節(jié)能原理試題(另附參考答案)

1、節(jié)能原理試題1. 寫(xiě)出控制體物質(zhì)平衡和能量平衡關(guān)系式，并簡(jiǎn)單解釋其物理意義。=in-out (1-2)=+(hout+gzout)out-(hin+gzin)in+net (1-3)式中，=dQ/d,in=dmin/d,out=dmout /d,net=dWi/d。圖3.1 控制體的能量平衡圖這是經(jīng)典熱力學(xué)以集總參數(shù)思想建立的數(shù)學(xué)模型，對(duì)大多數(shù)熱力設(shè)備都是有效的。但對(duì)工質(zhì)所經(jīng)歷的非平衡的實(shí)際熱力過(guò)程本身而言，屬于黑箱模型。控制體結(jié)構(gòu)、工質(zhì)粘性等因素對(duì)熱力過(guò)程的影響，或在熱力學(xué)分析的結(jié)果中體現(xiàn)，或以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的形式引入熱力學(xué)分析。比如，發(fā)電廠熱力系統(tǒng)的熱力學(xué)分析中，對(duì)流動(dòng)阻力造成的影響主要以二種形

2、式予以考察：(1)引起的額外動(dòng)力消耗在發(fā)電廠的發(fā)、供電效率(或煤耗率)中以廠用電(率)的形式體現(xiàn)；(2)引起工質(zhì)狀態(tài)的改變則常以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的形式引入熱力學(xué)分析。2. 熱力學(xué)第二定律的克勞修斯說(shuō)法、開(kāi)爾文說(shuō)法和普朗克說(shuō)法。熱力學(xué)第二定律有三種表述方法，分別由不同的科學(xué)家獨(dú)立提出。(1).克勞修斯說(shuō)法(1850年)：不可能把熱從低溫物體傳至高溫物體而不引起其他變化。它指明了熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，反之的非自發(fā)過(guò)程并非不能實(shí)現(xiàn)，而是必須花費(fèi)一定的代價(jià)。例如壓縮制冷裝置就是以花費(fèi)機(jī)械能為代價(jià)，即以機(jī)械能變?yōu)闊崮苓@一自發(fā)過(guò)程作為實(shí)現(xiàn)熱從低溫物體轉(zhuǎn)移至高溫物體所必需的補(bǔ)償代價(jià)。(2).開(kāi)爾文說(shuō)

3、法(1851年)：不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響。這是從熱功轉(zhuǎn)換的角度表述的熱力學(xué)第二定律，不產(chǎn)生其它影響是這一表述不可缺少的部分。例如：理想氣體定溫膨脹過(guò)程進(jìn)行的結(jié)果，就是從單一熱源取熱并將其全部變成了功，但與此同時(shí)，氣體的壓力降低，體積增大，即氣體的狀態(tài)發(fā)生了變化，或者說(shuō)“產(chǎn)生了其它影響”。因此，并非熱不能完全變?yōu)楣Γ潜仨氂衅渌绊憺榇鷥r(jià)才能實(shí)現(xiàn)。(3).普朗克說(shuō)法：不可能制造一個(gè)機(jī)器，在循環(huán)動(dòng)作中把一重物升高而同時(shí)使一個(gè)熱庫(kù)冷卻。這三種說(shuō)法本質(zhì)上是等價(jià)的，它表明了能量過(guò)程進(jìn)行的方向。3. 系統(tǒng)熵平衡的表達(dá)式，并解釋其物理意義。4. 控制體平衡關(guān)系式，并簡(jiǎn)要解釋

4、其物理意義。的定義：熱力系統(tǒng)從任意狀態(tài)經(jīng)可逆過(guò)程達(dá)到與環(huán)境相平衡的狀態(tài)時(shí)所完成的最大功量或稱(chēng)作功能力。表達(dá)式： e=h-T0s (1-7)對(duì)于如圖1.2所示的控制體，其平衡方程為：ein+eq=eout+w+I (1-8)式中，ein工質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)的；eout工質(zhì)離開(kāi)系統(tǒng)的；eq輸入熱流；w輸出技術(shù)功。圖1.2 控制體平衡圖5. 熱轉(zhuǎn)化為功的能力。（1.5.2 熱轉(zhuǎn)化為功的能力）顯然，一定溫度下的熱量的最大作功能力為 (1-12)如果低溫?zé)嵩礈囟热≈禐榄h(huán)境溫度T0，即T2=T0，則上式表示相對(duì)于環(huán)境溫度T0，溫度T1下的熱量Q1轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ哪芰?，稱(chēng)為熱流或熱量。事實(shí)上，根據(jù)熵的定義：ds =q/T

5、 (1-13)對(duì)如圖1.4所示的放熱過(guò)程，其放熱量為： (1-14)因此，放熱過(guò)程的熱力學(xué)平均溫度為： (1-15)狀態(tài)點(diǎn)1的值：e1=h1-T0s1 狀態(tài)點(diǎn)2的值：e2=h2-T0s212放熱過(guò)程的作功能力變化為：e12 =e2-e1=h2- h1-T0(s2-s1)=q12-T0(s2-s1)因此，12放熱過(guò)程作功能力的變化為： (1-16)12過(guò)程為放熱過(guò)程，q12為負(fù)值，因此熱力系統(tǒng)的作功能力減少。根據(jù)作功能力的定義，從上式中可以看出，在的熱力學(xué)平均溫度下，一定換熱量q=|q12|具有的值為： (1-17)對(duì)比式(1-12)，不難理解一定溫度下的熱量q具有的作功能力(熱流)等于其經(jīng)由工

6、作在熱力學(xué)平均溫度和環(huán)境溫度T0之間的卡諾循環(huán)的作功量。6. 有限溫差傳熱過(guò)程的不可逆損失。如圖1.5所示的換熱過(guò)程，熱流體放熱量等于冷流體吸熱量。即q34=-q12=q，或|q34|=|q12|=q。圖1.5 換熱過(guò)程方法一：由吸放熱過(guò)程中熱流計(jì)算。12放熱過(guò)程的作功能力： 34吸熱過(guò)程的作功能力：因此，換熱過(guò)程的損失(作功能力損失)為： (1-18)顯然，在相同換熱量的條件下，傳熱溫差越大，不可逆損失越大；換熱溫度水平越低，不可逆損失越大。換熱過(guò)程是最典型的不可逆過(guò)程，式1-18清晰地揭示了減小換熱過(guò)程不可逆損失的途徑。由熱力學(xué)平均溫度， ，可得： (1-19)方法二由狀態(tài)參數(shù)直接求取。對(duì)

7、圖1.5應(yīng)用式1-8的平衡方程，這時(shí)eq=0，w=0。進(jìn)入加熱器的：ein=e1+e3= h1-T0s1+h3-T0s3離開(kāi)加熱器的：eout=e2+e4= h2-T0s2+ h4-T0s4因此，由平衡方程，損失(作功能力損失)為：I =ein-eout=(e1+e3)-( e2+e4)=( h1-T0s1+h3-T0s3)-( h2-T0s2+ h4-T0s4)由熱平衡關(guān)系式：h1- h2= h4- h3，得：I =(-T0s1-T0s3)-(-T0s2-T0s4) (1-20)7. 絕熱節(jié)流過(guò)程的不可逆損失。（1.6.2 絕熱節(jié)流過(guò)程的損失）絕熱節(jié)流過(guò)程的焓值不變，而節(jié)流導(dǎo)致工質(zhì)的熵增大，

8、因此絕熱節(jié)流過(guò)程的損失為：I =e1- e2=( h1-T0s1)-( h2-T0s2)= h1- h2 T0(s1 -s2)= T0(s2 s1)=T0scr (1-21)對(duì)于理想氣體，其焓值是溫度的單值函數(shù)(dh=Cpdt)，節(jié)流過(guò)程含不變，其溫度亦不變，即理想氣體節(jié)流過(guò)程的不可逆損失可以用圖1.6表示。對(duì)于實(shí)際氣體，節(jié)流前后溫度有變化，其節(jié)流過(guò)程的不可逆損失可以用圖1.7表示。圖1.6 理想氣體節(jié)流過(guò)程的Ts圖 圖1.7 實(shí)際氣體節(jié)流過(guò)程的Ts圖值得注意的是，除了圖示中的節(jié)流冷效應(yīng)之外，工質(zhì)在某種狀態(tài)下還可能出現(xiàn)絕熱節(jié)流熱效應(yīng)，請(qǐng)參閱熱力學(xué)教材關(guān)于焦耳-湯姆孫效應(yīng)。由于工質(zhì)在節(jié)流前后的焓

9、不變，即h1=h2=h，而壓力由p1下降至 p2，即我們可以計(jì)算由狀態(tài)點(diǎn)(h1, p1)至狀態(tài)點(diǎn)(h2, p2)的某可逆過(guò)程的熵變。由可逆過(guò)程能量平衡方程： (1-22)由于dh=0，上式為，根據(jù)式(1-13)，ds =q/T，則 (1-23)or (1-24)顯然，節(jié)流導(dǎo)致壓力降低，dp<0，因此熵產(chǎn)永遠(yuǎn)是正定的；壓差越大，熵產(chǎn)越大；不僅如此，如果節(jié)流發(fā)生時(shí)，工質(zhì)的比容越大，溫度越低，熵產(chǎn)越大。在火電廠中，主蒸汽溫度和壓力高，蒸汽比容相對(duì)較低，因此相對(duì)而言可以允許更大的節(jié)流壓損。而在凝汽器，尤其是空冷機(jī)組凝汽器，溫度和壓力低，蒸汽比容很大，因此應(yīng)最大限度降低其流動(dòng)過(guò)程的節(jié)流壓損。實(shí)際工

10、程中除了閥門(mén)、節(jié)流孔板流量計(jì)等存在節(jié)流過(guò)程之外，管道流動(dòng)存在的阻力、汽輪機(jī)膨脹、壓縮機(jī)及水泵等升壓過(guò)程存在的摩阻等，都可以看成節(jié)流，利用式1-21或式1-24計(jì)算其不可逆損失。圖1.8和圖1.9分別表示汽輪機(jī)膨脹和壓縮機(jī)升壓過(guò)程的不可逆損失。 圖1.8 膨脹過(guò)程的不可逆損失 圖1.9 壓縮過(guò)程的不可逆損失8. 在ts和hs圖上畫(huà)出不可逆絕熱壓縮過(guò)程，闡述泵與風(fēng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)思路。 流動(dòng)阻力是工程中需要嚴(yán)格進(jìn)行分析計(jì)算的，其不可逆損失實(shí)質(zhì)是風(fēng)機(jī)、水泵等動(dòng)力提升設(shè)備所耗能量的一部分，一般是電機(jī)電量消耗，在系統(tǒng)分析中是單獨(dú)計(jì)量的，比如電廠廠用電。但是，由于出入口壓力變化必然導(dǎo)致熵值的變化，因此利用式

11、1-18時(shí)，計(jì)算結(jié)果中已經(jīng)包括了流動(dòng)阻力導(dǎo)致的不可逆損失。顯然，要精確定量分析熱力系統(tǒng)，就必須考慮這一問(wèn)題。(P7)9. 單耗分析模型的推導(dǎo)過(guò)程及其對(duì)節(jié)能技術(shù)研究的指導(dǎo)意義。(P8、9)不論是能源轉(zhuǎn)化，還是能源利用，從熱力學(xué)第二定律的角度，上述每一種產(chǎn)品相對(duì)于其環(huán)境參考態(tài)，都具有值，即作功能力或可用能。這些生產(chǎn)中的能源利用的平衡關(guān)系可以一般性地描述為燃料=產(chǎn)品+耗損，即： (2-1)式中，Ef為所消耗能源的值，稱(chēng)為燃料；Ep為產(chǎn)品；Irj為實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)的不可逆性所導(dǎo)致的損耗。根據(jù)式2-1，任何的不可逆損耗的后果都是等價(jià)，都是產(chǎn)品的減少，如果產(chǎn)品品質(zhì)一定，即意味著產(chǎn)品產(chǎn)量的減少。不僅如

12、此，生產(chǎn)的環(huán)節(jié)越多，一般來(lái)講其不可逆損耗越大，產(chǎn)品必然越小。因此式2-1是能源利用系統(tǒng)分析、評(píng)價(jià)與優(yōu)化的基礎(chǔ)。根據(jù)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論，任何實(shí)際熱力學(xué)過(guò)程都是不可逆的，都會(huì)產(chǎn)生熵產(chǎn)。不可逆的程度越嚴(yán)重，造成的熵產(chǎn)就越大。熵產(chǎn)與能的不可用性是直接相互聯(lián)系的，最后歸結(jié)為喪失作功的可能性。熱力學(xué)把由于不可逆現(xiàn)象所喪失的作功可能性，叫作過(guò)程的不可逆損失，不可逆損失與過(guò)程熵產(chǎn)的關(guān)系以Ir表示1。 (2-2) 式中T0為環(huán)境參考態(tài)的絕對(duì)溫度。熱力過(guò)程的不可逆性及其損失計(jì)算，是熱力學(xué)分析與計(jì)算的一個(gè)基本內(nèi)容。要降低不可逆損失，就應(yīng)想盡一切辦法減少熵產(chǎn)，應(yīng)關(guān)注不可逆性發(fā)生部位的熱力學(xué)參數(shù)條件，它對(duì)降低不可逆性至關(guān)重

13、要，這是系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。根據(jù)式2-1，對(duì)于一定能源輸入，任何的不可逆損耗，總對(duì)應(yīng)著產(chǎn)品產(chǎn)量P的減少。假定某產(chǎn)品量P的生產(chǎn)，所消耗的燃料量為Bkg。如果以ef表示燃料的比，以ep表示產(chǎn)品的比。則式2-1可以寫(xiě)成如下的形式： (2-3)對(duì)于一定品質(zhì)(ep)的產(chǎn)品，任何的不可逆損失的直接后果都是產(chǎn)品產(chǎn)量P的減少。故一定量的不可逆損失Iri對(duì)應(yīng)一定量的燃料： (2-4) 即， (2-5)因此，式2-3可以寫(xiě)成： (2-6)上式兩邊同時(shí)除以P·ef，即得任何產(chǎn)品生產(chǎn)的單耗分析模型3： (2-7)顯然， (2-8)（注：本題答案較多，建議從公式推導(dǎo)入手記憶。估計(jì)評(píng)分應(yīng)主要看公式推導(dǎo)。）1

14、0. 不可逆損失及其所造成的附加燃料消耗計(jì)算式。（1）根據(jù)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論，任何實(shí)際熱力學(xué)過(guò)程都是不可逆的，都會(huì)產(chǎn)生熵產(chǎn)。不可逆的程度越嚴(yán)重，造成的熵產(chǎn)就越大。熵產(chǎn)與能的不可用性是直接相互聯(lián)系的，最后歸結(jié)為喪失作功的可能性。熱力學(xué)把由于不可逆現(xiàn)象所喪失的作功可能性，叫作過(guò)程的不可逆損失，不可逆損失與過(guò)程熵產(chǎn)的關(guān)系以Ir表示1。 (2-2) 式中T0為環(huán)境參考態(tài)的絕對(duì)溫度。（2）根據(jù)燃料=產(chǎn)品+耗損，即： (2-1)對(duì)于一定能源輸入，任何的不可逆損耗，總對(duì)應(yīng)著產(chǎn)品產(chǎn)量P的減少。假定某產(chǎn)品量P的生產(chǎn)，所消耗的燃料量為Bkg。如果以ef表示燃料的比，以ep表示產(chǎn)品的比。則式2-1可以寫(xiě)成如下的形式：

15、(2-3)對(duì)于一定品質(zhì)(ep)的產(chǎn)品，任何的不可逆損失的直接后果都是產(chǎn)品產(chǎn)量P的減少。故一定量的不可逆損失Iri對(duì)應(yīng)一定量的燃料： (2-4)即， 11. 附加燃料單耗的計(jì)算式。12. 熵產(chǎn)與不可逆損失的關(guān)系。（10題答案第一部分）（1012題答案均為9題的一部分）13. 寂態(tài)與物理寂態(tài)的概念。（課本P72）如果體系本身處于平衡態(tài)并與環(huán)境具有相同的溫度、相同的壓力，切體系中的 每一種組元均處于穩(wěn)定的相態(tài)并與環(huán)境中的相應(yīng)組元具有相同的化學(xué)勢(shì)，則稱(chēng)體系與環(huán)境達(dá)到了“非約束性的平衡”，一旦體系與環(huán)境達(dá)到了非約束性平衡，就不再可能通過(guò)體系與環(huán)境的相互作用而取得功。與環(huán)境達(dá)到非約束性平衡時(shí)的體系狀態(tài)叫做

16、體系的“寂態(tài)”。如果體系與環(huán)境間僅僅達(dá)到了機(jī)械平衡和熱平衡，具有與環(huán)境相同的溫度與壓力，那么稱(chēng)體系與環(huán)境間只達(dá)到了“約束性平衡”。與環(huán)境處于約束性平衡時(shí)的體系狀態(tài)，叫做體系的物理寂態(tài)14. 解釋你對(duì)概念的理解。現(xiàn)代節(jié)能原理不僅依據(jù)熱力學(xué)第一定律，而且同時(shí)依據(jù)第一、第二兩大定律，熱力學(xué)參數(shù)是第二定律分析法的產(chǎn)物，又是第二定律分析法的有力工具。從能量轉(zhuǎn)化來(lái)看，一類(lèi)是在給定的環(huán)境下具有無(wú)限可轉(zhuǎn)化的能，即。15. 體系總及其組成。（P72-73） 一個(gè)體系的就是在給定的環(huán)境下中體系所含能量的可轉(zhuǎn)化部分，從這一概念出發(fā)可知，體系的在數(shù)值上等于從其所處狀態(tài)可逆地變到寂態(tài)時(shí)所做出的功。應(yīng)用于環(huán)境的體系內(nèi)能為

17、 （4.20）將體系加環(huán)境視為擴(kuò)大的體系，只要愿體系未處于寂態(tài)，此擴(kuò)大體系就是不平衡的，在其走向平衡的過(guò)程中，就可能有功或與之相應(yīng)的效果表現(xiàn)出來(lái)。即 （4.21）從（4.21）減去（4.20）得： （4.22）上式導(dǎo)出前提為功的效果全部耗散，即上式可表示不可逆損失，在數(shù)值上應(yīng)正好等于擴(kuò)大體系從其原來(lái)的狀態(tài)達(dá)到平衡時(shí)所可能做出的最大功。因此 （4.23）16. 在pv圖和ts圖上表示的大小。17. 化學(xué)勢(shì)的作用。（P94-96）再設(shè)計(jì)體系化學(xué)過(guò)程或相變過(guò)程的研究時(shí)，偏摩自由焓具有特殊的重要性，我們用 代表它，稱(chēng)其為化學(xué)勢(shì)： （5.20）化學(xué)勢(shì) 在數(shù)值上表示由于化學(xué)變化使某組元減少單位摩爾時(shí)所應(yīng)做

18、的最大化學(xué)功。化學(xué)勢(shì)也是物質(zhì)轉(zhuǎn)移即物質(zhì)傳遞的一種推動(dòng)力（圖5.1 對(duì)化學(xué)勢(shì)物理意義的解釋?zhuān)?8. 溶液與理想溶液中某組元的化學(xué)勢(shì)的計(jì)算式，并解釋作用。19. 活度的定義及其作用。在多元體系中，某組元j的偏逸度與該組元在其參考態(tài)下的(偏)逸度的壁紙，叫該組元的活度，以aj表示。即 （5.28）（作用）20. 燃料的比和電量化燃料的比計(jì)算式。(P11)根據(jù)熱力學(xué)基礎(chǔ)理論，當(dāng)燃料處于溫度為298.15K、壓強(qiáng)101.325kPa的環(huán)境下，單位質(zhì)量的燃料化學(xué) (即燃料的比)可以近似地表示為1： (2-13)式中，為燃料的高位熱值；角標(biāo)i表示基準(zhǔn)反應(yīng)的各種生成物和除燃料之外的反應(yīng)物；求和符下的pr代表燃

19、料燃燒生成物；p0j為各生成物在環(huán)境大氣中的分壓力；為以1摩爾燃料為基礎(chǔ)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)；T0，p0分別為環(huán)境參考態(tài)的大氣溫度和壓力；為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熵，用下式計(jì)算： (2-14)其中為環(huán)境參考態(tài)之下各反應(yīng)物和生成物的絕對(duì)熵。21. 電和熱的比及其理論最低燃料單耗。(P12)(2.3.1 電的比及其理論最低燃料單耗)電在熱力學(xué)分析中被視為100%的，即電的比為： kW·h/(kW·h) (2-18)因此，根據(jù)式2-17，針對(duì)確定的燃料(如標(biāo)準(zhǔn)煤)，電力生產(chǎn)的理論最低燃料單耗為：=0.123 kgce/(kW·h) (2-19)(2.3.2 熱的比及其理論最低燃料單耗)對(duì)于

20、一定的熱量，如果其熱力學(xué)平均溫度為，在熱力學(xué)分析中，其比為卡諾循環(huán)的效率，即在理想可逆循環(huán)條件下，熱量所能轉(zhuǎn)化為的量，即： kW·h/(kW·hh) (2-20) 或，kW·h/GJ (2-20a)式中，為環(huán)境溫度。因此根據(jù)式2-17，供熱的理論最低燃料單耗為： kg/GJ (2-21)22. 鍋爐第二定律效率的推導(dǎo)，并給予解釋。（4.1.4 鍋爐的第二定律效率）假設(shè)鍋爐生產(chǎn)一定熱產(chǎn)品Q(chēng)b的實(shí)際燃料單耗為bh，則由式2-10可推導(dǎo)出鍋爐的第二定律效率為： (4-6) 式中， % (4-7) 即為鍋爐熱效率，34.1kg/GJ為熱效率100%時(shí)的燃料單耗。顯然，熱能

21、生產(chǎn)的第二定律效率不僅取決于熱效率，還取決于熱能產(chǎn)品的品位。23. 分析基于第一定律的折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)存在的問(wèn)題，解釋基于第二定律的折標(biāo)煤系數(shù)。（P14-15）基于第一定律，能源利用的熱效率定義為： (2-26) 式中為有效能。對(duì)于熱能和電能生產(chǎn)，我們可以依據(jù)式2-26計(jì)算其熱效率。但是，由于熱、電之間以及不同品位的熱能之間存在實(shí)質(zhì)性的品質(zhì)差，因此式2-26計(jì)算的熱效率之間不具有可比性，如鍋爐熱效率與發(fā)電效率之間就不可比。不僅如此，更關(guān)鍵的是對(duì)于絕大多數(shù)高耗能產(chǎn)品無(wú)法用式2-26計(jì)算熱效率。也就是說(shuō)，在第一定律統(tǒng)計(jì)和折算框架下，我們不能科學(xué)定義能源利用的效率。由于廣泛采用這種基于熱力學(xué)第一定律的能

22、源折算方法，以至于絕大多數(shù)文獻(xiàn)都不提供燃料的高位熱值可以說(shuō)，以低位熱值作為能源的折算標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)形之中放松了對(duì)其能源利用的要求，這對(duì)于節(jié)能減排的大局也是不利的。如同熱力學(xué)第一定律構(gòu)架下一樣，以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)考慮的折標(biāo)煤方案，必須有一個(gè)相應(yīng)的折算基礎(chǔ)。以燃料的等價(jià)，也就是燃料的理論最大作功能力等價(jià)來(lái)考慮是符合要求的。即： (2-27)因此基于燃料，燃料k的折算為燃料l的等價(jià)折算系數(shù)為： (2-28)式中，l燃料的比，k燃料的比?？梢杂檬?-13和式2-15計(jì)算。同理，假定l燃料為標(biāo)準(zhǔn)煤，則k燃料的折標(biāo)煤系數(shù)為。按標(biāo)準(zhǔn)煤不含水分考慮，由式2-15，=，于是有第二定律和第一定律折標(biāo)煤系數(shù)的關(guān)系：

23、(2-29)24. 節(jié)能減排決策分析的三個(gè)層次。（P18）能源經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與時(shí)間序列有直接的關(guān)系，從可持續(xù)發(fā)展角度，為切實(shí)完成節(jié)能減排的約束性指標(biāo)、有效優(yōu)化能源利用結(jié)構(gòu)，必須考慮下列與時(shí)間序列有關(guān)的三層決策要素:一是新建耗能項(xiàng)目的市場(chǎng)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn);二是現(xiàn)有耗能設(shè)備或生產(chǎn)工藝在規(guī)定考核時(shí)期內(nèi)的節(jié)能減排特性及其潛力;三是老、舊、低效技術(shù)設(shè)備的關(guān)停和淘汰標(biāo)準(zhǔn)。25. 能源利用的評(píng)價(jià)原則。（P19-20）一次能源輸運(yùn)要消耗一定的能量，在研究一次能源遠(yuǎn)距離輸運(yùn)合理性的時(shí)候是應(yīng)給予充分考慮的。但若將其計(jì)入實(shí)際能源利用系統(tǒng)的分析，則不僅使問(wèn)題復(fù)雜化，也不公平。而在“標(biāo)準(zhǔn)煤”的概念下，一次能源開(kāi)采、輸運(yùn)過(guò)程及燃料自身

24、的某些差異所產(chǎn)生的問(wèn)題就消除了。基于標(biāo)準(zhǔn)煤，能源利用的熱力學(xué)分析之資源口徑就得到了統(tǒng)一。用能目的多種多樣，為更好地進(jìn)行能源利用的評(píng)價(jià)，需根據(jù)第二定律對(duì)用能目的進(jìn)行產(chǎn)品界定。能源利用的分析與評(píng)價(jià)必須建立在產(chǎn)品等價(jià)的原則基礎(chǔ)上。綜上，終端產(chǎn)品生產(chǎn)的二次能源消耗可以用(當(dāng)量)性能系數(shù)或(當(dāng)量)電耗率指標(biāo)評(píng)價(jià)。這里統(tǒng)一地用下式表示： (3-1) 或， (3-2)式中，為供熱(冷)量kW；為產(chǎn)品產(chǎn)量kg/h, m3/h, kgkm, etc.；為生產(chǎn)和的(當(dāng)量)電耗量kW；為輸配電功kW；為(當(dāng)量)性能系數(shù)-；單位產(chǎn)量的(當(dāng)量)電耗。直燃型的產(chǎn)品燃料單耗可直接計(jì)算，電驅(qū)動(dòng)設(shè)備所耗的是基準(zhǔn)電()，熱電聯(lián)產(chǎn)

25、按當(dāng)量電耗與流程泵功之和(+)計(jì)算供熱煤耗，因此產(chǎn)品燃料單耗為：(3-3) 或， (3-4)顯然，將二次能源基于電量的等價(jià)化處理是分析終端能源利用的關(guān)鍵，也是能源利用分析與評(píng)價(jià)的一個(gè)重要原則。26. 熱電聯(lián)產(chǎn)總能系統(tǒng)節(jié)能條件及意義。（P24-25）熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組供熱的一般化產(chǎn)品燃料單耗可以按供熱當(dāng)量電耗折算： (3-13)現(xiàn)采用式3-13所示的基于電量等價(jià)的分?jǐn)偡椒āＪ聦?shí)上，只要確定了能源利用的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，煤耗分?jǐn)偡椒ň吐燥@次要。比如，假定某一分?jǐn)偡椒ǖ玫降墓岷凸╇娙剂蠁魏姆謩e為和，則熱電聯(lián)產(chǎn)總能系統(tǒng)煤耗量可以表示為： gce/h (3-21)假定供熱機(jī)組供電量由標(biāo)準(zhǔn)電()替代，供熱量Qh的煤耗

26、用供熱燃料單耗平均值計(jì)算，則替代總能系統(tǒng)的總煤耗量可以表示為： gce/h (3-22)式中：為同一供熱產(chǎn)品燃料單耗的平均值，kgce/GJ；為基準(zhǔn)電的燃料單耗，g標(biāo)煤/(kW·h)。與替代總能系統(tǒng)比較，聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)煤量為： gce/h (3-23)令B=0，則供熱機(jī)組的臨界熱電比為： (3-24)得到熱電聯(lián)產(chǎn)總能系統(tǒng)的節(jié)能條件： (3-25)式3-23-式3-25既適用于特定工況評(píng)價(jià)，也適用于年度、季度、月度等周期考核。從推導(dǎo)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，總能系統(tǒng)是否節(jié)能與分?jǐn)偡椒o(wú)關(guān)，而僅取決于能源利用的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)()和供熱燃料單耗的平均值，其他涉及發(fā)電的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)參照此方法處理。若評(píng)價(jià)基準(zhǔn)水平提高，

27、即降低，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的臨界熱電比隨之提高，這說(shuō)明電力技術(shù)的發(fā)展要求供熱機(jī)組的熱力性能同步提高，否則難以滿(mǎn)足節(jié)能條件。27. 評(píng)價(jià)基準(zhǔn)的特性與選擇?；鶞?zhǔn)電的燃料單耗在評(píng)價(jià)能源利用起到基準(zhǔn)作用。盡管電網(wǎng)機(jī)組型式很多，性能相差很大；電網(wǎng)負(fù)荷變化很大，機(jī)組供電燃料單耗隨負(fù)荷的變化而變化。但從確定基準(zhǔn)的角度，我們可以選擇某特定機(jī)組額定工況下的供電燃料單耗為評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，完全可以忽略作為基準(zhǔn)的物理量本身也在變化的問(wèn)題?；鶞?zhǔn)的相對(duì)性不妨礙基準(zhǔn)的科學(xué)性?；鶞?zhǔn)的相對(duì)性從另一個(gè)側(cè)面說(shuō)明“”不適合作為評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，因?yàn)?00%純度的黃金與“0”耗損都是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，不具有相對(duì)性?；鶞?zhǔn)的發(fā)展性是技術(shù)進(jìn)步的客觀要求。需要強(qiáng)調(diào)的是

28、，基準(zhǔn)的發(fā)展性不意味著任意改變，應(yīng)保持相對(duì)的穩(wěn)定性。更重要的是，作為科學(xué)基準(zhǔn)的東西應(yīng)以達(dá)成廣泛社會(huì)共識(shí)為前提，這完全可通過(guò)協(xié)商等方式解決?；鶞?zhǔn)的區(qū)域性是指不同國(guó)家與地區(qū)、同一個(gè)國(guó)家的不同地區(qū)，其經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展是不平衡的，人口、資源條件也不盡相同，不能一概而論。因此，基準(zhǔn)的相對(duì)性、發(fā)展性與區(qū)域性的特點(diǎn)說(shuō)明，能源利用的評(píng)價(jià)應(yīng)遵循實(shí)事求是原則、與時(shí)俱進(jìn)原則和因地制宜原則。事實(shí)上，電氣化已經(jīng)成為是現(xiàn)代化的一個(gè)標(biāo)志，單位電量的國(guó)民生產(chǎn)總值評(píng)價(jià)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要指標(biāo)，人均電量消耗也反映了不同地區(qū)民眾生活水平。因此，電量已經(jīng)成為人類(lèi)社會(huì)的一個(gè)重要評(píng)價(jià)基準(zhǔn)。建立統(tǒng)一化的能源利用評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，也是建立能源利用環(huán)

29、境影響的績(jī)效性評(píng)價(jià)指標(biāo)的關(guān)鍵，對(duì)于開(kāi)展全局性污染總量控制機(jī)制研究將有非常重要的促進(jìn)作用。28. 供熱系統(tǒng)的傳遞特性及分析。(P23)熱網(wǎng)(含冷熱水、蒸汽及冷熱空氣等)的散熱損失必然會(huì)減少終端產(chǎn)品的產(chǎn)量，所消耗的電量更是直接的能量消耗，因此根據(jù)式3-14，考慮熱網(wǎng)網(wǎng)損的聯(lián)產(chǎn)型終端產(chǎn)品生產(chǎn)的二次能源消耗可以用當(dāng)量性能系數(shù)或當(dāng)量電耗率指標(biāo)評(píng)價(jià)： (3-17) 或 (3-18)式中：為熱用戶(hù)得到的熱量或冷量，kW； 為輸運(yùn)電量之和，kW；為當(dāng)量性能系數(shù)；為單位產(chǎn)品產(chǎn)量的當(dāng)量電耗率。考慮熱網(wǎng)網(wǎng)損的聯(lián)產(chǎn)型終端產(chǎn)品的燃料單耗為： (3-19) 或 (3-20) 式3-17式3-20與式3-1式3-4是一樣的

30、。得到終端產(chǎn)品的燃料單耗，就可得到與式3-7類(lèi)似的熱網(wǎng)網(wǎng)損計(jì)算公式。由于市政供熱系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越大，供熱范圍越大，其散熱損失越大，用戶(hù)得到的熱量越少，而消耗的電量越多，這意味著達(dá)到用戶(hù)終端的產(chǎn)品燃料單耗越來(lái)越高，需引起重視。參考電網(wǎng)網(wǎng)損計(jì)算，這部分能耗應(yīng)算作市政供熱系統(tǒng)本身的能耗。29. 鍋爐不可逆損失分布特性。圖4.10 鍋爐各換熱設(shè)備的傳遞特性根據(jù)熱力學(xué)第二定律，鍋爐中不可逆熱力學(xué)過(guò)程歸納為如下三種：(1).理論燃燒過(guò)程；(2).理論燃燒與燃料實(shí)際燃燒放熱；(3).燃料實(shí)際燃燒放熱與工質(zhì)吸熱。鍋爐內(nèi)可以分為三個(gè)溫度：理論燃燒溫度、煙氣平均放熱溫度、工質(zhì)平均吸熱溫度。而對(duì)于鍋爐內(nèi)的每個(gè)受熱面也

31、相應(yīng)地存在著這三個(gè)溫度，而燃料燃燒以及鍋爐內(nèi)的傳熱過(guò)程，構(gòu)成了鍋爐內(nèi)部損失中最大的兩個(gè)部分。30. 試闡述單耗分析與電廠鍋爐、汽輪機(jī)系統(tǒng)參數(shù)匹配。(P34)根據(jù)單耗分析理論，鍋爐系統(tǒng)和汽輪機(jī)系統(tǒng)第二定律效率分別可以表示為： (4-23) (4-24)對(duì)于再熱機(jī)組鍋爐，其熱能產(chǎn)品分為基本循環(huán)吸熱量和再熱吸熱量?jī)蓚€(gè)部分，因此其綜合吸熱平均溫度可用下式計(jì)算： K (4-25)式中，分別為給水吸熱量和再熱吸熱量；，分別為給水和再熱氣流吸熱的熵增加；，分別為鍋爐出口蒸汽焓和給水焓；為再熱蒸汽份額；，分別為再熱前后蒸汽焓；，分別為鍋爐出口蒸汽熵和給水熵；，分別為再熱前后蒸汽熵。31. 基于單耗分析理論，分

32、析鍋爐主要換熱設(shè)備的作用。在鍋爐內(nèi)由于存在著溫度差，故導(dǎo)致不可逆損失，圖2-15給出了各換熱設(shè)備的傳遞特性。從燃料到理論燃燒溫度下燃燒產(chǎn)物的值到煙氣實(shí)際放熱溫度下的熱流最后到工質(zhì)吸熱得到的熱流。圖4.12為鍋爐各換熱設(shè)備附加單耗及構(gòu)成。根據(jù)工質(zhì)進(jìn)出鍋爐的熱力參數(shù)計(jì)算，其最低理論單耗為19.63kg/GJ；圖中各附加單耗之和為16.649 kg/GJ，即鍋爐的實(shí)際燃料單耗為36.279kg/GJ，與鍋爐94% (=34.1/36.279)的熱效率相對(duì)應(yīng)。圖4.12清晰地顯示水冷壁的附加燃料單耗最高，與其巨大的傳熱溫差以及傳熱量相一致。圖4.12為鍋爐各換熱設(shè)備附加單耗及構(gòu)成。根據(jù)工質(zhì)進(jìn)出鍋爐的熱力參數(shù)計(jì)算，其最低理論單耗為19.63kg/GJ；圖中各附加單耗之和為16.649 kg/GJ