水井溪的热补水供浴温室播或供骗暖用建立谎地热德电站仙转换炭成电每能（1）利有用干路燥的细过热座蒸汽酱和高煌温水壁发电（2）利崖用中真等温魄度（10缸0℃）水唤通过屡双流挑体循飞环发垃电设旧备发明电4.锤3海洋固能海洋束能指依甩附在较海水步中的夫可再怪生能钻源，放海洋哑通过卡各种络物理炉过程兆接收绳、储插存和字散发阵能量起，这误些能颤量以承潮汐并、波炭浪、测温度务差、茅盐度航梯度么、海宪流等笛形式烫存在网于海塘洋之每中。海水衣温差烦能是热孕能，颜低纬匆度的落海面裕水温嗓较高鞋，与荣深层烦冷水载存在处温度龙差，男而储衫存着灰温差兽热能齐，其筛能量重与温碗差的透大小驳和水爆量成树正比澡。潮汐爬、潮榜流，暗海流巩、波纤浪能都是资机械残能。5、我翠国的丝式节能任政策握现况党中释央、棕国务芒院高糕度重笔视节笑能工壳作：胡锦德涛总渐书记瞒、温视家宝暗总理驼多次用就节弄约能社源资桶源工众作做柔出重奖要指枕示。国家抹对节原能工肝作的棚定位绑：党的蛇十六撒届五停中全讨会提跑出把册节约裳资源庆作为选基本谁国策附。确定亮国家臂节能观指标嘉：“十尾一五驰”规寨划《伴纲要猜》把饲“十距一五草”时缩慧期单何位GD住P能耗豆降低井20司％左匹右作吵为约屈束性惑指标紧。1.登我然国的染节能晕政策CN喜IS政府症节能丈政策建立廊节能因激励柿政策实施般严格好节能楼管理拌制度高耗展能产惹品淘户汰制息度能效联标识吉管理被制度税收柳政策政府衡采购欧政策开展税节能弟工程名及活美动资源雷节