節(jié)能原理與技術(shù)1.ppt

1、節(jié)能原理與技術(shù),中國礦業(yè)大學 機電學院動力工程系 韓東太,CUMT,課程性質(zhì)目的和任務(wù),本課程是面向熱能與動力工程專業(yè)本科生的一門綜合選修課。它主要包括：熱力發(fā)電和供熱中的基本原理技術(shù)（如熱電聯(lián)產(chǎn)、燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)、熱泵供熱等）、火力發(fā)電和供熱的節(jié)能技術(shù)（如發(fā)電廠熱力系統(tǒng)節(jié)能理論、熱管技術(shù)、泵與風機節(jié)能技術(shù)等）及新能源的開發(fā)利用，是能源工作的重要基礎(chǔ)知識。通過本課程的學習，了解和掌握火力發(fā)電和供熱各種型式的基本原理、特點與發(fā)展前景、常規(guī)火力發(fā)電與供熱過程的節(jié)能方法和新能源的發(fā)展狀況，拓寬學生的知識面，為培養(yǎng)科研人員和高級工程技術(shù)人才奠定基礎(chǔ)。,參考書目,陳聽寬等，節(jié)能原理與技術(shù)，機械工業(yè)出版社

2、 李崇祥等，節(jié)能原理與技術(shù)，西安，西安交通大學出版社 周鴻昌編著，能源與節(jié)能技術(shù)，上海，同濟大學出版社 林萬超著，火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能原理，西安，西安交通大學出版社,一、總論,世界和我國能源消費及資源狀況 能源的分類和利用 熱能轉(zhuǎn)換與利用中的節(jié)能技術(shù) 可再生能源 我國的節(jié)能政源現(xiàn)況 總結(jié)（節(jié)能的意義）,1、世界及我國能源消費及資源狀況,世界和我國能源剩余可開采量,1、世界和我國能源消費及資源狀況,我國GDP增長率隨能耗變化趨勢,1、世界和我國能源消費及資源狀況,潛在的能源危機,誘因： 后果：,經(jīng)濟又進入一個快速發(fā)展期,能源建設(shè)滯后于經(jīng)濟發(fā)展,2002年12個省級電網(wǎng)拉閘限電； 2003年23個省級

3、電網(wǎng)拉閘限電； 2004年24個省級電網(wǎng)拉閘限電。,能源利用率低,1、世界和我國能源消費及資源狀況,世界主要經(jīng)濟國家能源利用率,世界主要國家能源利用經(jīng)濟效率,世界平均水平是中國的2.6倍,日本是中國的6.1倍,2、能源的分類和利用,能源的分類,能源的分類,按能源性質(zhì)分,按來源來分,核能(裂變和聚變1kgU235裂變相當于2000toe)和地熱能,太陽輻射能(61017kWh/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:礦石化工生物,非燃料能源:利用機械能熱能,能源本身特征,含能體能源/可儲存（水庫）,過程性能源/不可儲存（流水）,按能源污染程度,清潔能源/太陽能，風能,

4、非清潔能源/煤炭石油,能源的轉(zhuǎn)換和利用,2、能源的分類和利用,能源評價的技術(shù)指標,能流密度：就是在一定空間或面積內(nèi)，從某種能源實際所能得到的能量或功率，太陽能100W/m2； 開發(fā)費用和設(shè)備價格； 存儲可能性與供能連續(xù)性； 運輸費用與損耗； 對環(huán)境的污染； 儲藏量； 能源品位。,3、熱能轉(zhuǎn)換與利用中的節(jié)能技術(shù),3.1 工業(yè)鍋爐提高熱效率的有效途徑 3.2 余熱利用 3.3 熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱 3.4 燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán) 3.5 清潔、高效新型燃料,3.1 工業(yè)鍋爐提高熱效率的有效途徑,3.1.1 燃煤鏈條鍋爐 存在問題： 因q2 和 q4高，熱效率低，一般； 污染嚴重。 措施: (燃燒無煙煤鏈條

5、鍋爐) 合理布置前后拱，及時著火，提高燃燼； 合理配風，控制過量空氣系數(shù)，熱風；二次風。,3.1.2 循環(huán)流化床（CFB）鍋爐,* 存在問題： 鍋爐熱效率比煤粉爐低,大約85%;主要原因是飛灰含碳量高，大約達25%。 * 措施： 設(shè)計時選擇合適的流化氣速，爐膛高度，保證煤顆粒在爐內(nèi)獲得充足的停留時間； 保持床層和爐膛950以上的高溫，以提高飛灰燃盡率; 要正確設(shè)計燃料破碎系統(tǒng),減少飛灰份額; 選擇一個高效的分離器。,3.1.3 油、氣鍋爐,對于油爐：由于先進的燃燒器和成熟的本體設(shè)計，柴油燃盡率和排煙溫度都可控制到理想程度，故油爐提高熱效率已沒有多少余地。但重油還有余地。 如果本體設(shè)計有缺陷，排

6、煙溫度過高，可根據(jù)燃燒器背壓余量布置熱管省煤器。 對于氣爐：大量水蒸氣攜帶著可觀的汽化潛熱離開鍋爐。這部分熱量約占天然氣低位發(fā)熱量的14 % 。它等于燃料高低位發(fā)熱量之差。 盡可能多地通過鍋爐受熱面或特殊換熱器把排煙中的水蒸氣凝結(jié)下來，回收其熱量，就能較大幅度地提高鍋爐熱效率。,重油燃燒技術(shù),目的：提高霧化質(zhì)量，降低q4和顆粒物排放 霧化技術(shù): 轉(zhuǎn)杯霧化和氣泡霧化 降低黏度: 預(yù)熱或摻適量輕油 摻水燃燒: 合理摻水率可降低q4和煙氣黑度,轉(zhuǎn)杯霧化技術(shù),6500/min 高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)杯 -離心力作用導致油膜越來越薄 高壓(由高速旋轉(zhuǎn)葉片升壓至000mmH2O 以上，風速達100m/s)的一次風(

7、風量的10%)把薄油膜粉碎至幾十微米顆粒。,氣泡霧化噴嘴技術(shù),氣泡霧化噴嘴技術(shù)是用氣泡作為霧化的動力，利用氣泡 的產(chǎn)生、運動、變形直到出口爆破來產(chǎn)非常細小的液霧。 主要特點為: （1）液霧顆粒粒度小(平均直徑MD40m)，尺寸分布均勻(尺寸分布指數(shù)N2)； （2）霧化效果基本不受燃油粘度大小的影響,粘度使用范圍寬，； （3）燃燒完全，不冒黑煙,燃燒效率達99.5%以上，燃燒產(chǎn)物中污染物低于國家環(huán)保局規(guī)定的各項指標； （4）燃燒器不結(jié)焦、不堵塞； （5）火焰剛性強，噴射速度高； （6）霧化效果不隨流量大小影響，流量調(diào)節(jié)比大，可達1:5,冷凝式鍋爐,將排煙溫度降到足夠低，以使煙氣中的水蒸氣凝結(jié)下來

8、，凝結(jié)水的汽化潛熱得以回收利用。 根據(jù)陜北天然氣的定量計算可得，每凝結(jié)10%的水，鍋爐熱效率可提高約1.2%。 冷凝式鍋爐分為接觸式和非接觸式兩種。 冷凝式鍋爐的腐蝕問題及其對策。,3.2 余熱利用,3.2.1 余熱資源 3.2.2 余熱利用方式 3.2.3 熱管和熱泵技術(shù) 3.2.4 熱能的貯存系統(tǒng),3.2.1 余熱資源,余熱資源屬于二次能源。 衡量余熱資源不僅要看數(shù)量，還要看質(zhì)量。 按余熱溫度范圍可分：高溫余熱（500）；中溫余熱（250500）；低溫余熱（250）,3.2.2 余熱利用方式,直接利用 （1）預(yù)熱空氣或煤氣 （2）預(yù)熱或干燥物料 （3）生產(chǎn)蒸汽或熱水 （3）余熱制冷，作為吸

9、收式制冷機的熱源 余熱發(fā)電 （1）利用余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，按凝汽式機組循 環(huán)或背壓式供熱機組循環(huán)發(fā)電 （2）以高溫余熱作為燃氣輪機工質(zhì)的熱源 （3）采用低沸點工質(zhì)回收中低溫余熱,3.2.3 熱管換熱器,鋼水熱管的特點：很高的傳熱能力；很強的熱流密度變換能力；傳熱效率高；工作可靠等。 余熱回收中的應(yīng)用舉例： （1）熱管開水器 （2）熱管空氣預(yù)熱器或熱管省煤器,3.2.4 熱能的貯存系統(tǒng),對蒸汽能量進行貯存的設(shè)備稱為蓄熱器。實用的蓄熱器是以熱水作為載熱體，將熱能貯存在高壓飽和熱水中，然后利用降壓閃蒸產(chǎn)生蒸汽。 變壓式蓄熱器：工作壓力0.52.0MPa；工作溫度200300 針對許多工業(yè)部門（例如造紙

10、、印染、食品、化工、橡膠等）的用汽設(shè)備對蒸汽的需用量往往是不均衡的，波動很大，因此供汽鍋爐負荷也會變動，蒸汽壓不穩(wěn)，造成鍋爐工況不穩(wěn)，效率下降，則最適用與采用蓄熱器。 設(shè)置蓄熱器后，其經(jīng)濟效益的大小是取決于用汽負荷波動的幅度及頻繁程度。,3.2.5蓄冷技術(shù),意義：移峰填谷，節(jié)電省錢 所謂蓄冷就是讓制冷機組在電力負荷低谷期運行，所產(chǎn)生的冷量儲存起來，在需要時才將冷量釋放出，滿足生產(chǎn)和生活用冷的需求。 冰蓄冷： 水蓄冷系統(tǒng)就是利用水的顯熱來儲存冷量，水經(jīng)冷水機組冷卻后儲存于蓄冷罐中用于次日冷量供應(yīng)。蓄冷量的大小取決于蓄冷罐容積和蓄冷溫差。所謂蓄冷溫差是指負荷回流水與蓄冷罐供冷水之間的溫度差。 水蓄

11、冷： 冰蓄冷就是將水制成冰，利用水的相變潛熱進行冷量的儲存。由于冰蓄冷除了可以利用一定溫差的水顯熱外，主要利用的是335kJ/kg的相變潛熱。因此，與水蓄冷相比，儲存同樣多冷量，冰蓄冷所需的體積比水蓄冷的體積小得多。,3.2.6 載熱體加熱爐,優(yōu)勢: 高溫低壓，不用水處理； 載熱體介質(zhì)：礦物油，鹽； 運行注意點：介質(zhì)析碳，受熱面結(jié)焦（例） 運行時要監(jiān)控盤管進出口壓差和溫度.此外，礦物油要過濾和補充,3.3 熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱,目的：提高能源利用率，達到CO2減排。 國家規(guī)定5萬kW以下小型火電機組要關(guān)閉；但熱電聯(lián)產(chǎn)可以上（只要總效率大于45%，熱電比大于1）。改造或新建可選擇CFB鍋爐 集中供

12、熱：可選擇大容量高效率的鍋爐替代眾多低效高污染的小型鍋爐。 在熱電聯(lián)產(chǎn)的建設(shè)中，從以燃煤為主的熱電廠向燃氣的熱、電、氣三聯(lián)供熱電廠發(fā)展；分布式熱電冷聯(lián)產(chǎn)也得到迅猛發(fā)展。 熱、電、煤氣三聯(lián)供 （整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)）,冷熱電聯(lián)產(chǎn)(CCHP)是一種建立在能量梯級利用概念基礎(chǔ)上,通過能量梯級利用原理,使鍋爐(或其他熱工設(shè)備)產(chǎn)生的具有高品位的熱能蒸汽通過汽輪機發(fā)電,同時冬季利用燃汽輪機抽汽或排汽向用戶供熱,夏季利用吸收式制冷機向用戶供冷以及全年提供衛(wèi)生熱水或其它用途的熱能的一體化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng) 。 冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是以下系統(tǒng)的集成:發(fā)電設(shè)備、熱工系統(tǒng)、鍋爐或蓄熱系統(tǒng)、通風/室內(nèi)空氣品質(zhì)系統(tǒng)以及建筑控制和系統(tǒng)

13、集成技術(shù)。,冷熱電聯(lián)產(chǎn),(1)發(fā)展CCHP系統(tǒng)有助于提高能源利用率 CCHP系統(tǒng)可大幅度提高能源利用率,其能 源綜合利用率可達到80%90%。 (2)發(fā)展CCHP系統(tǒng)有助于環(huán)境的保護 CCHP系統(tǒng)CO2排放僅為傳統(tǒng)能源系統(tǒng)的 30%50%。 (3)發(fā)展CCHP系統(tǒng)有助于緩解電力高峰負荷 (4)發(fā)展CCHP系統(tǒng)可以提高供電安全性,冷熱電聯(lián)產(chǎn),3.4 燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán),燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)利用了燃氣側(cè)高溫吸熱和蒸汽側(cè)低溫放熱的特點,使得聯(lián)合動力裝置的總效率比常規(guī)的高參數(shù)純蒸汽動力裝置的效率(最高約為40%)高得多。 由于聯(lián)合循環(huán)熱效率達55%和天然氣中含有大約25% (重量比)的氫氣這兩個因素，使得天

14、然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠單位發(fā)電量所產(chǎn)生的溫室氣體CO2減小了50。 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）發(fā)電系統(tǒng)，是將煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進動力系統(tǒng)。它由兩大部分組成，即煤的氣化與凈化部分和燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電部分。,3.5 清潔、高效新型燃料,清潔燃料型二甲醚 甲醇及醇醚燃料,清潔燃料型二甲醚,二甲醚簡稱DME (Dimethy Ether),DME在常溫常壓下為無色無味氣體。因其良好的理化性質(zhì),可廣泛地應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥和制冷等行業(yè)。近幾年更因其燃燒性能好、清潔、辛烷值高、動力性能好污染少等特性,用于

15、車用替代燃料,具有天然氣、甲醇、丙烷、丁烷、柴油等不可比擬的綜合優(yōu)勢。,甲醇及醇醚燃料,甲醇及醇醚燃原料來源豐富，有害排放物少，機動好，正在逐步進入現(xiàn)有的車用燃料市場。 甲醇可由合成氣合成，煤炭、石油、天然氣、沼氣、生物質(zhì)等均可轉(zhuǎn)化為合成氣，因此，甲醇原料來源十分廣泛。甲醇可由 2 2 合成，在使用時，又可利用發(fā)動機余熱重整為2 2 。利用核能或太陽能，二氧化碳和氫氣合成為甲醇，在發(fā)動機中，甲醇先重整為二氧化碳和氫氣，氫氣可以作為發(fā)動機的燃料。 甲醇的抗爆震性能好，其辛烷值超過110，甲醇可以部分地代替芳烴作為汽油的辛烷值增進劑，從而降低汽油中芳烴的含量。,4. 可再生能源,4.1 太陽能 4

16、.2 地熱能 4.3 海洋能 4.4 沼氣,4.1 太陽能及其利用方式,目前對太陽能的利用主要是通過兩條途徑: 光熱利用和光電利用。 光熱利用包括太陽能熱水器和熱水工程以及太陽能的吸附式制冷等。 光電利用現(xiàn)階段主要是直接利用,即采用太陽能電池進行光電的直接轉(zhuǎn)換。 利用太陽能加熱工質(zhì),驅(qū)動熱力機械循環(huán)做功發(fā)電,是太陽能光電轉(zhuǎn)換的第二種方式。,4.2 地熱能利用方式,直接利用溫泉或熱水井的熱水供溫室或供暖用 建立地熱電站轉(zhuǎn)換成電能 （1）利用干燥的過熱蒸汽和高溫水發(fā)電 （2）利用中等溫度（100）水通過雙流體循環(huán)發(fā)電設(shè)備發(fā)電,4.3 海洋能,海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通過各種物理過程接

17、收、儲存和散發(fā)能量，這些能量以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在于海洋之中。 海水溫差能是熱能，低緯度的海面水溫較高，與深層冷水存在溫度差，而儲存著溫差熱能，其能量與溫差的大小和水量成正比。 潮汐、潮流，海流、波浪能都是機械能。,5、我國的節(jié)能政策現(xiàn)況,黨中央、國務(wù)院高度重視節(jié)能工作： 胡錦濤總書記、溫家寶總理多次就節(jié)約能源資源工作做出重要指示 。 國家對節(jié)能工作的定位： 黨的十六屆五中全會提出把節(jié)約資源作為基本國策。 確定國家節(jié)能指標： “十一五”規(guī)劃綱要把“十一五”時期單位GDP能耗降低20左右作為約束性指標。,1. 我國的節(jié)能政策,CNIS,政府節(jié)能政策,建立節(jié)能激勵政策,實施

18、嚴格節(jié)能管理制度,高耗能產(chǎn)品淘汰制度,能效標識管理制度,稅收政策,政府采購政策,開展節(jié)能工程及活動,資源節(jié)約活動； 節(jié)能產(chǎn)品認證； 綠色照明工程； 節(jié)能周活動； 合同能源管理；,強制性能效標準檢查制度,高耗能行業(yè)準入制度,5、我國的節(jié)能政策現(xiàn)況,5、我國節(jié)能政策現(xiàn)況,2.國家 “十一五”節(jié)能降耗十大任務(wù)（國家發(fā)改委主任在今年節(jié)能工作會議上的講話）,1) 落實節(jié)能目標責任制和評價考核體系,2) 大力推進結(jié)構(gòu)調(diào)整,3) 著力抓好中點領(lǐng)域節(jié)能,4) 抓好重點耗能企業(yè)節(jié)能管理,5) 完善節(jié)能保障機制,6) 加強節(jié)能法制建設(shè),7) 強化節(jié)能管理隊伍建設(shè)和基本工作,8) 推動政府機構(gòu)帶頭節(jié)能,9) 加大節(jié)能宣傳、教