天然氣能源技術(shù)及其利用

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天然氣能源技術(shù)及其利用中澳天然氣技術(shù)伙伴基金培訓(xùn)項目二○一三年七月十七日2燃氣的基本知識1新的天然氣能源及其利用2冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)3LNG的冷能利用4目次（Contents）3燃氣發(fā)展歷史

公元前6000-2000年間，伊朗首先發(fā)現(xiàn)了從地表滲出的天然氣。許多早期的作家都曾描述過中東有原油從地表滲出的現(xiàn)象。4燃氣發(fā)展歷史

特別是在今日阿塞拜疆的巴庫地區(qū)（祖上為突厥人）。滲出的天然氣剛開始可能用作照明，崇拜火的古代波斯人因而有了“永不熄滅的火炬”。15世紀的希爾凡王宮5燃氣發(fā)展歷史

3000年前，四川成都的制鹽者，已成熟地掌握用竹管輸送天然氣到鹽鍋熬制食鹽的技術(shù)——井火煮鹽圖。1812年倫敦威斯敏斯特煤氣公司將煉焦煤氣通過鑿空的圓木連接起來輸送到大橋兩側(cè)的路燈進行照明，這是第一條工業(yè)應(yīng)用燃氣管道。6燃氣的分類

第二類第一類第三類天然氣華白指數(shù)：9860~13850（天然氣中甲烷含量大于85%）人工煤氣華白指數(shù)：5700~7500（人工煤氣主要是一氧化碳，還有少量氫氣）；石油氣華白指數(shù)：18500~22075（石油氣是指丙烷或丁烷的混合氣體）。7天然氣的種類及其氣質(zhì)標(biāo)準天然氣Naturalgas氣田氣(或稱純天然氣)通常，有機物埋藏在1千至6千米深，溫度在65至150攝氏度，會產(chǎn)生石油，而埋藏更深、溫度更高的會產(chǎn)生天然氣。油層伴生氣伴隨石油一起逸出的氣體，及部分溶于石油中的天然氣。因含有少量易揮發(fā)的液態(tài)烴。主要用于制取甲醇等化工原料或用作燃料。凝析氣田氣來源于凝析氣藏。凝析氣藏既產(chǎn)油也產(chǎn)氣。凝析氣藏中的原油在地層壓力和溫度下成氣態(tài)，到地面壓力降低成為液態(tài)。煤層氣與礦井氣煤田的煤層氣與滲入煤層的井巷空氣的。8按照組分分類干氣貧氣酸性氣富氣潔氣濕氣每基方井口流出物中，C5以上重?zé)N含量低于13.5立方厘米每基方井口流出物中，C5以上重?zé)N含量大于13.5立方厘米每基方井口流出物中，C3以上重?zé)N含量低于94立方厘米每基方井口流出物中，C3以上重?zé)N含量低于94立方厘米含有顯著的H2S和CO2等酸性氣體H2S和CO2含量甚微9（GB17820—1999)技術(shù)指標(biāo)與行業(yè)分類標(biāo)準10頁巖氣頁巖氣（ShaleGas）特指賦存于富有機質(zhì)泥頁巖及其夾層中中的非常規(guī)天然氣。它以吸附態(tài)和游離態(tài)為主要方式存在并富集。吸附階段孔隙充填階段裂縫充填階段頁巖氣藏階段有機質(zhì)和黏土顆粒表面吸附與解吸氣體流入頁巖基質(zhì)孔隙氣體進入天然裂縫網(wǎng)絡(luò)最終形成頁巖氣藏頁巖氣賦存方式與成藏過程示意圖（據(jù)RonMcDonald，2002）11國外頁巖氣發(fā)展現(xiàn)狀國家和地區(qū)技術(shù)可采資源量（萬億方）加拿大、墨西哥30.3美國24.4北美合計54.7南美7國34.7歐洲（不含俄聯(lián)邦）17.7非洲29.5中國36澳大利亞11.2合計187.4美國能源署統(tǒng)計全球已掀起“頁巖氣革命”，目前已有多個國家在進行頁巖氣前期評價和勘探開發(fā)先導(dǎo)試驗，其中以美國頁巖氣勘探開發(fā)較為成熟。12世界油氣資源統(tǒng)計資源類型遠景資源累計采出剩余量待發(fā)現(xiàn)量備注常規(guī)油氣石油（×108t）4110~5479102910322049~3418探明程度43%天然氣（×1012m）436.169.4149.5217.2探明程度50%非常規(guī)油氣石油（×108t）超重油及瀝青（油砂）：5206常規(guī)石油的1.8-2.9倍油頁巖：3397-8534合計：8603-13740天然氣（×1012m）煤層氣：168-312/中值256.1常規(guī)天然氣的2.2倍致密砂巖氣：209.6頁巖氣：456天然氣水合物：>2501合計：3423頁巖氣—成分以甲烷為主，與“煤層氣”、“致密氣”同屬一類。中國的頁巖氣儲量超過加拿大以外的任何一個國家，可采儲量有36萬億立方米。按當(dāng)前的消耗水平，這些儲量足夠中國使用300多年。13常規(guī)砂巖700m孔隙系統(tǒng)礦物骨架含氣頁巖100m孔隙中的自由氣孔隙中的自由氣和干酪根吸附氣干酪根頁巖氣并不形成類似于常規(guī)油氣的圈閉，具有自生自儲、無氣水界面、大面積低豐度連續(xù)成藏、低孔、低滲等特征，存在局部富集的“甜點”區(qū)。一般無自然產(chǎn)能或低產(chǎn)，需要大型水平井和水力壓裂技術(shù)才能進行經(jīng)濟開采。14天然氣水合物

天然氣水合物（NaturalGasHydrate，簡稱GasHydrate）是分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中，由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結(jié)晶物質(zhì)。因其外觀象冰一樣而且遇火即可燃燒，所以又被稱作“可燃冰”或者“固體瓦斯”和“氣冰”。1516化學(xué)成份

(mCH4·nH2O)

高度壓縮的固態(tài)天然氣

外表上看它像冰霜

甲烷占80％-99.9％

密度比水輕（922Kg/m3）17水合物形成的條件可燃冰可在0℃以上生成，但超過20℃便會分解。而海底溫度一般保持在2~4℃左右。

可燃冰在0℃時，只需30個大氣壓即可生成，而以海洋的深度，30個大氣壓很容易保證，并且氣壓越大，水合物就越不容易分解。

海底的有機物沉淀，其中豐富的碳經(jīng)過生物轉(zhuǎn)化，可產(chǎn)生充足的氣源。18最有可能形成甲烷水合物的區(qū)域是：（1）高緯度的凍土層(permafrostregions)

如美國的阿拉斯加、俄羅斯的西伯利亞都已有發(fā)現(xiàn)，而且俄國已開采近20年。（2）海底大陸架斜坡(deep-water

regions)

如美國和日本的近海海域，加勒比海沿岸及我國南海和東海海底均有儲藏。

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西南中沙群島的油氣田分布初步證實存在天然氣水合物的區(qū)域：南海西沙海槽、東沙陸坡、臺灣西南陸坡、南沙海槽、沖繩海槽。2021樂灘等10幾個盆地，總面積約41萬平方公里，油氣地質(zhì)儲量估計為350億噸。其中曾母暗沙盆地的油氣地質(zhì)儲量為126一137億噸。位于南沙群島的海寧礁（HeraldReef）大約70公里南部。南沙油氣資源主要分布在曾母暗沙萬安西和禮222009年9月中國地質(zhì)部門公布，在青藏高原發(fā)現(xiàn)了一種名為可燃冰(又稱天然氣水合物)的環(huán)保新能源，預(yù)計十年左右能投入使用。這是中國首次在陸域上發(fā)現(xiàn)可燃冰，使中國成為加拿大、美國之后，在陸域上通過國家計劃鉆探發(fā)現(xiàn)可燃冰的第三個國家。初略的估算，遠景資源量至少有350億噸油當(dāng)量。23氣體水合物的類型晶體類型水分子數(shù)晶穴種類晶穴數(shù)晶穴結(jié)構(gòu)I型46小大2651251262II型136小大16851251264H型34小中大3215124356635126824我國天然氣水合物成藏遠景區(qū)我國天然氣水合物成藏遠景區(qū)：南海海區(qū)、青藏高原凍土區(qū)、東海部分海域。據(jù)推測，我國南海資源量可達700億噸。25由于可燃冰在常溫常壓下不穩(wěn)定，因此開采可燃冰的方法設(shè)想有：①熱解法②降壓法。③二氧化碳置換法。26地質(zhì)災(zāi)害通常認為是由地震、火山噴發(fā)、風(fēng)暴波和沉積物快速堆積等事件或因坡體過度傾斜而引起的。然而，近年來研究者不斷發(fā)現(xiàn)，因海底天然氣水合物分解而導(dǎo)致斜坡穩(wěn)定性降低是海底滑坡產(chǎn)生的另一個重要原因。天然氣水合物以固態(tài)膠結(jié)物形式賦存于巖石孔隙中，天然氣水合物的分解會使海底巖石強度降低；另一方面因天然氣水合物分解而釋放巖石的孔隙空間，會使巖石中孔隙流體（主要是孔隙水）增加和巖石的內(nèi)摩擦力降低，在地震波、風(fēng)暴波或人為擾動下孔隙流體壓力急劇增加，巖石強度降低，以至于在海底天然氣水合物穩(wěn)定帶內(nèi)的巖層中形成統(tǒng)一的破裂面而引起海底滑坡或泥石流。海底滑坡2728海洋生態(tài)環(huán)境的破壞

如果在開采過中向海洋排放大量甲烷氣體將會破壞海洋中的生態(tài)平衡。在海水中甲烷氣體常常發(fā)生下列化學(xué)反應(yīng)：

CH4+2O2=CO2+2H2O

CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2

這些化學(xué)反應(yīng)會使海水中O2

含量降低，一些喜氧生物群落會萎縮，甚至出現(xiàn)物種滅絕；另一方面會使海水中的CO2含量增加，造成生物礁退化，海洋生態(tài)平衡遭到破壞。29小結(jié)：小結(jié)：水合物分解產(chǎn)生的滑塌、滑坡和濁流則可能進一步引發(fā)新的地震和海嘯。水合物分解引起的地質(zhì)災(zāi)害還會導(dǎo)致海底生態(tài)環(huán)境惡化而殃及海洋生物。在里海和巴拿馬北部近海還發(fā)現(xiàn)水合物分解產(chǎn)生的海底泥火山。全球凍土層退化，存在天然氣水合物大量釋放的危險。在高緯度永凍土帶及極地地區(qū)，油井、油氣管道等生產(chǎn)設(shè)施中水合物的形成會造成管路堵塞，而產(chǎn)生事故或災(zāi)害。

30氣候

CH4的溫室效應(yīng)比CO2要大21倍。在自然界，壓力和溫度的微小變化都會引起天然氣水合物分解，并向大氣中釋放甲烷氣體。據(jù)測算，甲烷的全球變暖的潛能在20年的期間內(nèi)是二氧化碳的56倍。31

很多科學(xué)家認為，天然氣水合物中的甲烷最終將對全球氣候產(chǎn)生穩(wěn)定的影響。在冰期開始時，地球變冷，冰蓋擴大而引起海平面下降，海平面的下降又引起對海底壓力的下降，這樣就引起了天然氣水合物的離散和甲烷釋放，增加大氣的溫室效應(yīng)，從而阻止了全球繼續(xù)變冷。這樣，天然氣水合物可能是穩(wěn)定全球溫度的一個重要因子。如果大量開發(fā)天然氣水合物，人為破壞這種自然調(diào)節(jié)的平衡，后果將怎樣呢？

32水合物儲運技術(shù)三井造船公司宣布2008年造出世界首輪NGH運輸船，目前該公司已經(jīng)擁有運輸能力達600噸/天的技術(shù)，建造了一個日生產(chǎn)及氣化能力達600kg/d的天然氣水合物球運輸鏈，來論證水合物的連續(xù)生產(chǎn)過程，它包括生成、制球、儲存、運輸和氣化過程。33Reactor34pelletizer35Regasfication36SceneofPelletDischarge37SceneofPelletStorage38儲氣量大，1m3的天然氣水合物可儲存150-180m3的天然氣；水合物的形成條件不苛刻，在0~10℃，2~6MPa即可生成，工業(yè)上很容易實現(xiàn)；天然氣水合物在常壓下大規(guī)模儲存和運輸是不必冷卻到平衡溫度以下，而是將水合物冷凍到水的冰點以下(-15～-5℃)，保持完全絕熱，水合物就可以保持穩(wěn)定。

39各環(huán)節(jié)的主要參數(shù)為：

--氣源：壓力>4MPa；

--水合物合成：壓力約5-6MPa，溫度0-4℃；

--汽車儲罐：保溫性能良好，溫度-15℃~-10℃。密閉儲存，安全閥壓力可設(shè)置為0.6~0.8MPa。

--氣化：用20-30℃的水使水合物氣化，且要達到用戶用氣壓力要求。我國有大量零散的氣田，LNG和管道輸送一次性投資大，不經(jīng)濟適用，可考慮采用NGH的方式輸運。40NGH的應(yīng)用前景挪威科學(xué)家證實NGH技術(shù)的經(jīng)濟性較LNG好，可節(jié)約成本20-30%。投資和運營費用低。投資、運營費用低既適合貧氣又適合富氣。NGH可以很容易控制生成任何組成成分的氣體水合物；安全性：因氣化需要大量的潛熱，還有它易于控制的保存狀態(tài)，它的低毒性。儲量大、安全性抗爆性能好。泄漏時，比空氣密度小，釋放緩慢。潔凈、能量密度大調(diào)峰特征陸上或遠洋運輸汽車代用燃料41LNG和NGH設(shè)備投資費用比較4243NGH

productionCarriersRegasificationLNGNGHProduction0.510.3335%Carriers0.320.306%Regasification0.170.1324%Total1.000.7624%44能量的分類(1)第一類型能量——無限轉(zhuǎn)換能：

具有完全轉(zhuǎn)換能力、完全有序、可以轉(zhuǎn)化為技術(shù)功的能量如：運動體系中的宏觀動能、位能以及電能等(2)第二類型能量——有限轉(zhuǎn)換能：

具有部分轉(zhuǎn)換能力、只有部分可以轉(zhuǎn)化為技術(shù)功的能量如：內(nèi)能、熱能等（顯熱的有效能隨熱輸出溫度降低而降低）45

比有效能體系具有的總有效能與其具有的總能量之比(3)第三類型能量——非轉(zhuǎn)換能：

完全不具有轉(zhuǎn)換能力、不能轉(zhuǎn)化為技術(shù)功的能量如：處于環(huán)境狀態(tài)下的熱能，環(huán)境狀態(tài)下物質(zhì)具有的內(nèi)能等46能源的品位數(shù)量相同而形式不同的能量，做功本領(lǐng)不同。數(shù)量相同的同種物系，若所處的狀態(tài)不同，其所具有的能量做功的本領(lǐng)也不相同。任何自發(fā)過程都是由能量品位高的狀態(tài)向能量品位低的狀態(tài)的變化過程。47能源的品位能量守恒性把不同形式的能量在數(shù)量上統(tǒng)一起來，卻把其在質(zhì)量上的差異掩蓋了。房間溫度維持在27℃電爐絲溫度維持在927℃電能（1kW）

1）高品位的電能直接轉(zhuǎn)換成低品位的熱能2）大溫差傳熱過程按放熱1kw計，產(chǎn)生0.75kw做功能力損失。有悖于科學(xué)用能的原則。48天然氣余熱回收利用燃氣燃燒會有余熱排放，工業(yè)用戶燃氣排煙溫度較高;工業(yè)天然氣排煙溫度可分為高品位余熱（300OC以上),低品味余熱（200OC左右);高品位余熱回收可以制冷、采暖、除濕；低品味余熱回收可以采暖、生產(chǎn)生活熱水和除濕;北京年工業(yè)用氣約2億立方米，按照平均排煙溫度280度計算，每年可回收72萬GJ，折合約2000萬立方米天然氣的熱量，約3600萬元。49天然氣余熱回收利用工業(yè)余熱高溫?zé)崴蛘羝评?-12OC采暖50-60OC生活熱水40OC采暖50-60OC除濕50燃氣余熱回收技術(shù)案例-印刷業(yè)大型印刷設(shè)備4臺，燃燒天然氣對紙張進行烘干，然后采用電制冷冷卻；排煙溫度約400度；排煙量約14000立方米/小時；采用余熱溴化鋰吸收式制冷機兩臺，回收煙氣制冷、替代原有電制冷機組；除滿足工藝用冷外還可以滿足部分辦公制冷、采暖、生活熱水需要；51燃氣余熱回收技術(shù)案例-印刷業(yè)煙氣溫度煙氣流量有效煙氣余熱量煙氣制冷量每小時節(jié)約電制冷電量年運行小時數(shù)年節(jié)約電量平均電價年節(jié)約費用oCNm3/hkWkWKwhh萬Kwh元/Kwh萬元400140001418170034060002040.6122.4--余熱回收系統(tǒng)投資約360萬元，含設(shè)備及工程費用；--回收年限約3年左右；--每年節(jié)能1658噸標(biāo)煤；--減排CO24721噸、SO238.3噸、--NOX11.67噸、減少粉塵排放15噸52主要溫室氣體來源與含量53以煤為主的能源結(jié)構(gòu)石油天然氣煤炭核能水能及其他美國39.925.224.38.12.4日本44.215.724.212.23.7印度31.89.051.41.06.9中國20.13.369.50.86.3中國占世界總量的比重9.32.341.32.315.42007年主要國家的能源結(jié)構(gòu)（%）54世界各國二氧化碳排放量：年份中國美國印度歐盟（15）俄羅斯日本其他世界199023491132.2231157206200033581633.6151256223200556591933.8161364259200767592133.2171367276單位：億噸55主要國家的二氧化碳排放量：年份占世界總排放量的比重（%）人均排放量比較（噸/人）中國美國印度中國美國印度200014.925.87.02.620.41.6200521.522.77.24.319.81.7200724.421.47.55.119.61.8562005年，《自然》雜志公布衛(wèi)星遙感測得數(shù)據(jù)，稱中國北京及東北部是世界上二氧化氮污染最嚴重的地方。歐洲航天局（ESA）據(jù)此發(fā)布新聞《龍的呼吸》，中國上空對流層二氧化氮的增加，暴露了經(jīng)濟增長對中國空氣質(zhì)量的沖擊。57歐洲航天局(ESA)ChinaMERIS衛(wèi)星拍攝到的一張中國東部地區(qū)的照片一層灰蒙蒙的煙霧籠罩在黃河附近的沿岸平原，并逐漸向黃海、東海地區(qū)擴散。58衛(wèi)星遙感NO2濃度數(shù)據(jù)（全球）59N2O溫室作用是CO2的310倍，是重要的溫室氣體。NO2通過光化學(xué)反應(yīng)分解為NO和臭O3，地表臭氧對人體健康十分有害。NOx容易形成PM10/PM2.5,隨著人的呼吸進入肺部與CH化合物在強陽光作用下生成淺藍色的有毒煙霧—光化學(xué)煙霧NOx還會在大氣臭氧層與O3反應(yīng)消耗O3，形成“臭氧洞”NOX的影響與危害60主要能源的CO2排放量來源排放量（克/千瓦時）煤751～961石油726天然氣428

中國應(yīng)更注重低排放經(jīng)濟：關(guān)注化石能源特別是煤炭的清潔高效利用；同時大幅度提高天然氣在一次能源供應(yīng)中的比重。

61中國要大力發(fā)展能大幅度改變能源結(jié)構(gòu)的低排放能源，主要是天然氣、核能和可再生能源。天然氣目前占全球能源供應(yīng)比例的24%，而在中國只有3.6%，其中還包括化肥生產(chǎn)用氣。歐洲主要城市在上世紀五六十年代曾經(jīng)面臨著目前困擾我國許多城市的大氣污染。將天然氣的比例提高到10%以上，中國各大城市的空氣質(zhì)量將會得到非常明顯的改善。62胡錦濤主席2009年9月22日在聯(lián)合國氣候變化峰會開幕式上表示，中國已制定并實施了《應(yīng)對氣候變化國家方案》，并把應(yīng)對氣候變化納入經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)劃。具體措施包括：加強節(jié)能、提高能效工作，爭取到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年有顯著下降；大力發(fā)展可再生能源和核能，爭取到2020年非化石能源占一次能源消費比重達到15%左右；63大力發(fā)展綠色經(jīng)濟，積極發(fā)展低碳經(jīng)濟和循環(huán)經(jīng)濟，研發(fā)和推廣氣候友好技術(shù)；大力增加森林碳匯，爭取到2020年森林面積比2005增加4000萬公頃，森林蓄積量比2005年增加13億立方米。64我國天然氣利用政策

2007年9月國家發(fā)改委發(fā)布的《我國天然氣利用政策》，將天然氣利用分為優(yōu)先類、允許類、限制類和禁止類。

優(yōu)先類：除城市燃氣外，還包括天然氣汽車、分布式熱電聯(lián)產(chǎn)、熱電冷聯(lián)產(chǎn)用戶；允許類：包括集中式采暖用氣（指中心城區(qū)的中心地帶），分戶式采暖用氣，重要用電負荷中心且天然氣供應(yīng)充足地區(qū)的天然氣調(diào)峰發(fā)電項目。

65我國分布式能源發(fā)展存在的問題對天然氣分布式能源的優(yōu)越性認識不清；政策體系尚不完善，不利于引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)規(guī)范發(fā)展。項目準入、核準、并網(wǎng)管理、后評價管理辦法和流程不完善；缺乏由國家資金支持的重大項目和領(lǐng)域及具有產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意義的示范工程等；尚未制定天然氣分布式能源發(fā)展規(guī)劃；缺乏天然氣分布式能源系統(tǒng)能效標(biāo)準指標(biāo)；缺乏天然氣分布式能源系統(tǒng)設(shè)計、施工、驗收指標(biāo)及運行規(guī)程。66發(fā)展天然氣分布式能源的有關(guān)建議以資源為依托，以提高能效為中心，以可持續(xù)發(fā)展為宗旨，以滿足用戶需求為目的，制訂和完善天然氣分布式能源發(fā)展規(guī)劃。初步確定兩階段實施目標(biāo)：2009-2011年為產(chǎn)業(yè)示范階段，選擇20個大中型城市，發(fā)展100個示范項目，總裝機規(guī)模達到1000MW；2012-2020年為產(chǎn)業(yè)推廣階段，規(guī)劃建設(shè)2000個項目，總裝機規(guī)模20000MW。出臺鼓勵天然氣分布式能源發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。明確提出發(fā)電設(shè)備應(yīng)達到的效率指標(biāo)和項目建設(shè)有關(guān)控制性指標(biāo)。67領(lǐng)域內(nèi)幾個常用的名詞DER:DistributedEnergyResources

分布式能源

DHC:DistrictHeatingandCooling

區(qū)域冷熱聯(lián)供

CHP:CombinedHeatandPower

熱電聯(lián)供

CCHP:CombinedCooling,HeatingandPower

冷熱電聯(lián)供

BCHP:BuildingCooling,HeatingandPower

樓宇冷熱電聯(lián)供68冷熱電聯(lián)產(chǎn)定義根據(jù)能量品位進行梯級利用的原則綜合產(chǎn)、用能分布式系統(tǒng)。系統(tǒng)安裝于最終用戶端附近，首先利用一次能源驅(qū)動各種發(fā)動機發(fā)電，再通過各種余熱利用設(shè)備（吸收式制冷機、吸附式制冷機、余熱鍋爐、干燥除濕設(shè)備、換熱器等）對余熱進行回收利用，同時向用戶提供電力、制冷、采暖、生活熱水等。69冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)組成示意圖70兩個核心設(shè)備

熱電轉(zhuǎn)換裝置

熱冷轉(zhuǎn)換裝置

熱氣機

內(nèi)燃機

微燃機

燃料電池

吸附式制冷機蒸汽輪機燃氣輪機

吸收式制冷機雙效

單效

三效71動力設(shè)備特點72燃氣輪機概述燃氣輪機的原理與中國的走馬燈相同。走馬燈的上方有一個葉輪，就像風(fēng)車一樣，當(dāng)燈點燃時，燈內(nèi)空氣被加熱，熱氣流上升推動燈上面的葉輪旋轉(zhuǎn)，帶動下面的小馬一同旋轉(zhuǎn)。燃氣輪機是靠燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體推動燃氣葉輪旋轉(zhuǎn)。73壓氣機燃氣輪機由三大部分組成，左邊部分是壓氣機，有進氣口，內(nèi)部一排排葉片是壓氣機葉片；中間部分是燃燒器段，圍繞一圈的是燃燒室；右邊部分是燃機透平，其中有透平葉片，右側(cè)是燃氣排出口。74燃氣輪機之壓氣機：75燃氣輪機之壓氣機：在每兩級動葉之間有一組靜止的葉片（簡稱靜葉），一組動葉與后面相鄰的靜葉，稱為壓氣機的一個級。多數(shù)燃氣輪機的壓氣機有十幾級，高速旋轉(zhuǎn)的動葉把空氣從進氣口吸入壓氣機，經(jīng)過一級又一級的壓縮，變成高壓空氣。由于壓氣機內(nèi)氣體流動方向與旋轉(zhuǎn)軸平行，稱為軸流式壓氣機。燃氣輪機啟動時，先把發(fā)電機當(dāng)作電動機帶動壓氣機旋轉(zhuǎn)，把空氣壓入燃燒區(qū)。燃機點火后，則逐漸轉(zhuǎn)變至由透平帶動壓氣機旋轉(zhuǎn)壓氣。76燃氣輪機之燃燒室：燃氣輪機一般有十幾個燃燒室，安裝在燃機外圍。燃燒室由外殼與火焰筒組成，在外殼端部有天然氣入口，在火焰筒尾部聯(lián)接過渡段，在燃燒室內(nèi)裝有燃料噴嘴。天然氣通過燃氣入口進入燃燒室，與壓氣機壓入的空氣在燃燒室火焰筒里混合燃燒。燃燒使氣體體積劇烈膨脹，生成高溫高壓燃氣從燃燒室過渡段噴出，進入透平做功。77燃氣輪機之透平：燃氣推動旋轉(zhuǎn)的葉輪上的葉片稱為動葉，在每級動葉的前方還安裝一組靜止的葉片（靜葉），靜葉起著噴嘴的作用，使氣流以最佳方向噴向動葉。一組靜葉加一組動葉為透平的一級。為了充分利用燃氣的熱能，透平一般為3級或4級。7879壓比和溫比對效率的影響何謂壓比？π：壓氣機中空氣出口壓力與進口壓力之比何謂溫比？τ：燃氣初溫與大氣溫度之比何謂燃氣初溫？T3：燃燒室出口至透平進口的燃氣溫度80壓比和溫比對效率的影響81小結(jié)：小結(jié)：燃氣輪機利用壓氣機近期導(dǎo)葉的開度來調(diào)節(jié)空氣進氣量，調(diào)節(jié)范圍為100%-70%。負荷小于70%，只能通過控制燃料來控制燃氣輪機的出來。燃氣輪機低負荷運行時，效率大幅下降，帶50%負荷時效率下降5-7個百分點。燃氣輪機的啟動時間很短，一般從啟動到帶滿負荷不到30min。加上聯(lián)合循環(huán)的蒸汽部分，在熱態(tài)下啟動，也不超過70min。

82主要的進氣冷卻技術(shù)1-進氣；2-低壓壓氣機；3-水；4-中間冷卻器；5-溫降(106℃)；6-高壓壓氣機；7-溫升(227℃)；8-旁通閥；9-燃燒室；10-燃料；11-回?zé)崞鳎?2-高壓渦輪；13-低壓渦輪；14-可變面積導(dǎo)葉；15-排氣(343℃)；16-動力渦輪83燃氣輪機的主要特點規(guī)格范圍：一般為500KW到250MW；熱能輸出：燃氣輪機輸出的余熱為高品質(zhì)的熱能，所以他能應(yīng)用于大部分的熱電聯(lián)產(chǎn)項目；燃料的選擇范圍大：燃氣輪機的燃料可選用天然氣、合成燃料氣體、沼氣和燃料油。通常采用氣體燃料并以液化氣作為備用燃料；部分負荷運行：因為燃氣輪機是靠降低燃燒溫度來減少電輸出的，所以部分負荷運行時效率將比滿負荷時低很多；84燃氣輪機的主要特點部分負荷運行：因為燃氣輪機是靠降低燃燒溫度來減少電輸出的，所以部分負荷運行時效率將比滿負荷時低很多；可靠性和壽命：燃氣輪機的可靠性相當(dāng)高，并且維護費用比內(nèi)燃機少，設(shè)備大修周期一般為2萬5千到5千小時；排放：大多數(shù)燃氣輪機是燃燒天然氣的，尤其是天然氣，因此NOx排放很少，只有25ppm,實驗數(shù)據(jù)更低至9ppm，同時CO的排放只有10-15ppm。85國際上通常將300kW-20000kW的燃氣輪機歸類為小型燃氣輪機。燃氣輪機的余熱品質(zhì)極佳，幾乎全部是300-500℃左右的煙氣流，非常便于回收利用，這是其他冷熱電聯(lián)供方式難以取代的。86微燃機

微型燃氣輪機（Micro-turbine）單機功率為25-300kW?；炯夹g(shù)特征是采用徑流式葉輪機械（向心式透平和離心式壓氣機）以及回?zé)嵫h(huán)。隨著全球范圍內(nèi)能源與動力需求結(jié)構(gòu)特別是電力系統(tǒng)放松控制以及環(huán)境保護等要求的變化，微型燃氣輪機發(fā)展迅猛。

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微型燃氣輪機工作流程

微型燃氣輪機采用布雷頓循環(huán)，主要包括壓氣機、燃燒室、透平、回?zé)崞?、發(fā)電機和控制裝置等，主要燃料為天然氣、甲烷、汽油、柴油等。

88（1）規(guī)格范圍：目前市場上微型燃氣輪機的占有率還不高，容量范圍25~300kW。（2）熱能輸出：微型燃氣輪機所產(chǎn)生的熱一般從400°F到600°F，適合供應(yīng)各種大樓的熱需求。（3）燃料選擇范圍大：微型冷熱電聯(lián)產(chǎn)可以用許多不同的燃料：天然氣，和液體燃料如汽油，煤油，柴油。（4）部分負荷運行：同燃氣輪機一樣，微型燃氣輪機在部分負荷下的發(fā)電效率比滿負荷時要低得多。89（5）模塊化：各個模塊單位可以被平行連接起來提供更大的負荷，并且能提供穩(wěn)定的電力。（6）可靠性和壽命：因為微型燃氣輪機進入市場的時間還不夠長，所以還不能給出確切的壽命數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)計時的壽命，微型燃氣輪機的運行總時間估計在4-8萬小時。（7）排放：低進口溫度和高燃料空氣比使得以天然氣為燃料時燃燒排放的NOx小于10ppm。90蒸汽輪機工作原理蒸汽輪機是由一個中央很厚的鋼盤和鋼盤外沿弧形葉片所組成，當(dāng)蒸汽噴射到葉片上時，輪機就轉(zhuǎn)動起來，而且蒸汽速度越大，輪機轉(zhuǎn)動得越快。利用蒸汽使葉輪轉(zhuǎn)動的機器叫“蒸汽輪機”。

當(dāng)氣體從高壓流向低壓時，壓強差越大，流動速度越大。因此蒸汽輪機利用噴嘴，使鍋爐過熱管送來的過熱蒸汽，從噴嘴噴出時，體積開始急劇膨脹，同時壓強降低，速度增大，具有很大動能。蒸汽內(nèi)能在噴嘴中轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝麆幽?。?dāng)蒸汽噴射到葉片上時，動能又轉(zhuǎn)變?yōu)闄C軸旋轉(zhuǎn)的機械能。91蒸汽輪機種類凝汽式機組背壓式機組抽凝式機組92熱化發(fā)電率Cogenerationlevel熱電廠熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電量與汽輪機中做過功的蒸汽供熱量之比。蒸汽供熱量包括汽輪機抽汽或尾端排汽向外部供熱系統(tǒng)的供熱量和抽汽向熱電廠內(nèi)部加熱鍋爐補水給水的回?zé)嵫b置的供熱量。熱化發(fā)電率是評價供熱機組聯(lián)產(chǎn)技術(shù)完善程度的指標(biāo)。它將品位不等價的熱電兩種能量在熱電聯(lián)產(chǎn)的基礎(chǔ)上統(tǒng)一起來，用以評價供熱機組經(jīng)濟性。93內(nèi)燃機94（1）規(guī)格齊全，價格低廉：在市場上內(nèi)燃機的規(guī)格從幾kW到幾百MW以上都有銷售，對用戶來說有很大的選擇余地。同樣規(guī)格的內(nèi)燃機比燃氣輪機和熱氣機投資低。（2）熱能輸出：內(nèi)燃機能夠根據(jù)需要同時輸出熱水和低壓蒸汽。（3）啟動快：快速啟動的特性使得內(nèi)燃機能夠從停止?fàn)顟B(tài)很快地恢復(fù)工作，在用電高峰或緊急情況下，內(nèi)燃機能夠很快地根據(jù)需求來供電。（4）啟動耗能小：在突然停電地情況下，啟動內(nèi)燃機只需要很少輔助電力，通常只要蓄電池就足夠了。

95（5）部分負荷運行性能好：當(dāng)內(nèi)燃機在50%負荷下運行時，其效率只比滿負荷運行時低5-8%；而燃氣輪機在50%負荷下運行時，效率通常要比滿負荷運行時低15-25%。（6）可靠性和安全性：只要給予適當(dāng)?shù)木S護，內(nèi)燃機的運行可靠性還是相當(dāng)高的。（7）排放：柴油機排放中NOx和微粒含量都相對較高。然而，燃氣內(nèi)燃機是相當(dāng)環(huán)保的。燃氣內(nèi)燃機的排放主要是NOx。96熱氣機（Stirling，外燃機）燃料在氣缸外的燃燒室內(nèi)連續(xù)燃燒，通過加熱器傳給工質(zhì)，工質(zhì)不直接參與燃燒，也不更換。斯特林循環(huán)依次經(jīng)歷等溫壓縮、定容吸熱、等溫膨脹、定容放熱四個過程。其結(jié)構(gòu)一般由燃燒系統(tǒng)、熱端部件（加熱器，回?zé)崞鳎?、冷端部件（冷卻器，冷卻系統(tǒng)）、傳動系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)組成。97熱氣機是一種閉式循環(huán)往復(fù)活塞式外燃機，由一位叫羅伯特·斯特林的蘇格蘭牧師于1816年發(fā)明的。在19世紀，由于受當(dāng)時材料和工藝的限制，斯特林機效率很低而且相當(dāng)笨重，逐漸的被內(nèi)燃機所代替?，F(xiàn)代斯特林機的研究和發(fā)展始于1938年，先驅(qū)者是荷蘭的菲利浦公司。1978年，美國耗資1.07億美元用于斯特林機發(fā)展。日本政府投資84億日元，發(fā)展燃氣熱泵空調(diào)用斯特林機。這兩項計劃極大促進了斯特林機的發(fā)展。98l凡是燃燒溫度可達到450℃以上的任何種類燃料都可以作為燃氣外燃機的驅(qū)動能源，如煤油、重柴油、煤炭、薪柴和秸稈、煤氣、天然氣、沼氣、酒精和植物油等燃料都可使用。l當(dāng)采用載熱系統(tǒng)（如熱管）間接加熱時，幾乎可以使用任何高溫?zé)嵩矗ㄌ柲?、放射性同位素和核反?yīng)等），而發(fā)動機本身（除加熱器外）不需要做任何更改。同時，斯特林機也可用來回收各種分散或低品位的熱能。l熱氣機是一種高效率的能量轉(zhuǎn)換器。斯特林循環(huán)是由兩等溫、兩等容過程組成的，其理論循環(huán)等于同溫限下的卡諾效率，可以達到66%~70%或更高。目前實際斯特林機的效率一般為25%~35%，最高可達到47%，在部分負荷下斯特林機仍可達35%的發(fā)電效率。99良好的環(huán)境特性，排氣污染少，噪音低。熱氣機氣缸中的壓力變化平穩(wěn)，最大和最小壓力之比一般為2.0左右，因此扭矩均勻，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。轉(zhuǎn)速變化范圍大，最大與最小轉(zhuǎn)速的比值一般為8~10（內(nèi)燃機為3~5）。熱氣機的超負荷能力很大，能在超過額定負荷50%的情況下正常運轉(zhuǎn)，而內(nèi)燃機只能超載15%。機構(gòu)簡單，零件數(shù)比內(nèi)燃機少40%。100吸收式制冷原理

與蒸氣壓縮式制冷比較101102可以利用各種熱能驅(qū)動;可以大量節(jié)約用電，平衡熱電站的熱電負荷，在空調(diào)季節(jié)削減電網(wǎng)的峰值負荷;結(jié)構(gòu)簡單，運動部件少，安全可靠。除了泵和閥件外，絕大部分是換熱器，運行時振動和噪聲小;以水或氨等為制冷劑，其ODP、GWP值均為0，對環(huán)境和大氣臭氧層無害;制冷性能系數(shù)COP值較低103104吸附式制冷工作原理

以太陽能吸附式制冷機展示。組成部分主要包括吸附床/發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、閥門、儲液器。

當(dāng)吸附床被冷卻時，蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑被吸附而蒸發(fā)制冷；待吸附飽和后，加熱吸附床，使吸附床解吸，然后再冷卻吸附床，如此反復(fù)完成循環(huán)制冷過程。它是由加熱—解吸—冷凝與冷卻—吸附—蒸發(fā)制冷兩個過程交替進行。105總能系統(tǒng)的思想

總能系統(tǒng)（TotalEnergySystem），也稱整體化能量系統(tǒng)（IntegratedEnergySystem），是對包