化工熱力學(xué)課件

1、 低碳能源 低碳能源包含三方面的內(nèi)涵:1.廣泛利用無碳能源如核能、水能、太陽能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮艿龋?. 高碳能源的低碳利用和CO2富集與資源化3.提高能源利用效率和節(jié)能減碳。中國能源的現(xiàn)狀v 中國是一個(gè)嚴(yán)重依賴化石能源的國家，可再生能源消中國是一個(gè)嚴(yán)重依賴化石能源的國家，可再生能源消費(fèi)比例低于世界平均水平費(fèi)比例低于世界平均水平世界能源結(jié)構(gòu)中世界能源結(jié)構(gòu)中化石燃料占化石燃料占88%中國能源結(jié)構(gòu)中中國能源結(jié)構(gòu)中化石燃料占化石燃料占94% 2006年我國原油進(jìn)口依存度已達(dá)47。 2008年已達(dá)52%。能源供應(yīng)低于能源消費(fèi)的趨勢有增無減。20世紀(jì)90年代至今的10余年間，能源生產(chǎn)總量的年均增長為

2、3.3%，能源消費(fèi)的年均增長為4.2%，相差約0.8個(gè)百分點(diǎn)。（中國能源報(bào)告） 全球一次能源需求累計(jì)增長情況從2007年到2030年全球一次能源需求累計(jì)增長情況（參考情景）其他包括生物質(zhì)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、太陽能、潮汐?20082008年年IEA Energy Technology PerspectiveIEA Energy Technology Perspective推估，推估，20502050年全球擬降低年全球擬降低480480億噸億噸COCO2 2 (BLUE Map scenario) (BLUE Map scenario)之關(guān)鍵技術(shù)：之關(guān)鍵技術(shù)： 使用端：使用端：能源效率提升能源效率

3、提升為關(guān)鍵占為關(guān)鍵占47%47%。 供給端：再生能源占供給端：再生能源占21%21%，其次是，其次是碳捕獲與封存碳捕獲與封存。WEO2007 450 ppm caseETP2008 BLUE Map scenarioBLUE Map Emissions 140億噸Baseline Emissions 620億噸 CO2 emissions (Gt CO2/yr)010203040506020052010201520202025203020352040 20452050能源使用端效率(47%)碳捕獲與封存(19%)核能發(fā)電(6%)發(fā)電效率(7%)再生能源(21%)數(shù)據(jù)源: Internation

4、al Energy Agency, Energy Technology Perspective, 2008. 核能核能制氫系統(tǒng)太陽能Power Towers太陽能熱氣流發(fā)電 風(fēng)能WTC Turbine Layout地?zé)崮?海洋能La Rance Tidal Power Station波浪能供電的燈光浮標(biāo)波浪能供電的燈光浮標(biāo) 鹽差能 化石燃料的燃燒（約占CO2排放總量）和地球植被的破壞是CO2濃度增加的主要原因，能源工業(yè)同時(shí)也是甲烷氣體的一個(gè)重要的產(chǎn)生源（約占總量的）。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在全球每年因燃煤而產(chǎn)生的CO2就高達(dá)。因此，能源產(chǎn)業(yè)成為減少溫室氣體排放行動的焦點(diǎn)。高碳能源的低碳利用v潔凈煤技術(shù)（

5、CCT）是以“高效轉(zhuǎn)換、污染控制以及向發(fā)展中國家輸出先進(jìn)燃煤技術(shù)和裝備”為目標(biāo)的跨世紀(jì)計(jì)劃。這一計(jì)劃的根本目的是高效清潔利用煤炭，以達(dá)到減少碳排放的目標(biāo)。 各種發(fā)電方式下每千瓦時(shí)排放 CO2折合碳單位（g）發(fā)電方式發(fā)電方式燃煤燃煤燃油燃油 天然氣天然氣 核能核能水力水力風(fēng)能風(fēng)能光能光能地?zé)岬責(zé)崛剂吓欧湃剂吓欧?46246188188138138設(shè)備運(yùn)行排放設(shè)備運(yùn)行排放2424121240405.75.74.84.833.733.734.734.76.36.3總排放總排放2702702002001781785.75.74.84.833.733.734.734.76.36.3 方方式式PC + F

6、GDCFBPFBCIGCC價(jià)價(jià)格格10090100150(現(xiàn)現(xiàn))，110(未未來來)效效率率%38/47*38/45* 4042/47*4345不同發(fā)電方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較不同發(fā)電方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較* * 亞臨界亞臨界/ /超臨界超臨界 發(fā)電效率與排放量* *當(dāng)使用轉(zhuǎn)換反應(yīng)時(shí)為當(dāng)使用轉(zhuǎn)換反應(yīng)時(shí)為4040。發(fā)電方式發(fā)電方式效率（）效率（）CO2干濃度（）干濃度（） 發(fā)電成本發(fā)電成本美分美分/(kWh)煙氣天然氣的煤粉鍋爐煙氣天然氣的煤粉鍋爐39.939.914144.94.9燃用天然氣聯(lián)合循環(huán)燃用天然氣聯(lián)合循環(huán)52524 43.53.5整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)41.741.77（40*

7、）5.25.2CO2回收回收32.832.891917.787.78將煤轉(zhuǎn)換成可燃?xì)怏w，供燃?xì)鈾C(jī)燃用，以煤氣化設(shè)備取代鍋爐，從而能更好地實(shí)現(xiàn)高品位煤化學(xué)能的梯級應(yīng)用。脫硫效率達(dá)96-97%，。燃料電池和IGCC組合的聯(lián)合循環(huán)示意圖 空氣分離氣化高溫凈化空氣空氣煤煤石油焦石油焦生物質(zhì)生物質(zhì)O2N2,Ar天然氣熱/電/冷聯(lián)產(chǎn) IGCC or GCC化工產(chǎn)品液體燃料其他合成氣合成氣重整蒸汽蒸汽氣體分離熱/電/冷聯(lián)產(chǎn)燃料電池大規(guī)模發(fā)電埋存干冰化工藻類生長CO2+H2CO2H2商業(yè)樓宇住宅強(qiáng)化石油和煤層氣開采節(jié)能的重要性 “節(jié)約能源,保護(hù)資源”是我國新時(shí)期實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的偉大戰(zhàn)略的保證和手段。提高能源利

8、用效率，節(jié)約能源已成為低碳能源重要組成部分。節(jié)能也是一種資源若干重要的節(jié)能技術(shù)v分布式能源系統(tǒng)分布式能源系統(tǒng)v地源熱泵系統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)v工業(yè)窯爐的節(jié)能技術(shù)工業(yè)窯爐的節(jié)能技術(shù) v新型、高效換熱器新型、高效換熱器v強(qiáng)化傳熱技術(shù)強(qiáng)化傳熱技術(shù) v余熱回收技術(shù)余熱回收技術(shù) 分布式能源系統(tǒng)（Distributed Energy System，DES） v指分布在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)。分指分布在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)。分布式能源系統(tǒng)可以利用的各種清潔能源，布式能源系統(tǒng)可以利用的各種清潔能源，實(shí)現(xiàn)近距離供能，并直接滿足終端用戶多實(shí)現(xiàn)近距離供能，并直接滿足終端用戶多種能源（如電、熱、冷）需求。種能源（如電

9、、熱、冷）需求。 分布式能源系統(tǒng)vDESDES的主要特征包括以下六個(gè)方面：的主要特征包括以下六個(gè)方面： 燃料的多元化 設(shè)備的小型、微型化 冷熱電聯(lián)產(chǎn) 網(wǎng)絡(luò)化 智能化控制和信息化管理 高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保水平分布式能源系統(tǒng)（續(xù)）vDESDES是一個(gè)開放的、靈活組合的系統(tǒng)，是一個(gè)開放的、靈活組合的系統(tǒng)，v組成：組成： 發(fā)電設(shè)備（汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、微型渦輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或燃料電池）、 供熱或制冷設(shè)備（溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)組、電制冷機(jī)組）、 熱泵、 干燥和能源回收系統(tǒng)、 鍋爐或蓄熱蓄冷系統(tǒng)、汽水熱交換器、 蒸汽參數(shù)的調(diào)節(jié)裝置以及智能建筑的熱電控制 DES具有以下優(yōu)點(diǎn)：v 1）使用吸收式制冷機(jī)組實(shí)現(xiàn)余熱回收，提供空

10、調(diào)或工藝用冷，能源效率可提高到70以上；v 2）設(shè)備靠近用戶，熱量、冷量和電量可直接使用，大大減少了輸配電設(shè)備的投資和電網(wǎng)的輸送損失同時(shí)增加了系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性；v 3）有助于緩解電力高峰負(fù)荷，提高電網(wǎng)供電安全。目前大多數(shù)空調(diào)器以電力為動力，在夏季用電負(fù)荷中，空調(diào)負(fù)荷幾乎占總負(fù)荷的25%，從而電力峰谷差增大，龐大的電網(wǎng)不堪重負(fù)，DES有助于改善這種狀況； v 4）裝置容量小、占地面積小，初投資少，效益好。戶可以直接投資建設(shè)小型的分布式能源冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)；v 5）回收期短，一般只要23年。采用常規(guī)能源的DES系統(tǒng) v鍋爐前置循環(huán)余熱利用系統(tǒng)v燃?xì)廨啓C(jī)前置循環(huán)余熱利用系統(tǒng)v采用可再生能源的DES

11、系統(tǒng) 鍋爐前置循環(huán)余熱利用方案圖 燃機(jī)余熱鍋爐蒸汽溴化鋰空調(diào)方案 燃機(jī)煙氣直燃溴化鋰空調(diào)方案 內(nèi)燃機(jī)前置循環(huán)余熱利用方案 可再生能源的DES系統(tǒng) v燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)太陽能輔助循環(huán)系統(tǒng)太陽能輔助循環(huán)系統(tǒng) v太陽能（風(fēng)能）太陽能（風(fēng)能）燃料電池聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)燃料電池聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng) v燃料電池燃料電池小型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)小型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng) v小型燃?xì)廨啓C(jī)三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)小型燃?xì)廨啓C(jī)三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)植物大棚（工植物大棚（工廠）聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)廠）聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng) v燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)熱泵聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)熱泵聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng) 地源熱泵v2010-11-15水源熱泵和土壤源熱泵，其最大的優(yōu)點(diǎn)是高效、節(jié)能、環(huán)保。熱泵分類:熱泵以能

12、源來源可分水源熱泵、土壤源熱泵、空氣源熱泵。v熱泵以新型制冷劑分:R407C、R410A、R134a新型綠色制冷劑代替R22。v地源熱泵主要有以下幾種形式：地下水熱泵河湖水源熱泵土壤熱泵地源熱泵系統(tǒng)示意圖室外地能換熱系統(tǒng)水循環(huán)水源熱泵機(jī)組水或空氣循環(huán)室內(nèi)末端系統(tǒng)空氣源熱泵熱水機(jī)組工作原理圖 技術(shù)節(jié)能干熄焦干法熄焦是利用冷的惰性氣體在干熄爐內(nèi)與熾熱的紅焦換熱，從而冷卻焦碳；吸收了紅焦熱量的惰性氣體和干熄焦的余熱鍋爐進(jìn)行熱交換，并產(chǎn)生中壓或高壓蒸汽；蒸汽可用于發(fā)電也可作為焦化廠的車間用汽或采暖等。被冷卻惰性氣體再由循環(huán)風(fēng)機(jī)鼓入干熄爐，進(jìn)行循環(huán)冷卻焦碳。焦?fàn)t煤調(diào)濕技術(shù)（CMC）煤調(diào)濕煤調(diào)濕煤干燥煤調(diào)

13、濕煤預(yù)熱煤調(diào)濕有嚴(yán)格的水分控制措施，能確保入爐煤水分恒定。 我國焦化廠煉焦煤含水量普遍偏高，平均含水在11%左右。大量水消耗大量煤氣熱能，造成煤氣資源浪費(fèi)。 利用廢熱（上升管熱煤氣和煙道廢氣的熱量） 對裝爐煤進(jìn)行干燥處理，保持裝爐煤水分穩(wěn)定在6%左右，然后裝爐煉焦。煤調(diào)濕工藝流程：回轉(zhuǎn)式多管干燥機(jī)煤調(diào)濕 流化床干燥機(jī)煤調(diào)濕 焦?fàn)t煤調(diào)濕技術(shù)（CMC）流化床煤調(diào)濕技術(shù)工藝流程示意圖焦?fàn)t煤調(diào)濕技術(shù)（CMC）強(qiáng)化傳熱技術(shù) 目前強(qiáng)化傳熱技術(shù)有兩類：一類是耗功強(qiáng)化傳熱技術(shù)，一類是無功強(qiáng)化傳熱技術(shù)。 前者需要應(yīng)用外部能量來達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的，后者不需外部能量。 強(qiáng)化傳熱技術(shù)已廣泛應(yīng)用于電力、化工、煉油、制冷

14、、低溫、冶金、建材、環(huán)保、航天、航空、食品、輕工、醫(yī)藥等部門余熱回收技術(shù) v余熱資源余熱資源 1）高溫?zé)煔庥酂?2）可燃廢氣、廢液、廢料的余熱 3）高溫產(chǎn)品和爐渣的余熱， 4）冷卻介質(zhì)的余熱 5）化學(xué)反應(yīng)余熱 6）廢氣、廢水的余熱余熱利用的途徑 v 余熱的直接利用余熱的直接利用 1）預(yù)熱空氣 2）干燥 3）生產(chǎn)熱水和蒸氣 4）制冷v 余熱發(fā)電余熱發(fā)電 1）用余熱鍋爐（又稱廢熱鍋爐）產(chǎn)生蒸氣，推動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。 2）高溫余熱作為燃汽輪機(jī)的熱源，利用燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組發(fā)電。 3）如余熱溫度較低，可利用低沸點(diǎn)工質(zhì)，如正丁烷，來達(dá)到發(fā)電的目的。v 余熱的綜合利用余熱的綜合利用 根據(jù)工業(yè)余熱溫度的高低，采用不同的利用方法，實(shí)現(xiàn)余熱的梯級利用，以達(dá)到“熱盡其用”的目的 余熱回收裝置流程圖余熱回收裝置冷空氣 常溫預(yù)熱空氣 900煙氣 1000低溫?zé)煔?200氣-氣余熱回收系統(tǒng)v 在氣-氣余熱回收系統(tǒng)中，高溫廢氣和待加熱的新風(fēng)各自流經(jīng)熱交換器的不同通路，高溫廢氣中的熱能經(jīng)過換熱器的內(nèi)部導(dǎo)熱元件轉(zhuǎn)移到新風(fēng)中，自身溫度降低，新 風(fēng)溫度升高，從而完成熱交換過程。用于和高溫廢氣進(jìn)行換熱的介質(zhì)也可以是生產(chǎn)排出尚未進(jìn)入廢氣處理裝置的廢氣，經(jīng)過換熱后，其溫度升高，可以大大降低廢氣 處理裝置的能源消耗。水-氣余熱回收系統(tǒng) v 在水-氣余熱回收系統(tǒng)中