节能原理与技术课件

第1章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。

重油燃烧技术目的：提高雾化质量，降低q4和颗粒物排放雾化技术:转杯雾化和气泡雾化降低黏度:预热或掺适量轻油掺水燃烧:合理掺水率可降低q4和烟气黑度

转杯雾化技术6500/min高速旋转的转杯

----离心力作用导致油膜越来越薄高压(由高速旋转叶片升压至１000mmH2O以上，风速达100m/s)的一次风(风量的10%)把薄油膜粉碎至几十微米颗粒。气泡雾化喷嘴技术

气泡雾化喷嘴技术是用气泡作为雾化的动力，利用气泡的产生、运动、变形直到出口爆破来产非常细小的液雾。主要特点为:

（1）液雾颗粒粒度小(平均直径MD≤40µm)，尺寸分布均匀(尺寸分布指数N>2)；（2）雾化效果基本不受燃油粘度大小的影响,粘度使用范围宽，；（3）燃烧完全，不冒黑烟,燃烧效率达99.5%以上，燃烧产物中污染物低于国家环保局规定的各项指标；（4）燃烧器不结焦、不堵塞；（5）火焰刚性强，喷射速度高；（6）雾化效果不随流量大小影响，流量调节比大，可达1:5

冷凝式锅炉将排烟温度降到足够低，以使烟气中的水蒸气凝结下来，凝结水的汽化潜热得以回收利用。根据陕北天然气的定量计算可得，每凝结10%的水，锅炉热效率可提高约1.2%。冷凝式锅炉分为接触式和非接触式两种。冷凝式锅炉的腐蚀问题及其对策。3.2余热利用3.2.1余热资源3.2.2余热利用方式3.2.3热管和热泵技术3.2.4热能的贮存系统3.2.1余热资源余热资源属于二次能源。衡量余热资源不仅要看数量，还要看质量。按余热温度范围可分：高温余热（≥500℃）；中温余热（250～500℃）；低温余热（≤250℃）3.2.2余热利用方式直接利用（1）预热空气或煤气（2）预热或干燥物料（3）生产蒸汽或热水（3）余热制冷，作为吸收式制冷机的热源余热发电（1）利用余热锅炉产生蒸汽，按凝汽式机组循环或背压式供热机组循环发电（2）以高温余热作为燃气轮机工质的热源（3）采用低沸点工质回收中低温余热3.2.3热管换热器钢水热管的特点：很高的传热能力；很强的热流密度变换能力；传热效率高；工作可靠等。余热回收中的应用举例：（1）热管开水器（2）热管空气预热器或热管省煤器

3.2.4热能的贮存系统对蒸汽能量进行贮存的设备称为蓄热器。实用的蓄热器是以热水作为载热体，将热能贮存在高压饱和热水中，然后利用降压闪蒸产生蒸汽。变压式蓄热器：工作压力0.5～2.0MPa；工作温度200～300℃针对许多工业部门（例如造纸、印染、食品、化工、橡胶等）的用汽设备对蒸汽的需用量往往是不均衡的，波动很大，因此供汽锅炉负荷也会变动，蒸汽压不稳，造成锅炉工况不稳，效率下降，则最适用与采用蓄热器。设置蓄热器后，其经济效益的大小是取决于用汽负荷波动的幅度及频繁程度。3.2.5蓄冷技术意义：移峰填谷，节电省钱所谓蓄冷就是让制冷机组在电力负荷低谷期运行，所产生的冷量储存起来，在需要时才将冷量释放出，满足生产和生活用冷的需求。冰蓄冷：

水蓄冷系统就是利用水的显热来储存冷量，水经冷水机组冷却后储存于蓄冷罐中用于次日冷量供应。蓄冷量的大小取决于蓄冷罐容积和蓄冷温差。所谓蓄冷温差是指负荷回流水与蓄冷罐供冷水之间的温度差。水蓄冷：

冰蓄冷就是将水制成冰，利用水的相变潜热进行冷量的储存。由于冰蓄冷除了可以利用一定温差的水显热外，主要利用的是335kJ/kg的相变潜热。因此，与水蓄冷相比，储存同样多冷量，冰蓄冷所需的体积比水蓄冷的体积小得多。3.2.6载热体加热炉优势:高温低压，不用水处理；载热体介质：矿物油，盐；运行注意点：介质析碳，受热面结焦（例）运行时要监控盘管进出口压差和温度.此外，矿物油要过滤和补充．3.3热电联产和集中供热目的：提高能源利用率，达到CO2减排。国家规定5万kW以下小型火电机组要关闭；但热电联产可以上（只要总效率大于45%，热电比大于1）。改造或新建可选择CFB锅炉集中供热：可选择大容量高效率的锅炉替代众多低效高污染的小型锅炉。在热电联产的建设中，从以燃煤为主的热电厂向燃气的热、电、气三联供热电厂发展；分布式热电冷联产也得到迅猛发展。热、电、煤气三联供（整体煤气化联合循环）冷热电联产(CCHP)是一种建立在能量梯级利用概念基础上,通过能量梯级利用原理,使锅炉(或其他热工设备)产生的具有高品位的热能蒸汽通过汽轮机发电,同时冬季利用燃汽轮机抽汽或排汽向用户供热,夏季利用吸收式制冷机向用户供冷以及全年提供卫生热水或其它用途的热能的一体化多联产系统。冷热电联产系统是以下系统的集成:发电设备、热工系统、锅炉或蓄热系统、通风/室内空气品质系统以及建筑控制和系统集成技术。冷热电联产(1)发展CCHP系统有助于提高能源利用率

CCHP系统可大幅度提高能源利用率,其能源综合利用率可达到80%～90%。

(2)发展CCHP系统有助于环境的保护

CCHP系统CO2排放仅为传统能源系统的

30%～50%。

(3)发展CCHP系统有助于缓解电力高峰负荷(4)发展CCHP系统可以提高供电安全性冷热电联产3.4燃气—蒸汽联合循环燃气—蒸汽联合循环利用了燃气侧高温吸热和蒸汽侧低温放热的特点,使得联合动力装置的总效率比常规的高参数纯蒸汽动力装置的效率(最高约为40%)高得多。由于联合循环热效率达55%和天然气中含有大约25%(重量比)的氢气这两个因素，使得天然气联合循环发电厂单位发电量所产生的温室气体CO2减小了50％。整体煤气化联合循环（IGCC-IntegratedGasificationCombinedCycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。3.5清洁、高效新型燃料清洁燃料型二甲醚甲醇及醇醚燃料

清洁燃料型二甲醚

二甲醚简称DME(DimethyEther),DME在常温常压下为无色无味气体。因其良好的理化性质,可广泛地应用于化工、日化、医药和制冷等行业。近几年更因其燃烧性能好、清洁、辛烷值高、动力性能好污染少等特性,用于车用替代燃料,具有天然气、甲醇、丙烷、丁烷、柴油等不可比拟的综合优势。甲醇及醇醚燃料

甲醇及醇醚燃原料来源丰富，有害排放物少，机动好，正在逐步进入现有的车用燃料市场。甲醇可由合成气合成，煤炭、石油、天然气、沼气、生物质等均可转化为合成气，因此，甲醇原料来源十分广泛。甲醇可由ＣＯ2＋Ｈ2合成，在使用时，又可利用发动机余热重整为ＣＯ2＋Ｈ2。利用核能或太阳能，二氧化碳和氢气合成为甲醇，在发动机中，甲醇先重整为二氧化碳和氢气，氢气可以作为发动机的燃料。甲醇的抗爆震性能好，其辛烷值超过110，甲醇可以部分地代替芳烃作为汽油的辛烷值增进剂，从而降低汽油中芳烃的含量。4.可再生能源4.1太阳能4.2地热能4.3海洋能4.4沼气4.1太阳能及其利用方式目前对太阳能的利用主要是通过两条途径:光热利用和光电利用。光热利用包括太阳能热水器和热水工程以及太阳能的吸附式制冷等。光电利用现阶段主要是直接利用,即采用太阳能电池进行光电的直接转换。利用太阳能加热工质,驱动热力机械循环做功发电,是太阳能光电转换的第二种方式。4.2地热能利用方式直接利用温泉或热水井的热水供温室或供暖用建立地热电站转换成电能（1）利用干燥的过热蒸汽和高温水发电（2）利用中等温度（100℃）水通过双流体循环发电设备发电4.3海洋能海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在于海洋之中。海水温差能是热能，低纬度的海面水温较高，与深层冷水存在温度差，而储存着温差热能，其能量与温差的大小和水量成正比。潮汐、潮流，海流、波浪能都是机械能。

5、我国的节能政策现况党中央、国务院高度重视节能工作：胡锦涛总书记、温家宝总理多次就节约能源资源工作做出重要指示。国家对节能工作的定位：党的十六届五中全会提出把节约资源作为基本国策。确定国家节能指标：“十一五”规划《纲要》把“十一五”时期单位GDP能耗降低20％左右作为约束性指标。

1.我国的节能政策CNIS政府节能政策建立节能激励政策实施严格节能管理制度高耗能产品淘汰制度能效标识管理制度税收政策政府采购政策开展节能工程及活动资源节约活动；节能产品认证；绿色照明工程；节能周活动；合同能源管理；强制性能效标准检查制度高耗能行业准入制度5、我国的节能政策现况5、我国节能政策现况2.国家“十一五”节能降耗十大任务（国家发改委主任在今年节能工作会议上的讲话）1)落实节能目标责任制和评价考核体系2)大力推进结构调整3)着力抓好中点领域节能4)抓好重点耗能企业节能管理5)完善节能保障机制6)加强节能法制建设7)强化节能管理队伍建设和基本工作8)推动政府机构带头节能9)加大节能宣传、教育和培训力度10)切实加强节能工作的组织领导6.总结6.1节能的意义降低成本合理利用资源，可减缓能源耗竭速度降低污染物排放，利于环境保护降低温室气体排放我国CO2排放的严峻形势化石燃料（煤，石油和天然气）的消费是CO2最主要的排放源，它占我国CO2排放总量的95%

。1990年排放量为20.53亿吨，占世界10%

。我国经济快速发展，2010年将是1990年的5倍，那时要消费20亿吨标准煤，即使采取比80年代更大的节能力度，CO2排放量也将达47.22亿吨。2010至2020年期间我国CO2排放总量超过美国，成为世界第一排放大国。

第2章节能原理热力学基本概念热力学第一定律热力学第二定律火用合理利用能量的原则2.1热力学基本概念热力系统热力系统状态参数热力过程热力循环1、热力学基本概念2.1.1热力系统定义：由某种边界包围，被取作研究对象的特定物质或空间。2.1.2热力系统状态参数状态参数：描述热力系所处宏观状态各个物理量。状态参数的特性——状态的单值函数物理描述——与过程无关；数学描述——微分是全微分温度、压力、比容、焓、熵、火用2.1.3热力过程热力系由一个状态变化到另一个状态所经历的全部状态的集合2.1.4热力循环蒸气动力循环

朗肯循环再热循环回热循环2.1.4热力循环内燃机循环定容加热循环定压加热循环混合加热循环2.1.4热力循环燃气轮机循环制冷循环2.1.4热力循环2.2热力学第一定律进入的能量E1=储存能量的增量△E+离开的能量E2

闭口系能量方程

Q=△U+∫pdVq=△u+∫pdv可逆过程

稳定流动系能量方程及应用2.2热力学第一定律Q=△H+1/2m△cf2+mg△z+Ws=△H+Wt

q=△h+1/2△cf2+g△z+ws=△h+wt

Q=△H-∫Vdp

q=△h-∫vdp

可逆过程*

稳定流动能量方程式的应用1.蒸汽轮机、汽轮机

流进系统：

流出系统：内部储能增量：

0*

2、压气机，水泵类流入流出内增

=02、压气机，水泵类*

3、换热器（锅炉、加热器等）(heat

exchanger:

boiler、heater)*

流入：流出：内增：

0若忽略动能差、位能差3、换热器（锅炉、加热器等）*

4、管内流动流入：流出：内增：

02.3热力学第二定律热力学第二定律的几种表述克劳修斯说法：不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。

开尔文说法:不可能从单一热源取热使之完全变成功而不产生其他影响。普朗克说法：不可能制造一个机器，使之在循环动作中把一重物升高，而同时使一热源冷却。熵增原理:孤立系统或绝热系统的熵可以增大,不变,但绝对不会减少。热力学第二定律告诉我们什么？

能量的转换具有方向性和不可逆性！

2.卡诺定理热效率卡诺定理1、在相同的高温热源和相同的低温热源之间的可逆热机的热效率恒高于不可逆热机的热效率2、在相同的高温热源个低温热源工作的可逆热机有共同的热效率，而与工质无关。3.熵增原理过程：克劳修斯不等式循环：克劳修斯积分不等式(绝热)孤立系统:熵增原理2.4

1.的基本概念热力学第一定律:在任何能量转换中，火用和火无的总量保持不变。热力学第二定律:每种能量都是由火用和火无两部分组成，且其中之一为零。

2.热力系统火用的计算

2.热力系统火用的计算(1)封闭系统火用的计算(1)封闭系统火用的计算从给定状态到环境状态积分封闭系统的火无等于:从状态1可逆转变到状态2所能完成的最大功为:(2)稳定流动开口系统火用的计算工质从给定状态以可逆方式转变到环境状态,并且只与环境交换热量时所做出的最大有用功由能量平衡方程式:相应的火无为:从状态1可逆转变到状态2所能完成的最大功为:(3)理想气体火用的计算利用理想气体状态方程也可以进行计算①温度火用②压力火用(3)燃料火用的计算燃料与氧气完全燃烧反应后,以可逆方式转变到完全平衡的环境状态所能做出的最大功。标准燃料火用：1个大气压，25℃时的燃料火用燃料火用=标准燃料火用+物理显火用（高温高压）应用朗特式简单算法固体燃料化学火用液体燃料化学火用气体燃料化学火用2.5合理利用能量的原则两个指标：热效率（数量损失）与火用效率（质量损失）计算方法：收益/代价目标：达到100%举例说明：假设环境温度为0℃，为使室内保持20℃，单位时间内需向室内供热10kJ，如果采用电炉供暖，在没有外部损失的情况下，比较热泵和电炉的两个效率？能量利用的经济指标能量品质动力循环制冷循环热泵循环间壁换热器热效率(数量)火用效率(质量)电炉热效率:电炉的火用效率:如果采用卡诺热泵,卡诺热效率:电炉的火用效率:三、能量平衡概述热平衡设备热平衡企业热平衡火用平衡2.1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1、热力学基本概念第3章能量平衡概述热平衡设备热平衡企业热平衡火用平衡第3章能量平衡3.1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；提高燃烧温度传热过程不可逆损失。提高工质的平均吸热温度3.6提高能源利用率的途径3.6.3提高企业能源利用率的途径改善辅机运行条件，节约自用能量；不同能量的联供，热、电、冷三联供；联合循环，能量梯级利用原理，燃气蒸汽联合循环50%左右；能源大系统，不同行业联合体，坑口电站，洗煤厂、焦化厂，发电、供暖、运输、供冷总能系统。第4章联合循环概述联合循环的基本型式联合循环性能的理论分析整体煤气化联合循环(IGCC)增压流化床联合循环(PFBC-CC)第4章联合循环燃气轮机电厂4.1概述燃气轮机:进气温度1370℃~1500℃,优点:平均吸热温度高;排气温度450~600℃,缺点:平均放热温度高;热效率:33%-38%蒸汽轮机:进气温度540~560℃,缺点:平均吸热温度低;排气温度30~38℃,优点:平均放热温度低;热效率:42%4.1概述4.1.1基本概念燃气-蒸汽联合循环4.1.2联合循环的优越性4.1概述优点:效率高：E级联合循环效率51－52％F级55－57％，H级达到60％以上污染少：可将NOx排放控制在50mg/Nm3以内启动快、适合调峰：燃机单循环可以在20分钟内带满负荷联合循环可以在60分钟内带满负荷可以实现黑启动、提高电网安全性自动化程度高、人员配置少4.1.3联合循环发展情况4.1概述1.国外燃气-蒸汽轮机的发展概况

机型项目西屋501-ATSGE-MS7001HABBGT26西门子KWU燃气初温，℃1510143012601190压比28233016.6简单循环净出力,MW290265240简单循环效率,%4138.538联合循环净出力,MW426400396359联合循环效率,%616058.558.12.联合循环发电机组的性能参数4.1概述4.1.4燃气-蒸汽联合循环发展趋势4.1概述美国雄心勃勃的ATS计划和GAGT计划1.目标效率60%初温1427℃价格降低10%NOX降低10%2.技术措施采用压气中间冷却技术?!燃气透平通流部分改造,陶瓷叶片和喷涂技术;研究湿空气透平(HAT)循环;燃煤技术方面五种方案:IGCC,PFBC-CC,第二代PFBC-CC,采用高温陶瓷管的外燃式联合循环(EFCC)以及直接在燃气轮机中燃用水煤浆.4.1概述3.最新进展:USA,GE公司推出初温1288℃,联合循环的单机功率为376.2MW,供电效率56.3%,型号为9G和9H系列.

指软化水经燃机排气加热后喷入压气机出口蒸发器中被高温高压空气蒸发，空气与水蒸汽混合物在回热器中被燃气排气加热后，供给燃烧室，产生的燃气、蒸汽混合物进入燃气轮机作功。由于燃机排气余热的充分利用，可大大提高循环效率；由于燃机工质流量增加，使机组功率也大大增加；由于没有了蒸汽轮机，使系统大为简化，造价仅为余热锅炉型联合循环的50％。如果把整体煤气化产生的煤气经净化后供燃烧室燃烧，就形成IGHAT循环，也大大简化系统，节约投资。

4.2联合循环的基本型式4.2联合循环的基本型式4.2.1不补燃余热锅炉联合循环系统4.2联合循环的基本型式4.2.2有补燃的余热锅炉型联合循环4.2.3增压锅炉型联合循环4.2联合循环的基本型式4.2联合循环的基本型式4.2.4程式双流体循环4.3整体煤气化联合循环(IGCC)4.3整体煤气化联合循环(IGCC)实质:就是一种先进的洁净煤发电技术洁净煤发电技术?煤粉燃烧+烟气脱硫（PC/FGD）常压循环流化床燃烧（CFBC）整体煤气化燃气-蒸汽联合循环（IGCC）增压流化床燃气-蒸汽联合循环（PFBC-CC）工作原理=燃气-蒸汽联合循环+煤气化+净化IGCC发展概况1984年1月美国建成世界最早的商业验证电站一CoolWater电站，该电厂发电出力为120MW，耗资2．62亿美元；现在世界上已建、在建和拟建的IGCC电站近约30座，其中美国拥有15座，居世界之冠。最大的为美国的440MW机组，计划或可研中容量为德国900MW和前苏联1000MW机组。一些发展中国家，如印度、中国也计划建立IGCC示范电站；我国从1994年开始对IGCC示范工程进行预可行性研究，国家电力公司拟在山东烟台电厂建设一座容量为300～400MW的IGCC示范电站.4.3整体煤气化联合循环(IGCC)组成煤的储运、预处理、制备和供给系统煤的气化系统除灰系统脱硫系统显热利用系统燃气-蒸汽发电系统空分制氧系统煤渣废水处理系统4.3整体煤气化联合循环(IGCC)优点具有提高供电效率的最大潜力；单机容量已经达到300-400MW，规模效应；基本条件已经趋于成熟；污染问题解决最彻底；耗水量少50%-70%；废物处理量少，可以再利用；硫酸水泥建筑产品多样化，发电、甲醇、汽油、尿素，降低成本4.3整体煤气化联合循环(IGCC)IGCC的关键技术及发展方向（1）先进的煤气化工艺

研究与开发大容量的、能量转化效率高的煤气化炉；选择合适炉型，提高冷煤气效率和热煤气效率；高温、压力炉，增加气化反应速率，提高碳转化率.（2）高温烟气净化系统:①高温除尘

②高温干式脱硫（3）燃气轮机大型化、提高初温及其国产化.IGCC发展方向的核心，是提高效率和降低造价.发展趋势4.3整体煤气化联合循环(IGCC)提高单机容量和供电效率,措施:高温高压缩比机组；采用新的气化炉形型式，影响装置效率和排放；高效除灰及脱硫,湿法除灰常温脱硫,高温除灰和高温脱硫技术；开发新型空气分离系统；降低比投资费用.4.3整体煤气化联合循环(IGCC)4.5增压流化床联合循环(PFBC-CC)4.5增压流化床联合循环4.5.1概述高压0.98-1.96MPa;目的：实现高压低温燃烧，实现低NOx排放；示范电站建于上个世纪八十年代，目前商业运营只有8台，最大为360MW；我国第一座PFBC-CC15MW中试装置建于江苏徐州贾汪电厂；实践证明PFBC-CC电站可以提高供电效率3-5%，节煤10-15%，并显著减少污染物排放量。4.5增压流化床联合循环4.5.2增压流化床联合循环工作原理工作原理4.5增压流化床联合循环系统构成增压流化床燃烧锅炉燃气轮机动力装置25%汽轮机动力装置75%基本型式4.5增压流化床联合循环空气埋管热交换系统USA-DOE13MW半工业实验系统（COGAS）特点：燃气轮机承担总负荷的60%水蒸气埋管热交换系统4.5增压流化床联合循环USA-GE商用联合循环系统特点：燃料热量34%产生燃气，60%产生蒸汽，6%为灰渣显热损失4.5增压流化床联合循环4.5.3PFBC-CC电站案例4.5增压流化床联合循环4.5.4第二代PFBC-CC4.5增压流化床联合循环第5章新能源发电技术地热发电技术风力发电技术潮汐发电技术核电站第5章新能源发电技术地热电站外景图5.1地热发电技术5.1地热发电技术5.1地热发电技术5.1.1概述5.1.1概述一、国际概况：1904年意大利在拉德瑞罗建立起世界上第1座小型地热蒸汽试验电站；1913年正式投运(250kW）;迄今为止，全世界至少已有83个国家已经开始开发利用地热资源或计划开发利用地热资源,有21个国家利用地热发电，约有250个地热电站。1998年，全世界地热发电装机容量为8239MW，其中美国2850MW，居第1位；目前世界上最大的地热电站：美国加州的吉塞斯地热电站，总装机容量达1918MW。到2010年，地热能供应700万个美国家庭、1800万人需用的电力。二、中国地热发电概况中国地热发电的研究试验上作开始于20世纪70年代初。30余年来的发展经历了两大阶段：（1）1970—1985年期间，为以发展和低温地热试验电站为主的阶段；（2）1985年以后，进入发展商业应用高温地热电站的阶段。到1998年底，中国的地热发电装机容量达32Mw，居世界第13位；中国的地热直接利用设备总功率达2443Mw，居世界前列。5.1.1概述国内低温地热电站分布概况1970年，广东省丰顺县邓屋建立起中国第一座闪蒸系统地热试验电站，利用91℃的地热水发电，机组功率为86kW，随后，江西省宜春市温汤和河北省怀来县，也相继建设起双循环系统地热试验电站。20世纪70年代中后期，湖南省灰汤、辽宁省熊岳以及山东省招远又先后建成闪蒸及双循环系统地热试验电站。所有这些电站发电机组的功率都不大，从50—300kW不等；地热水温度均较低，从61—92℃不等。5.1.1概述高温地热电站日前中国高温地热电站主要集中在西藏地区，总装机容量为27.18MW，其中羊八井地热电站装机容量为25.18MW，朗久地热电站装机容量为1MW，那曲地热电站装机容量为1MW。据不完全统计，西藏地热显示区达700多处，其中可供开发的地热显示区342处，绝大部分地表泉水温度超过80摄氏度，地热资源发电潜力超过100万千瓦。西藏地热发电总量占拉萨电网的30％左右，且地热发电成本远远低于水电。5.1.1概述羊八井地热电站羊八升地热电站是中国自行设计建设的第1座用于商业应用的、装机容量最大的高温地热电站，总装机容量为25．18MW。年发电量约达l亿kwh，占拉萨电网总电量的40％以上．对缓和拉萨地区电力紧缺的状况起了重要作用。电站利用145℃左有的地热水(汽水混和物)发电，向92km以外的拉萨地区供电。羊八井地热电站包括第一电站和第二电站两部分。5.1.1概述1977午10月10日，第一电站1号机组投入运行，2号和3号机组分别于1981年12月和1982年11月建成并投入发电。1985年又扩建了4号机组；站址位于羊八井地热田北部、中尼公路以北约45km处，距第一电站约3km。该电站一期工程安装了1台日本生产的3.18MW机组，自动化程度较高，以后，又安装了4台功率各为3MW的国产机组。到2002年底，整个羊八井地热电站的总装机容量为25.18MW。羊八外地热田迄今共打了40多眼地热井；根据地质部门对羊八井地区浅层热储能的勘探与评价，南、北两区的发展潜力约为28—32MW。5.1.1概述1）单相汽、水分别输送，用二条母管把各地热井汇集的热水和蒸汽输送到电站，充分利用了热田蒸汽，比单用热水发电提高发电能力1／3。2）汽、水二相输送，用一条管道输送汽、水混合物，不在井口设置扩容器。减少压降，节约能量。3）克服结垢，采用机械通井与井内注入阻垢剂相结合的办法。利用空心通井器，可以通井不停机。选用常州胜利化工厂生产的ATMT阻垢剂，阻垢效率达90%，费用比进口阻垢剂大为降低。4）进行了热排水回灌试验。羊八井的地热水中含有硫、汞、砷、氟等多种有害元素，地热发电后大量的热排水直接排入藏布曲河将是不允许的。经过238小时的回灌试验，热排水向地下回灌能力达每小时100～124吨。羊八井地热电站先后解决的技术难题5.1.1概述三、中国地热发电未来在技术上，已建立起了一套比较完招的地热勘探技术方法和评价方法；地热开发利用工程的勘探、设计利施工，已有资质实体；在产业建设上，已奠定一定的基础和能力，可以独立建设30MW规模商业化运行的地热电站，单机容量可以达到10MW；已具备施工5000m深度地热钻探工程的条件和能力；已初步建立起地热的监测体系和生产与回灌体系；已初步建立起一些必要的地热开发利用法规、标准和规范。地热开发利用设备基本配套，可以国产化生产，并有专业生产制造工厂；地热监测仪器基本完备，并可进行国产化生产。在产业建设上，已奠定一定的基础和能力，可以独立建设30MW规模商业化运行的地热电站，单机容量可以达到10MW；已具备施工5000m深度地热钻探工程的条件和能力；5.1.1概述5.1.2地热发电原理和技术

5.1.2地热发电原理和技术

5.1.2地热发电原理和技术

地热能的利用可分为直接利用和地热发电两大方面.地热发电原理及分类原理:地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术，它涉及地质学、地球物理、地球化学、钻探技术、材料科学和发电工程等多种现代科学技术。分类:按照载热体类型、温度、压力和其他特性的不同，可把地热发电的方式划分为地热蒸汽发电和地下热水发电两大类.5.1.2地热发电原理和技术

1．地热蒸汽发电(1)背压式汽轮机发电系统。最简单的地热干蒸汽发电，是采用背压式汽轮机地热蒸汽发电系统(如图)工作原理：首先把干蒸汽从蒸汽井中引出，先加以净化，经过分离器分离出所含的固体杂质，然后就可把蒸汽通入汽轮机做功，驱动发电机发电。做功后的蒸汽，可直接排入大气；也可用于工业生产中的加热过程。应用：这种系统大多用于地热蒸汽中不凝结气体含量很高的场合，或者综合利用于工农业生产和人民生活的场合.5.1.2地热发电原理和技术

(2)凝汽式汽轮机发电系统为提高地热电站的机组出力和发电效率，通常采用凝汽式汽轮机地热蒸汽发电系统(如图)。在该系统中，由于蒸汽在汽轮机中能膨胀到很低的压力，因而能做出更多的功。做功后的蒸汽排入混合式凝汽器，并在其中被循环水泵打入冷却水所冷却而凝结成水，然后排走。在凝汽器中，为保持很低的冷凝压力，即真空状态，设有两台带有冷却器的射汽抽气器来抽气，把由地热蒸汽带来的各种不凝结气体和外界漏入系统中的空气从凝汽器中抽走。1．地热蒸汽发电5.1.2地热发电原理和技术

2．地下热水发电两种方式：闪蒸地热发电系统；双循环地热发电系统（1）闪蒸地热发电系统：直接利用地下热水所产生的蒸汽进入汽轮机工作。也叫做减压扩容法地热发电系统。类型：可以分为：1）单级闪蒸地热发电系统(又包括湿蒸汽型和热水型两种)；2）两级闪蒸地热发电系统；3）全流法地热发电系统；5.1.2地热发电原理和技术

2．地下热水发电（2）双循环地热发电系统：利用地下热水来加热某种低沸点工质，使其产生蒸汽进入汽轮机工作。双循环地热发电也叫做低沸点工质地热发电或中间介质法地热发电，又叫做热交换法地热发电。在这种发电系统中，低沸点介质常采用两种流体；一种是采用地热流体作热源；另一种是采用低沸点工质流体作为一种工作介质来完成将地下热水的热能转变为机械能。所谓双循环地热发电系统即是由此而得名。常用的低沸点工质有氯乙烷、正丁烷、异丁烷、氟利昂—11、氟利昂—12等。5.1.2地热发电原理和技术

双循环地热发电系统的优缺点优点：利用低温位热能的热效率较高：设备紧凑，汽轮机的尺寸小；易于适应化学成分比较复杂的地下热水。缺点：不像扩容法那样可以方便地使用混合式蒸发器和冷凝器；大部分低沸点工质传热性都比水差，采用此方式需有相当大的金属换热面积；低沸点工质价格较高，来源欠广，有些低沸点工质还有易燃、易爆、有毒、不稳定、对金属有腐蚀等特性。5.1.2地热发电原理和技术

双循环地热发电系统的分类单级双循环地热发电系统(如图)；两级双循环地热发电系统(如图)；闪蒸与双循环两级串联发电系统(如图)。经济性是考察地热发电站设计和建设的最重要的综合性指标。衡量地热发电站经济性的指标，主要有两个：1）一个是发电量(kWh／t热水)，它表示地热发电站发电效率的高低；2）一个是地热发电站的投资费用(元/kW)，它表示电站建设费用的大小。5.1.2地热发电原理和技术

5.1.3地热发电几个关键因素5.1.3地热发电几个关键因素低沸点工质选择地热电站防腐蚀地热电站防结垢地热电站回灌技术地热电站尾水综合利用地热电站运行地热电站对环境的影响1．低沸点工质选择选择工质时应注意考虑以下基本要求：发电性能好，即在相同条件下每吨热水的实际发电量较大；传热性能好，即在相同条件下放热系数较大；压力水平适中，即在地下热水温度下相应的饱和压力不很高，在冷源温度下不山现高度真空；来源丰富，价格较低；化学稳定性好，不易分解，腐蚀性和毒性小，不易燃易爆。5.1.3地热发电几个关键技术2、地热电站防腐蚀地热流体腐蚀的主要物质有：氧(02)、氢离子(H+)、氯离子(Cl-)、硫化氢(H2S)、二氧化碳(C02)、氨(NH3)和硫酸盐(SO42-)等。防腐措施：整个系统采用耐腐蚀的金属和非金属材料。使系统尽量密封，以隔绝外界空气的进入。也可在系统中加亚硫酸盐等除氧剂除氧。在系统中安装热交换器，使地热水不直接进入利用系统。对非传热的金属表面涂敷防腐涂料。针对不同类型的局部腐蚀采取相应的防腐蚀措施。5.1.3地热发电几个关键技术3．地热电站防结垢（1）垢的类型：按化学成分，可将垢分为碳酸钙垢、硫酸钙垢、硅酸盐垢和氧化铁垢等种类，其物性指标是硬度和孔隙度。（2）防结垢方法：机械除垢：化学方法处理：在地热利用系统前部增加阀门：物理方法除垢：根据热力学原理计算与控制井口压力。5.1.3地热发电几个关键技术4．地热电站回灌技术（1）意义：地热田的大量开采，必将会造成热储寿命缩短，地下水位下降，并导致地面沉降。如把地热发电后的地热弃水回灌地下，就可大大减轻这些弊端，并减轻地热弃水对于环境的污染。（2）方法：不同的地热田采用的回灌方式会有所不同。问灌方式的选择．取决于地质、环境和经济等综合因素，但一般来说边对边的、深一些的回灌井布局在多数情况下可较好地避免热干扰。5.1.3地热发电几个关键技术5．地热电站尾水综合利用地热电站发电后排出的尾水，温度一般都在60~70℃左右或更高．适合于工农业生产以及生活上利用，或从中提取有用的化学元素等。如：广东丰顺邓屋地热试验电站将排出的热水与冷水混合，每小时约有300t水供给农田灌溉；湖南灰汤地热试验电站将排出的热水供当地疗养院和温室利用；江西温汤地热试验电站将发电后排出的余热水用于繁育水稻良种和治疗皮肤病、关节炎等。5.1.3地热发电几个关键技术6、地热电站运行(1)启动和停机：快；操作方便(2)运行中应注意的主要事项：1)背压的异常变化。2)最佳蒸发工况。3)系统的密封性。4)腐蚀和结垢。5.1.3地热发电几个关键技术7、地热电站对环境的影响地热能开发利用对环境的有害影响很小。地热能作为新能源，无论是用来发电，还是用于非电直接用热，都能大幅度削减温室气体排放量，减轻环境污染。但地热能的开发利用仍有少量有害物质排放，造成大气、地面和水泥的一定污染，必须加以重视。例如地下热水和地热蒸汽中含有二氧化碳、甲烷、氢、氮、氨、硫化氢等不凝结气体可能造的空气污染：废水中硼、砷等有害物质可能造成地表和水源的化学污染；地热电站排出大量度热水可能造成的热污染；大量开采地下热水可能引起的地变形、地面沉降和诱发地震等危害。5.1.3地热发电几个关键技术背压式汽轮机地热蒸汽发电系统5.1.2地热发电原理和技术

凝气式汽轮机地热蒸汽发电系统5.1.2地热发电原理和技术

单级双循环地热发电系统5.1.2地热发电原理和技术

两级双循环地热发电系统5.1.2地热发电原理和技术

闪蒸与双循环两级串联发电系统5.1.2地热发电原理和技术

6热管及热管换热器第6章热管及热管换热器6.1热管的基本知识6.1热管的基本知识1936年,J.帕金斯,热虹吸管,重力热管1944年,高斯勒:毛细吸液芯概念1962年,格罗弗制造出样品:钠-不锈钢-丝网1968年,应用卫星仪器温度控制1970年,应用范围扩大:电子\机械\能源\动力我国,1972年,试制成功钠热管用途:冷却\新能源开发\余热回收\传热6.1.1热管的发展与现状6.1热管的基本知识6.1.2热管的结构和工作原理典型的热管结构毛细吸液芯6.1热管的基本知识工作原理热力学角度:液体蒸发—蒸汽流动—蒸汽凝结—液体回流(循环)传热学观点:热量传递经历7个环节流体力学观点:热管两端压差工作液体流动压力降工作蒸汽流动压力降重力作用压力降6.1热管的基本知识6.1热管的基本知识6.1.3热管的分类按热管的工作温度划分:按热管的工作液体回流方式分:按热管的结构划分按热管的壳体材料和使用工质划分:按热管的功能划分6.1热管的基本知识6.1.4热管的基本特性高导热性:等温特性:热流密度可变性传热方向的可逆性:热二极管与热开关:恒温特性6.2热管的应用案例6.2热管的应用案例6.2热管的应用案例6.3热管理论6.3热管理论6.3.1毛细力与热管循环动力毛细现象与毛细力6.3热管理论1、毛细现象与毛细力6.3热管理论1、毛细现象与毛细力6.3热管理论2、热管循环推动力6.3热管理论2、热管循环推动力6.3热管理论2、热管循环推动力6.3热管理论6.3.2热管内工质流动的压力降1、管内液体压降：液体一般认为是层流对于层流，可根据流体力学中不可压缩流体在稳定状态下流过圆形截面管道的层流压降公式（哈根-泊肃叶公式）对于吸液芯中工作流体，考特进行修正6.3热管理论如果考虑重力影响,可以写成微分形式达西定律表示压降方式更实际6.3热管理论2、管内蒸汽压降：可以是层流,也可以是湍流沿热管轴线方向上蒸汽的质量流量是不断变化的,因而对蒸发段、绝热段和冷凝段要分别考虑对于无绝热段的热管，对于有绝热段的热管，绝热段内径向雷诺数6.3热管理论6.3热管理论6.3.3热管的热量传递6.3热管理论1高温热源----热管蒸发段外壁的换热热阻2热管蒸发段固体壁面的导热热阻3热管蒸发段的沸腾换热热阻4热管蒸发段---热管冷凝段换热热阻5热管冷凝段冷凝换热热阻6热管冷凝段固体壁面的导热热阻7热管冷凝段外壁---低温热源间的换热热阻8蒸发段---冷凝段的轴向导热热阻6.3热管理论6.3热管理论热阻R1R2R3R4R5R6R7数量级10-1～10-210-410-310-710-310-410-1～10-2碳钢-水热管：表6-2热管各热阻的近似值6.3热管理论6.3.4热管的传热极限6.3热管理论6.3热管的设计6.3热管的设计1、热管工作温度确定(蒸汽的温度)6.3热管的设计2、热管工作流体的选择热管的工作温度应保证在工作流体的凝固点和临界点之间6.3热管的设计3、热管吸液芯的选择6.3热管的设计1小的有效毛细半径,提供最大毛细压力;2具有较大渗透率,减少回流液体的压力损失;3具有较小的导热热阻,减少径向导热阻力4、热管壳体的选择1相容性;2导热性能;3机械性能;4实用性能6.3热管的设计5、热管结构设计计算1管径设计计算2管壁设计计算;3端盖设计计算;4吸液芯设计计算：毛细传热极限热流量公式5毛细传热极限核算;6其他核算：Re6.4热管换热器及其应用6.4热管换热器及其应用6.4.1热管换热器的特点、类型、结构1、特点1换热效率高;等温，熵增，对数温差，气-气管外流动，节省耗材2流动压力损失小;管外流动3结构简单灵活；元件固定，位置灵活，相对独立4使用维护方便；变换流动方向，清洗容易，没有易损件2、流态分类6.4热管换热器及其应用3、按结构分类6.4热管换热器及其应用6.4.2热管换热器的应用6.4热管换热器及其应用6.4热管换热器及其应用6.4.2热管换热器的应用6.4热管换热器及其应用6.4.2热管换热器的应用7热泵技术及应用第7章热泵技术及其应用7.1热泵的基本知识7.1热泵的基本知识1927年,英国第一台家用热泵产生1931年,美国落杉矶第一个办公大楼制冷1050KW1937年,石油危机促进节能热泵大面积普及我国,1950年代,天津大学试制成功第一台热泵1990-2000年,59.6万-2000万/年,家用50%用途:建筑物空调\加热\干燥\产品加工7.1.1热泵的发展与现状7.1热泵的基本知识7.1.2热泵的分类与系统基本型式1、按工作原理分类蒸汽压缩式热泵气体压缩式热泵蒸汽喷射式热泵吸收式热泵吸附式热泵热电式热泵化学热泵7.1热泵的基本知识7.1热泵的基本知识2、按热源介质与供热介质分类7.1热泵的基本知识空气-空气热泵空气-水热泵水-水热泵水-空气热泵土壤-空气热泵土壤-水热泵3、按用途分类住宅用热泵,一般供热量1～70KW商用热泵,一般供热量2～120KW工业用热泵,一般供热量100～10000KW7.1热泵的基本知识4、按驱动方式分类热泵电动机驱动热驱动热能驱动发动机驱动吸收式蒸汽式喷射式内燃机燃气轮机蒸汽轮机5、按机组的安装形式分类热泵单元式分体式现场安装式7.1热泵的基本知识6、常用的热泵系统基本型式(1)闭式蒸汽压缩循环(1)闭式蒸汽压缩循环(续)7.1热泵的基本知识7.1热泵的基本知识(1)闭式蒸汽压缩循环(续)7.1热泵的基本知识(1)闭式蒸汽压缩循环(续)7.1热泵的基本知识(1)闭式蒸汽压缩循环(续)7.1热泵的基本知识(1)闭式蒸汽压缩循环(续)7.1热泵的基本知识(2)开式蒸汽压缩循环(3)带有换热器的开式蒸汽压缩循环7.1.3热泵的热源与驱动能源7.1热泵的基本知识1、热泵的热源热泵电动机驱动热驱动热能驱动发动机驱动吸收式蒸汽式喷射式内燃机燃气轮机蒸汽轮机2、热泵驱动能源7.1热泵的基本知识7.1热泵的基本知识7.1.4热泵的热经济性指标1、热泵性能系数(COP)制冷6.5%空调7.4%采暖53.3%热水12%美国建筑物耗能占总耗能33.6%7.1热泵的基本知识2、热泵的季节性能系数7.1热泵的基本知识7.2热泵原理及其理论循环7.2热泵原理及其理论循环

7.2.1理想热泵循环7.2.2机械压缩式热泵循环7.2热泵原理及其理论循环1、蒸汽压缩式热泵循环2、逆布雷顿循环7.2热泵原理及其理论循环7.2热泵原理及其理论循环3、逆斯特林循环7.2热泵原理及其理论循环7.2.3、热力压缩式热泵循环7.2热泵原理及其理论循环2、吸收式热泵7.2热泵原理及其理论循环2、吸收式热泵循环3、吸附式热泵循环7.2热泵原理及其理论循环7.2.4其他形式热泵7.2热泵原理及其理论循环1、热电式热泵7.2热泵原理及其理论循环1、热电式热泵2、化学热泵7.2热泵原理及其理论循环7.3热泵工质和主要设备7.3热泵工质和主要设备7.3.1热泵工质(制冷剂)7.3.2热泵压缩机1、往复式压缩机7.3热泵工质和主要设备2、滚动转子式压缩机7.3热泵工质和主要设备7.3热泵工质和主要设备3、涡旋式压缩机7.3热泵工质和主要设备4、螺杆式压缩机7.3热泵工质和主要设备5、离心式压缩机7.3.3热泵换热器7.3热泵工质和主要设备1、翅片管式换热器7.3热泵工质和主要设备2、套管式换热器3、壳管式换热器4、板式换热器7.3热泵工质和主要设备7.3.4热泵节流元件7.3热泵工质和主要设备1、热力膨胀阀2、毛细管7.3热泵工质和主要设备3、电子膨胀阀7.4热泵的应用7.4热泵的应用7.4.1热泵在废热回收中的应用1、建筑排热2、化工生产7.4热泵的应用7.4.2热泵在空调上的应用7.4热泵的应用1、热泵型房间空调器1、热泵型房间空调器7.4热泵的应用2、商用分体热泵机组7.4热泵的应用7.4.3风冷热泵冷热水机组7.4热泵的应用第8章风机水泵的节能技术8.1简述(一)、在国民经济建设中的地位1、泵与风机属通用机械的范畴：它们在国民经济的各个部门中应用十分广泛。农业方面：排涝、灌溉；采矿工业：坑道的通风及排水；冶金工业：各种冶炼炉的鼓风以及气体和液体的输送；石油工业：输油和注水；化学工业：高温、腐蚀性气体的排送；一般工业：厂房、车间空调以及原子防护设备的通风等.2、定量分析：据统计，泵与风机耗电约占全国总用电量的百分比逐步从原30%向40%过渡。(二)在火力发电厂中的地位1、从应用角度看：在火力发电厂中，向锅炉送水的给水泵、向汽轮机凝汽器送冷却水的循环水泵、排送凝汽器中凝结水的凝结水泵、排送热力系统中各处疏水的疏水泵、向热力网系统补水的补给水泵、向锅炉输送燃料的排粉机、向锅炉输送空气的送风机、排除锅炉烟气的引风机等都是电厂的重要辅助设备。此外，还有生水泵、工业水泵以及用来输送各种润滑油、药液、排除锅炉灰渣的特殊用泵等。1—锅炉汽包；2—过热器；3—汽轮机；4—发电机；5—凝汽器；6—凝结水泵；7—除盐装置；8—升压泵；9—低压加热器；10—除氧器；11—锅炉给水泵；12—高压加热器；13—省煤器；14—循环水泵；15—射水抽气器；16—射水泵；17—疏水泵；18—补给水泵；19—生水泵；20—生水预热器；21—化学水处理设备；22—灰渣泵；23—冲灰水泵；24—液压泵；25—工业水泵；26—送风机；27—排粉风机；28—引风机；29—烟囱2、从经济角度看：泵与风机是电厂的耗电大户，特别是给水泵素有“电老虎”之称。据统计，各种泵与风机的耗电量约占厂用电的70%～80%（采用汽动给水泵除外）约为机组容量的5%～10%左右；其中泵约占50%，风机约占30%。3、从安全角度看：由于泵与风机故障而引起停机、停炉的事例是很多的，并且由此造成了很大的直接和间接的经济损失，应引起我们的足够重视。经验表明，增加安全可靠性和提高效率相比，有着同等的甚至更大的经济效益。特别是随着机组向大容量、高效率、自动化方向的发展，对泵与风机的安全可靠性也提出了越来越高的要求。(三)风机水泵运行中存在的主要问题设备陈旧、其本身额定效率低于当前世界水平。当初设计选型配套不当，