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文檔簡介

1、熱能轉(zhuǎn)換與利用中的節(jié)能技術(shù)鄒 崢集 美 大 學(xué)能源與動力工程研究所2005.3.1.基本概念和基本原理 2.熱能轉(zhuǎn)換與利用中的節(jié)能技術(shù)3.可再生能源4.總結(jié) .基本概念和基本原理.熱能資源 熱能是人類使用最為廣泛的一種能量形式,有的能源是轉(zhuǎn)換成熱能后再加以利用。在一次能源中,熱能資源也占了絕大部分。最主要的常規(guī)能源有化石燃料,新能源有太陽能、核能、地?zé)崮芎秃Q鬅崮艿?.2 熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律 熱力學(xué)第一定律即能量守恒與轉(zhuǎn)換定律,它揭示了能在量上的特性。 熱力學(xué)第二定律涉及的是能在質(zhì)上的特性。所謂能的質(zhì)量是指能的品位或能的可用性。能量在其傳遞或轉(zhuǎn)換過程中,品質(zhì)是逐漸降低的,即能量貶值

2、。 能在數(shù)量上的守恒性和在質(zhì)量上的貶值性,構(gòu)成了其全面的特性。.節(jié)能的基本分析方法熱平衡法和火用平衡法 熱平衡法是建立在熱力學(xué)第一定律基礎(chǔ)上的能量分析方法,主要考察系統(tǒng)熱量的平衡關(guān)系,揭示能在數(shù)量上的轉(zhuǎn)換和利用情況,從而確定系統(tǒng)的能利用率或能效率(熱效率)。 火用(Exergy)平衡法是建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上的能量分析方法,需要建立系統(tǒng)有效能(即火用)的平衡。由于火用只是能量中的可用能部分,它的收支一般是不平衡的,在實際的熱力過程中,一部分可用能將轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢捎媚埽鹩脤p少,稱為火用損失,平衡是火用與火用損失(不可用能)之和保持平衡。.熱平衡法簡介1.分類: 按研究對象可分為設(shè)備熱平衡和企

3、業(yè)熱平衡2.基本參數(shù):燃料發(fā)熱量及熱值;等價熱量和當(dāng)量熱量3.技術(shù)指標(biāo): 能耗:考核生產(chǎn)單位產(chǎn)品產(chǎn)量或產(chǎn)值的耗能量。有單 耗、綜合能耗之分; 能源利用率:反映企業(yè)用能水平的主要指標(biāo),分為設(shè)備 熱效率、企業(yè)能源利用率和裝置能源利用率; 回收率:反映企業(yè)由于余熱回收和利用所帶來的節(jié)能效 果指標(biāo)4.類型:供入熱平衡、全入熱平衡和凈入熱平衡.設(shè)備熱平衡以鍋爐熱平衡為例1.固體燃料的熱平衡方程式: Qr = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 (kJ/kg) (1-1) 熱平衡方程的百分比表示式: qr = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 (%) (1-2)

4、對于液體燃料, Q60 kJ/kg , q60 ;對于氣體燃料,Q40 kJ/kg ,Q60 kJ/kg ,q40, q602.鍋爐熱效率:(1)正平衡熱效率: = q1 = Q1 / Qr ×100% (1-3)(2)反平衡熱效率: = Q1 / Qr ×100% = 1 - ( q2 + q3 + q4 + q5 + q6 )(1-4)2.熱能轉(zhuǎn)換與利用中的節(jié)能技術(shù)2.1 工業(yè)鍋爐提高熱效率的有效途徑2.2 余熱利用2.3 熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱2.4 燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)2.5 分布式能源利用系統(tǒng)2.6 建筑節(jié)能2.7 清潔、高效新型燃料2.1 工業(yè)鍋爐提高熱效率的有效途徑2

5、.1.1 燃煤鍋爐2.2.2 油、氣鍋爐鍋爐經(jīng)濟運行原則1、推廣集中供熱、發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)2、充分燃燒,提高鍋爐熱效率 要使燃料充分燃燒,必須滿足三個條件:(1)要有足夠的空氣(氧氣),并與燃料充分接觸;(2)爐膛要有足夠高的溫度使燃料著火;(3)燃料在爐膛內(nèi)有足夠的停留時間,能使其完全燃盡。 采取的技術(shù)措施有:(1)合理送風(fēng),隨時調(diào)節(jié);(2)采用二次風(fēng),強化燃燒;(3)優(yōu)化控制過量空氣系數(shù)。3、實現(xiàn)自動控制,改善燃燒條件2.1.1 燃煤鍋爐1、燃煤工業(yè)鍋爐存在的問題2、富氧燃燒技術(shù)(O2/CO2燃燒技術(shù),或 空氣分離/煙氣再循環(huán)技術(shù),又被稱為N2一free Process )3、富氧助燃技術(shù)4、

6、循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù) 電站鍋爐:1999年我國燃煤電站鍋爐年發(fā)電總量10047億kWh,以403g/kWh平均煤耗計,共需要4.05億噸標(biāo)煤,折算到原煤(以21000kJ/kg計)大約是5.67億噸; 工業(yè)鍋爐:國家計委2000年統(tǒng)計,我國工業(yè)鍋爐約50多萬臺,年耗煤3.7億噸,年耗煤炭占煤炭總產(chǎn)量的三分之一左右。 電站鍋爐和工業(yè)鍋爐總共耗煤近9.37億噸。約占年產(chǎn)原煤總量12億噸的80%。燃煤工業(yè)鍋爐存在的問題: 1、燃燒效率偏低技術(shù)落后,多為層燃火床爐,一般要求燃用顆粒煤。然而,目前煤炭以統(tǒng)煤、原煤形式供應(yīng),煤末占20%30%,甚至達30%40%。這樣,就更加導(dǎo)致工業(yè)鍋爐燃燒效率普遍偏低

7、,一般只能達到80%85%,小型工業(yè)鍋爐,有的低至60%以下。2、嚴(yán)重污染環(huán)境。散放的粉塵,SO2、NOx,CO2和灰渣 等污染環(huán) 境。據(jù)統(tǒng)計2000年我國SO2排放總量為1995.1萬噸,其中90%為燃煤所造成,工業(yè)鍋爐的排放占1/3。華中、華南、西南和東北部分地區(qū)成為酸雨污染嚴(yán)重的區(qū)域。17個城市被國務(wù)院劃為酸雨控制區(qū),占全省國土的63%,年經(jīng)濟損失超過40億。 富氧燃燒技術(shù)是用空氣分離獲得的純氧和一部分鍋爐排氣構(gòu)成的混合氣代替空氣做礦物燃料燃燒時的氧化劑,以提高燃燒排氣中的CO2濃度。用純氧時,煙氣經(jīng)干燥脫水后可得濃度高達95%的CO2,排氣經(jīng)冷凝脫水后,其量的70一75%循環(huán)使用,余下

8、的排氣中的CO2經(jīng)壓縮脫水后用管道輸送。由此得到的高濃度CO2在經(jīng)過有害氣體脫除之后有很好的商業(yè)用途,可以作為植物的催肥劑、化工產(chǎn)品的原料,在石油開采中灌入油田使分散的原油膨脹聚合并減低原油的粘稠度,便于開采,或者直接將其注入海底,使其與海水中的礦物質(zhì)反應(yīng)生成穩(wěn)定的化合物,實現(xiàn)CO2的固化 富氧燃燒系統(tǒng)與傳統(tǒng)的空氣燃燒系統(tǒng)相比,減少了煙氣量,簡化了煙氣處理系統(tǒng),具有排煙損失減小、鍋爐效率提高的優(yōu)點,但由于制氧設(shè)備和CO2壓縮設(shè)備需要消耗大量的電力,因此總的電站效率有所下降,但是與使用空氣燃燒系統(tǒng)同時加裝噴氨脫硫設(shè)備的機組相比,使用富氧燃燒系統(tǒng)的電站效率更高。 富氧燃燒技術(shù)按煙氣再循環(huán)的方式不同

9、可分為干法循環(huán)(煙氣脫水后循環(huán))和濕法再循環(huán)(煙氣不脫水),采用干法的缺點是設(shè)備投資和運行費用都高,但可減少再循環(huán)煙氣中的水蒸汽的腐蝕作用。從煤粉鍋爐系統(tǒng)的安全角度考慮,采用CO2氣體作為一次風(fēng)攜帶煤粉,大部分O2與其余的CO2混合后作為二次風(fēng)送入燃燒室,少部分O2供燃燒初期耗氧在適當(dāng)?shù)奈恢盟腿?。從循環(huán)煙氣中冷凝分離水蒸汽后,用三甘醇【二縮三乙二醇似(HOCH2CH2OCH2)2作為溶劑吸收CO2,吸收CO2后的溶劑加熱解析CO2,獲得濃縮的CO2,溶劑再循環(huán)使用。 富氧助燃在工業(yè)鍋爐上的應(yīng)用對稱燃燒適用于一般工業(yè)鍋爐,特別適用于燃油/氣窯爐和熱媒爐,采用強化燃燒提高火焰溫度,使輻射熱顯著增加

10、。型燃燒和S型燃燒和四角燃燒技術(shù) 適用于煤粉爐、拋煤機爐、循環(huán)流化床鍋爐和鏈條爐等,目的是強化擾動,延長燃料和煙氣在爐膛中停留時間,從而充分燃燒,放出更多有效熱量。膜法富氧局部增氧助燃集成技術(shù)及裝置應(yīng)用于鏈條爐 1、膜法富氧技術(shù)簡介2、富氧助燃技術(shù)的節(jié)能和治理污染的機理3、富氧的工藝流程 4、技術(shù)指標(biāo) 膜法富氧技術(shù)簡介 膜法富氧技術(shù)是指利用一種高分子的膜對空氣中的氧和其它組分滲透率不同的特點,以膜兩側(cè)壓差為動力,提高透過氣中氧濃度的膜滲透技術(shù)。膜法富氧技術(shù)是最近幾年才發(fā)展起來的一種高新技術(shù),在較小規(guī)模和較低濃度條件下,相對于其他制氧技術(shù)有較強的優(yōu)勢,當(dāng)富氧濃度在30%(v/v),富氧流量小于5

11、000m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))時,膜法富氧裝置的投資、運行及維修費用僅為深冷卻和PSA(吸附法)的1/3左右,富氧流量越小,膜法富氧的經(jīng)濟性越高。膜法富氧還具有設(shè)備簡單,啟動快捷,用途廣泛,運行安全等特點。富氧助燃技術(shù)的節(jié)能和治理污染的機理1、降低燃料的著火溫度2、降低過量空氣系數(shù)3、提高爐膛煙氣溫度,改善鏈條爐煤層的著火條件 4、有利于環(huán)境保護降低過量空氣系數(shù) 現(xiàn)代的鏈條爐燃燒技術(shù)雖然較以前有所提高,但由于煤種變化,制造安裝水平及運行條件不同,鏈條爐要達到一定的燃燒效率所供給的空氣,需依賴大的過量空氣系數(shù)。例如燃用類煙煤較好的鏈條爐,爐膛出口的過量空氣系數(shù)約在1.5左右。過量空氣的增多使鍋爐的理

12、論燃燒溫度降低,爐內(nèi)的傳熱效率降低,同時這部分無用的顯熱隨排煙帶走也會造成排煙損失。 運用富氧助燃燒提高了鏈條爐排的燃燒水平,把一部分燃料燃燒過程從爐排移至爐膛空間、可以減輕爐排的燃燒強度、提高燃盡率,降低排煙熱損失。計算和實踐表明:對于30%的富氧,每1%理論空氣量可以減少0.150.2的過量空氣系數(shù),排煙熱損失可以降低24%。 提高爐膛煙氣溫度,改善鏈條爐煤層的著火條件 鏈條爐煤層的著火屬于強迫型熱力著火方式,它 要靠大量吸收火焰及爐膛的輻射熱才能達到著火能的要求,是一種著火性能很差的燃燒方式。由于著火不及時,使煤層在有限長度的爐排上燃燒時間縮短,燃盡率降低。采用富氧助燃技術(shù),使煤的一部分

13、燃燒過程移至爐膛空間后,爐膛的火焰溫度提高,火焰向爐膛輻射熱量的傳熱能力提高,煤層便能獲得大量的著火熱,著火現(xiàn)象便能及時發(fā)生。實踐表明采用富氧助 燃后,爐膛的溫度水平可以提高80145,這對改善鏈條爐燃燒的弱點起到很大的作用。 富氧的工藝流程(應(yīng)用于20T/H鏈條鍋爐) 循環(huán)流化床(CFB)鍋爐 影響鍋爐熱效率的關(guān)鍵是飛灰熱損失。因此鍋爐設(shè)計時要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;此外正確熱力計算,布置輻射受熱面,以獲得爐膛900的高溫,以提高飛灰燃盡率。同時還要選擇一個高效的分離器。 增壓流化床燃燒技術(shù)(PFBC) 增壓流化床燃燒(PFBC)技術(shù)從原理上基本同常

14、壓流化床燃燒(AFBC)大體一致。采用增壓(620個大氣壓)燃燒后,燃燒效率和脫硫效率得到進一步提高。燃燒室熱負(fù)荷增大,改善了傳熱效率,鍋爐容積緊湊。除了可在流化床鍋爐中產(chǎn)生蒸汽使汽輪機做功外,從PFBC燃燒室(也就是PFBC鍋爐)出來的增壓煙氣,經(jīng)過高溫除塵后,可進入燃?xì)廨啓C膨脹做功。通過燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,發(fā)電效率得到提高,目前可比相同蒸汽參數(shù)的單蒸汽循環(huán)發(fā)電提高34。因此,采用增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)(PFBC-CC)發(fā)電能較大幅度地提高發(fā)電效率,并能減少由于燃煤對環(huán)境的污染。 2.1.2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

15、,故油爐提高熱效率已沒有多少余地。但重油還有余地。* 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 % 。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。 什么叫重油? 重油是介于固體煤炭燃料與輕質(zhì)石油燃料之間的粘稠體燃料,是石油煉制過程中產(chǎn)生的最下層殘渣油品,而在石油中所含的不易分解的多種重組分大部分集中于渣油中,主要組分包括:碳?xì)浠衔?、膠質(zhì)瀝青質(zhì)、金屬及灰分、水分以及氮、硫等有害元素,故重油的密度大粘度也大。重油主要組分碳的含量高達85%左右,其熱值在37000-44000kJ/kg之間,因

16、此重油的發(fā)熱量高,而重油的綜合價格條件優(yōu)于其它燃料,所以成為高能耗企業(yè)的主要燃料。 重油磁化技術(shù) 這是一種防塵除垢的新型節(jié)能技術(shù).重油在進入爐膛之前,先經(jīng)過磁化器磁場的作用,使燃油分子的聚集度降低,細(xì)化了燃油微粒,霧化程度好,燃燒火焰溫度高,能夠在爐內(nèi)更加有效地燃燒。實驗發(fā)現(xiàn),燃油經(jīng)磁場進行適當(dāng)處理后,油的物理性質(zhì)會發(fā)生一些變化:     各種溫度下的粘度均有所下降;     不同溫度下油的表面張力也有下降;     油的開口閃點和燃點下降10度左右;  

17、   油的組分沸點下降;     燃油中分子量較小的組分,其重量百分比增加,而分子量較大的組分重量百分比減少。 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(xì)小的液霧。 主要特點為: (1)液霧顆粒粒度小(索太爾平均直徑SMD40µm),尺寸分布均勻(尺寸分布指數(shù)N>2); (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,為70°E(即燃油需具有流動性); (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)

18、定的各項指標(biāo); (4)火焰長度、火焰錐角、火焰形狀及噴油量可按用戶要求設(shè) 計; (5)燃燒器不結(jié)焦、不堵塞; (6)火焰剛性強,噴射速度高; (7)霧化效果不隨流量大小影響,流量調(diào)節(jié)比大,可達1:5KMY型高效節(jié)能燃油燃燒器(哈爾濱石化分公司)采用了國際上先進的氣泡霧化技術(shù),將氣泡霧化技術(shù)與湍流摻混技術(shù)相結(jié)合。其機理 是在噴頭里通過氣泡霧化發(fā)生器(旋流式霧化片)使霧化介質(zhì)(壓縮空氣或蒸汽)在燃料油中形成大量的氣泡(即油包氣),氣泡經(jīng)過運動、變形、加速后,高速運行到燒嘴出口處噴出。由于存在著較高的壓差,氣泡破裂,變成極細(xì)的液滴,再與助燃空氣充分均勻混合形成液霧。 a. 天然氣主要成分為CH4,氫

19、與炭重量比大約為13 ;b. 氫為125 .6MJ/kg,炭為33 .7 MJ/kg 氫的發(fā)熱量是炭發(fā)熱量的3 .7倍;結(jié)論: 在CH4中,氫對天然氣熱值的貢獻大于炭。天然氣是低炭燃料。冷凝式鍋爐(Condensing boiler) 將排煙溫度足夠低,以至于煙氣中的水蒸氣凝結(jié)下來,凝結(jié)水的汽化潛熱得以回收利用,甚至按低位發(fā)熱量Qnet,v為基準(zhǔn)計算的熱效率可能達到或超過100%的鍋爐稱為冷凝式鍋爐。 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%。 冷凝換熱器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2.2 余熱利用2.2.1 余熱資源2.2.2 余熱

20、利用方式2.2.3 熱管和熱泵技術(shù)2.2.4 熱能的貯存系統(tǒng)2.2.1 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(火用值)。 按余熱溫度范圍可分:高溫余熱(500);中溫余熱(250500);低溫余熱(250) 按熱量來源分:排氣余熱;廢水余熱;爐渣余熱;冷卻水余熱;廢氣、廢液、廢料余熱等2.2.2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?xì)廨啓C工質(zhì)的熱源(3)采用低沸點工質(zhì)回收中低溫余熱

21、 熱泵系統(tǒng) 對不能直接利用的低溫余熱,可作為熱泵系統(tǒng)的低溫?zé)嵩?.2.3 熱管和熱泵技術(shù)1、熱管換熱器2、熱泵技術(shù)熱管換熱器熱泵技術(shù) 熱泵技術(shù)是利用低溫低品位熱能資源,采用制冷循環(huán)原理,通過少量的高品位位電能輸入,實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù),主要有空氣源熱泵技術(shù)和水(地)源熱泵技術(shù)??上蚪ㄖ锕┡⒐├洌行Ы档徒ㄖ锕┡凸├淠芎?,同時降低區(qū)域環(huán)境污染。 熱管與熱泵聯(lián)合熱回收系統(tǒng) 2.2.4 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,將熱能貯存與高壓飽和熱水中,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2

22、00300 針對許多工業(yè)部門(例如造紙、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(fù)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(fù)荷波動的幅度及頻繁程度。2.3 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?xì)獾娜細(xì)庹魵饴?lián)合循環(huán)熱電廠

23、發(fā)展,垃圾焚燒電廠、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))熱、電、煤氣三聯(lián)供 循環(huán)流化床的應(yīng)用為推廣熱、電、煤氣三聯(lián)供技術(shù)開辟了新途徑。為了實現(xiàn)三聯(lián)供,可利用循環(huán)流化床鍋爐的循環(huán)熱灰作為原煤干餾或部分氣化的熱源,原煤在干餾器中熱解,產(chǎn)出中熱值煤氣后,半焦炭與放熱后的循環(huán)灰一起送入鍋爐,經(jīng)燃燒加熱水產(chǎn)生的蒸汽用于發(fā)電、供熱,其工作原理見圖 2.4 燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán) 燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)利用了燃?xì)鈧?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%

24、 (重量比)的氫氣這兩個因素,使得天然氣聯(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?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電部分。 2.5 分布式能源利用系統(tǒng)1、概述2、特點3、分布式區(qū)域冷熱電聯(lián)供系統(tǒng) 分布式能源利用系統(tǒng)概述 當(dāng)前,全世界都在推動第二代能源系統(tǒng)的建設(shè)。第二代能源系統(tǒng)具有6個方面的主要特征:一是燃料的多元化;二是設(shè)備的小型化、微型化;三是冷熱電聯(lián)產(chǎn)化;四是網(wǎng)絡(luò)化;五是智能

25、控制和信息化管理;六是高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保水平。 分布式能量系統(tǒng)(Distributed Energy System,簡稱DES)是相對于傳統(tǒng)的集中式能量系統(tǒng)(Concentrated Energy System,簡稱CES)而言的。在這個系統(tǒng)中,集合了分布式供電、制冷、采暖、生活衛(wèi)生水以及其他形式的熱能于一體,將發(fā)電系統(tǒng)以小規(guī)模、分散式布置在用戶附近,可獨立地輸出電、熱和冷能的系統(tǒng),此系統(tǒng)中的主要部分就是分布式供電和冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)( Cooling-heating-power Cogeneration,簡稱CCHP)。同時,應(yīng)用最新的信息化和智能化技術(shù)管理和控制系統(tǒng),以實現(xiàn)系統(tǒng)化、智能化、經(jīng)濟最優(yōu)的

26、目的。 “高參數(shù)、大機組、大電網(wǎng)”集中式供電將仍然長期是我國電力發(fā)展的主要方向,小微型分布式電源是集中式電源系統(tǒng)的重要補充。它增加了電網(wǎng)的質(zhì)量和可靠性。 小型或微型燃?xì)廨啓CCCHP分布式電源總能效高;總投資(含輸變電設(shè)備等)與大型集中式電源相當(dāng)或略低;燃機性能好,運行可靠,大修期長;具有很好的經(jīng)濟性。 天然氣是比輕柴油還要潔凈、低炭的優(yōu)質(zhì)燃料,且可比價格與輕柴油相當(dāng),通過綜合梯級利用可獲得更高經(jīng)濟效益。小型或微小型燃?xì)廨啓CCCHP分布式電源系統(tǒng)正是天然氣利用的最好模式之一。 歐美國家小微型燃?xì)廨啓C產(chǎn)品成熟,性能好;與同容量柴油機分布式電源相比,小微型燃?xì)廨啓C分布式電源還具有結(jié)構(gòu)緊湊、運行可靠性

27、高、低噪音、低振動等多方面優(yōu)勢。它是分布式電源的首選主機。分布式能源利用系統(tǒng)特點 DES主要是由分布式供電和冷熱電聯(lián)產(chǎn)兩部分組成的。 與集中式供電相比,分布式供電具有以下優(yōu)勢:沒有或很低的輸配電損耗;無需建設(shè)配電站,可避免或延緩增加的輸配電成本;可以滿足特殊場合的需求;可以彌補大電網(wǎng)在安全穩(wěn)定性方面的不足;土建和安裝成本低;各電站相互獨立,用戶可自行控制,不會發(fā)生大規(guī)模供電事故,供電的可靠性高;為可再生能源的利用開辟了新的方向;為冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的實施與應(yīng)用提供了技術(shù)支持。 存在的不足之處:當(dāng)分布式供電系統(tǒng)的內(nèi)電網(wǎng)出現(xiàn)電力盈余的情況時,就要將這部分盈余電力轉(zhuǎn)移到外電網(wǎng),如果出現(xiàn)電力不足的情況,就

28、要從外電網(wǎng)引進電力。這樣一來,一進一出,將會產(chǎn)生強烈的振蕩效應(yīng),必定會對外電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全產(chǎn)生負(fù)面影響。 分布式區(qū)域冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)1)冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)( Cooling-heating-power Cogeneration,簡稱CCHP)2)發(fā)展CCHP的優(yōu)點3)分布式區(qū)域冷熱電聯(lián)供系統(tǒng) 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)

29、電設(shè)備、熱工系統(tǒng)、鍋爐或蓄熱系統(tǒng)、通風(fēng)/室內(nèi)空氣品質(zhì)系統(tǒng)以及建筑控制和系統(tǒng)集成技術(shù)。 發(fā)展CCHP系統(tǒng)的優(yōu)點(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的排放僅為傳統(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(fù)荷(4)發(fā)展CCHP系統(tǒng)可以提高供電安全性分布式區(qū)域冷熱電聯(lián)供系統(tǒng) 分布式區(qū)域冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的功能與傳統(tǒng)冷熱電聯(lián)供相同,均可向周邊區(qū)域提供冷、熱和電力,但由于其相對獨立,因此又稱為“能源島系統(tǒng)”(簡稱“能源島”)。在能源島中,發(fā)電系

30、統(tǒng)以小規(guī)模(數(shù)千瓦至數(shù)兆瓦),分散布置的方式建在用戶附近,獨立地輸出電、熱或冷。 天然氣能源島系統(tǒng)的核心是熱電轉(zhuǎn)換裝置與熱冷轉(zhuǎn)換裝置,就我國現(xiàn)有的技術(shù)條件看,關(guān)鍵技術(shù)在于小型或微型的熱電轉(zhuǎn)換裝置。如前所述,國際上現(xiàn)已投入商業(yè)化運用的能源島。 熱電轉(zhuǎn)換裝置有燃?xì)鉁u輪發(fā)電機組、燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機組和燃?xì)馔馊及l(fā)電機組三種。 我國溴化鋰吸收式空調(diào)機組的發(fā)展?fàn)顩r為能源島系統(tǒng)中制冷空調(diào)的發(fā)展提供了必要的技術(shù)基礎(chǔ),溴化鋰吸收式制冷與電制冷相比,有如下特點:()以消耗熱源為代價來制冷,耗電少,僅為電制冷的;()以溴化鋰水溶液作工質(zhì),無污染,環(huán)保性好;()冷量可在內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)節(jié),低負(fù)荷運行時效率幾乎不下降;()安裝

31、、運行和維護要求低。 吸收式制冷機包括兩種。一種是以氨水為工質(zhì)的吸收式制冷 機,適于制取 060的低溫;另一種是溴化鋰吸收式 制冷機,適于制取 7以上的冷媒水,供空調(diào)或工藝過程冷 卻之用,兩者的工作原理相同。 溴化鋰吸收式制冷機是一種以蒸汽、熱水、燃油、燃?xì)夂透?種余熱為熱源,制取冷水或冷熱水的節(jié)電型制冷設(shè)備。 溴化鋰吸收式制冷機單臺機組的制冷量大。目前,國外單臺 溴化鋰吸收式制冷機的制冷量可達 5800kW,已知國內(nèi)最大 機組為 5274kW,這是壓縮式制冷機所不及的。 小微型 燃?xì)廨啓C熱電冷聯(lián)產(chǎn)分布式電源微型燃?xì)廨啓CCCHP經(jīng)濟性分析 相同熱功率Bowman TG80型微型燃機CHP與燃?xì)?/p>

32、鍋爐比較2.6 建筑節(jié)能1、我國建筑能耗現(xiàn)狀2、我國建筑節(jié)能工作現(xiàn)狀3、建筑節(jié)能技術(shù)我國建筑能耗現(xiàn)狀 我國建筑能耗高首先體現(xiàn)在耗量大。年前我國建筑能耗總量達億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,占全社會總能耗的。 建筑能耗高的另一個原因是能效低。整個供熱系統(tǒng)綜合效率遠(yuǎn)低于發(fā)達國家的水平。公共建筑中央空調(diào)系統(tǒng)的綜合運行效率也較低。特別是我國建筑圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能普遍較差,與氣候條件接近的發(fā)達國家相關(guān)指標(biāo)對比,我國建筑外墻、屋頂、門窗傳熱系數(shù)和空氣滲透率要高出幾倍。 我國建筑節(jié)能工作現(xiàn)狀 目前我國的建筑節(jié)能工作主要圍繞提高建筑物圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能和提高供熱制冷系統(tǒng)效率兩個方面展開。 近幾年又在太陽能、風(fēng)能、地?zé)?、生?/p>

33、質(zhì)能等新能源和可再生能源的利用方面開展了一些工作。 建筑節(jié)能技術(shù) 圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能成套技術(shù)重點發(fā)展適用于不同氣候條件的各種節(jié)能墻體、屋頂以及門窗,特別是外墻外保溫技術(shù)和高效節(jié)能窗技術(shù),包括用粘貼、釘掛、澆入和涂抹等方法固定高效保溫材料的多種外墻外保溫技術(shù),以及采用中空密封玻璃、低發(fā)射率玻璃、充惰性氣體玻璃以及斷橋合金窗框、復(fù)合塑料窗框和活動外遮陽簾等多種節(jié)能窗技術(shù)。開發(fā)各種新型高效節(jié)能墻體材料、保溫隔熱材料和高性能 建筑玻璃及其應(yīng)用技術(shù)。 高效率的供熱采暖和制冷系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)展和完善以集中供熱為主導(dǎo)、多種供熱方式相結(jié)合的城鎮(zhèn)供熱采暖系統(tǒng)。開發(fā)利用多種能源、不同規(guī)模的集中式供冷系統(tǒng)。發(fā)展燃?xì)饪照{(diào)及熱電冷

34、聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供(CCHP)。 可再生能源供熱制冷技術(shù)。關(guān)鍵技術(shù)包括太陽能供熱制冷成套技術(shù),水源熱泵、地源熱泵供熱制冷技術(shù)等建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能 降低室內(nèi)設(shè)定值 控制室外新風(fēng)量 優(yōu)選空調(diào)方式 (1)采用變頻控制 (2)選擇合適的冷熱源 (3)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計 熱回收與熱交換裝置 采用自動控制 自然能源和新能源的利用 地源熱泵系統(tǒng) 地源熱泵是指通過將傳統(tǒng)的空調(diào)器的冷凝器或蒸發(fā)器延伸至地下,使其與淺層巖土或地下水進行熱交換,或是通過中間介質(zhì)作為熱載體,并使中間介質(zhì)在封閉環(huán)路中通過在淺層巖土中循環(huán)流動,從而實現(xiàn)利用低溫位淺層地能對建筑物內(nèi)供暖或制冷的一種節(jié)能、環(huán)保型的新能源利用技術(shù)。 地源熱泵的工作原理:冬季

35、,通過熱泵將淺層巖土中的低位地?zé)崮芴岣卟ㄖ锕┡?同時儲存冷能,以備夏用;夏季,通過熱泵將建筑物內(nèi)的熱量注入到淺層巖土體中,對建筑物降溫制冷,同時又儲存熱能,以備冬用。利用該技術(shù)可以充分發(fā)揮淺層地表的儲能儲熱作用,達到環(huán)保、節(jié)能的雙重功效,而被譽為“21世紀(jì)最有效的空調(diào)技術(shù)”。 地源熱泵的優(yōu)點 可再生能源利用 地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源(通常小于400m深)作為冷熱源,進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。 經(jīng)濟有效,據(jù)美國環(huán)保署(EPA)估計,設(shè)計安裝良好的地源熱泵,平均節(jié)約用戶30%40%的供熱制冷空調(diào)的運行費用 運行穩(wěn)定可靠 環(huán)境效益顯著,與空氣源熱泵相比,地源熱泵的污染物排放,可減

36、少40%以上,與電供暖相比,可減少70%以上 舒適程度高 一機多用,應(yīng)用范圍廣,可供暖、制冷,還可供生活熱水 自動運行 地表淺層地?zé)豳Y源可以稱之為地能(Earth Energy),是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器,收集了47%的太陽所散發(fā)的到地球上的能量,比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制,真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層并類似于一種無限的可再生能源,使得地能也成為清潔的可再生能源的一種形式。 2.7 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

37、 (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。 將DME用于替代液化石油氣、天然氣、甲醇、柴油等燃料,DME的辛烷值高于普通柴油,可直接壓燃,在燃燒過程中可實現(xiàn)低氮氧化物、無硫和無煙排放,是柴油理想的替代燃料,并且DME液化后可直接用作汽車燃料,其燃燒效果優(yōu)于甲醇燃料,還能克服甲醇低溫啟動性能和加速性能差的缺點 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

38、,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。 甲醇可以和異丁烯、異戊烯等烯烴發(fā)生醚化反應(yīng)生成 MTBE、TAME 等高辛烷值燃料組分,可轉(zhuǎn)化利用催化裂化、降凝等工藝工程所產(chǎn)生的部分烯烴,有效降低燃料中烯烴含量,提高燃

39、油收率和燃料品質(zhì)。當(dāng)增加燃料中的MTBE、TAME等醚類組分的含量時,燃料對甲醇的溶解能力增加,有利于提高燃料中甲醇的含量,增加燃料的穩(wěn)定性。 甲醇和汽油物性相似,所以汽油中加入甲醇,發(fā)動機改動較小,在我國成果比較明顯。 在柴油中增加甲醇等醇醚燃料組分,一方面可以大大降低排放污染,另一方面可以緩解我國柴油供應(yīng)緊張狀況,所以在柴油中增加甲醇等醇醚燃料組分具有重要意義。 甲醇在柴油中的溶解度極小。要提高甲醇和柴油之間的互溶性,需使用助溶劑。采用助溶劑可使甲醇在柴油中的溶解度提高到以上 。 限制柴油車功率的一個重要因素是排煙。加入甲醇,燃料熱值有所降低。加入量較小時,對于動力性的影響可以不計;加入量

40、增加,可調(diào)整發(fā)動機;加入量再增加,可改造發(fā)動機。通過這些方法,可保證柴油機動力性不受影響。 由于甲醇合成時所用的催化劑對硫極為敏感,在進入甲醇合成反應(yīng)器之前,要對合成氣進行嚴(yán)格的脫硫處理,其中的硫含量要低于×-6,有時要求硫含量要低于× -6 ,因此,甲醇中硫含量較低;而燃油中的硫含量一般超過× -6 ,因此,甲醇及其衍生物作為燃料成分,可有效降低燃料的硫含量。 3. 可再生能源3.1 太陽能3.2 地?zé)崮?.3 海洋能3.1 太陽能1、太陽能簡介2、太陽能利用方式3、太陽能熱動力系統(tǒng) 4、太陽能熱動力電熱冷聯(lián)供系統(tǒng) 5、太陽能燃料電池可再生電熱冷聯(lián)供系統(tǒng) 太陽能

41、簡介 太陽能是太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生的能量。 太陽是一個巨大、久遠(yuǎn)、無盡的能源。盡管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量(約為3.75×1026W)的22億分之一,但已高達173,000TW,也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于500萬噸煤。 地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都是來源于太陽;即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然氣等)從根本上說也是遠(yuǎn)古以來貯存下來的太陽能,所以廣義的太陽能所包括的范圍非常大,狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。 太陽能既是一次能源,又是可再生能源。它資源豐富,既可免費

42、使用,又無需運輸,對環(huán)境無任何污染。但太陽能也有兩個主要缺點:一是能流密度低;二是其強度受各種因素(季節(jié)、地點、氣候等)的影響不能維持常量。這兩大缺點大大限制了太陽能的有效利用。 太陽能利用方式 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。 太陽能熱動力系統(tǒng) 太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能做熱源的熱機循環(huán)系統(tǒng),它利用相變材料加熱氣體工質(zhì)而無需電化學(xué)電池儲能就能夠提供連續(xù)電源。 熱動力

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