節(jié)能技術(shù)及其發(fā)展方向-

1、綜述節(jié)能技術(shù)及其發(fā)展方向尹錫勛1節(jié)約能源的必要性和緊迫性煤、電、油、氣是當(dāng)前應(yīng)用的主要能源,它們與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活密切相關(guān),有時(shí)往往因?yàn)槿泵荷匐娋徒o我們生產(chǎn)和生活造成很大的影響。而另一方面,我們因?yàn)闆](méi)有合理和科學(xué)地利用能源,使我們的能源利用效率很差。我國(guó)產(chǎn)值能耗是世界上最高的國(guó)家之一,大約為美國(guó)的7.4倍,日本的12.8倍,世界平均值的4.3倍,產(chǎn)品能耗比發(fā)達(dá)國(guó)家要高30% 80%,能源浪費(fèi)嚴(yán)重,節(jié)能潛力很大。煤、油、氣的地下儲(chǔ)量有限,不能再生,必須節(jié)約能源,以造福子孫。據(jù)國(guó)家環(huán)保局分析,我國(guó)大氣環(huán)境污染80%是由于燃煤引起的。以我國(guó)煤質(zhì)來(lái)說(shuō),燃燒1t煤,平均排放CO2490kg,灰塵1

2、316kg, S O21418kg,我國(guó)能源3 4以上是煤炭,所以節(jié)約能源是保護(hù)國(guó)家資、源緩解能源供需矛盾、降低企業(yè)成本、保護(hù)環(huán)境的重要措施,有必要?jiǎng)訂T全國(guó)人民節(jié)約能源。從1980年以來(lái),我國(guó)重視節(jié)約能源,將產(chǎn)值以1990不變價(jià)計(jì),1980年每萬(wàn)元國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GNP產(chǎn)值能耗為7.64tce(噸標(biāo)準(zhǔn)煤,1995年降到3.98tce,下降了47.9%。按產(chǎn)值能耗計(jì)算,19811995年累計(jì)節(jié)約能源6.05億tce,節(jié)能效益顯著?！熬盼濉逼陂g,計(jì)劃累計(jì)節(jié)能3.33.6億tce,任務(wù)艱巨、時(shí)間緊迫。2我國(guó)節(jié)能技術(shù)現(xiàn)況及與國(guó)際水平的差距近15年來(lái),我國(guó)節(jié)能取得很大成績(jī),其中由于加強(qiáng)管理和調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的

3、間接節(jié)能量占2 3,靠節(jié)能技術(shù)措施使單位產(chǎn)品能耗下降的直接節(jié)能量還不足1 3。經(jīng)過(guò)15年的努力,管理水平有較大提高,今后節(jié)能要更多地依靠節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步。節(jié)能技術(shù)的提高,對(duì)節(jié)約能源效益明顯,例如鋼鐵廠采用連鑄連軋技術(shù),每噸鋼可節(jié)能200kgce;生產(chǎn)燒堿采用離子膜技術(shù)比我國(guó)傳統(tǒng)采用的隔膜法節(jié)電25%;風(fēng)機(jī)、水泵采用調(diào)速技術(shù)后,可節(jié)電20%;民用爐灶過(guò)去熱效率還不到10%,采用經(jīng)多次改進(jìn)的省柴節(jié)煤爐灶后,省柴灶熱效率達(dá)到25%,節(jié)煤爐可達(dá)50%60%。因此,提高節(jié)能技術(shù)是當(dāng)今節(jié)能工作的關(guān)鍵之一。80年代初,我國(guó)多采用一般節(jié)能技術(shù),如鍋爐及工業(yè)爐窯改造、保溫技術(shù),余熱利用等。10多年來(lái)我國(guó)開發(fā)了大量

4、節(jié)能技術(shù),由國(guó)家計(jì)委、經(jīng)貿(mào)委、科委三個(gè)單位委托節(jié)能專委編的四本“七五”和“八五”期間節(jié)能科技成果選編,加“六五”期間的,共選入682項(xiàng)節(jié)能科技成果。其中許多是水平較高、效益顯著的:如高爐噴煤粉節(jié)焦、煉鋼氧-燃槍助熔、小合成氨蒸汽自給、水泥綜合節(jié)能改造、熱管、熱泵技術(shù)等。我國(guó)19821996年開發(fā)并公布了17批節(jié)能機(jī)電設(shè)備,推薦938種節(jié)能產(chǎn)品,并同時(shí)公布600多種淘汰產(chǎn)品,使我國(guó)節(jié)能技術(shù)有較大提高。從80年代中起,我國(guó)引進(jìn)了一大批國(guó)外節(jié)能先進(jìn)技術(shù):如連鑄、干法熄焦、轉(zhuǎn)爐煤氣回收、窯外分解水泥窯、鋁廠間接加熱和管道溶出、紙漿連續(xù)蒸煮技術(shù)等。這些技術(shù)經(jīng)過(guò)我們自己消化吸收,多數(shù)能自己掌握技術(shù),使我國(guó)

5、節(jié)能技術(shù)有更大的提高。我國(guó)節(jié)能技術(shù)水平近15年來(lái)雖然有很大提高,但與發(fā)達(dá)國(guó)家比還有較大差距。例如: 1995年我國(guó)重點(diǎn)鋼鐵廠的連鑄比為45.6%,日本1994年連鑄比已達(dá)96.9%,國(guó)際平均水平為70%;高爐噴吹煤粉本來(lái)是我國(guó)開發(fā)轉(zhuǎn)讓出去的技術(shù),但我國(guó)重點(diǎn)企業(yè)噴煤粉量平均僅有60kg t鐵,國(guó)際先進(jìn)水平是150200kg t鐵; 1993年我國(guó)窯外分解窯生產(chǎn)的水泥量?jī)H占17%,而日本1991年普及率已達(dá)79%;我國(guó)目前轉(zhuǎn)爐煤氣回收水平為6080m3 t鋼,而國(guó)際水平為100120m3 t鋼。國(guó)外還有許多我國(guó)沒(méi)有的先進(jìn)節(jié)能技術(shù),如連鑄連軋、高溫渣顯熱利用、中低溫余熱發(fā)電等。有許多節(jié)能技術(shù),國(guó)內(nèi)也

6、算有了,但在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上過(guò)不了關(guān),例如我們經(jīng)常接觸到的有節(jié)能燈、變頻調(diào)速器等,國(guó)產(chǎn)的還未能取得國(guó)人的信任,節(jié)能技術(shù)尚待我們努力開發(fā)與提高。3近期節(jié)能技術(shù)發(fā)展方向節(jié)約能源包括從能源開發(fā)、加工、運(yùn)輸、貯存到使用,涉及到各行各業(yè)甚至每一個(gè)人。因此節(jié)能技術(shù)的面很廣,這里簡(jiǎn)要介紹的只是能源利用節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向,具體內(nèi)容請(qǐng)到有關(guān)材料中查找。下面從公用和工業(yè)用兩方面來(lái)介紹。3.1公用節(jié)能技術(shù)發(fā)展方向(指多行業(yè)或個(gè)人可公用的節(jié)能技術(shù)31111節(jié)電技術(shù)電機(jī)調(diào)速:包括采用調(diào)速電機(jī)或液力偶合器、液粘調(diào)速離合器、串級(jí)調(diào)速、變壓和變頻調(diào)速等調(diào)速裝置,在調(diào)速裝置中變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)較多。電力電子節(jié)電技術(shù):加速開發(fā)大容量GTR

7、、GTO及M O FET、E ITH、PCTH和S M A R-POW ER等電力電子器件,并應(yīng)用于電機(jī)調(diào)速、整流裝置、勵(lì)磁電源、無(wú)功補(bǔ)償、熒光燈高頻鎮(zhèn)流等,均有明顯節(jié)電效益。照明節(jié)電:全國(guó)照明用電約占總用電量的10%,我國(guó)正在實(shí)施綠色照明工程,預(yù)計(jì)年節(jié)電潛力達(dá)200億k W h。照明節(jié)電的方向是:白熾燈要發(fā)展石英鹵族燈絲和新型熱射薄膜鍍層;熒光燈發(fā)展稀土三基色緊湊型熒光燈、高頻電子鎮(zhèn)流器,要提高照明設(shè)施的使用壽命、降低成本。31112節(jié)煤及潔凈煤技術(shù)我國(guó)1995年煤炭消耗總量為12.712億t,居世界首位,占全國(guó)總能耗量的7613%,是對(duì)大氣最大的污染源,節(jié)煤及潔凈煤技術(shù)應(yīng)引起我國(guó)重視。提高

8、鍋爐燃燒技術(shù):大型鍋爐要發(fā)展流化床燃燒技術(shù),開發(fā)減少SO2和NO X的排放技術(shù);中型的要完善循環(huán)流化床鍋爐,提高熱效率、解決脫硫及燒劣質(zhì)煤?jiǎn)栴};小型鍋爐要采用節(jié)能改造,提高熱效率,減少污染。提高熱能利用效率:發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱、熱電冷三聯(lián)產(chǎn);對(duì)各種工業(yè)爐窯進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造,分級(jí)利用余熱;采用新保溫材料和技術(shù),降低熱損失;回收工業(yè)爐窯、煤礦、油田、石化企業(yè)排放的可燃?xì)怏w;開發(fā)中低溫余熱發(fā)電技術(shù)等。完善型煤加工技術(shù):民用型煤比燒散煤節(jié)能20%30%,要開發(fā)褐煤、煙煤無(wú)煙燃燒、固硫及不用粘結(jié)劑成型技術(shù);工業(yè)型煤要開發(fā)褐煤、煙煤無(wú)粘結(jié)劑和就地成型技術(shù)。煤炭氣化液化技術(shù):開發(fā)移動(dòng)床加壓氣化和煤氣熱電

9、三聯(lián)產(chǎn),完善兩段水煤氣爐,兩段煤氣發(fā)生爐;煤制甲醇的煤炭液化要降低成本,開發(fā)間接液化的M ET合成汽油、直接液化的供氫溶劑法和氫煤法。31113其他節(jié)能技術(shù)繼續(xù)開發(fā)節(jié)能風(fēng)機(jī)、水泵、電動(dòng)機(jī)、電爐、內(nèi)燃機(jī)、汽車等低耗能機(jī)電設(shè)備,自控及檢測(cè)儀表與設(shè)備,要發(fā)展電力牽引機(jī)車、柴油汽車和節(jié)能新型船只。研究發(fā)展綜合型節(jié)能建筑;研究開發(fā)新能源與可再生能源,包括太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電、地?zé)崮芾玫?繼續(xù)提高省柴節(jié)煤灶;開發(fā)推廣節(jié)能新材料;開發(fā)推廣民用節(jié)能電器,如節(jié)能空調(diào)、冰箱、電炊具等。312主要耗能工業(yè)節(jié)能技術(shù)發(fā)展方向電力工業(yè)要開發(fā)發(fā)展60萬(wàn)k W以上大功率、超臨界壓力機(jī)組,要求發(fā)電煤耗在300gce k W h以

10、下;發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn),改造現(xiàn)有中低冷凝機(jī)組為熱電機(jī)組或大型機(jī)組;對(duì)現(xiàn)有20、30萬(wàn)k W機(jī)組進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造;發(fā)展50萬(wàn)V以上交、直流輸變電系統(tǒng),改造輸電線路,降低電網(wǎng)線損;推廣及開發(fā)抽水蓄能、冰蓄冷、高效蓄能電池等電網(wǎng)調(diào)峰技術(shù);改造和更新電廠輔機(jī),降低電廠用電率。鋼鐵工業(yè)煉鐵系統(tǒng)要貫徹精料方針,采用濃相輸送、富氧大噴吹提高高爐噴吹煤粉,繼續(xù)發(fā)展高爐頂壓發(fā)電技術(shù),開發(fā)高溫渣顯熱回收技術(shù);提高完善干法熄焦配套設(shè)備和技術(shù);發(fā)展連鑄熱裝技術(shù),開發(fā)連鑄連軋工藝;降低鋼鐵比,逐步淘汰化鐵煉鋼工藝;推廣轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉、直流電弧爐及發(fā)展超大功率直流電爐煉鋼技術(shù);提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收技術(shù);提高軋鋼加熱爐熱效率、發(fā)展

11、熱連軋;建立能源管理中心、逐步實(shí)現(xiàn)能源管理現(xiàn)代化?；瘜W(xué)工業(yè)的大氮肥廠要推廣一段爐低水碳操作、四級(jí)閃蒸、新型活化劑、新型催化劑等技術(shù);中小型氮肥廠要研究開發(fā)新型氣化煤的方法,推廣應(yīng)用中置鍋爐、蒸汽自給等行之有效的節(jié)能技術(shù);燒堿工業(yè)要發(fā)展離子膜法工藝、研究開發(fā)四效五效蒸發(fā)技術(shù)。建材工業(yè)的水泥行業(yè)要發(fā)展大型窯外分解新型干法工藝,逐步淘汰或改造濕法水泥生產(chǎn)工藝,采用先進(jìn)立磨、輥壓磨、高細(xì)磨等高效節(jié)能粉磨機(jī),改進(jìn)粉磨系統(tǒng),發(fā)展和推廣優(yōu)質(zhì)耐火、耐磨、隔熱材料,提高熱利用效率,發(fā)展散裝水泥運(yùn)輸;平板玻璃要發(fā)展大型浮法玻璃生產(chǎn)工藝,采用節(jié)能投料機(jī)、窯爐全保溫、節(jié)能燒嘴、余熱回收等技術(shù),改造中、小型玻璃窯,推廣

12、玻璃用集裝箱、集裝架包裝運(yùn)輸;墻體材料要發(fā)展空心磚、加氣混凝土、輕質(zhì)復(fù)合墻體、粉煤灰燒結(jié)磚、免燒磚等節(jié)能墻體材料。有色金屬工業(yè)冶煉實(shí)行精料方針;煉銅采用富氧熔池熔煉,以提高熔煉強(qiáng)度;氧化鋁生產(chǎn)發(fā)展間接加熱、強(qiáng)化溶出、連續(xù)脫硅、管道熔出、閃速焙燒、降膜蒸發(fā)、閃爍蒸發(fā)、多效蒸發(fā)等節(jié)能技術(shù);電解鋁生產(chǎn)發(fā)展160kVA以上大容量電解槽、采用鋰鹽陽(yáng)極涂層、半石墨化陰極炭塊、新型槽內(nèi)襯材料、直降變壓整流供電系統(tǒng)等綜合節(jié)能技術(shù);積極回收冶煉中的余熱或可燃?xì)?、研究開發(fā)高溫爐煙氣、熔融產(chǎn)品及熔渣顯熱回收技術(shù)。4節(jié)能技術(shù)的發(fā)展前景4.1正在開發(fā)的幾項(xiàng)節(jié)能新技術(shù)超導(dǎo)電力應(yīng)用技術(shù):金屬電阻隨溫度降低而變小,達(dá)某極低溫

13、度時(shí),電阻減小到零,即呈現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。近年來(lái)對(duì)超導(dǎo)材料已取得新的突破,找到在液氮溫度77°K(-194下的超導(dǎo)材料。超導(dǎo)體由于有良好的傳導(dǎo)性能,在電力上應(yīng)用將具有顯著的節(jié)能效果?，F(xiàn)在主要從發(fā)電、輸電、電力儲(chǔ)存及尖端發(fā)電技術(shù)四方面研究開發(fā)。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)與常規(guī)發(fā)電相比,體積減小一半、重量減輕2 3,而效率可達(dá)99.5%。現(xiàn)在輸電損失在10%以上,而超導(dǎo)電纜可做到基本無(wú)損失。用超導(dǎo)的蓄能技術(shù),其貯電效率可達(dá)90%,比其它貯電技術(shù)高15% 40%。利用超導(dǎo)體產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng),可應(yīng)用在磁流體發(fā)電和核聚變尖端發(fā)電技術(shù)上。高效蓄能電池:主要用于電動(dòng)汽車和電力調(diào)峰,為了環(huán)境保護(hù),現(xiàn)在國(guó)際上正在大力開發(fā)電動(dòng)汽

14、車,目前用于電動(dòng)汽車的高效蓄電池,一次充電已可行200km;用于調(diào)峰的蓄電池功率到1000k W,充入電效率達(dá)90%91%,同樣體積的蓄電量可為鉛蓄電池的23倍。這些高效蓄電池也應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電與太陽(yáng)能發(fā)電上。燃料電池:燃料電池的基本原理與一般電池相似,可將燃料氧化反應(yīng)所釋放的能量轉(zhuǎn)換為電能。所不同的是燃料電池是燃料(氫氣、天然氣、石油氣、煤制氣連續(xù)輸入負(fù)極,通過(guò)電解質(zhì),與也連續(xù)地輸入正極的氧化劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換成電能和熱能,由此,燃料電池能連續(xù)不斷地輸出電能和熱能。燃料電池電能轉(zhuǎn)換效率可達(dá)50%,如計(jì)入副產(chǎn)品熱能綜合利用,轉(zhuǎn)換效率可達(dá)80%,節(jié)能顯著。它可建成集中供熱電廠,也可為分散小單位供熱

15、供電,可免去在長(zhǎng)距離輸送時(shí)所需設(shè)施和能量損失。煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC:煤氣化生成燃料氣,燃料氣驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī),燃?xì)廨啓C(jī)排煙氣加熱鍋爐,產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。目前國(guó)外已建、在建的IGCC有24個(gè),新一代的IGC C供電效率可達(dá)43%46%,我國(guó)也正在研究開發(fā)。4.2能源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)使用煤、油、天然氣這類常規(guī)石化能源為主給人類帶來(lái)兩大問(wèn)題,首先是這類能源資源有限,終有一天要用盡;其次是石化燃料的利用,給人類賴以生存的環(huán)境帶來(lái)污染,尤其在80年代以來(lái),為世人所關(guān)注。為了減小這兩個(gè)壓力,許多國(guó)家偏重于發(fā)展常規(guī)能源中的水電,也有許多國(guó)家把重點(diǎn)放在發(fā)展核電。我國(guó)近年來(lái)也有這種趨向。已知能源中,有兩

16、種資源浩大又不污染環(huán)境的能源,這就是太陽(yáng)能和核聚變。每年太陽(yáng)投射到地球的能量有113.2億tce,相當(dāng)現(xiàn)在世界總用能量的1萬(wàn)倍,但它密度很低,穩(wěn)定性差,受晴、雨、日、夜、冬、夏的影響很大,技術(shù)經(jīng)濟(jì)上要過(guò)關(guān)還有很大難度。核聚變是指原子核的聚變反應(yīng),這種反應(yīng)是用氘、氚這些原子核比較輕的物質(zhì),在幾億度高溫條件下進(jìn)行的,所以叫“熱核反應(yīng)”,太陽(yáng)的能量就是由不斷發(fā)生熱核反應(yīng)所提供的。一般說(shuō)來(lái),1kg輕核燃料發(fā)生聚變反應(yīng)所放出的能量,要比1kg重核燃料的大10倍。氘和氚主要從海水中提煉出來(lái),1I海水提煉出的氘所釋放出的能量,相當(dāng)燃燒300I汽油所放出的能量,估計(jì)地球上海水中可提供人類使用1000億年的輕核

17、燃料。對(duì)核聚變的研究已有40多年歷歷了,但其商業(yè)化應(yīng)用尚待時(shí)日。下面根據(jù)所掌握的有關(guān)資料就潔凈能源及技術(shù)作一簡(jiǎn)介。(1美國(guó)人羅伯特A海夫納預(yù)測(cè),我們正在進(jìn)入更清潔、高效的天然氣時(shí)代。因?yàn)楝F(xiàn)在已進(jìn)入天然氣技術(shù)創(chuàng)新初期階段,用三維地震等技術(shù)可探測(cè)過(guò)去難以發(fā)現(xiàn)和開發(fā)的天然氣。現(xiàn)在專家一致認(rèn)為世界天然氣儲(chǔ)量豐富,而且不象石油把60%的儲(chǔ)量分布在2%的面積上,天然氣幾乎到處都有,采用燃?xì)廨啓C(jī)和燃料電池發(fā)電,使人類利用的能源更清潔、更有效。應(yīng)用前述的燃料電池,也可適應(yīng)更小型、分散、資本密度更低的條件。(2氫燃燒后所得的熱量,是同重量汽油的3倍,燃燒后不會(huì)產(chǎn)生CO2和污染大氣的物質(zhì)。氫是由水制備而得,資源十

18、分豐富,國(guó)際上許多國(guó)家都在研究開發(fā)氫能。日本1993年開始了“氫利用清潔能源計(jì)劃”,除氫汽車、氫燃料電池等技術(shù)外,最終目標(biāo)為50萬(wàn)k W級(jí)的大規(guī)模發(fā)電站提供燃料,熱效率可達(dá)到60%左右,據(jù)最近報(bào)導(dǎo),計(jì)劃進(jìn)展順利。目前主要是氫的制造方法問(wèn)題,對(duì)氫進(jìn)行批量生產(chǎn)的有效辦法是電分解,所以從火力發(fā)電站獲得電力來(lái)制氫就沒(méi)有意義了。1986年歐洲與加拿大合作施行“歐洲和魁北克水力氫試驗(yàn)計(jì)劃”,利用水力資源豐富的加拿大魁北克州低價(jià)的電力,用高性能高分子離子交換膜對(duì)水進(jìn)行電分解,氫儲(chǔ)藏在吸氫合金內(nèi)運(yùn)往歐洲應(yīng)用。據(jù)報(bào)導(dǎo)成本已控制在和天然氣大體相同的水平上。在1996年12期世界能源導(dǎo)報(bào)中載有關(guān)于用螺旋藻制氫的方法的報(bào)導(dǎo),它介紹螺旋藻是一種繁殖力極強(qiáng)的單細(xì)胞水生植物,可用來(lái)常溫制氫,耗能少、成本低、無(wú)污染,這是一個(gè)十分吸引人的好消息,