节能原理与技术讲义

-1-子模块一、节能减排改革开放以来，中国经济维持了高速增长。但进入新世纪后，随着经济的发展，环境污染问题也越来越突出，突出体现在废水、废气和固体废物等对河流、空气和土壤的污染，这些污染已经严重影响到人们的生活，也影响到中国的可持续发展能力。环境承载力已经成为中国经济持续发展的瓶颈，因此，尽最大可能降低能源消耗、减少污染物排放是中国经济发展的内在要求，也是建设和谐社会的内在要求。节能减排是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措；是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；对于调整经济结构、转变增长方式、提高人民生活质量、维护中华民族长远利益，具有极其重要而深远的意义；也是我国对国际社会应该承担的责任。我们要充分认识节能减排工作的重要性和紧迫性。我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境代价，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐，群众对环境污染问题反应强烈。这种状况与经济结构不合理、增长方式粗放直接相关。不加快调整经济结构、转变增长方式，资源支撑不住，环境容纳不下，社会有坚持节约发展、清洁发展、安全发展，才能实现经济又好又快发展。同时，温室气体排放引起全球气候变暖，备受国际社会广泛关注。进一步加强节能减排工作，也是应对全球气候变化的迫切需要，是我们应该承担的责任。(一)节能减排是中国可持续发展的必然选择关于中国的能源家底，有一种说法是中国富煤、贫油、少气。节能减排完全没有必要，而实际上，煤炭资源虽然绝对数量庞大，但1800亿吨左右的可采储量，只要除以13亿这个庞大的人口基数，人均资源占有量就会少得可怜。石油，我国去年消费原油3.2亿吨，当中1.5亿吨来自进口。这就显示，节能减排的重要性，即使将新发现的渤海湾大油田10亿吨储存全部开采。也仅我国节能减排的压力比世界上任何一个国家都要大，特别是，我国还是世界上能源浪费较为严重的国家之一。我国应该节能减排不能像美国那样消耗能源，现在我国平均每人每年消耗石油200公斤，美-2-贸易量，全部贸易量给中国都不够。我们必须走一条节能减排新兴工业化道路，建设资源节约型、环境友好型社会。”(二)节能减排是遵循人类社会发展规律和顺应当今世界发展潮流的战略举措节能减排的重要性，工业革命以来，世界各国尤其是西方国家经济的飞速发展是以大量消耗能源资源为代价的，并且造成了生态环境的日益恶化。有关研究表明，过去50年全球平均气温上升的原因，90%以上与人类使用石油等燃料产生的温室气体增加有关，由此引发了一系列生态危机。节约能源资源，保护生态环境，已成为世界人民的广泛共识。保护生态环境，发达国家应该承担更多的责任。发展中国家也要发挥后发优势，避免走发达国家“先污染、后治理”的老路。对于我国来讲，进一步加强节能减排工作，既是对人类社会发展规律认识的不断深化，也是积极应对全球气候变化的迫切需要，节能减排是树立负责任的大国形象、走新型工业化道路的战略选择。(三)节能减排是应对资源稀缺与环境承载能力有限的挑战的必然选择近年来，我国资源环境问题日益突出，节能减排形势十分严峻。我国人均水资源占有量仅为世界平均水平的1/4，到2030年将成为世界上严重缺水的国家。我国的石油、天然气人均占有储量只有世界平均水平的11%和4.5%，45种矿产资源人均占有量不到世界平均水平的一半。我国人均耕地面积不足1.5亩，不到世界平均水平的1/2。目前，我国能源利用效率比国际先进水平低10个百分点左右，单位GDP能耗是世界平均水平的3倍左右。环境形势更加严峻，主要污染物排放量超过环境承载能力，流经城市的河段普遍受到污染，土壤污染面积扩大，水土流失严重，生态环境总体恶化的趋势仍未得到根本扭转。发达国家上百年分阶段出现的环境问题，近20多年来在我国集中出现。由于我国已经进入工业化和城镇化加速期，重化工业较快增长还会持续一段较长时间，这一过程中能源资源消耗和污染排放与经济增长一般呈现正向关联。因此，在资源稀缺与环境承载能力有限的情况下，传统的高投入、高消耗、高排放、低效率的增长方式已经走到了尽头。不加快转变经济发展方式，资源难以支撑，环境难以容纳，社会难以承受，科学发展难以实现。因此，为了我们的国家，为了我们了社会，为了更好的生存我们必须贯彻实施节能减排计划。为了降低能耗和污染物的排放量，中国政府积极推进产业结构调整，转变经济增长方式，落实科学发展观。政府采取了各种优惠措施，加快发展服务业，推进工业结构优化升级。中国政府还坚决关停小火电、小水泥厂等高污染、低能效的落后产能。此外，中国也在努力与国际社会合-3-作研究清洁煤技术，这将为中国清洁利用丰富的煤炭资源提供可行的技术条件。不仅如此，中国也在通过各种措施提高人们在生产、生活中的节能意识。节能减排关系社会可持续发展，关系广大人民群众切身利益，但目前节能减排工作任务相当艰巨，必须下最大的决心，用最大的力气，采取各种有效措施，并需要全民动员，从现在做起，从点滴做起。(一)要加快产业结构调整要大力发展第三产业，以专业化分工和提高社会效率为重点，积极发展生产性服务业；以满足人们需求和方便群众生活为中心，提升发展生活性服务业；要大力发展高技术产业，坚持走新型工业化道路，促进传统产业升级，提高高技术产业在工业中的比重。要积极实施“腾笼换鸟”战略，加快淘汰落后生产能力、工艺、技术和设备；对不按期淘汰的企业，要依法责令其停产或予以关闭。(二)要大力发展循环经济要按照循环经济理念，加快园区生态化改造，推进生态农业园区建设，构建跨产业生态链，推进行业间废物循环。要推进企业清洁生产，从源头减少废物的产生，实现由末端治理向污染预防和生产全过程控制转变，促进企业能源消费、工业固体废弃物、包装废弃物的减量化与资源化利用，控制和减少污染物排放，提高资源利用效率。(三)要强化技术创新要组织培育科技创新型企业，提高区域自主创新能力。加强与科研院校合作，构建技术研发服务平台，着力抓好技术标准示范企业建设。要围绕资源高效循环利用，积极开展替代技术、减量技术、再利用技术、资源化技术、系统化技术等关键技术研究，突破制约循环经济发展的技术瓶颈。(四)要加强组织领导，健全考核机制要成立发展循环经济建设节约型社会工作机构，研究制定发展循环经济建设节约型社会的各项政策措施。要设立发展循环经济建设节约型社会专项资金，重点扶持循环经济发展项目、节能降耗活动、减量减排技术创新补助等。要把万元生产总值、化学需氧量和二氧化硫排放总量纳入国民经济和社会发展年度计划；要建立健全能源节约和环境保护的保障机制，将降耗减排指标纳入政府目标责任和干部考核体系。为了我们的国家，为了我们的社会，为了更好的生存，我们必须牢固树立和全面贯彻科学发展观，贯彻实施节能减排计划，积极探索出一条社会经济又好又快发展的途径。-4-子模块二、能量的平衡用能设备及企业，要消耗能源以电能、热能、机械能等来生产各种产品。人们关注的主要问题，一是产品的质量，二是能源消耗水平，及能源利用效率的高低。前者涉及生产工艺、生产流程及操作水平，后者涉及用能水平。在能源消耗量日益剧增、世界能源相对紧缺的情况下，提高设备热效率，提高企业的能量利用率，已愈来愈为人们所重视。进行企业或者设备的能量平衡，以评价其能源利用状况，找出能源浪费的环节或部位，优化用能过程，指导节能工作，达到降低成本、提高生热力学第一定律是热平衡的基础，他是能量转换与守恒定律在伴随着热效应的物理及化学过程的应用，指出各种能量在传递和转换过程中，其总量是守恒的。过程进行中，输入能量一部分被有效利用，或对外做有用功，或引起工质的能量变化，另一部分则被损失掉，即输入能量=有效利用能量+损失能量由于所有耗能设备总要消耗燃料或其他能源，对输入系统的能量和离开系统的能量进行数量上一个处于任意平衡状态的系统，在没有宏观功的条件下，靠系统与外界直接相互作用以改变系统状态的方式称热接触(或热交换)。两个热力学系统进行热接触时，系统原来的平衡状态一般都将热平衡。平衡的两个系统的冷热程度相同。(1)设备热平衡以一台设备或装置为对象的热平衡。(2)企业热平衡以车间、企业为对象的热平衡。企业热平衡建立在设备热平衡的基础上。我国以制定了相应的热平衡国家标准，并已对如锅炉、工业窑炉、用汽设备等设备和如石化厂、发电厂等企业开展了热平衡工作。热平衡方程(热交换定律)温度不同的两个或几个系统之间发生热量的传递，直到系统的温度相是内能的转移，高温物体内能的减少量就等于低温物体内能的增加量。-5-此方程只适用于绝热系统内的热交换过程，即无热量的损失；在交换过程中无热和功转变问题；而且在初、末状态都必须达到平衡态。系统放热，一般是由于温度降低、凝固、液化及燃料燃烧等过程。而吸热则是由于温度升高，熔解及汽化过程而引起的。设备热平衡是企业热平衡的基础，只有设备用能合理，才能使企业用能合理。在我国，无论是工业生产还是家庭用户，大量使用锅炉。发电厂所用的电站锅炉，每年约消耗我国煤产量的三分之一。工业锅炉及家庭用煤又消耗约三分之一。而锅炉尤其是工业锅炉的热效率较低，做好锅炉热平衡，燃烧放出的热量也只有一部分被工质所吸收，还有一部分随炉渣烟气排放到环境中。尽量减少损失热是提高锅炉效率的有效措施。一、锅炉热平衡的概念在稳定工况下，输入锅炉的热量应与输出锅炉的热量相平衡，锅炉的这种热量收、支平衡关系，工况下，锅炉热平衡方程式可写为：kJ/kgQ=Q+Q+Q+Q+Q+kJ/kgr123456以百分数表示的热平衡方程式，即qqq+q+q+q%123456二、锅炉热平衡的意义研究锅炉热平衡的意义，就在于弄清燃料中的热量有多少被有效利用，有多少变成热损失，以及热损失分别表现在哪些方面和大小如何，以便判断锅炉设计和运行水平，进而寻求提高锅炉经济-6-性的有效途径。锅炉设备在运行中应定期进行热平衡试验(通常称热效率试验)，以查明影响锅炉效率的主要因素，作为改进锅炉的依据。一、锅炉输入热量对应于1kg固体或液体燃料输入锅炉的热量Q包括燃料收到基低位发热量、燃料的物理显热、r外来热源加热空气时带入的热量和雾化燃油所用蒸汽带入热量，即Q=Q+i+Q+Qrar.netrwhwri=c.trp,arr对于燃煤锅炉，如燃煤和空气都未利用外部热源进行预热，且燃煤水分M<Q/630，则锅arar,net炉输入热量就等于燃煤收到基低位发热量，即Q=Qrar,net二、锅炉有效利用热量锅炉有效利用热量包括过热蒸汽的吸收，再热蒸汽的吸收、饱和蒸汽的吸收和排污水的吸热。当锅炉不对外供应饱和蒸汽时，则单位时间内锅炉的总有效利用热量Q可按下式计算，即Q=D(hph)+D(hphp)+D(hh)kW3—10)grgrgszrzrzrpwpwgs每千克燃料(对气体燃料为每Nm3)的有效利用热量Q可用下式计算1Q[D(h"h)+D(h"h')+D(hh)]Q==grgrgszrzrzrpwpwgskJ/kg(3—11)1BB当锅炉排污量不超过蒸发量的2%时，此时排污水热量可略去不计。机械不完全燃烧热损失是由于灰中含有未燃尽的碳造成的热损失。运行中的煤粉锅炉，机械不完全燃烧热损失是根据锅炉的飞灰量与灰渣量，以及飞灰和炉渣中可燃物含量的百分数来计算。-7-机械不完全燃烧热损失的计算：介绍a和a表示飞灰和炉渣中灰量占燃料总灰量的份额，分别称为飞灰份额和炉渣份额。对于固fhlz态排渣煤粉炉，飞灰份额和炉渣份额的推荐值分别为：a=0.90~0.95，a=0.05~0.10。fhlz影响机械不完全燃烧热损失q的主要因素有：燃烧方式、燃料性质、煤粉细度、过量空气系数、4炉膛结构以及运行工况等。(1)不同燃烧方式的q数值差别很大，层燃炉、沸腾炉这项损失较大，4旋风炉较小，煤粉炉介于两者之间。(2)煤中灰分和水分越多，挥发分含量越少，煤粉越粗，则q4越大；(3)在燃料性质相同的情况下，炉膛结构合理(有适当的高度和空间)，燃烧器结构性能好、布置适当，配风合理，气粉有较好的混合条件和较长的炉内停留时间，则q较小；(4)炉内过量空444(6)锅炉负荷过高将使煤粉来不及在炉内烧透，负荷过低，则炉温降低，都会导致q4增大。二、化学不完全燃烧热损失化学不完全燃烧热损失是由于烟气中含有可燃气体造成的热损失。这些气体主要是一氧化碳，另外还有微量的氢和甲烷等。3影响烟气中可燃气体含量的主要因素是：炉内过量空气系数、燃料挥发分含量、炉膛温度以及炉系数过小，氧气供应不足，会造成q的增加，过量空气系数3过大，又会导致炉温降低；(2)燃料挥发分含量较高，其q相对较大；(3)炉膛温度过低时，燃料3的燃烧速度很慢，此时烟气中的CO来不及燃烧就离开炉膛，会使q相应增加；(4)炉膛结构及燃3烧器布置不合理，炉膛内有死角或燃料在炉内停留时间过短，都会导致q增大。3q中选用：3固态排渣和液态排渣煤粉炉燃油炉、燃气炉烧高炉煤气的锅炉三、排烟热损失333-8-锅炉的排烟热损失是由于排烟温度高于外界空气温度所造成的热损失。在室燃炉的各项热损失中，排烟热损失q是最大的一项，约为4%~8%。2排烟热损失q等于排烟焓值与进入锅炉的冷空气焓值的差，其计算式如下：2QIaI0100qq=2100=pypylk4100rrQ4Qr影响排烟热损失q的主要因素是排烟焓的大小，而排烟焓又取决于排烟容积和排烟温度。排烟温2度越高，排烟容积越大，则排烟热损失q也就越大。一般排烟温度提高15~20℃，q约增加1%。2(1)降低锅炉的排烟温度，可以降低排烟热损失。但是要降低排烟温度，就要增加锅炉的尾部受热面积，因而增大了锅炉的金属耗量和烟气流动阻力；另一方面，烟温太低会引起锅炉尾部受热面的低温腐蚀，因而也不允许排烟温度降得过低。特别在燃用硫分较高的燃料时，排烟温度还应适当保持高一些。近代大型电厂锅炉的排烟温度约为110~160℃。(2)排烟容积的大小取决于炉内过量空气系数和锅炉漏风量。过量空气系数越小，漏风量越小，34qqq之和为最小。234(3)锅炉在运行中，受热面积灰、结渣等会使传热减弱，促使排烟温度升高。因此，锅炉在运行中应注意及时地吹灰打渣，经常保持受热面的清洁。对排烟温度升高的影响越大。因此，尽量减少炉膛及烟到的漏风，也是降低排烟热损失的一个重要措施。(一)散热损失锅炉在非额定蒸发量下的散热损失可按下式计算：-9-Dq=qee%(3—21)55D影响散热损失的主要因素是：锅炉额定蒸发量(即锅炉容量)、锅炉实际蒸发量(即锅炉负荷)、锅炉外表面积、水冷壁和炉墙结构、周围空气温度等。(二)保温系数锅炉热力计算时，要涉及各段受热面所在烟道的散热损失。为了简化计算，忽略了各段烟道在结构以及所处环境上的差别，而假定各段烟道的散热损失仅与该烟道中烟气传给受热面的热量成正=烟道的散热量则1=烟气放热量当锅炉没有空气预热器或空气预热器的吸热量相对锅炉有效利用热量Q很小时，保热系数即为：1=15n+q(3—23)五、灰渣物理热损失锅炉炉渣排出炉外时带出的热量，形成灰渣物理热损失，其计算式如下：6Qr灰渣物理热损失的大小主要与燃料中灰含量的多少、炉渣中纯灰量占燃料总灰量的份额以及炉渣温度高低有关。简言之，q的大小主要决定于排渣量和排渣温度。煤粉锅炉排渣量、排渣温度主要6与排渣方式有关，固态排渣煤粉炉的渣量较小，液态排渣煤粉炉的渣量较大；液态排渣煤粉炉的排渣温度要比固态排渣煤粉炉的排渣温度高的多，所以液态排渣煤粉炉的必须考虑。而对于固态排渣煤粉炉，只有当灰分很高时，即AQar,net％时才考虑。ar419评价发电厂热经济性的方法主要有两种-10-热量法(效率法、热平衡法)：以热力学第一定律为基础热量法是从能量转换的数量来评价其效果的，即以热效率或热损失的大小对发电厂或热力设备的热经济性进行评价，一般用于发电厂热经济性的定量分析。作功能力分析法(熵方法火用方法)：以热力学第一定律和第二定律为基础熵分析法或火用分析法是以燃料化学能的做功能力被利用的程度来评价发电厂的热经济性，一般用于发电厂热经济性定性分析，以便从本质上指导技术改进方向。-11-产电力工业的主要能源为水能，燃料热能和原子能，利用燃料热能发电的工厂叫火力发电厂，而在火力发电厂的生产工程中，汽轮机排汽的热量在冷源中损失过大，为了尽量减少冷源损失，在火力发电厂中除了供应电能以外，还可以利用作过功的蒸汽来供应热用户。这样既供电又供热的火力发电厂称为热电厂或热电联产工程。热电联产是指发电厂既生产电能，又利用汽轮发电机组做过功的蒸汽对用户供热的生产方式，即同时生产电、热能的工艺过程，较之分别生产电、热能方式节约燃料。以热电联产方式运行的火电厂称为热电厂。对外供热的蒸汽源是抽汽式汽轮机的调整抽汽或背式汽轮机的排汽，压力通常分汽没有冷源损失，所以能将热效率提高到85%，比大型凝汽式机组(热效率达40%)还要高得多。在热电联产工程中，建设原则主要有两种，既通常所讲的以热定电和以电带热，其中以电带热的原则只适用于对区域电负荷要求高的情况，目前，为了更合理地节能，对热电联产项目国家要求执行以热定电的原则。热电联产它要求将热电站同有关工厂和城镇住宅集中布局在一定地段内，以取得最大的能源利用用于工业生产和分区集中供暖各占一半。造纸、钢铁和化学(包括石油化学)工业是热电联产的主要用户，它们不仅是消耗电热的大用户，而且其生产过程中所排出的废料和废气(如高炉气)可作为热电联产装置的燃料。城市工业区及人口居住密集区也是发展热电联产的主要对象，但要注意对500小时以上，居产的燃料质量(主要是含硫、磷量)有较高要求，同时厂址要选在城市盛行风的下风向，避免对城市环境的污染。热电联产工程主要工艺方式有两种，以汽轮发电机组选用的不同方式来划分，分别是背压式汽轮机组和抽汽凝汽式汽轮机组。除此之外，还有高参数背压式汽轮机叠置设备改造电厂、改造中小型凝汽式机组为供热机组、利用企业工业锅炉的裕压发电等形式。一、热电联产的几种主要工艺流程背压式汽轮机组-12-背压式汽轮机组是相对与凝汽式汽轮机组而言的，其差别在于，凝汽式汽轮机组中汽轮机的排汽被冷凝成水再送回到锅炉系统，而背压式汽轮机组中汽轮机的排汽是直接供给了热用户。在两者的系统中，凝汽式机组的排汽参数要求在保证汽轮机安全运行的条件下尽可能的低，而背压式汽轮机组的排汽参数则取决于热用户的要求。在热用户存在多种并有较大差别的参数要求情况时，也可采用抽汽背压式汽轮机组。如下：炉给水给水泵汽轮机户凝结回水化学补充水抽汽凝汽式机组凝汽式汽轮机组在适当的级后开孔抽取已经部分做功发电后的合适参数蒸汽供热，就成为抽汽凝汽式机组。其抽汽有可调整抽汽和非调整抽汽两类，可调整抽汽提供给热用户，非调整抽汽为系根据实际供热需要，也可以采取两段可调整抽汽的方案，也就是双抽机。采用双抽机的条件是低参数供热负荷具有相当的比重，增加的发电效益综合评价超出投资增大的不利经济因素。抽汽凝汽式机组典型的主要流程如下：户炉给水给水泵汽轮机汽轮机高压加热器除氧器低压加热器化学补充水凝汽器凝结水凝结水泵两种热电联产工艺的选择是根据热负荷特性来确定的。背压式汽轮机组汽机排汽全部供热用户，没有冷源损失，是火力发电机组中能源使用最为经济合理的一种方式。但是，对于背压式机组，如果热负荷不稳定(包括冬夏差异较大的情况)，势必造成发电机组在低负荷时，设备利用率低、运行工况不经济，甚至机组无法启动。因此背压式汽轮机-13-组更适合于供热负荷稳定，尤其是以稳定工业负荷为主的情况。抽凝机组相对背压式机组，其运行机制就相当灵活。可调整抽汽在其最大抽汽能力范围内可以0~100%自由调整，对热负荷波动适应性好，设备利用率高。适合于热负荷存在较大波动、冬夏差异大的情况。对于供采暖负荷占有相当大比例的热电联产工程，一般选择抽凝机组。热负荷整理、分析和汇总的计算方法正确与否，直接影响着集中供热、热电联产各项技术经济指标的正确性或准确性[1]。但目前在实际工程上对工业热负荷整理分析和汇总的计算过程中，对工业蒸汽用热的回水率或回水温度的处理方法尚有待探讨。本文提出了以热用户有效用热量作为热负荷设计依据的概念，这一方法为正确计算供热系统的各项指标提供了依据。1、目前使用的方法及存在问题在集中供热、热电联产建设项目的前期工作中，需要把用户的热负荷折算成热源出口的蒸汽参数和数量。目前工程上一般使用的热负荷折算公式为：kg需要指出的是,上述计算公式在实际工程计算中常常得出不正确的结果。式(1)不能正确计算热源-14-承担的实际用热负荷。在式(1)的分母上含有热源点的回水焓th,可以明显看出,当热用户实际用热量t/h计算)越少。物排放作出了重大贡献。1.节约能源效果明显热电联产机组相对于热电分产，避免了冷凝损失，提高了能源利用效率。热电联产使用的锅炉都是大型锅炉，而且以亚临界锅炉、高压锅炉、循环流化床锅炉居多，运行时锅炉效率可以稳5千瓦时低很多。如果考虑热电联产集中供热替代供热的中小型锅炉，则节能量更大。据测算，热电联电分产相比热效率高30%，集中供热比分散小锅炉供热效率高50%。2.保护环境作用突出以下)、除尘效率差，给城市带来了严重的环境污染问题。据测算，供热小锅炉每年向大气排放二氧污染物排放总量低。按当前热电联产装机规模初步估算，热电联产相对于热电分产，每年可减少二3.节约用地提高效益分散供热小锅炉不仅都要单独建设锅炉房，而且每个锅炉房还需要配备相应的储煤场和按照国家土地集约化管理的要求，热电联产的建设不仅减少了大量的分散小锅炉占地，提高了土地的使用效率，而且减少了城中—居民区的噪音，可创造良好的社会效益。另外，热电联产机组一般都建在热负荷中心，与用户很近，热电厂的上网电量也可就近消化。通过热电厂供电补足区域供电，既省钱又4.煤种适应性更强-15-根据我国目前的煤炭供应情况，能够完全燃用设计煤种的锅炉不多，尤其是国家关停了部分不合格煤矿后，冬季煤炭供应较为紧张，不能满足供热企业对煤质的要求。而我国热电厂的小型热电机组普遍采用循环流化床锅炉，该炉型的特点就是煤种适应性强，热效率稳定在80%左右。大以上。因此，在这种情况下，小型热电联产机组显示了煤种适应性强的优越性。5.电力供给的安全性和可靠性增强热电联产系统可独立于电网运行，也可与电网构成一个电力供应联合体。二者相辅相成，将大大增强电力供给的安全性和可靠性。一．什么是热电(冷)联产系统通过能源的梯级利用，燃料通过热电联产装置发电后，变为低品味的热能用于采暖、生活供热等用途的供热，这一热量也可驱动吸收式制冷机，用于夏季的空调，从而形成热电冷三联供系统。为了协调热、电和冷三种动态负荷，实现最佳的整体系统经济性，系统往往需要设置压缩式制热电(冷)联产系统在能源转换效率方面所具有的突出优势，使得其在世界各国的能源领域大都具有显著地位。发电、供热、制冷的三联供系统,其能源综合利用率可达70%。(1)有利于实行热电联产:溴化锂吸收式制冷机是以热能为动力的制冷设备,夏季供空调冷能系统降温,而制冷设备运行需要的热负荷与冬季采暖热负荷相当,这样就可以提高设备供热负荷。(2)热力系数大,节约蒸汽:采用溴化锂吸收式制冷机,制造同样冷量,可节约一半的蒸汽。(3)节约电能:与压缩式制冷相比,可减少用电负荷。(4)环境效益好:溴化锂吸收式制冷,无毒无臭,噪声低,运行费用低。-16-环燃气—蒸汽联合循环发电装置，由于其具有高效低耗、启动快、可用率高、投资省、建设周期短及环境污染少等优点，越来越得到世界各国的重视而迅速发展。据统计，从一九六八年至一九，后，在新增的发电设备总装机容量中，燃气—蒸汽联合循环发电装置超过常规火电站，占电力发展的主导地位。燃气-蒸汽联合循环的类型按照燃气循环排气放热量被蒸汽循环全部或部分利用的不同情况，可以分为四种类型：(1)余热锅炉联合循环；(2)补燃余热锅炉联合循环；(3)助燃锅炉联合循环；(4)正压锅炉联合循环；(1)余热锅炉联合循环点：适用于旧、小蒸汽动力厂的改造；若燃气轮机的进气温度为1000℃，其热效率可以达到40%~45%；(2)补燃余热锅炉联合循环点：除燃气轮机排气进入锅炉外，还可补充部分燃料；随着补充燃料增加，汽轮机容量可增加；补充燃料可以是煤或其他廉价燃料；随着补燃量增加，冷却水量增加；-17-(3)助燃锅炉联合循环燃气轮机的排气引入普通锅炉做助燃空气用；燃气轮机排气含氧量少，需补充空气；(4)正压锅炉联合循环汽轮机不能单独运行燃气—蒸汽联合循环发电装置的主设备由三大块组成：1、燃气轮发电机组。它用可燃气体(如天然气、焦炉煤气、高炉煤气或煤层气)或油为(如轻柴油或重油)燃料，通过高温、高压空气做功发电。3、汽轮发电机组。利用余热锅炉供给的蒸汽选配蒸汽轮机，既可配纯发电的汽轮发电机组，也可配热电联供的汽轮发电机组。-18-子模块五、发电厂热力系统节能理论电厂是消耗一次能源并生产二次能源的耗能大户，每年消耗的煤量占全国煤生产总量的二分之因此电力行业的节能，尤其是电厂节能工作的开展具有重要意义。从我国当前电厂的现实来看，节年时总需求量将达kWhkW能源总需求为238.238千万吨标准煤，发电用能源将占一次能源总消费的58.7%，电气化程度达到中等发达国家水平，煤炭消耗将有66.5%转化为电能消耗[3]。因此，提高火电行业的节能意识，开发科学的节能技术，加强能源的有效管理，降低发电煤耗，对国民经济的发展意义重大，并且是关系到可持续性协调发展的一个迫在眉睫的问题。电厂和自备电站对于供热、供电的抽汽供热机组提出了更高的要求。大容量供热汽轮发电机组，具有较高的供热蒸汽参数和较低的单位能耗，可以满足用户近、远期用热需求，实现集中供热，又可以节能降耗，减少污染。由于大型机组回热抽汽都是非调整抽汽，抽汽量相对锅炉蒸发量较少，一般都采用再热器冷段抽汽或者再热器热段抽汽，然后经过减温减压器降压减温后供给热用户使用，这点与中、小型供热机组不同。热平衡法是热力系统分析计算中经常使用的方法，该方法在系统局部变化的定量分析时，计算量较大，因此应用受到了限制。等效焓降法克服了常规热平衡法计算的缺点，用简捷的局部运算代替整个系统的复杂计算，计算简捷，结果准确，与真实热力系统相符。等效焓降法是基于热力学的热功转换理论，考虑到设备质量、热力系统结构和参数的特点，经Hjj工转换及能量利用程度的一种方法。各种实际系统，在系统和参数确定后，这些参量也就随之确定，并可通和计算。等效焓降法既可用于整体热力系统的计算，也可用于热力系统的局部分析定量。它基本上属于能量转化热平衡法。但是，它摒弃了常规计算的缺点，不需要全盘重新计算就能查明系统变化的经济性，既用简捷的局部运算代替整个系统的繁杂计算。具体讲，它只研究与系统改变有关的那些部分，并用给出一次性参量进行局部定量，确定变化的经济效果。这种方法经实践应用颇为简便。-19-等效焓降法主要用来分析蒸汽动力装置和热力系统。在火电厂的设计中，用以论证方案的技术经济性，探讨热力系统和设备中各种因素的影响以及局部变动后的经济效益，是热力工程和热系统优化设计的有力工具。对于运行电厂，可用等效焓降法分析技术改造，分析热系统节能技术改造，可为改造提供确切的技术依据。在热耗查定中，等效焓降法对于诊断电厂能量损耗的场所和设备，查明能量损耗的大小，发现机组存在的缺陷和问题，指出节能改造的途径与措施，以及评定机组的完善程度和挖掘节能潜力等，都将发挥重要作用。加热器的端差定义端差：θj＝tsj－twjθj>0存在端差出水温度降低加热不足运行中加热器端差增大的原因：(1)加热器壳侧不凝结气体增加(2)加热器管侧表面脏污和沉积(3)疏水异常受热面减少或过负荷工作端差对经济性的影响、端差的存在和增大表现为(1)给水吸热在相邻加热器间转移(2)高压级抽汽增加替代低压级抽汽放热(3)造成回热作功比下降影响回热的效果不同的系统连接方式端差的影响不同疏水冷却器DC的热力过程疏水自流指由pj压力下的饱和水自流至pj-1压力加热器(左图)使用DC后的节流熵增△s1明显小于无DC时的节流过程熵增△s疏水冷却器DC的节能原理DC减少了节流熵增-20-j1级加热器中的放热过程温差减少经济性分析凝汽器过冷度过冷度是凝汽器凝水温度低于相应饱和温度的现象凝汽器空气漏入较多或抽气器工作异常是主要原因过冷度的定量分析过冷度增大对应的热井凝结水出水焓差值为△τc-21--22-模块六、热管及热管换热器一、热管结构不同的工作流体须选择兼容的壳体材料与之配合包括铜网、纤维、沟槽、烧结3、作动流体包括水、甲醇、氨等二、热管工作原理热管的基本工作原理如图所示,典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成,将管内抽成1.3液體液體QQQ熱管管殼吸液芯冷凝段蒸發段絕冷凝段蒸發段热量由热管的一端传至另一端。工作介质工作温度/℃-工作介质工作温度/℃-60~100-40~100-40~120-10~100氨低温热管2低温热管322以密封。管的一端为蒸发段(加热段),另一端为冷凝段(冷却段),根据应用需要在两段中间可布置绝中的液体蒸发汽化,蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体,液体沿多孔材料靠毛细力兼容壳体材料铝、不锈钢、低碳钢铝、铁铝、不锈钢、铜-23-黄铜、不锈黄铜、不锈钢铝、铜、不锈钢铜、不锈钢铜、不锈钢、碳钢不锈钢、低碳钢、低合金钢铜碳钢(内壁经化学处理)铝、不锈钢、碳钢不锈钢、碳钢铜、不锈钢、碳钢不锈钢、碳钢、镍奥氏体不锈钢不锈钢钛、铌不锈钢、因康镍合金钨、钽、钼、铌钨、钽常温热管水萘苯中温热管导热姆-A导热姆-E汞钾铯高温热管钠锂银~100~120~130~2900~250250~650400~1000400~1100500~1200热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热组件,具有以下基本特征:2、优良的等温性热管内腔的蒸汽是处于饱和状态,饱和蒸汽的压力决定于饱和温度,饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小,根据热力学中的Clausuis-Clapeyron方程式可知,温降亦很小,因而热管具有优良的等温性。3、热流密度可变性热管可以独立改变蒸发段或冷凝段的加热面积,即以较小的加热面积输入热量,而以较大的冷却面积输出热量,反之亦然。这样可以改变热流密度,解决一些其它方法难以解决的传热问题。4、热流方向的可逆性一根水平放置的有芯热管,由于其内部循环动力是毛细力,因此任意一端-24-温度展平,也可用于先放热后吸热的化学反应器及其它装置。5、热二极与热开关性能热管可做成热二极管或热开关。所谓热二极管就是只允许热流向一个方向流动,而不允许向相反的方向流动;热开关则是当热源温度高于某一温度时,热管开始工作,当热源温度低于这一温度时,热管就不传热。6、恒温特性(可控热管)普通热管的各部份热阻基本上不随加热量的变化而变,但可变导热管量大幅度变化的情况下,蒸汽温度变化极小,实现温度的控制,这就是热管的恒温特性。7、环境的适应性热管的形状可随热源和冷源的条件而变化。毛细极限：指热管由于吸液芯结构为工作介质循环提供的毛细压力的限制而导致的传热极限。携带极限：当热管内部的蒸汽速度足够高时，液—汽交界面存在的剪切力可能将吸液芯表面的液体撕裂将其带入蒸汽流从而导致蒸发区干涸。沸腾极限：指热管蒸发段由于径向热流或者管壁温度变得非常高而在吸液芯中液体生存气泡时的冷凝极限：指由冷凝段的传热能力所制约的热管的传热极限。声速极限：热管内部的蒸汽流动，由于惯性力的作用，在蒸发段出口处蒸汽速度可能达到声速或限。黏性极限：蒸汽的压力由于黏性力的作用不断降低，热管的传热量随着冷凝段蒸汽压力的不断降低而增大，最终热管传热量在蒸汽压力位于冷凝段的末端时降为零而达到极限。连续流动极限：对于小热管以及工作温度很低的热管，热管内部的蒸汽流动可能处于自由分子状热管的这种传热极限即为连续流动极限。冷冻启动极限：指热管在从冷冻状态启动的过程中，从蒸发段流来的蒸汽可能在绝热段或冷凝段应用场合，均采-25-式热管作传热元件的气-气换热器两个部分的设计计算。2.1热管的材料及工作温度根据热管的工作原理知道，影响热管性能的几个主要因素为：管内的工作液体；热管的工作温度；管壁(壳体)材料。在进行热管设计计算以前，首先应考虑怎样确定上述这些因素。一般地说，这与设计的目的有关。因为热管的用途相当广泛，不同的用途对热管的要求也不尽一致。在某些场合下要求相当苛刻，例如宇航、军工中就是如此。此时管子的数量可能较少，但可靠程度和精密性要求却相当严格，可靠性占第一位，经济性则处于次要地位。在民用和一般工业中，管子数量相当多(已属批量生产)，这时经济性占了突出地位，如果价格昂贵，应用也就失去意义。故此时的热管设计应注意经济性，应尽量采用价廉易得且传输性能好的工作液体；不采用吸液芯，要求。除此之外壳体材料还应满足在工作温度下的刚度和强度要求。同时应考虑对热管壳体材料的选择必须符合我国有关标准的规定。热管是依靠工作液体的相变来传递热量的，因此工作液体的各种性质对于热管的工作特性也就具有重要的影响。一般应考虑以下一些原则：①工质应适应热管的工作温度区在指定的设计条件下，冷源和热源的温度是已知的，换热条件也是明确的，因而热管本身的工作温度范围可以通过一般的传热公式计算出来。热管的工作温度一般是指工作时热管内部工作液体的蒸汽温度。在良好的热管工作时，工质必然在汽-液两相状态。据此，所选择的热管工作液体熔点应低于热管的工作温度，而临界点必须高于热管的工作温度，热管才有可能正常工作。在某一温度范围内有几种工作液体可被选用，这就要依次考虑各种因素，并加以对比，作出选择。工作液体与壳体、吸液芯材料的相容性是最重要的必须考虑的因素。因为一旦壳体或吸液芯材料与工作液体发生化学反应了，或是工作液体本身分解了，都将产生不凝性气体。化学反应的结果将使壳体受到腐蚀破坏，这些都将使热管的性能不断变坏，甚至不能工作。目前还没有完整的理论来计算材料的相容性，但是确定材料相容性的试验研究结果已相当多。原来的文献中认为水与碳钢材料不相容，但水-碳钢热管换热器的实际运行时间甚至有超过10年的。③工质应有良好的热物理性质工质的品质因数用来说明工质的物理性质对热管轴向传热能力的影响，用符号N1表示，是一个有-26-④其他(包括经济性、毒性、环境污染等)热管是一种高效传热元件，其导热能力比金属高几百倍至数千倍。热管还具有均温特性好、热流密度可调、传热方向可逆等特性。用它组成热管换热器不仅具有热管固有的传热量大、温差小、重量轻体积小、热响应迅速等特点，而且还具有安装方便、维修简单、使用寿命长、阻力损失小、进、排风流道便于分隔、互不渗漏等特点。热管是由内壁加工有槽道的两端密封的铝(轧)翅片管经清洗并抽成高真空后注入最佳液态工GRSCB化后蒸汽向另一端循环将大量热量从加热区传递到散热区。热管内热量传递是通过工质的相变过程进行的。将热管元件按一定行列间距布置，成束装在框架的壳体内，用中间隔板将热管的加热段和散热段隔开，构成雷达等高科技领域被广泛应用。块七、热泵技术及应用热泵(HeatPump)，又称冷机(Refrigerator)，将能量由低温处(低温热库)传送到高温处(高温热库)的装置。且它提供给温度高的地方的能量和要大于它运行所需要的能量。利用低沸点液体经过节流阀减压后蒸发时，从低温物体吸收热量，然后将蒸汽压缩，使温度升高，经过冷凝器时放出吸收的热量而液化，如此循环工作能不断把热量从温度较低的物体转移给温度较高的物体，可将此热量用于加热、干燥等设备中。热泵将低温热源的热量转移到温度高于环境温度的物体，从而获得热量的机器和设备。在空气调节设备中热泵的工作过程与制冷机相仿，但它是向高于环境温度的物体供给热量,例如向建筑物供暖、供应生活或某些生产过程用的热水等。热泵的低温热源最常用的是环境介质(空气或地面水)新能源技术。它不同于人们所熟悉的可以提高位能的机械设备——“泵”；热泵通常是先从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，然后再向人们提供可被利用的高品位热能。-27--28-蒸汽喷射热泵(又称汽汽引射器、蒸汽喷射器，蒸汽喷射式热泵)，它广泛应用于纺织、造纸、石油、化工、热电、橡塑、包装、电力等以蒸汽作为动力的工业中，主要用来促进蒸汽循环，提高低压蒸汽压力。这些行业的企业由于在生产过程中产生低压蒸汽，在一个生产厂或车间中可存在多种等级压力的蒸汽，蒸汽喷射热泵可利用高压蒸汽节流的可用能，提高低压蒸汽的压力，用高压蒸汽能量回收放失的低压蒸汽，回收高温凝结水汽，回收高温凝结水的闪蒸汽等，从而将不同等级压力的蒸汽综合利用，达到显著的节能效果。由于热泵系统构成、设备特性、热源的种类以及用途的多样性，热泵的分类也多种多样，常见的分类方法有按驱动能源种类分类、按工作原理分类、按热源的种类分类、按主要用途分类、按供热温度分类、按热源和供冷供热介质的组合方式分类、按热泵机组安装方式分类、安热泵的功能方式分类、按能俩热泵的功能方式分类、按能量提升级数分类等。主要内容如下。按驱动能源种类分类(1)电动机驱动(2)热驱动热驱动又可分为热能驱动(如吸收式热泵、蒸汽喷射式热泵)及发动机驱动(如内燃机驱动、汽轮机驱动等)。按工作原理分类(1)蒸汽压缩式这是热泵中最为普遍而广泛应用的一种形式。这类热泵中，热泵工质通常在由压缩机、冷凝器、节流装置及蒸发器等部件组成的系统中进行循环，并通过工质的状态变化及相变来实现将低品味热能泵送至高品位温度区的目的。(2)气体压缩式与蒸汽压缩式热泵的区别在于这类热泵中工质始终以气态进行循环而不发生相变、如飞行器中空调系统多采用空气压缩式。(3)吸收式消耗较高品位的热能来实现将低品位的热能向高品位温度区传送的目的。吸收式溴化锂(工质为水，吸收剂为溴化锂)、氨-水(工质为氨，吸收剂为水)及其他。吸收式热泵又可按其供热温度的高低分为第一类吸收式热泵(增热型)、第二类吸收式热泵(升温型)。前者供热-29-的温度低于驱动热源，而后者供热的温度高于驱动热源；前者以增大制热量为主要目的，而后者以升高温度品味为只要目的。(4)蒸汽喷射式实际上这类热泵是以蒸汽喷射泵代替机械压缩机，其余的工作原理均与蒸汽压缩式相同。作为驱动力的蒸汽可来自锅炉，也可利用工艺过程中的水蒸气或其他蒸汽。(5)热电势利用帕尔帖(Peltier)效应，即当直流电通过由两种不同导体组成的回路时会在回路的两个连结端产生温差的现象。(6)化学热泵利用化学吸收、吸附、等现象或化学反应等原理制成的热泵。按热源种类分类热泵的热源往往是低品位的，可分为空气、地表水(又可分为江河水、湖泊水、海水等)、地下水、城市自来水、土壤、太阳能、废热(水、气)等。按主要用途分类摄氏度。2.2.6按热源与供热介质的组合方式分类(1)空气-空气热泵(2)水-空气热泵(3)空气-水热泵以一侧的空气为吸热对象、以另一侧的空气为供热对象的热泵。以水(如河水、地下水、废热水等)为吸热对象、以空气(或气体)为供以空气(或气体)为吸热对象。(4)水-水热泵以水(如河水、地下水、热污水、工业冷却水等)为吸热对象、以水为供(5)土壤-水热泵(大地耦合式热泵)以土壤为吸热对象、以水为放热对象的热泵。(6)土壤-空气热泵(大地耦合式热泵)以土壤为吸热对象、以空气为放热对象的热泵。按压缩机类型分类-30-主要有往复活塞式、涡旋式、滚动转子式、螺杆式、离心式等。按热泵供能方式分类分为单纯制热、交替制冷与制热、同时制冷与制热。按热量提升级数分类(1)初级热泵利用天然能源如室外空气、地表水、地下水或土壤等为热源。(2)次级热泵以排出的废水、废气、废热等为热源。(3)第三季热泵与初级或次级热泵联合使用，将前一级热泵制取的热量再升温。如寒冷地区可用多囧热泵的组合提供供暖用热。热泵是一种将低温热源的热能转移到高温热源的装置。通常用于热泵装置的低温热源是我们周围的介质——空气、河水、海水，城市污水，地表水，地下水，中水，消防水池，或者是从工业生产设备中排出助工质，这些工质常与周围介质具有相接近的温度。热泵装置的工作原理与压缩式制冷同一套设备来完成的。在冬季取暖时，将空温器中的蒸发器与冷凝器通过一个换向阀来调换工作。称四通阀)进入冷凝器，制冷剂蒸汽被冷凝成液体，经节流装置进入蒸发器，并在蒸发器中吸热，将室内空气冷却，蒸发后的制冷剂蒸汽，经换向阀后被压缩机吸入，这样周而复始，实现制冷循环。在冬季取暖时，先将换向阀转向热泵工作位置，于是由压缩机排出的高压制冷剂蒸汽，经换向阀后流入室内蒸发器(作冷凝器用)，制冷剂蒸汽冷凝时放出的潜热，将室内空气加热，达到室内取暖-31-目的，冷凝后的液态制冷剂，从反向流过节流装置进入冷凝器(作蒸发器用)，吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽经过换向阀后被压缩机吸入，完成制热循环。这样，将外界空气(或循环水)中的热量“泵”入温度较高的室内，故称为“热泵”。热泵的工作循环与热机的工作循环正好相反，热机是利用高温热源的能量来产生机械功的，而热泵是靠消耗机械功将低温热源的热量转移到高温物体中去。热泵在工作时，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，通过传热工质循环系统提高温度进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为输出功中的一小部分，因此，采用热泵技术可以节约大量高品位能源。在运行中，蒸发器从周围环境中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸汽经压缩机压缩后温度和压力上升，高温蒸气通过冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递余热利用的强力工具--热泵水从高处流向低处，热由高温物全传递到低温物体，这是自然规律。然而，在现实生活中，为了农业灌溉、生活用水等的需要，人们利用水泵将水从低处送到高处。同样，在能源日益紧张的今天，为了回收通常排到大气中的低温热气、排到河川中的低温热水等中的热量，热泵被用来将低热能传送高温物体中，然后高温物体来加热水或采暖，使热量得到充分利用。-32-热泵的工作原理和家用空调、电冰箱等的工作原理基本相同，通过流动媒体(以前一般为氟利昂，现在由环保冷媒所代替)在蒸发器、压缩机，冷凝器和膨胀阀等部品中的气相变化(沸腾和凝结)的循环来将低温物体的热量传递到高温物体中去。具体工作过程如下：①过热液体媒体在蒸发器内吸收低温物体的热量，蒸发成气体媒体。②蒸发器出来的气体媒体经过液压缩机的压缩，变为高温高压的气体媒体。③高温高压的气体媒体在再变为过热液体媒体，进入蒸发器，循环最初的过程。热泵的性能一般用制冷系数(COP性能系数)来评价。制冷系数的定义为由低温物体传到高温物体的热量与所需的动力之比。通常热泵的制冷系数为3-4左右，也就是说，热泵能够将自身所数值能够得到普及的话，这意味着能源将得到更有效的利用。热泵的普及率也将得到惊人的提高。热泵热水系统包括热泵主机和换热储水箱两部分。热泵主机部分包括风冷式蒸发器、压缩机及膨胀阀；换热储水箱为内置冷凝盘管的储热水箱。冷媒(工质)在蒸发管内吸收环境空气中的泵循环由冷凝盘管在水箱内释放热量，加热水箱中的水。要搞清楚热泵的工作原理，首先要懂得制冷系统的工作原理。制冷系统(压缩式制冷)一般氟利昂)，首先在蒸发器里从低温热源(例如冷冻水)吸热并气化成低压蒸气。然后制冷剂气体在压缩机内压缩成高温高压的蒸气，该高温高压气体在冷凝器内被低温热源(例如冷却水)冷却凝结成高压液体。再经节流元件(毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀等)节流成低温低压液态制冷剂。如此就完成一个制冷循环。在热力工程中，实现热能与机械能的转换，或热能的转移，都要借助于一种携带热能的工作物质，简称工质。它是制冷系统中完成制冷循环的工作介质。制冷剂在蒸发器内气化吸收被冷却物的热量而制冷，又在冷凝器内把热量放给周围介质，重新成为液态制冷剂，不断进行制冷循环。蒸气-33-压缩式制冷装置是利用制冷剂的状态变化来达到制冷的目的,因此,制冷剂的性能直接影响制冷循环目前空调用制冷系统中使用的制冷剂有很多种，归纳起来大体上可分四类：即无机化合物、烃类、甲烷或乙烷的卤素衍生物(卤代烃又称(1)无机化合物：氨、水、CO2、SO2等氟利昂)，以及混合制冷剂。。(2)卤代烃：卤代烃是饱和碳氢化合物的氟、氯、溴的衍生物的总称(3)碳氢化合物：主要有饱和碳氢化合物和非饱和碳氢化合物。(4)混合制冷剂：这类制冷剂包括共沸制冷剂和非共沸制冷剂。(5)其它各种有机化合物制冷剂在保管和使用时应注意如下几点：(1)盛放制冷剂的钢瓶必须经过检验，确保能承受规定的压力。(2)各种制冷剂的钢瓶外应标有明显的品名、数量、质量卡片，以防错用。(4)保存制冷剂，钢瓶阀门处绝对不应有慢性泄漏现象，否则会使制冷剂泄漏和污染环境。应立即设法通风、防止中毒。(6)分装或充加制冷剂时，要戴手套、眼镜，以防制冷剂喷出造成人身冻伤。(7)制冷剂使用后，应立即关闭控制阀，重新装上钢瓶帽盖或铁罩。(8)在检修系统时，如果需要从系统中将制冷剂抽出、压入钢瓶时，钢瓶应得到充分的冷却，并严格控制注入钢瓶的制冷剂质量，决不能装满，一般按钢瓶容积装60％左右为宜，使其在常温下有一定的膨胀余地，避免发生意外事故。-34-定义：压缩机是用来提高气体压力和输送气体的机械。(1)压缩气体驱动各种风动机械，如：气动扳手、风镐。(2)控制仪表和自动化装置。(3)交通方面：汽车门的启动。(4)食品和医药工业中用高压气体搅拌浆液。(5)1纺织业中，如喷气织机。2、气体输送用压缩机(1)管道输送—为了克服气体在管道中流动过程中，管道对气体产生的阻力。(2)瓶装输送—缩小气体的体积,使有限的容积输送较多的气体。3、制冷和气体分离用压缩机如氟利昂制冷、空气分离。4、石油、化工用压缩机(1)用气体的合成和聚合，如氨的合成。(2)。压缩机分类(1)按作用原理分：容积式和速溶式(透平式)(2)按压送的介质分类：空气压缩机、氮气压缩机、氧气压缩机、氢气压缩机等(3)按排气压力分类：低压(0.3-1.0mpa)中压(1.0-10mpa)高压(10-100mpa)超高压(＞(4)按结构型式分类：压缩机——容积式、速溶式。容积式——回转式(包括螺杆式、滑片式、茨式)、往复式(包括活塞式、隔膜式)速度式——离心式、轴流式、喷射式、混流式。一，定义:换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。二，换热器的分类适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：(一)_换热器按传热原理分类1、表面式换热器：表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管-35-式和其他型式的换热器。2、蓄热式换热器：蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。3、流体连接间接式换热器：流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。4、直接接触式换热器：直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。(二)换热器按用途分类1、加热器：加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。2、预热器：预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。3、过热器：过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。4、蒸发器：蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。(三)按换热器的结构分类可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。节流元件在压缩式热泵装置中起将工质降温降压的作用，是热泵机组的重要的组成部分。当高温高压的热泵工质在冷凝器中向用热对象放热冷凝为液体后，流经节流原件，就变为低压低温的状态，进入蒸发器从热源吸收热量而蒸发，从而实现热泵的目的。热泵的节流元件主要有热力膨胀阀、毛细管和电子膨胀阀。一、热力膨胀阀原理：利用蒸发器出口处制冷剂蒸汽过热度的变化调节供液量。应用：氟利昂系统中广泛使用(与非满液式蒸发器配合使用)分类：内平衡式和外平衡式(1)内平衡式适用：压降低、蒸发器流程短及阻力小的制冷设备。原理：利用蒸发压力、感温包内压力和弹簧力的变化来控制阀孔开启度。(2)外平衡式适用：蒸发器压力损失较大的系统。-36-选配与安装①选配时膨胀阀制冷量应大于蒸发器制冷量②阀体应尽量接近蒸发器，以及调节和拆修都比较方便的部位；③阀体应垂直安装，其位置高于感温包的位置；④膨胀阀前应装过滤器；⑤感温包安装在蒸发器出口吸气管道水平部分，并且要用没有吸湿性的材料充分隔热；热力膨胀阀常见故障分析与排除①压缩机运转时，膨胀阀不能开启供液；②压缩机启动后，膨胀阀很快被堵塞，造成吸入压力迅速降低。③膨胀阀进液口段结霜。④膨胀阀“咝咝”作响。⑤膨胀阀供液量时多时少。⑥膨胀阀关闭不严或无法关闭。二、毛细管原理：节流，利用孔径和长度变化产生压力差，控制制冷剂流量。应用：主要用于热负荷较小的家用制冷器具中，同时要求制冷系统有比较稳定的冷凝压力和蒸发压力，如空调、冰箱。特点：一般用铜管，结构简单，制造方便，价格便宜，不易产生故障，且压缩机停止运行后，冷凝器和蒸发器的压力可以自动达到平衡，减轻了再次启动时电动机的负荷；但对制冷剂流量的调节能力很低。三、电子膨胀阀电子膨胀阀主要有四部分组成:转子：相当于同步电机的转子，其连接阀杆控制阀孔开度大小。定子：相当于同步电子的定子；其将电能转为磁场驱动转子转动。阀针(芯)：其受转子驱动，端部呈锥形，上下移动进行流量调节。阀体：一般采用黄铜制造电子膨胀阀的优点：流动，弥补了毛细管和热力膨胀阀不能调节的缺点等，是一种高档的降压节流元件。-37-子模块八、风机与水泵节能技术工况点的调节就是流量的调节，而流量的大小取决于工作点的位置，因此，工况调节就是改变工作点的位置。通常有以下方法，一是改变泵与风机本身性能曲线；二是改变管路特性曲线；三是两条改变管路性能曲线的调节方法在泵或风机转数不变的情况下，只调节管路阀门开度(节流)，人为地改变管路性能曲线。a)出口端节流利用开大或关小泵或风机压出管上阀门开度，从而改变管路的阻抗系数，使管路性能曲线改变，以达到调节流量的目的，此种调节方法十分简单，故应用广泛。因它是靠改变阀门阻力(即增、减管网阻力)来改变流量的。当拟减小流量时，就需额外增加阻力，故伴随有能量的损失和浪费。用改变安装在进口管路上的阀门的开度来改变输出流量，称为入口端节流调节。它不仅改变管路的特性曲线。同时也改变了泵与风机本身的性能曲线，因流体进入泵与风机前，流体压力已下降或产生预旋，使性能曲线相应的发生变化。相对于出口端节流而言，虽然入口端节流损失小于出口端节流损失，但由于入口节流调节会使进入口端调节仅在风机上使用，水泵则不采用。移，使泵的运转工作点改变。改变泵或风机性能曲线的调节法由于泵与风机的广泛应用，带来能耗剧增。为节约其能耗，各种变流量的泵或风机及变风量系统(VAV)和变水量系统(VWV)等相继问世。它们大多是在管路及阀门都不作任何改变即管路性能曲线不变的条件下，来调节泵或风机的性能曲线。所采用的方法有：改变泵或风机转数；改变风机进口导；切削泵的叶轮外径及改变风机的叶片宽度和角度等。a)改变泵或风机的转数-38-Qm=Qm==H3Nnmmm按此公式可将泵或风机在某一转速下的性能曲线换算成另一转速下的新的性能曲线。它与不变的注意：采用变速法时，应验算泵或风机是否超过最高允转数和电机是否过载。改变泵或风机转数的方法，本书推荐如下几种(一)改变电机转数由电工学可知，异步电机的理论转数n(r／Min)为：方法的分析f——为交流电频率(比)；我国电网f＝50(Hz)。P——为电机磁极对(数)；(1)采用可变磁极对(数)的双速电机此种电机有两种磁极数，通过变速电气开关，可方便的进行改变极数运行，它的调速范围日前只f的同步转速的。只要在电机的供电线路上跨接变频调速器即可按用户所需的某一控制参量(如流量、压力或温度等)的变化自动地调整频率及定子供电电压，实现电机无级调速。不仅如此，它还可以通过逐渐上升频率和电压，使电机转速逐渐升高(电机的这种启动方式叫软启动)，当泵或风机达到设定的流量或压力时就自动地稳定转速而旋转。又可使机器在超过市电频率下运转，从而提高机器的风机调速的系列变频调速电气控制柜已成批生产。此外，采用可控硅调压实现电机多级调速装置，如上海产的ZN系列智能控制柜及适用于大中型机(二)其它变速调节方法：有调换皮带轮变速，齿轮箱变速及水力偶合器变速等。-39-ggF2的影响，可由前述公式HT＝2看出，当D2减实践证明，如果切削量不大，则切削后的泵与原泵在效率方面近似相等。当切削量太大时，则泵的效率明显下降。d)改变叶片宽度和角度的调节方法些类型的轴流风机本身带有调节叶片角度的装置。泵或风机变转数调节方法，不仅调节性能范围宽，而且并不产生其它调节方法所带来的附加能量损失，是一种调节经济性最好的方法：b)改变风机进口导流叶片角度在风机进口处装导流器又称风机启动多叶调节阀，它有轴向和径向两种。如图3—20：当改变导流叶片角度时，能使风机本身的性能曲线改变。这是由于导流片使气流预旋改变了进入叶轮的气流用管路节流阀调节所消耗功率小，是一种比较经C)切削水泵叶轮调节其性能曲线由于导流器的结构简单，使用方便，其调节效率虽比改变转数差，但又比单纯改变管路性能曲线好，是风机常用的调节法。目前导流器已有标准图。有些风机出厂时就附有此图，有时则由设计者按风机入口直径选装。鉴于导流叶片既是风机的组成部分，又是管路上的调节时又改变济的调节切削叶轮直径是离心泵的一种独特调节方法。叶轮直径切小后，叶轮出口处参数的变化对泵性能改变叶片宽度的调节方法国外变风量风机上有所采用。它是在风机入口处插入一个可以沿轴向滑动的套管(如图3—22)，调节此套管插入叶轮的深度就起到了调节叶片宽度的效果，从而改变了风-40-机性能曲线。目前国内尚无此产品。一、选型的定义：选型即用户根据使用要求，在泵与风机的已有系列产品中选择一种适用的，而不需另外设计、制造的泵或风机。选型的主要内容是确定泵或风机的型目、台数、规格，转速以及与之配套的原动机功率。(1)所选用的泵或风机设计参数应尽可能地靠近它的正常运行工况点，从而使泵或风机能长期地在高效率区运行，以提高设备长期运行的经济性。(2)力求选择结构简单、体积小，质量轻的泵或风机。为此，应在可能的情况下，尽量选择高转(3)力求运行时安全可靠，对水泵来说，首先应考虑设备的抗汽蚀性能。另外尽量选泵或风机的且压头应低于零流量下的压头，以利于投入同类设备的并联工作。对于并联运行的水泵最好一开始就选下降的q-H性能曲线。vvmaxmaxmax全压)的10％~15％，即q=(1.05~1.10)qvvmaxH=(1.05~1.10)H。(4-2)max或p=(1.05~1.1)p(4-3)max式中q，H(p)—计算流量和计算扬程(全压)。v(4)当地大气压力p。max应当注意：在设计规范中送风机的工作参数是对热力学温度T＝293K(20℃)，大气压力p＝amb-41-学温度T＝473K(200℃)，大气压力p＝101325Pa，气体密度ρ＝0.745kg／m3，相对湿度为50％而amb言；水泵的设计参数则是对热力学温度T＝293K(20℃)，液体的密度ρ＝1000kg／m3而言。若所输送的流体介质不符合上述状态时，为了按照设计规范来选择泵或风机，必须对流量、式进行换算：qv20=qvp20p293ppq=qv200vp=p473p——当地大气压力，Pa；ambt——使用条件下风机进口处的气体温度，℃。当选择引风机时，如果烟气密度没有精确的数据，则可按下式计