典型有效用能技术分析

能量有效利用典型有效用能技术分析精选ppt内容简要本章结合目前常用的有效用能技术的开展和应用情况，系统全面的介绍了远红外辐射加热技术、微波与超声波加热技术、隔热保温与蓄能技术、高效低污染燃烧技术、余热利用技术和磁场节能技术。并对上述有效用能技术的工作原理、工作过程及有效用能环节进行了详细的阐述。精选ppt第一节远红外辐射加热技术

一、远红外辐射加热原理物质具有不停地向外发射各种波长电磁波的特性。波长在0.76～1000μm范围内的电磁波称为红外线。红外线具有热效应，即当物体吸收了外来的红外线时，要促使物体内部微观粒子加速运动，特别是要加速分子的振动与转动，增加了物体的内能〔热能〕。也就是把外来的红外辐射能转变为热能，使物体的温度升高。实用上把红外线按波长范围分为近红外、中红外、远红外与极远红外等区。各区的波长范围对不同的学科也不相同。精选ppt第一节远红外辐射加热技术

二、远红外辐射器件辐射器件主要由热源、基体与涂料三局部组成。热源用于对辐射器加热升温，到达要求的辐射温度。它可以是电能；气体、液体与固体燃料燃烧产生的燃气及水蒸气。基体是辐射器的机体。有金属(如钢板、钢管、铝管等)和非金属(如搪瓷、陶瓷、碳化硅管板等)两种。涂料是用以增强辐射器辐射能力的物质，喷涂在辐射器基体外表上。因为物体的辐射能力取决于物体的本性，其外表状况、温度与辐射波长。根据斯蒂芬-波尔兹曼定律与克希荷夫定律，物体的辐射力为：精选ppt第一节远红外辐射加热技术

二、远红外辐射器件(一)辐射器件的类型辐射器件按供热方式分，有直热式与旁热式。直热式只能由电热元件加热。它既是发热元件，又是辐射元件。如电阻带式辐射器(图3-1)。它结构简单、重量轻、升温快，多用于需迅速加热的装置中。旁热式需由外部供给热能使辐射器升温。它体积大、升温时间长，但其生产工艺较成熟，又能利用多种能源，做成各种形状的辐射器，且寿命长，故获得广泛应用。如图3-5为煤气加热的辐射器。辐射器件按结构形状分，有板状、管状和灯状。精选ppt第一节远红外辐射加热技术

二、远红外辐射器件(一)辐射器件的类型目前常用的远红外辐射器有：

1．碳化硅远红外辐射器

一般由60％~70％的SiC，加适量粘土烧结而成，具有良好的远红外辐射性能。可制成板状、管状的旁热式，又可制成直热式电热碳化硅棒。如图3-2为碳化硅辐射板。其槽内安放电阻线。图3-1合金电阻带式辐射器图3-2碳化硅辐射板精选ppt第一节远红外辐射加热技术

二、远红外辐射器件(一)辐射器件的类型2．氧化镁管远红外辐射器如图3-3所示。电热丝置于金属管内部，空隙由良好导热性和绝缘性的氧化镁粉末填充。管两端有绝缘瓷件与接线柱将电线引出。金属管外表喷涂远红外涂料。这种器件机械强度高，平安可靠，轻便耐用，密封性好，宜于作硝石、油、水、酸、碱等生产中的加热系统。如金属管用石英玻璃代替，就无须喷涂远红外涂料，即成为乳白石英辐射器。图3-3氧化镁远红外辐射管精选ppt第一节远红外辐射加热技术

二、远红外辐射器件(一)辐射器件的类型3．搪瓷远红外辐射器其远红外涂层在1000℃左右高温下烧结在金属基材外表。具有涂层不易脱落、耐腐蚀与良好抗震等性能。外表还可定期用水冲洗。可作成管状、板状。工作温度在400℃左右。宜用于食品、药品的加热枯燥，如图3-4。图3-4板状搪瓷远红外辐射器精选ppt第一节远红外辐射加热技术

二、远红外辐射器件(一)辐射器件的类型4．多孔远红外陶瓷辐射器多孔陶瓷由多种金属氧化物在1000℃以上高温下烧结成型。具有外表辐射率高、底里面辐射率低、导热系数小、比重小、耐急热急冷等性能。可制成板状、管状，多孔陶瓷板如图3-5所示，置于煤气炉上可成为旁热式煤气远红外辐射加热器。图3-5煤气远红外辐射加热器精选ppt第一节远红外辐射加热技术

二、远红外辐射器件(一)辐射器件的类型5．灯型远红外辐射器由反射罩、辐射体及灯头组成(图3-6)。辐射体发射的远红外线经反射罩会聚平行射出，因此，在辐照范围内能量分布没有方向引起的差异，且照射距离的能量衰减低于逆二次方定律值。图3-6灯型远红外辐射器精选ppt第一节远红外辐射加热技术

二、远红外辐射器件(一)辐射器件的类型6.合金电阻带式远红外辐射器它以镍铬合金电阻带为发热体，其外表涂喷高辐射率的远红外涂料而成。如图3-7所示．采用光清度高的抛物面反射罩，可使热效率提高。它在2.5～15μm范围内的辐射率在0.7以上。图3-7高硅氧灯辐射器示意图图3-8集成式管状电阻膜辐射器精选ppt第一节远红外辐射加热技术

二、远红外辐射器件(一)辐射器件的类型7.集成电阻膜式远红外辐射器一种直热式器件。它是利用多种氧化物半导体材料混合喷熔在铝质基材上的陶瓷管或板块，作为发热层，其外表再喷熔远红外涂料，从两端引出电极。具有升温快、重量轻、热效率高等特点。如图3-8所示。图3-7高硅氧灯辐射器示意图图3-8集成式管状电阻膜辐射器精选ppt第一节远红外辐射加热技术

二、远红外辐射器件〔二〕远红外辐射涂料远红外涂料是一种在远红外波长范围内，具有很高辐射率的材料，由各种金属氧化物，或碳化物、氮化物、硼化物与粘结剂按一定比例组成，喷涂或烧结在辐射器外表上，用以发射高辐射强度的远红外线，去加热枯燥工件或物料。1.远红外辐射涂料的种类〔1〕锆钛系涂料：〔2〕黑色锆系涂料：〔3〕铁系涂料：〔4〕碳化硅系涂料：〔5〕稀土系涂料：〔6〕高硅分子筛系涂料：〔7〕镍钴系涂料：精选ppt第一节远红外辐射加热技术

二、远红外辐射器件〔二〕远红外辐射涂料2.涂料的选择原那么〔1〕在远红外辐射加热枯燥常用温度400～600℃范围内，应有较高的全辐射率；在要求的远红外波长区应有尽量高的单色辐射率。〔2〕由被加热物质的性质及其吸收光谱选择涂料：〔3〕有近似于基体材料的热膨胀系数。同时，有较好的冷热循环性与抗老化性。〔4〕材料来源广、价廉、制备工艺简单。精选ppt第一节远红外辐射加热技术

二、远红外辐射器件〔二〕远红外辐射涂料3．粘结剂粘结剂是远红外辐射涂料与辐射基体牢固结合的媒介。不同类型的辐射器或不同工艺加工的辐射器使用的粘结剂也不同。如黑色锆系陶瓷辐射元件的粘结剂为矾土、粘土等；碳化硅元件基体用粘土，而涂层多用水玻璃，搪瓷元件的粘结剂为搪瓷釉料，高温辐射器采用双氢磷酸铝或高温油料。作为粘结剂的材料应具有附着性强、抗热冷冲击性和化学稳定性好、不影响涂料的辐射性能、制作工艺简单、价格廉价等性能。精选ppt第一节远红外辐射加热技术

二、远红外辐射器件〔二〕远红外辐射涂料4．涂覆工艺〔1〕基体处理：〔2〕涂料涂覆①冷涂法：②高温熔射法：③涂层烧结法：精选ppt第一节远红外辐射加热技术

二、远红外辐射器件〔三〕电热元件电热元件作为远红外辐射器件的热源，通过电阻丝(带)把电能转变为热能，使辐射器外表升温到要求的工作温度，从而发射远红外线。使用中要保证电阻丝长期稳定工作，主要是合理选择电阻丝的外表功率(热负荷)。通常电阻丝的许用功率为1～2W/cm2；电阻带为1.5～2.5W/cm2。工作温度高、元件封闭者，热负荷应选得小些。精选ppt第一节远红外辐射加热技术

二、远红外辐射器件〔三〕电热元件

选择热负荷及某种材料的电阻元件后，可由下式算得电阻丝的直径。精选ppt第一节远红外辐射加热技术

三、远红外辐射加热炉

远红外辐射加热炉一般由炉体、炉壁、隔热保温衬垫、远红外辐射器、电气及温、湿度控制系统、通风系统等组成。工件可移动的通过式炉还有传动装置。采用非电的其他热源还有燃烧装置。加热炉的具体结构可参阅有关资料。〔一〕加热炉的功率确定加热炉的功率指远红外辐射器热源的功率。它主要决定于加热炉的热负荷Q与热效率。因此，加热炉功率为

炉的热负荷在稳定状态下，主要包括加热工件或物料所需热量Q1，加热物中蒸或挥发物升温热量与汽化潜热Q2，而各种散热损失Q3包括辅具、炉壁、炉门等散热量及炉内介质带走的热量，都可在热效率中考虑。精选ppt第一节远红外辐射加热技术

〔二〕远红外辐射器的合理选用1．远红外辐射器的选择2．确定辐射器的最正确工作温度

图3-9

辐射器的布置精选ppt第一节远红外辐射加热技术

T(℃)T(K)E(W/cm2)Q对流/Q辐射3005730.61125.1860.674006731.16324.3850.505007732.01443.7820.386008733.29343.3770.297009735.08203.0710.2380010737.51592.76607342.5600.151000127314.8902.3540.123．辐射器在炉内的布置精选ppt第一节远红外辐射加热技术

〔三〕远红外加热炉设计的内容与步骤设计一台远红外加热炉要进行热工、机械、电气、流体力学及经济等多方面的设计计算，并画出设计图，写出设计说明书。其内容与步骤为：1.了解与掌握设计的原始资料与数据2．根据受热物的性质、产量确定炉型，采用固定式，还是通过式加热炉。3．确定受热物的工艺布置与输送方式，与受热物同时入炉的输送设备型式、重量及传送速度等。4．确定炉子的尺寸、炉壁结构和保温层材料与厚度。5．计算加热炉功率6．远红外辐射加热系统设计，包括选定辐射器的型式，热源及涂料，确定最正确辐射温度，辐射器的个数，组数及布置。7．其他系统设计可有温度、湿度控制及电气系统，通风系统，受热物输送系统等。8．根据设计计算绘制加热炉结构图、施工图，写出设计说明书。精选ppt第一节远红外辐射加热技术

〔四〕远红外辐射加热炉设计实例设计一远红外面包烘烤炉。连续生产，每小时烘烤450kg面包(以面粉计算)。1．参数确定和物料分析2．物料量计算3．炉体长度计算4．热量及功率计算5.实际应用的一些考虑精选ppt第二节微波与超声波加热技术

一、微波与超声波加热原理〔一〕微波加热原理1．微波的定义微波是一种高频率的电磁波，其频率范围约在3×102～3×105MHz(相应的波长为100～0.1cm)，即在300MHz至300GHz之间。2.微波加热原理

如果外电场是交变的，那么有极分子的转向也要随电场的变化而不断改变方向。在这个过程中，由于分子间的相互碰撞，将使电能转化为分子的动能，然后再转化为热能，使物体的温度升高。精选ppt第二节微波与超声波加热技术

〔二〕超声波加热原理1.超声波的定义

2.超声波加热的根本原理(1〕共振：即超声波是被加热物质中分子的共振，根据分子动理论，物质是由大量的分子组成的，而分子是处于永不停息的运动之中，当然这个运动是振动形式的了。〔2〕热力学原理：温度的本质就是衡量物质内的大量分子的无规那么运动的剧烈程度的物理量，只是在外表现象上显现为冷热程度。当然分子运动越剧烈温度越高。精选ppt第二节微波与超声波加热技术

二、微波与超声波加热器件(一)微波加热器件微波加热源主要有两种：一种是连续波磁控管，特点是中等功率〔几十瓦到几千瓦〕，效率高〔约50%～80%〕，场结构简单、体积小、重量较轻、寿命较长、价格低；另一种是多腔速调管，其特点是大功率〔几千瓦到兆瓦级〕、寿命长〔10000h以上〕、中等效率〔40%～60%〕，但需要高压电源〔数万伏到数十万伏〕，结构复杂、体积大、重量重、价格贵等。如图3-10所示为微波加热设备的方框图。它主要由直流电源、微波发生器、连接波导、加热器及冷却系统等几局部构成。精选ppt第二节微波与超声波加热技术

微波加热器主要有以下四大类：1.

微波炉

微波炉的结构示意图如图3-11所示，主要由电源、磁控管、波导、谐振腔、模扰动器等构成。2.

行波场波导加热器图3-12所示为一平板波导加热器示意图精选ppt第二节微波与超声波加热技术

3.慢波型微波加热器图3-13所示为梯形加热器示意图，它是在脊形波导的宽边上周期性地开了许多与波导轴正交的槽，由于梯形加热器中微波场集中在槽附近传播，所以在槽的位置上可以获得很强的电场。4.辐射型微波加热器在农产品加工、医药用微波加热器以及对矿石、水泥进行破坏或加工时，可以用辐射型加热器。将微波能量辐射到被加热的物料外表，然后再穿透到物料内部去。图3-14所示的喇叭式辐射加热器是其中的一种。精选ppt第二节微波与超声波加热技术

〔二〕超声波加热器件1.超声波燃烧器2.超声波传感器3.超声波测距系统图3-15超声波传感器系统的构成精选ppt第二节微波与超声波加热技术

〔一〕微波的应用微波在医学上的应用〔1〕微波诊断：〔2〕微波在农业上的应用：〔3〕利用微波传输太阳能三、微波与超声波的应用精选ppt第二节微波与超声波加热技术

〔二〕超声波的应用1.超声波在军事中的应用2.超声波在医学中的应用3.超声波在生活及效劳业中的应用4.超声波在工业上的应用三、微波与超声波的应用精选ppt第三节隔热保温与蓄能技术

一、概述

在生产和生活实际中，对热〔冷〕设备、热管道及其附件、建筑物的外围护结构一般都要进行隔热保温。其目的：一是为减少热或冷损失，提高热能的利用效率，以节约能源；二是为保护在高温或低温下工作的材料和结构，免遭损害；三是为保安、防火、环境保护及改善劳动条件等。隔热保温措施通常是使用绝热材料与采用热屏蔽。前者更为普遍。隔热保温措施可以是在短时间内一次采用，这通常是属于保护性的。如在火灾时保护建筑物的钢筋免受高温影响；又如人造卫星重返大气层时，使其免受高温烧毁。而通常那么是长期反复使用。精选ppt第三节隔热保温与蓄能技术

〔一〕保温材料及其应用隔热通常是通过在设备或管道外包上一层保温材料(又称热绝缘材料或隔热材料)来实现的。为了使保温材料长期可靠的使用，在保温层的外面还加了一层防护层。1.对保温材料的要求2.对防护层的要求为了长期可靠，保温层外面通常要加一层防护层，对防护层的要求如下：3.常用保温材料的热物理性质表3-4给出了常用保温材料及其制品的热物理性质。更详细的资料可查阅有关的手册。二、隔热保温技术精选ppt第三节隔热保温与蓄能技术材料名称密度(kg/m3)导热系数(W/(m·K))适用温度(℃)膨胀珍珠岩类：一级散料二级散料三级散料水泥珍珠岩板水玻璃珍珠岩板憎水珍珠岩制品

≤8080～150150～250250～400200～300200～300

≤0.0520.052～0.0640.064～0.0760.058～0.0870.056～0.0650.058

约200约800≤600≤650——普通玻璃棉类中级纤维淀粉粘结制品中级纤维酚醛树脂制品玻璃棉沥青黏结制品100～130120～150100～1700.040～0.0470.041～0.0470.041～0.058-35～300-35～350-20～250超细玻璃棉类：超细棉(原棉)超细棉无脂毡缝合垫无碱超细棉18～3060～8060～80

—≤0.035≤0.035-100～450-120～400-120～600石棉类：石棉绳石棉碳酸镁管硅藻土石棉灰泡沫石棉590～730360～450280～38040～500.070～0.2090.064+0.00033t0.066+0.00015t0.038+0.00023t﹤500﹤300﹤900﹤500表3-4常用保温材料及其制品的热物理性质注：t为保温材料的平均温度(℃〕。精选ppt第三节隔热保温与蓄能技术〔二〕管道保温计算管道保温计算有两个目的：一是计算所需保温材料的厚度，二是计算单位长度管道的热损失或核算保温材料的外外表温度。1.架空管道〔1〕根本公式：如图3-16所示。假设管道各局部的分热阻为Ri，那么通过每米长管道的径向热损失(不包括管道附件的热损失)为图3-16

管道保温计算示意图精选ppt第三节隔热保温与蓄能技术〔2〕根本公式的简化：为计算简单起见，从工程应用出发，常对根本公式进行如下的简化。一般保温层外外表的温度均不高，这时保温层外外表的对流换热系数a2和辐射换热系数a3之和，即保温层外外表的总换热系数a，可以用下面的简化公式进行计算。对室内管道有对室外管道有由此得简化公式为：〔3-26〕〔3-27〕精选ppt第三节隔热保温与蓄能技术

〔3〕容许热损失确实定：为满足工艺要求的容许热损失，一般需要计算，对于其他情况，容许热损失计算时可参考表3-5和表3-6。

管道热介质温度（℃）

外径6070100125150160200225250mm容许热损失QL(W/m)2017.426.737.243.048.850.055.864.073.33231.434.944.251.258.262.869.877.987.24837.244.255.862.869.873.384.993.0101.25743.050.062.868.675.679.193.0102.3110.57653.561.669.884.991.995.4110.8119.8130.38960.569.886.194.2102.3105.8118.6129.1139.510868.881.498.9108.2116.3119.8133.7144.2154.7表3-5室内保温管道外表容许的热损失(保温外表和周围空气的温差为20℃)精选ppt第三节隔热保温与蓄能技术

管道热介质温度(℃)

外径5070100125150160200225250mm容许热损失QL(W/m)2015.123.331.438.45.550.062.80.979.13217.426.736.144.253.557.072.180.289.64820.931.441.952.361.667.563.794.2104.75724.434.946.557.067.572.190.7101.2111.67629.140.752.364.076.881.4100.0112.8125.68932.644.258.269.882.687.2108.2119.8132.610836.150.064.077.989.695.4117.5131.4145.413340.755.869.886.198.9104.7129.1144.2158.215944.258.275.693.0109.3116.3139.6157.0172.119448.867.584.9102.3119.8125.6151.2169.8188.421953.569.890.7110.5127.9134.9162.8183.8203.527361.681.4101.2124.4145.4153.5186.1209.3230.332569.893.0116.3139.6162.8172.1209.3232.6255.937782.6108.2132.6157.0181.4191.9231.4255.9279.142695.4122.1148.9174.5207.0210.5253.5279.1302.4精选ppt第三节隔热保温与蓄能技术

〔5〕经济厚度：保温层的经济厚度就是图3-16上的δ0，在这个厚度下，年总费用最低。每年每米管道的投资、运行和维修的总费用C为：〔4〕保温层厚度的计算方法：保温层厚度的计算很复杂。要由式(3-21)～式(3-27)或简化公式计算出保温层的厚度，首先必须确定单位长度管道所容许的热损失QL。在QL决定以后,还不能算出所需的保温层的厚度δ，因为计算中涉及保温层外外表的温度tw，而tw又与保温层的厚度a有关。a越大，tw越小。故只能采用试算法。

C=bQ+P(c0V+cbF)(元/(m·h))〔6〕保温管导热损失的计算及核算壁温：热力管道包上保温层后，由于δ，由式(3-26)或式(3-27)，很容易算出管道的热损失和保温层外外表的壁温。精选ppt第三节隔热保温与蓄能技术

2.无沟埋设的管道

对直接埋于土壤中的管道，在计算热损失时，除了保温层的热阻外，还要考虑土壤的热阻。根据传热学理论，土壤热阻可用下式计算，即

〔3-30〕当h/dx≥1.25时，式(3-30)可简化为

此时无沟埋设的保温管道的热损失为

式中t0——土壤的平均温度〔℃〕。〔3-32〕〔3-31〕精选ppt第三节隔热保温与蓄能技术

3.地沟中铺设的管道地沟中铺设的管道的总热阻应包括以下几局部：保温层的热阻R3，保温层外外表到地沟内空气的对流换热热阻R4，地沟内空气到地沟壁的对流换热热阻R7，地沟壁的导热热阻R8，土壤的热阻Rt。其中R3、R4、R7、R8、Rt均可采用前述的计算公式进行计算。计算地沟中铺设的管道的热损失可采用如下公式，即〔3-33〕〔3-34〕精选ppt第三节隔热保温与蓄能技术

4.热力管道保温设计中的一些问题〔1〕保温管道的附加热损失：这里是指管道中的法兰、阀门、接头、分配器等所带来的热损失。这局部热损失不易求得，一般按下面给出的值来估算。阀门：阀门热损失的相当长度可参见表3-7。〔2〕保温管道的敷设：在设计保温管道时．应根据具体情况选用适宜的敷设方式，并考虑不同敷设方式对保温结构的要求。表3-7阀门热损失的相当长度阀门情况管于内径(mm)管温100℃管温400℃热损失的相当长度(m)

室内l/4裸露，3/4保温1002.5550037.5室外l/4裸露．3/4保温1004.5650068.5精选ppt第三节隔热保温与蓄能技术

〔三〕热屏蔽用导热系数小的绝热材料进行隔热保温，主要是减少散热损失。而热屏蔽是设法消耗掉传入的热量，或利用反射率高与辐射率低的外表，将辐射热反射回去，既可减少散热损失，更主要是起保护作用，防止被保护材料或设备过分升温。在被保护的材料与热源之间加遮热板、罩，可大量减少对被保护材料的传热。这是最常用的热屏蔽方法。通过消耗传来热量的热屏蔽，其耗热方法有三类。一是作为显热消耗，二是作为相变(蒸发、升华、熔化)潜热消耗；三是作为反响热、离子化热消耗。精选ppt第三节隔热保温与蓄能技术

三、蓄能技术〔一〕常见的蓄热方式蓄热的方式主要有三种，即显热蓄热、潜热蓄热和化学反响热蓄热。1.显热蓄热当对蓄热介质加热时，其温度升高，内能增加，从而将热能蓄存起来。显热式蓄热原理十分简单．实际使用也最普遍。〔1〕蓄热水箱：〔2〕石块床蓄热器：〔3〕液体固体组合式蓄热设备：〔4〕中、高温蓄热介质及大容量蓄热技术：精选ppt第三节隔热保温与蓄能技术三、蓄能技术〔一〕常见的蓄热方式2.潜热蓄热物质由固态转为液态，由液态转为气态，或由固态直接转为气态(升华)时，将吸收相变热，进行逆过程时，那么将释放相变热。〔1〕低温潜热式蓄热：表3-8适用于建筑物供暖及降温用的有关相变蓄热材料的热物性〔2〕高温应用：表3-9假设干共熔材料的物性参数精选ppt第三节隔热保温与蓄能技术三、蓄能技术〔一〕常见的蓄热方式3.热化学方法蓄热化学反响储能是利用可逆化学反响的反响热来进行储能的，例如，正反响吸热，热被储存起来，逆反响放热，那么热被释放出来。这种方式的储能密度虽然较大，但是技术复杂并且使用不便，目前仅在太阳能领域受到重视，离实际应用尚较远。〔1〕化学反响蓄热：〔2〕浓度差蓄热：〔3〕化学结构变化蓄热：精选ppt第三节隔热保温与蓄能技术〔二〕蓄热材料的性能要求及分类1.蓄热材料的性能要求理想的蓄热材料应符合以下条件：〔1〕热力学条件适宜的相变温度：〔2〕化学条件：〔3〕经济性条件：2.蓄热材料的分类图3-17

蓄热材料的分类示意图精选ppt第三节隔热保温与蓄能技术〔三〕蓄热技术的应用蓄热技术作为缓解人类能源危机的一个重要手段，主要有以下几个方面的应用。1.太阳能热储存太阳能蓄热技术包括低温和高温两种。2.工业热能储存目前工业热能储存采用再生式加热炉和废热蓄能锅炉等蓄能装置。3.电力调峰及电热余热储存4.交通及武器装备等

5.在太空中的应用6.其他方面的应用精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

燃料燃烧是获取热能的最主要方式。燃料燃烧过程是一个很复杂的化学、物理过程。燃料燃烧必须具备三个条件：〔1〕必须有可能燃烧的可燃物(燃料)。〔2〕必须有使可燃物着火的能量(或称热源)，即使可燃物的温度到达燃点温度以上。〔3〕必须供给足够的氧气或空气(因为空气中也含有助燃的氧气)。一、燃烧概述精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

二、气体燃料的燃烧技术气体燃料便于储存、运输，且燃烧方便，因此随着天然气的开发和煤的气化，其应用越来越广。气体燃料燃烧的效率主要取决于气体燃烧器。对气体燃烧器的根本要求是：〔1〕不完全燃烧损失小，燃烧效率高。〔2〕燃烧速率高，燃烧强烈，燃烧热负荷高。〔3〕着火容易，火焰稳定性好，既不回火，又不脱火。〔4〕燃烧产物中有害物质少，对大气污染小。〔5〕操作方便，调节灵活，寿命长，能充分利用炉膛空间。精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

二、气体燃料的燃烧技术常用的气体燃烧器有扩散式燃烧器、预混式燃烧器、局部预混式燃烧器。对这类扩散式燃烧器，可燃气体与助燃空气不需预先混合，燃烧所需空气由周围环境或相应管道供给、扩散而来。图3-18(a)、(b)所示为简单的扩散式燃烧器。a

b图3-18简单的扩散式燃烧器a.最简单的煤气扩散式燃烧器b.多排喷孔的煤气扩散式燃烧器精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

一、燃烧概述气体燃料的燃烧效率通常都很高。在气体燃料的燃烧技术中，应将注意力放在以下几个方面：1.正确选用燃烧器2.正确选择燃烧器的参数3.提高火焰的稳定性4.燃烧器的改进和开发图3-19

多喷口板式无焰燃烧器1.耐火砖燃烧道

2.分配室

3.分配锥

4.混合器

5.喷嘴

6.空气调节阀精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

三、油的燃烧技术

油是最常用的液体燃料。由于油的沸点总是低于其着火温度，因此油总是先蒸发成油蒸气，再在蒸气状态下燃烧，其燃烧过程和气体燃料燃烧几乎完全相同。油的燃烧包含了油加热蒸发、油蒸气和助燃空气的混合以及着火燃烧三个过程，其中油加热蒸发是制约燃烧速率的关键。为了加速油的蒸发，扩大油的蒸发面积是主要的方法，为此，油总是被雾化成细小油滴来燃烧。精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

为了实现油的高效低污染燃烧，应从以下两方面来着手：1.

提高燃油的雾化质量

燃油的雾化是通过各种雾化器来实现的。雾化器又称喷油嘴。按其工作形式可以分为两大类：机械式喷油嘴(压力式和旋杯式)；介质式喷油嘴(以蒸汽或空气作介质)。压力式雾化喷油嘴是借送入燃烧器的油的压力来实现雾化，它又可分为简单式和回油式两种形式。三、油的燃烧技术图3-20

超声波喷油嘴1.谐振器

2.喷油孔

3.环形间隙

4.汽室精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

2.实现良好的配风油燃烧器是由喷油嘴和配风器两局部组成。配风器的任务是供给适量的空气，以形成有利于空气和油雾混合的空气动力场。图3-21所示为直管式配风器的示意图，它多用于小型锅炉和窑炉。三、油的燃烧技术图3-21

直管式配风器的示意图精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

2.实现良好的配风油燃烧器是由喷油嘴和配风器两局部组成。配风器的任务是供给适量的空气，以形成有利于空气和油雾混合的空气动力场。

三、油的燃烧技术不管采用何种配风方式都应该使空气和油雾扩展角很好配合，一般气流的扩展角应比油雾扩展角稍小些，以使空气能高速喷入油雾中形成良好的配合(见图3-22)。ab图3-22空气扩散角和油雾扩散角的配合a.空气流扩展角过大b.空气流扩展角适宜精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

四、煤粉燃烧稳定技术

我国大型锅炉和工业窑炉大多采用煤粉燃烧。煤粉燃烧稳定技术是通过各种新型燃烧器来实现煤粉的稳定着火和燃烧强化。采用新型燃烧器不但能使锅炉适应不同的煤种，特别是燃用劣质煤和低挥发分煤，而且能提高燃烧效率，实现低负荷稳燃，防止结渣，并节约点火用油。1.

煤粉钝体燃烧器

煤粉钝体燃烧器见图3-23。图3-23

煤粉钝体燃烧器示意图精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

四、煤粉燃烧稳定技术2.

稳燃腔燃烧器

3.

开缝钝体燃烧器

4.

夹心风燃烧器

5.

火焰稳定船式燃烧器6.

双通道自稳燃式燃烧器

精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

五、煤粉低氮氧化物燃烧技术一般来说，采用低过量空气燃烧可以降低NOx排放15%～20%。燃煤电站对环境的污染是十分严重的。目前世界上大多数燃煤电站对粉尘和SO2的排放已有相当成熟的控制和处理技术，但对如何减少另一种污染物——NOx的排放仍在进一步深入研究之中。目前降低NOx的排放比较成熟的方法是采用空气分级燃烧和烟气再循环燃烧等技术。1.低过量空气燃烧如果使煤粉燃烧过程的供气接近理论空气量，那么由于烟气中过氧量的减少将有效地抑制NOx的生成，显然这是一种最简单的降低NOx排放的方法。值得注意的是，采用这种方法有一定的限制。精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

五、煤粉低氮氧化物燃烧技术2.空气分级燃烧空气分级燃烧是目前国内外燃煤电厂采用最广泛、技术上也比较成熟的低NOx的燃烧技术。空气分级燃烧的根本原理是将燃料的燃烧过程分阶段来完成。图3-24

空气分级燃烧原理的示意图精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

3.燃料的分级燃烧燃料的分级燃烧与空气分级燃烧类似。它先将80％～85％的燃料送入第一级燃烧区，使之在过量空气系数大于1的条件下燃烧，并生成NOx；其余的20％～l5％的燃料那么在主燃烧器的上部送入第二级燃烧区，在过量空气系数小于l的条件下形成很强的复原气氛，从而使得在第一级燃烧区中生成的NOx在第二级燃烧区中被复原成氮分子；与此同时，新的NOx的生成也受到了抑制。采用此法可使NOx的排放降低50％。五、煤粉低氮氧化物燃烧技术精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

4.烟气再循环除了利用空气和燃料分级燃烧减少NOx排放外，目前还采用烟气再循环来减少NOx的排放。这种方法是在锅炉尾部空气预热器前抽取一局部低温烟气，或直接送入炉膛，或与一次风或二次风混合后再送入炉膛。这样不但可以降低进入炉膛的氧气浓度，而且可以降低燃烧温度，这些都有利于抑制NOx的生成。经验说明，当烟气再循环率为l5％～20％时，煤粉炉NOx的排放可降低25％左右。五、煤粉低氮氧化物燃烧技术精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

六、高浓度煤粉燃烧技术高浓度煤粉燃烧技术不但能实现煤粉锅炉低氮氧化物燃烧，而且能实现无烟煤等难燃煤种的稳燃。为了实现高浓度煤粉燃烧技术，必须提高一次风中的煤粉浓度，目前主要有以下三种提高煤粉浓度的方法。1.

高浓度的给粉

它是直接采用高浓度输粉，即用独立的风源或其他介质把高浓度的煤粉，经过比常规给粉管细得多的管道直接送至燃烧器进行高浓度的燃烧。2.

采用燃烧器浓缩技术

选种技术或是形成浓淡偏差燃烧，或是大范围地调节一、二次风粉流，间接形成高浓度燃烧，或是通过特殊的喷嘴设计形成局部浓缩着火区。3.

采用浓缩器浓缩技术

它是在燃烧器之外设置专门的浓缩机构，从而浓缩一次风粉流，实现高浓度煤粉燃烧。精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

七、流化床燃烧技术煤的流化床燃烧是继煤燃烧和粉煤燃烧后，于20世纪60年代开始迅速开展起来的一种新的煤燃烧方式。这种方式煤种适应性广，易于实现炉内脱硫和低氮氧化物排放，且燃烧效率高，负荷调节性好，能有效地利用灰渣。1.特殊的气固流动形态——流态化

ab

c图3-25气固两相随气流速度变化所呈现的不同流态a.固定床b.沸腾床c.循环流化床精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

七、流化床燃烧技术2.流化床锅炉的优点〔1〕燃料的适应性好：〔2〕污染物排放低：〔3〕燃烧效率高：〔4〕负荷调节性好：〔5〕有效利用灰渣：正是上述这些优点，使流化床燃烧技术在较短的时间内得到了迅速开展和广泛应用。精选ppt第四节高效低污染燃烧技术

3.流化床锅炉的开展流化床锅炉已从20世纪60年代的第一代鼓泡流化床锅炉开展到80年代的第二代循环流化床锅炉，锅炉的容量也从以小于75t/h为主，逐步开展到220t/h、410t/h，目前正向800t/h和更大容量开展，并与200MW的汽轮发电机组配套。目前，流化床锅炉局部地取代煤粉锅炉，大幅度地减少污染物的排放，降低电厂治理污染的投资和运行费用，已成为全世界洁净煤技术的重要开展方向之一。目前为开展燃气蒸汽联合循环发电装置，一种与燃气轮机配套的增压流化床锅炉也正在迅速开展之中。因此，根据我国能源以煤为主且煤质较差的国情，大力开展流化床燃烧技术是十分必要的。七、流化床燃烧技术精选ppt第五节余热利用技术以环境温度为基准，被考察体系排出的热载体可释放热称为余热。企业中有着丰富的余热资源，从广义上讲，但凡温度比环境温度高的排气和待冷物料所含的热量都属于余热。〔一〕余热资源分类依据在热体形态将余热分为以下三类：1.固态载体余热资源：2.液态载体余热资源：3.气态载体余热资源：一、概述精选ppt第五节余热利用技术一、概述〔二〕余热资源等级1．余热资源等级划分原那么按余热利用投资回收期划分余热资源等级。2.余热资源等级余热资源等级余热利用投资回收期常见余热资源举例

一等余热资源

＜3可燃性废气、废液、废料；供热系统中的冷凝水；400℃以上温度的烟气；砖瓦窑炉中用于干燥坯体的低温烟气

二等余热资源3～6250℃温度的烟气；80℃以上的冷却水；可利用的高温排渣三等余热资源＞6250℃以下温度的烟气；可利用的中温排渣表3-10余热资源等级余热接温度水平可以分为三档：高温余热，温度大于650℃；中温余热，温度为230～650℃；低温余热，温度低于230℃。精选ppt第五节余热利用技术二、余热利用的原那么与途径(一)余热利用的原那么在估计和利用余热中，应注意以下原那么与事项。1.余热的可用性〔1〕余热的可用性表现为余热应具有一定的品质与足够的数量。〔2〕余热的品质：〔3〕按国家规定的工业炉窑烟气排放标准，可估计其余热的可用性：锅炉容量（t/h）排烟温度(℃)锅炉容量（t/h）排烟温度(℃)<1≤3204≤200≥1≤250≥6≤180表3-11工业锅炉排烟温度标准精选ppt第五节余热利用技术表3-12

工业炉窑烟气余热回收率标准烟气出口温度（使用低发热量燃料时使用高发热量燃料时余热回收标准（%）排气温度（℃）预热空气温度（℃）余热回收标准（%）排气温度（℃）预热空气温度（℃）5002035017022340150600234002202738020070024466260274402308002453030026510250900265803502856030010002367035025550300>100026~48710~470450~75030~55570~400400~700二、余热利用的原那么与途径精选ppt第五节余热利用技术2.余热的有效利用〔1〕余热的利用也应按“按质用能，梯级利用〞的用能原那么办。〔2〕应在想方设法提高设备效率，以减少余热排出量的前提下，就近、就地利用余热，最优先用在本工序上，以减少余热传输损失。〔3〕尽可能减少使用中能量的转换次数，以减少转换损失，最好是直接利用。〔4〕要减少余热利用与管理上的能量损失。应尽量防止在余热中混进低温空气或水，这不仅使余热品质降低，且引起处理量的增加，因而使处理设备增大。注意回收余热设备、管道，阀门等的保温隔热，以减少散热损失。二、余热利用的原那么与途径精选ppt第五节余热利用技术3.余热回收率的控制余热回收率并不是愈高愈好。要考虑以下问题，适当控制余热的回收率。〔1〕要以不影响产品质量及设备寿命为前提来考虑余热回收。如高温产品显热的回收就要注意冷却速度，以免急冷而使产品变形、开裂或过大的热应力，造成损坏。〔2〕烟气余热回收率过高，可能造成设备的低湿温腐蚀。〔3〕随着回收率的提高，余热回收设备，如换热器等的设备费用将按指数规律增加。〔4〕利用烟气来预热燃烧用空气，使燃烧温度提高，这可使烟气中的氮氧化物含量增加，造成对大气的污染。应注意环境保护。二、余热利用的原那么与途径精选ppt第五节余热利用技术4.余热利用的经济性余热利用不但要添加回收利用设备，需要投资，而且还要扩大占地面积，增加运行管理的环节与费用。评价余热回收利用的经济效益有以下几种方法。〔1〕使用期净收益法：〔2〕投资归还年限法：〔3〕投资利润率法：当然，在评价余热利用时，还应注意环境、对产品质量及工人劳动条件等的影响。二、余热利用的原那么与途径精选ppt第五节余热利用技术〔二〕余热利用的途径余热利用的途径主要有三方面：余热的直接利用、余热发电和余热的综合利用。1．余热的直接利用余热的直接利用有以下途径：(1〕预热空气：(2〕枯燥：(3〕生产热水和蒸汽：(4〕制冷：2．余热发电利用余热发电通常有以下几种方式：

3．余热的综合利用余热的综合利用是根据工业余热温度的上下，采用不同的利用方法，实现余热的梯级利用，以到达“热尽其用〞的目的。二、余热利用的原那么与途径精选ppt第五节余热利用技术三、余热计算为了开发利用余热，制定余热回收标准，采取适宜的余热回收技术，应该对我国余热资源进行调查、测试、统计和分析。这都须对余热进行计算。下面介绍几种余热的计算公式，以便采用测算结合的方法，得出余热资源数量。1.烟气余热式中B——炉窑的平均燃料用量〔kg/h〕；Vy——每公斤燃料产生的烟气量〔Nm3/kg〕。对于煤，可从表3-13查得；ty、tp——分别为烟气的与余热利用设备排烟的平均温度〔℃〕。如表3-14所列；精选ppt第五节余热利用技术表3-13燃烧每公斤煤产生的烟气量〔Nm3/kg〕

煤的发热量(Kj/kg)

过量空气系数66901882020910230002509027180292701.26.126.667.217.778.318.859.401.36.537.167.768.388.969.5510.151.47.027.668.328.979.6110.2510.901.57.488.178.839.5810.2710.9511.66表3-14常见工业炉窖排烟温度设备名称排烟温度（℃）设备名称排烟温度（℃）空气吹炼平炉600—700玻璃熔窑650—900氧气吹炼平炉700—1100锅炉100—300氧气顶吹转炉1650—1900燃气轮机400—550炼铜反射炉1100—1300内燃机300—600镍精炼炉1400—1600增压内燃机250—400炼锌烟化炉1000—1100热处理炉400—600干法水泥窑600—800炼油石油化工换热器300—450精选ppt第五节余热利用技术Cy,Cp——分别为烟气的与余热利用设备排烟时温度下的比热〔kJ/Nm3·K〕。其数值可以从表3-15查得。烟气温度（℃）烟气比热（3·K烟气温度（℃）烟气比热（3·K01.3595001.4631001.3796001.4841801.3967001.5052001.4008001.5223001.4219001.5384001.44210001.559表3-15通用烟气比热精选ppt第五节余热利用技术2.高温炉渣和产品余热高温炉渣的余热可用下式计算

式中mz——炉渣产量〔kg/h〕；tz，tzp——分别为高温炉渣的与炉渣热量被利用后的排渣温度〔℃〕；Cz，Czp——分别为tz与tzp温度时炉渣的比热〔kJ/kg·K〕。对于近似计算，炉渣比热可参照表3-16取值。高温产品余热计算，可用上述类似的方法进行。〔3-42〕精选ppt第五节余热利用技术表3-16炉渣近似的比热炉渣温度（炉渣近似的比热（炉渣温度（炉渣近似的比热（1000.8078000.9572000.84410000.9823000.87812001.0036000.932——精选ppt第五节余热利用技术3.冷却介质余热〔1〕水冷却的余热式中DS——冷却水流量〔kg/h〕；CS——水的比热〔kJ/〔kg·K〕〕；t2，t1——冷却水在冷却设备中的出口利用设备的出口温度〔℃〕。〔2〕汽化冷却的余热式中Dq——汽化时的产汽量〔kg/h〕；hs，hq——分别为汽化介质在冷却设备中的出口和利用设备的出口焓〔kJ/kg〕。废水和废汽的余热可用类似的方法计算。精选ppt第五节余热利用技术4.可燃气体余热可燃气体余热由可燃气体的发热量确定：式中Qd——可燃气体的低位发热量〔kJ/Nm3〕；Vr——可燃气体的体积〔Nm3/h〕。煤气15470～17150kJ/Nm3；焦炉煤气为14650～18840kJ/Nm3；天然气为33500～39000kJ/Nm3。5.化学反响余热化学反响余热取决于具体的化学反响，其余热量为：式中mf——化工产品产量或化工原料耗用量〔kg/h〕；qf——生产单位产品或耗用单位原料的反响放热量〔kJ/kg〕。上述计算都是每小时可产余热量。在计算余热资源时应按年产余热量计算。精选ppt第五节余热利用技术1.余热的动力回收余热中动力回收的经济性好，许多热设备的排气温度较高(见表3-17)，能满足动力回收的条件。四、余热利用实例表3-17

常见热设备的排气温度

设备

排气温度(℃)

设备

排气温度(℃)高炉1100～1200干法水泥窑900～l000炼钢平炉600～1100玻璃镕窑650～900氧气顶吹转炉1650～1900煤气发生炉400～700钢坯加热炉900～1200燃气轮机400～550炼焦炉约1000内燃机300～600炼铜炉1000～1300热处理炉400～600镍精炼炉1400～1600干燥炉250～600石油化工装备300～450锅炉100～350精选ppt第五节余热利用技术此外，许多可燃废气，其温度和热值都比较高，也是理想的动力回收的资源。表3-18给出了局部可燃废气的成分和发热量。四、余热利用实例废气可燃成分(％)低位发热量(kJ/kg)COH2CH4焦炉煤气5～855～6023～2716300～17600高炉煤气27～301～20.3～0.83770～4600转炉煤气56～611.5—6280～7540铁合金冶炼炉气706—>8400合成氨甲烷排气——1514600化肥厂焦结煤球干馏气6.619.354200～4600电石炉排气8014110900～ll700表3-18局部可燃废气的成分和发热量精选ppt第五节余热利用技术在动力回收中，最简单的是直接利用可燃废气驱动燃气轮机。对于中高温的废气，在很多情况下，都是采用余热锅炉产生蒸汽，再驱动汽轮机发电。余热锅炉的结构和一般锅炉类似，也是由省煤器、蒸发受热面和过热器等组成，但由于热源分散，温度水平不同，因此不能像普通锅炉那样组成一个整体，其布置应服从工艺要求，多采用分散布置。因为不需要炉膛，所以其外形更类似于换热器。四、余热利用实例精选ppt第五节余热利用技术对于低温的余热，在动力回收中通常采用闪蒸法或低沸点工质法。闪蒸法主要用于低温热水或汽水混合物，闪蒸动力循环如图3-26所示。四、余热利用实例图3-26单级闪蒸动力循环系统圈1.闪蒸器2.汽轮机3.发电机4.冷凝器5.冷水源6.水泵7.阀8.排热水9.低温热水精选ppt第五节余热利用技术另一种采用低沸点工质的动力回收方法是采用双循环法，即低沸点工质作为直接做功工质，而另一种工质那么作为中间传热介质，构成双工质循环。图3-27所示为油-氟利昂双工质循环的示意图。四、余热利用实例图3-27

油氟利昂双工质循环的示意图精选ppt第五节余热利用技术四、余热利用实例2.凝结水回收系统蒸汽是工业生产和人们生活中被广泛应用的载热介质。一般用汽设备利用的蒸汽热量只不过是蒸汽的潜热，而蒸汽中的显热，即凝结水中的热量，几乎没有被利用。凝结水温度等于工作蒸汽压力下的饱和温度，蒸汽压力越高，凝结水中的热量也越多。其含热量可以到达蒸汽所含热量的20％～30％。如果不加以回收，不仅损失热能，而且也损失了高度洁净的水，使锅炉补给水和水处理费用增加。精选ppt第五节余热利用技术蒸汽在用汽设备和管道中放出潜热以后，即凝结为水。在设备中积存的凝结水应及时排出。如积存过多，对加热设备来说，将减少蒸汽的散热面积。降低设备的加热效果；对动力设备和管道还会引发水击。为此在加热设备和管道的泄水管出口应装设疏水器(见图3-28)。图3-28热膨胀式疏水器1.凝结水入口

2.管接头

3.管箍

4.阀座

5.凝结水出口6.丝堵

7.

阀尖

8.阀体

9.波纹管

l0.阀盖精选ppt第六节磁场有效用能技术

一、磁场有效用能原理1.高频加热原理高频加热是一项已经成熟并且广泛运用的加热技术，发热原理是：通过先进的电路系统在被加热的金属内部产生高频磁场，高频磁场根据高频感应原理在被加热的金属内部产生高频电子碰撞，从而产生热量使金属温度迅速上升。由于是高频感应原理，高频线圈不与被加热金属直接接触，所以系统本身热辐射温度接近环境温度，只有50℃以下，人体完全可以触摸。它以热效高、发热快、省电节能、平安可靠等诸多优点在我们日常生活中发挥着重要作用，比方我们家庭常用的电磁炉等。精选ppt第六节磁场有效用能技术

一、磁场有效用能原理2.电磁加热节能原理电磁加热是通过线圈把交变的电场转换成交变的磁场，加热筒体在交变磁场的作用下产生涡流而发热的一种加热方式，这种方式它从根本上解决了电热片、电热圈等电阻式通过热传导方式加热的效率低下问题，其加热效率在95%以上。〔1〕原有加热圈：〔2〕高效节能加热：精选ppt第六节磁场有效用能技术二、磁流体发电技术

1.磁流体发电定义磁流体发电技术，就是用燃料(石油、天然气、燃煤、核能等)直接加热成易于电离的气体，使之在2000℃的高温下电离成导电的离子流，然后让其在磁场中高速流动时，切割磁力线，产生感应电动势，即由热能直接转换成电流。2.磁流体发电的根本原理磁流体发电是将热能直接转变为电能的一种发电方式，与普通发电相比，减少了转换成机械能这一阶段，是利用电磁感应现象获得电能。3.磁流体发电的特点〔1〕效率高：〔2〕无转动局部：〔3〕机组容量越大越好：〔4〕起动快：〔5〕环境污染少：〔6〕结构简单，发电本钱低：〔7〕涉及科学技术面很广：精选ppt第六节磁场有效用能技术三、超导磁场储能技术

所谓超导磁场储能技术〔SMES〕，即利用超导材料制作成超导螺旋管，让其处于相应低