石油化工行業(yè)節(jié)能原理與技術培訓講義全

1、92/93. HYPERLINK :/ 石 油 化 工 行 業(yè)節(jié)能原理和節(jié)能技術講義洪超 教授 博士生導師理工大學能源與動力學院2007年4月目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc163648160目 錄 PAGEREF _Toc163648160 h 1HYPERLINK l _Toc163648161前 言 PAGEREF _Toc163648161 h 2 HYPERLINK l _Toc163648162 第一節(jié) 節(jié)能的基本原理 PAGEREF _Toc163648162 h 10HYPERLINK l _Toc163648163第二節(jié) 典型例題分析

2、PAGEREF _Toc163648163 h 22HYPERLINK l _Toc163648164第三節(jié) 節(jié)能的基本概念32HYPERLINK l _Toc163648171第四節(jié) 企業(yè)節(jié)能的原則和基本途徑43HYPERLINK l _Toc163648172第五節(jié) 企業(yè)通用節(jié)能技術50HYPERLINK l _Toc163648173第六節(jié) 石化行業(yè)節(jié)能技術 PAGEREF _Toc163648173 h 85前言節(jié)能是指在滿足相等需要或達到一樣目的的條件下，通過加強用能管理，采取技術上可行，經(jīng)濟上合理以與環(huán)境和社會可以接受的措施，減少從能源生產到消費各個環(huán)節(jié)中的損失和浪費，提高能源利用

3、的經(jīng)濟效果。一、我國的能源發(fā)展和供求問題1、能源供應壓力大“十五”期間，由于能源需求增長迅速，我國能源市場由“九五”時期的供需基本均衡轉向供不應求。按可比價格計算，這期間我國GDP年均增長率高達9.7%，而相應的能源消費量年均僅增長4.6%，遠低于同期經(jīng)濟增長速度，其中1997至1999三年能耗為負增長。然而，進入21世紀以來，尤其是從2002年開始，我國能源消費增長迅猛，超過了經(jīng)濟發(fā)展速度。我國2005年一次能源生產總量20.6億噸標準煤。其中發(fā)電量24747億千瓦小時，比2004年增長12.3%；原煤21.9億噸，增長9.9%；原油1.81億噸，增長2.8%。2005年能源消費總量22.2

4、億噸標準煤，比2004年增長9.5%。其中，煤炭消費量21.4億噸，增長10.6%；原油3.0億噸，增長2.1%；天然氣500億立方米，增長20.6%；水電4010億千瓦小時，增長13.4%；核電523億千瓦小時，增長3.7%?！笆濉逼陂g我國能源消費總量從2001年的13.49億噸標準煤增長到2005年的22.2億噸標準煤。如今我國能源消費總量已經(jīng)位居世界第二，約占世界能源消費總量的11%。圖1 “十五”期間我國一次能源生產總量和能源消費總量對比表1 “十五”期間我國一次能源生產總量和能源消費總量對比年份一次能源生產總量（億噸標準煤）能源消費總量（億噸標準煤）200112.113.52002

5、13.814.8200316.017.1200418.519.7200520.622.2但我國人均能源消費量較低。2004年,我國人均一次能源消費量1.08噸標準油，為世界平均水平的66%，美國的13.4%，日本的26.7%，英國的28.1%。目前，美國人均消費石油是我國的14倍，日本是我國的3.8倍。從世界圍來看，經(jīng)濟越發(fā)達，人均能源消費量越高。我國到2010年要實現(xiàn)人均GDP比2000年翻一番，這客觀上要求人均能源消費量有較大幅度增長，特別是優(yōu)質能源需求量的增長。表2 2004年世界一次能源人均消費（英國石油公司BP資料）世界平均水平1.63噸標準油/人中國1.08噸標準油/人美國8.02

6、噸標準油/人日本4.03噸標準油/人英國3.82噸標準油/人隨著需求的快速增長，我國能源供給約束越來越大。綜合起來看，當前我國能源供給的矛盾已超出生產能力不足這個層面，更為突出地表現(xiàn)為資源不足的“瓶頸性”約束。2、能源安全特別是石油安全問題日益嚴峻“十五”期間，我國能源進口依存度不斷上升，尤其是石油的進口依存度上升很快。20012003年，我國原油進口依存度從39.9%上升到48.6%，平均每年上升4.4個百分點。三年間我國原油進口依存度平均水平達到43.3%。隨著進口石油數(shù)量的持續(xù)增加，國際石油價格的上漲對我國的影響越來越大。據(jù)有關部門測算，國際油價每桶變動1美元，將影響進口用匯46億元人民

7、幣，直接影響我國GDP增長0.043個百分點。最近兩年，國際原油價格屢創(chuàng)新高，我國深受其害。從統(tǒng)計資料來看，2004年，原油進口平均價格比2003年上漲58.9美元/噸，我國為此多支付外匯70.68億美元；2005年，國際油價上漲更多，據(jù)估計我國至少為此多支出了100億美元外匯。從國際上進口大量的石油，意味著風險性因素增多和不安全程度提高，能源安全特別是石油安全問題日益嚴峻。3、能源利用效率較低，浪費嚴重我國在能源利用上仍處于粗放型增長階段。當前，我國經(jīng)濟社會發(fā)展中存在一個較為突出的矛盾，就是在能源資源相對貧乏的條件下，不少地區(qū)的經(jīng)濟增長速度仍然是靠“三高”（高投資、高能耗、高污染）來支撐，結

8、果表現(xiàn)為“兩低”（低質量、低效益），以與“三荒”（煤荒、電荒、油荒）現(xiàn)象。從能源消耗強度來看，2003年按現(xiàn)行匯率計算的每百萬美元能耗，我國為893噸標準油，比目前世界平均水平高2.3倍，比發(fā)達國家美國和日本分別高2.7倍和9.4倍，比同樣是發(fā)展中國家的印度還高0.45倍。從能源利用效率來看，根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會公布的信息，目前我國的能源利用效率為33%，比發(fā)達國家低約10個百分點。電力、鋼鐵、有色、石化、建材、化工、輕工、紡織8個行業(yè)主要產品單位能耗平均比國際先進水平高40%；鋼、水泥、紙和紙板的單位產品綜合能耗比國際先進水平分別高21%、45%和120%；機動車油耗水平比歐洲高25%，

9、比日本高20%；我國單位建筑面積采暖能耗相當于氣候條件相近發(fā)達國家的23倍。如不改變能源低效利用的現(xiàn)實，到2020年，我國要以能源翻一番實現(xiàn)經(jīng)濟翻兩番的目標，按2003-2005年能源消費增長的趨勢，我國能源消費量將高達40多億噸標準煤，在能源供應與能源安全等方面都會帶來嚴重問題。即便考慮到各種節(jié)能因素，我國能源消費量仍將達30億噸標準煤，因此必須通過節(jié)能提高能源利用效率。圖2 中國與其他發(fā)達國家單位GDP產出能耗量對比（2003年）表3 2003年單位GDP能耗國際比較（摘自世界經(jīng)濟年鑒）國家GDP（億美元）一次能源消費量（百萬噸標油）單位GDP能耗（噸標油/萬美元）單位GDP能耗比率（中國

10、/外國）中國132001178.38.931.00印度5590345.36.181.45國73302122.893.09日本58800504.80.8610.40俄羅斯5060670.813.260.67德國27100332.21.237.28法國18300260.61.426.27英國13900223.21.615.56意大利12400181.91.476.09加拿大7540291.43.862.31美國946002297.82.433.68世界363009741.12.683.334、我國能源供需結構均以煤為主，能源工作必須兼顧環(huán)境保護隨著全球氣候變暖和大氣環(huán)境質量的急劇下降，環(huán)保問題受到

11、了世界各國的普遍重視。在我國，以煤為主的能源供需結構是環(huán)境污染日趨嚴重的主要原因。我國是世界氣候變化框架公約的簽字國，環(huán)境因素將逐漸成為我國能源工作中不容忽視的問題。從能源消費結構優(yōu)化進程來看，發(fā)達國家早在20世紀60年代就基本完成了以煤為主向以油氣為主的能源消費結構的轉變，其轉變歷程大約經(jīng)歷了60年。所以，我國要在2050年達到中等發(fā)達國家水平，從現(xiàn)在起必須重視改善能源結構的問題。這也是我國樹立科學發(fā)展觀，構建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然要求。二、我國能源供需預測“十一五”期間能源市場供需形勢呈如下特點：（1）我國能源消費需求繼續(xù)保持快速增長，增速較“十五”回落。20062010年，我國

12、一次性能源消費從19億噸標準煤，增加到26.2億噸標準煤，增長37.8%，年均增長8.4%，比“十五”回落約5個百分點。能源消費彈性系數(shù)平均為1.1左右，比“十五”末期縮小約0.5個百分點。這一方面表明能源消費需求仍處在較快增長時期，增速仍在經(jīng)濟增長之上；另一方面也表明經(jīng)濟增長對能源需求的依賴性趨于減弱。（2）生活用能源消費需求增長快于工業(yè)生產用能源。到2010年，按照可能達到的人口基數(shù)13.5億計算，人均生活用能源消費約300千克標準煤，同目前標準相比，基本上翻一番。屆時生活用能源消費占總消費中的比重達到15%左右，比當前水平提高約4（3）我國能源生產增長繼續(xù)快于需求增長,但增勢亦有明顯回落

13、。20062010年，能源生產從18.2億噸標準煤增加到26.1億噸標準煤，增長了43%，年均增長9.4%，增幅較“十五”回落6個百分點左右。（4）由于需求增長減緩，生產增長快于需求增長，預計“十一五”期間，我國能源需求自我保障平均在97%左右，特別是“十一五”后期可實現(xiàn)供需基本平衡。整個“十一五”期間，我國能源需求保障對外部的依賴性沒有明顯上升。另外，根據(jù)相關預測，2020年，中國一次能源需求約30億噸標準煤，其中石油4.35.2億噸，煤炭2124億噸，比2000年增加70%130%，人均1.52.0噸標準煤。到2020年，全社會用電需求將達4.2萬億千瓦時，發(fā)電裝機容量達9億千瓦，比200

14、0年增長1.8倍。三、我國能源政策我國政府將能源政策確定為“資源節(jié)約和開發(fā)并舉，把節(jié)約放在首位”。2004年6月30日國務院提出了關于能源中長期發(fā)展八項規(guī)劃：（1）堅持把節(jié)約能源放在首位，實行全面、嚴格的節(jié)約能源制度和措施，顯著提高能源利用效率。（2）大力調整和優(yōu)化能源結構，堅持以煤炭為主體、電力為中心、油氣和新能源全面發(fā)展的戰(zhàn)略。（3）搞好能源發(fā)展合理布局，兼顧東部地區(qū)和中西部地區(qū)、城市和農村經(jīng)濟社會發(fā)展的需要，并綜合考慮能源生產、運輸和消費合理配置，促進能源與交通協(xié)調發(fā)展。（4）充分利用國外兩種資源、兩個市場，立足于國能源的勘探、開發(fā)與建設，同時積極參與世界能源資源的合作與開發(fā)。（5）依靠

15、科技進步和創(chuàng)新。無論是能源開發(fā)還是能源節(jié)約，都必須重視科技理論創(chuàng)新，廣泛采用先進技術，淘汰落后設備、技術和工藝，強化科學管理。（6）切實加強環(huán)境保護，充分考慮資源約束和環(huán)境的承載力，努力減輕能源生產和消費對環(huán)境的影響。（7）高度重視能源安全，搞好能源供應多元化，加快石油戰(zhàn)略儲備建設，健全能源安全預警應急體系。（8）制定能源發(fā)展保障措施，完善能源資源政策和能源開發(fā)政策，充分發(fā)揮市場機制作用，加大能源投入力度。深化改革，努力形成適應全面建設小康社會和社會主義市場經(jīng)濟發(fā)展要求的能源管理體制和能源調控體系。中共中央公布的“十一五”規(guī)劃建議提出“能源產業(yè)要堅持節(jié)約優(yōu)先、立足國、煤為基礎、多元發(fā)展，構筑穩(wěn)

16、定、經(jīng)濟、清潔的能源供應體系”；“在優(yōu)化結構、提高效益和降低消耗的基礎上，實現(xiàn)2010年人均國生產總值比2000年翻一番；資源利用效率顯著提高，單位國生產總值能源消耗比“十五”期末降低20%左右”。節(jié)約能源已經(jīng)成為工作的硬指標。四、工業(yè)節(jié)能的戰(zhàn)略地位工業(yè)是我國能源消費大戶，能源消費量占全國能源消費總量的70%左右，特別是鋼鐵、有色金屬、建材、化工、煤炭、電力、石油、石化等八個行業(yè)占全部工業(yè)能耗的78%，到2020年，雖然工業(yè)部門占能源總需求的比例將從2000年的72.7%逐步下降到56.7%58.7%，但仍然為第一大用能部門，也是獲得節(jié)能效應最為顯著的部門，因此工業(yè)節(jié)能對于我國節(jié)能工作的順利開

17、展、能源發(fā)展規(guī)劃和“十一五”建設目標的實現(xiàn)具有至關重要的戰(zhàn)略地位。首先，工業(yè)節(jié)能是實現(xiàn)經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展的必然選擇。雖然我國能源比較豐富，但人均占有量不多，而且開采難度越來越大，同時，能源基礎設施建設投資大、周期長，還面臨交通運輸、水資源制約等一系列問題。今后20年，我國鋼鐵、有色金屬、石油石化、水泥等高耗能產品的需求量將繼續(xù)增加，汽車和家用電器大量進入家庭。與之相適應，能源消費將進一步增長。能源相對不足造成的資源約束矛盾將會越來越突出。節(jié)約使用各種資源，建立節(jié)能型工業(yè)、節(jié)能型社會，必將成為增強經(jīng)濟發(fā)展后續(xù)保障能力的重要途徑。其次，工業(yè)節(jié)能是保障國家能源安全的戰(zhàn)略舉措。隨著經(jīng)濟發(fā)展特別是工業(yè)化進

18、程加快，特別是石油石化工業(yè)的快速發(fā)展，石油需求將繼續(xù)增長，供求缺口會越來越大。如不采取積極有效的措施，石油供應很可能對我國經(jīng)濟安全帶來不利影響。解決石油問題，一方面要注重開源，充分利用國外資源，加強國勘探開發(fā)，積極發(fā)展替代產品；另一方面，必須堅持節(jié)約優(yōu)先，降低消耗，提高利用效率。再次，工業(yè)節(jié)能是增強工業(yè)企業(yè)競爭力的有效途徑。近年來，通過廣泛采用節(jié)能技術和加強管理，冶金、有色、建材、石化等工業(yè)企業(yè)，特別是大型工業(yè)企業(yè)的能耗有所下降。但從總體上看，我國主要耗能工業(yè)的能耗與國際先進水平相比仍然較高，成為工業(yè)企業(yè)成本高、經(jīng)濟效益差的一個重要原因。最后，工業(yè)節(jié)能是保護環(huán)境的重要手段。據(jù)測算，我國工業(yè)能源

19、利用效率若能達到世界先進水平，可減少能源消耗約四分之一，使環(huán)境質量得到極大改善。強化工業(yè)節(jié)能，減輕能源消費增長給環(huán)境保護帶來的巨大壓力，改善環(huán)境質量，已成為亟待解決的問題。五、節(jié)能的意義和方向中國節(jié)能技術政策大綱（2006版）指出：節(jié)能既是一項長期的戰(zhàn)略任務，也是當前一項緊迫的任務。節(jié)能工作要全面貫徹科學發(fā)展觀，落實節(jié)約資源基本國策，堅持開發(fā)與節(jié)約并舉，節(jié)約優(yōu)先的方針，以提高能源利用效率為核心，以轉變經(jīng)濟增長方式、調整經(jīng)濟結構、加快技術進步為根本，通過調整產業(yè)結構、產品結構和能源消費結構，淘汰落后技術和設備，加快發(fā)展服務業(yè)和高新技術產業(yè)，用高新技術和先進適用技術改造提升傳統(tǒng)產業(yè)，促進產業(yè)結構優(yōu)

20、化升級，提高產業(yè)的整體技術裝備水平，提高能源利用效率。堅持節(jié)能與發(fā)展相互促進，把節(jié)能作為轉變經(jīng)濟增長方式的主攻方向，從根本上改變高耗能、高污染的粗放型經(jīng)濟增長方式；堅持發(fā)揮市場機制作用與政府宏觀調控相結合，努力營造有利于節(jié)能的體制環(huán)境、政策環(huán)境和市場環(huán)境；堅持源頭控制與存量挖潛、依法管理與政策激勵、突出重點與全面推進相結合。六、節(jié)能工作中存在的問題目前，我國節(jié)能存在的問題主要有：1、對節(jié)能重要性缺乏足夠的認識，節(jié)能優(yōu)先的方針沒有落到實處。在發(fā)展思路上存在重開發(fā)、輕節(jié)約，重速度、輕效益的傾向，把節(jié)能僅僅作為緩解能源供需矛盾的權宜之計，供應緊時重視節(jié)能，供應緩和時放松節(jié)能，片面認為節(jié)能可以依靠市場

21、機制來實現(xiàn)，對節(jié)能在轉變經(jīng)濟增長方式、實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的重要地位以與政府在節(jié)能管理中的重要作用缺乏足夠的認識，在宏觀政策的各個方面節(jié)能優(yōu)先的方針還沒有充分體現(xiàn)，一些地方和行業(yè)節(jié)能管理有所削弱，節(jié)能還沒有成為絕大多數(shù)企業(yè)和全體公民的自覺行動。2、節(jié)能法律法規(guī)不完善。1998年頒布實施了節(jié)約能源法，但有法不依，執(zhí)法不嚴的現(xiàn)象嚴重，配套法規(guī)不完善，操作性上有待改進。能效標準制定工作滯后，尚未頒布機動車燃油經(jīng)濟性標準，大部分工業(yè)用能設備（產品）沒有能效標準。雖然陸續(xù)制定和頒布了各氣候區(qū)建筑節(jié)能50%的設計標準，但全國城市每年新增建筑中達到節(jié)能建筑設計標準的不到5%。3、缺乏有效的節(jié)能激勵政策。國外

22、實踐表明，節(jié)能在很多方面屬于市場失靈的領域，需要政府宏觀調控和引導。目前在財稅政策上對節(jié)能改造、節(jié)能設備研制和應用以與節(jié)能獎勵等方面，支持的力度不夠，沒有建立有效的節(jié)能激勵機制。4、尚未建立適應市場經(jīng)濟體制要求的節(jié)能新機制。在計劃經(jīng)濟體制下形成的節(jié)能管理體系已不適應新形勢的要求。國外普遍采用的綜合資源規(guī)劃、電力需求管理、合同能源管理、能效標識管理、自愿協(xié)議等節(jié)能新機制，在我國還沒有廣泛推行，有的還處于試點和探索階段。供熱體制改革滯后，受各種因素影響貫徹落實難度較大。5、節(jié)能技術開發(fā)和推廣應用不夠。節(jié)能必須依靠技術進步，改革開放以來，我國開發(fā)、示（引進）和推廣了一大批節(jié)能新技術、新工藝和新設備，

23、節(jié)能技術水平有了很大提高。但從總體上看，投入不足，創(chuàng)新能力弱，先進適用的節(jié)能技術，特別是一些有重大帶動作用的共性和關鍵技術開發(fā)不夠。同時由于缺乏鼓勵節(jié)能技術推廣的政策和機制，多數(shù)企業(yè)融資困難，節(jié)能技術推廣應用難。6、節(jié)能監(jiān)管和服務機構能力建設滯后。目前，全國共有節(jié)能監(jiān)測（技術服務）中心145個，絕大部分受政府委托開展節(jié)能執(zhí)法監(jiān)督和監(jiān)測。但總體上看，多數(shù)節(jié)能監(jiān)測（技術服務）機構能力建設滯后，監(jiān)測裝備落后，信息缺乏，人才短缺，整體實力不強。能源統(tǒng)計體系不完善、節(jié)能信息不暢，難以適應節(jié)能工作的需要。我國工業(yè)能源消費量占全國能源消費總量的70%，技術與裝備良莠不齊，部分裝備技術性能低下、生產工藝落后，

24、能耗指標較高、總體用能效率低，嚴重制約國民經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，是我國節(jié)能工作的重點。第一節(jié) 節(jié)能的基本原理要搞好節(jié)能，就要了解造成能量損耗和損失的原因、能量損耗和損失的分布、科學用能的基本原則、技能的對策等。首先要了解熱力學的基本原理和基本定律，為節(jié)能工作做好準備。一、基本概念1、熱力系統(tǒng)在對能量轉換的現(xiàn)象或過程進行分析的時候，需要從相互作用的物體中提取研究對象，該對象就是熱力系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)。一般來說，根據(jù)分析研究的需要，熱力系統(tǒng)可以是一臺設備，也可以是一個車間、一個企業(yè)，甚至是一個地區(qū)等。一個熱力系統(tǒng)如果和外界只有能量交換而無物質交換，則該系統(tǒng)稱為閉口系統(tǒng)，又稱作控制質量。如果熱力系統(tǒng)和外界不

25、僅有能量交換而且有物質交換，則該系統(tǒng)叫做開口系統(tǒng)，又稱作控制容積，或控制體。當一個熱力系統(tǒng)和外界間無熱量交換時，該系統(tǒng)稱為絕熱系統(tǒng)。當一個熱力系統(tǒng)和外界既無能量交換又無物質交換時，則該系統(tǒng)就稱為孤立系統(tǒng)。圖1-1 一個熱力系統(tǒng)的簡圖熱力工程中常見的熱力系統(tǒng)是由可壓縮流體（如水蒸氣、空氣、燃氣等）構成的，這類系統(tǒng)又稱作簡單可壓縮系統(tǒng)。2、熱力學第一定律能量守恒與轉換定律：自然界中的一切物質都具有能量，能量不可能被創(chuàng)造，也不可能被消滅；但是能量可以從一種形態(tài)轉換為另一種形態(tài)，且在能源的轉換過程中能量的總量保持不變。熱力學第一定律是能量守恒和轉換定律在熱現(xiàn)象中的應用，確定了熱力過程中熱力系統(tǒng)與外界進

26、行能量交換時，各種形態(tài)能量數(shù)量上的守恒關系。在熱力學中，可以表述為熱是能的一種，機械能變熱能，或熱能變機械能的時候，他們之間的比值是一定的。能量從一個物體傳遞到另一個物體有兩種方式：做功和傳熱。3、卡諾循環(huán)1824年法國青年工程師卡諾設想了一部理想熱機。該熱機由兩個溫度不同的可逆定溫過程(膨脹和壓縮)和兩個可逆絕熱過程(膨脹和壓縮)構成的循環(huán)過程卡諾循環(huán)。圖1-2 T-S圖上的卡諾循環(huán)4、熱力學第二定律能量在使用過程中是不斷貶值的、以致最后完全無用。熱力學第二定律就是用來說明過程進行的方向、條件與限制。熱力學第二定律的不同表述：克勞修斯說法：不可能把熱從低溫物體傳至高溫物體，而不引起其它變化。

27、開爾文說法：不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變成有用功而不產生其它影響。普朗克說法：不可能制造一個機器，使之在循環(huán)動作中，把一種物體溫度升高，而同時使一熱源冷卻?？ㄖZ定理：在不同溫度的恒溫熱源間工作的所有熱機，不可能有任何熱機的效率比可逆熱機的效率更高。卡諾循環(huán)的熱效率：5、熵的基本概念熱力學第二定律告訴我們，哪些自然過程（包括非循環(huán)過程與循環(huán)過程）是可能進行的，哪些是不可能進行的，即說明自然過程是有方向性的，是不可逆的。不過，迄今為止的所有有關論證都是定性的。為了把這種分析提高到定量的階段，下面我們將在以上討論的基礎上，導出一個新的熱力學參數(shù)“熵”，它的變化將直接與過程方向性相關。圖1-3

28、 導出熵參數(shù)的示意圖設有一個如圖1-3所示的任意系統(tǒng)X。它在經(jīng)歷一個微元可逆狀態(tài)的變化中，由外界吸熱Q，同時對外作功Wi，Wi為部功，表示由系統(tǒng)本身對外界所作的功。為了利用熱力學第二定律推論I的條件，設想熱量Q是由一臺工作在系統(tǒng)X與熱源d之間的可逆機提供的?？赡鏅C在向系統(tǒng)X排出熱量 Q時，將完成若干個完整循環(huán)，并向外界作出外部功Wi（是指相對于系統(tǒng)X來說的）。熱源的溫度Td 完全是任意的，在這里我們假定TdT。但若TdT，則只要把可逆熱機換成可逆致冷機或熱泵，那么最后的結論將是完全一樣的。若系統(tǒng)X由穩(wěn)定狀態(tài)1可逆地變化到穩(wěn)定狀態(tài)2，可寫出積分式為 系統(tǒng)X與可逆熱機一起構成一個擴大的系統(tǒng)Y。對于

29、確定的狀態(tài)變化來說，系統(tǒng)Y向外界所作總功Wg與系統(tǒng)X和可逆機所作的功Wi+We是一樣的，從而所吸收的熱量Qd也是一樣的，由此可見，上式右邊Qd/Td只取決于系統(tǒng)X的初始狀態(tài)與最終狀態(tài)，而與過程路徑無關，這就是說，被積函數(shù)滿足狀態(tài)參數(shù)的基本判據(jù)，因此，我們可以定義一個狀態(tài)參數(shù)熵S，令 dS =Q/T式中，Q 是在系統(tǒng)溫度T下可逆地傳給系統(tǒng)的熱量。 只和單一熱源交換熱量的系統(tǒng)，經(jīng)過一有限可逆過程后，熵的變化為 若系統(tǒng)完成一個循環(huán)過程，可得到上式再次表明，熵是一個狀態(tài)參數(shù)。現(xiàn)在，我們可以利用狀態(tài)參數(shù)熵來研究過程的方向性，即不可逆性問題。所考察的系統(tǒng)X如圖1-4所示，以下標與分別表示可逆過程與不可逆過

30、程。圖1-4 可逆與不可逆過程示意圖假定圖中熱源為變溫熱源，以保證在一個無限小的溫差下向系統(tǒng)供給熱量。當系統(tǒng)在兩個無限鄰近的穩(wěn)定狀態(tài)之間進行一個可逆或不可逆過程時，根據(jù)熱力學第二定律推論，由于dW1 dWR，因此必定有dQ1dQR。對于微元過程，熵的變化為上式可改為式中等號用于可逆過程，不等號用于不可逆過程。對于在兩個穩(wěn)定狀態(tài)1與2之間進行的有限過程，則為式中的不等號表示了不可逆性對系統(tǒng)熵的影響。當系統(tǒng)完成一個可逆或不可逆循環(huán)時，系統(tǒng)熵的變化為零，于是可以得到這個公式稱為克勞修斯不等式。它告訴我們，任何循環(huán)的克勞修斯積分總小于零，極限（可逆）時才等于零。同時還應指出，在進行以上推論時，我們曾假

31、定不論是可逆還是不可逆過程，在熱量的傳遞中系統(tǒng)邊界處接受熱量的局部溫度是與熱源溫度相等的。但是，我們并沒有限制熱源溫度是否恒定，因此所得到的方程具有普遍性，即它既可認為是單一熱源，也可以是變溫熱源，對于孤立系統(tǒng)，Q =0。上式叫做孤立系統(tǒng)熵增原理。它表明，自發(fā)過程只能向熵增加的方向發(fā)展，只有在可逆的極限情況下，熵才保持不變。二、火用參數(shù)的基本概念、熱量火用1、能量的可轉換性熱力學第二定律限制了某些能量向另一種形態(tài)的轉變。各種形態(tài)的能量相互轉換時具有明顯的方向性，如機械能、電能等可全部轉化為熱能，理論上轉換效率近100%。這類可無限轉換的能量成為火用，機械能全部為火用。但是，反方向的熱能轉換為機

32、械能、電能等，卻不可能全部轉換，轉換能力受到熱力學第二定律的制約。所以，從技術使用和經(jīng)濟價值角度，前者的品味（質量）更高、更為寶貴。熱量本身也具有質量的差別。由高于（或低于）環(huán)境溫度的物體提供的熱量中，部分可轉換為機械能。以其為高溫熱源、環(huán)境為低溫熱原，通過可逆機可作出有用功（循環(huán)凈功），這是技術上可實現(xiàn)的可轉換的最大量。這類熱能屬于可有限轉換的能量。供熱體溫度越高，熱量質量也就越高。由于由單一熱源提供的熱量是不能連續(xù)做功的，因為由它們提供的熱量無法轉變?yōu)闄C械功，它們是不可轉換的能量，從動力的觀點稱其為廢熱，或者火無。2、火用和火無的定義熱力學中的定義：在環(huán)境條件下，能量中可轉化為有用功的最高

33、份額稱為該能量的火用?；蛘撸簾崃ο到y(tǒng)只與環(huán)境相互作用，從任意狀態(tài)可逆地變化到與外界相平衡的狀態(tài)時，做出最大的有用功稱之為該熱力系統(tǒng)的火用。在環(huán)境條件下，不可能轉化為有用功稱之為熱力系統(tǒng)的火無。任何能量（E）都是由火用（EX）和火無（AN）兩部分組成的。能量=火用+火無即 可無限轉換的能量，AN=0，如機械能、電能全部為火用，E=EX；不可轉換的能量，EX=0，如環(huán)境介質中的熱量全部是火無。不同形態(tài)的能量或物質，處于不同狀態(tài)時，包含的火用和火無的比例也不一樣。三、熱量火用和冷量火用1、熱量火用溫度為T0的環(huán)境溫度下，系統(tǒng)（TT0）所提供的熱量中可轉化為有用功的最大值是熱量火用，用表示。2、冷量火

34、用溫度低于環(huán)境溫度T0的系統(tǒng)（TT0），吸入的熱量Q0時所作出的最大有用功稱為冷量火用，用表示。圖1-5 熱量火用和熱量火無四、火用損失和能量貶值原理體系的火用值是指其處于環(huán)境條件下經(jīng)完全可逆過程過渡到與環(huán)境平衡時所作出的有用功，這時它的做功能力最大。與此同時，任何的不可逆循環(huán)或者不可逆過程，必然會有機械能損失，體系的做功能力降低，必然有機械能損失，體系的做功能力降低，或者說必然有火用損失，火無增量。不可逆程度越嚴重，做功能力降低越多，火用損失越大。圖1-6 一個孤立系統(tǒng)的熵增和火用損假設：以A為熱源、環(huán)境為冷源，其間工作的可逆機作出的最大循環(huán)凈功Wmax(A)，即為體系A放出的熱量Q中的熱量

35、火用，即：體系B放出的熱量，則它所包含的熱量火用為：由此可以看出，孤立系統(tǒng)發(fā)生了不可逆?zhèn)鳠岫鸬幕鹩脫p失：可以看出，熱量Q從A傳到B，熱量的數(shù)量并未減少，但是Q中的熱量火用減少了，熱量的“質量”降低了，稱之為能量貶值。孤立系統(tǒng)中進行熱力過程時，火用只會減少不會增大，極限情況下（可逆過程）火用保持不變，這就是能量貶值原理。由于實際過程中，總有某種不可逆因素，不可避免地能量中的一部分火用將退化為火無，而且一旦退化為火無就將再也無法轉變?yōu)榛鹩?，因而火用損失是真正意義上的損失。減少火用損失（有限度地）是合理用能與節(jié)能的指導方向。五、舉例分析以某煉油廠的加熱爐為例，進行火用分析工藝過程的熱平衡、熱效率

36、不能全面反映熱能轉換過程中熱能的利用情況，也不能用來分析、考察熱能轉換過程中各種熱能的傳遞、轉變和降級(能量變質)的情況。所以，僅從能量的數(shù)量來分析、評價是不夠的，應對能量的質量進行分析和評價，才能從根本上分析和評價用能的好壞?；鹩眯?E)能夠正確地指出過程的用能情況，又能用以分析、考察過程中各種形式能量的傳遞、轉換、降級變質情況的物理量。這是因為，火用效率是建立在熱力學第一定律和熱力學第二定律這兩者基礎上的，它更能全面、深刻地反映過程進行的情況。所謂火用(EX)就是在給定環(huán)境條件下，能量中理論上能夠轉變?yōu)樽畲笥杏霉Φ哪遣糠帜芰?。從火用的概念出發(fā)，生產中進行的各種過程不是消耗足夠的能量就能實

37、現(xiàn)的，而必須在能量中有足夠數(shù)量的火用才能實現(xiàn)，一般所謂的用能，實際上是用火用。在一個過程或設備中, 被利用或獲得的火用與支付或耗費的火用的比值, 就是所謂的火用效率, 即E=EX出/EX入；在火用效率的計算式中，分子、分母屬于真正的同類項, 不管過程中使用的各種能量的具體形式如何，它們具有的火用在理論上完全是同質、等價的。此外，可根據(jù)火用效率對用能的情況作出具體的分析。通過火用效率可以確定各單元過程火用效率對總過程火用效率的影響, 從而確定各單元過程在總過程中的節(jié)能地位。在提高過程總效率時，可以指出主要矛盾所在，分析各單元過程的條件對單元過程火用的影響，從而確定提高火用效率應采取的工藝條件。所

38、以，可將火用效率作為一項主要指標，對生產方法、工藝流程的合理性與設備的優(yōu)劣進行正確的評價。1、煉油廠加熱爐的火用分析加熱爐在煉油廠中應用廣泛，它是一種提供熱源的火力加熱設備，加熱爐中燃料燃燒以后，放出的熱量傳給爐爐管中的介質，使介質達到工藝要求的溫度。按加熱爐的功能，加熱爐大體上可分為：燃料燃燒、輻射、對流三部分，下面就對這三部分進行討論。（1）燃燒段的火用分析燃燒段火用效率計算式為：E燃= EX燃得/EX燃總(1)式中：E燃燃燒段火用效率, %；EX燃得燃燒段總得火用，kcal/h；EX燃總燃燒段總供火用，kcal/h。由式(1)可知：只有增大燃燒段煙氣的火用值，才能增大燃燒段的火用效率，而

39、決定煙氣火用值的主要因素是燃燒段的熱力學平均溫度，即理論燃燒最高溫度和入爐平均溫度, 要提高燃燒段火用效率，就必須提高理論燃燒最高溫度和入爐平均溫度。理論燃燒最高溫度計算式為：t最高= Q總/(W gC煙) (2)式中：t最高理論燃燒最高溫度，；Q總燃料、空氣、霧化蒸汽的顯熱以與燃料燃燒熱的總和，kcal/h；Wg煙氣量，kg/h；C煙煙氣的比熱，kcal/(kg)。由式(2) 可知：影響理論燃燒最高溫度的因素主要有燃料燃燒熱和燃料、空氣、霧化蒸汽顯熱的總和Q總以與煙氣量Wg；所以，要提高理論燃燒最高溫度，其一加熱爐必須配有高效燃燒器，使空氣和燃料充分混合，完全燃燒；其二減小過?？諝庀禂?shù)與霧化

40、蒸汽量，使煙氣量Wg降低。此外，提高燃料、空氣的入爐溫度，也可使燃燒段的熱力學平均溫度升高，就是說，使燃燒后生成的煙氣的得火用增加，這就使得燃燒段火用效率增大。提高燃料油的入爐溫度，最好是直接燒熱油，粘度小、易霧化，也可少用霧化蒸汽；再者，燃油粘度小，與空氣混合充分，燃燒完全。提高空氣的入爐溫度有兩種措施：一是空氣和對流段排出的熱煙氣換熱：二是空氣和餾分熱油換熱?？諝馊霠t溫度高，有利于使燃料完全燃燒，也能減少霧化蒸汽用量。（2）輻射段的火用分析輻射段火用效率計算式為：E輻= EX輻得/EX輻總(3)式中：E輻輻射段火用效率，%；EX輻得輻射段總得火用，kcal/h；EX輻總輻射段總供火用，kc

41、al/h。從式(3)可看出，提高輻射段的火用效率，一要減少輻射段總供火用，其措施是提高冷流介質入輻射段的溫度，這樣，可減少加熱爐的總熱負荷，從而降低燃料消耗；二是要求爐體保溫良好，減少輻射段的散熱損失，因為散熱火用是算在輻射段的火用損中的；三是爐子密封性要好，減少空氣漏入。煙氣離開輻射段的溫度越高，則輻射段供火用就越少，火用效率相應提高；但是，這一溫度太高，輻射段中爐管燒穿和結焦的可能性就越大。所以，這一溫度應控制在一定圍。若輻射管中要注入蒸汽，注入位置應適當，注汽點盡量接近介質氣化點，相應降低注汽量，減少輻射段的供火用，這樣也可提高輻射段的火用效率。（3）對流段的火用分析對流段可能只有一種介

42、質被加熱，也可能有兩種以上的介質被加熱，為此，視被加熱介質數(shù)目的多少，把對流段劃分為若干段來分別進行討論，對每一對流段火用效率的計算方法完全與輻射段的計算和分析方法一樣，在此，不多加贅述。2、加熱爐的火用損和火用效率全爐的總供火用和總得火用之差即為全爐的火用損(EX損) ；即表示為：EX損= EX總供- EX總得；全爐的火用效率(E爐) 為全爐的總得火用與全爐的總供火用之比；即表示為：E爐= EX總得/EX總供；根據(jù)各段與全爐火用效率的計算結果，找出薄弱環(huán)節(jié)，從而采取各種節(jié)能措施。目前，全國各煉油廠的加熱爐熱效率都高達85%以上，有的甚至在90% 以上，但是火用效率才只有50% 左右，這主要是

43、燃燒過程的高度不可逆性引起的。雖說也相應采取了一些技術措施，但仍不能從根本上解決低火用效率的問題?，F(xiàn)在仍有相當數(shù)量的加熱爐火用效率只有20%30%，所以要提高這些加熱爐的火用效率, 仍有許多工作要做。3、加熱爐熱效率與火用效率的計算結果對比分析下面對一常減壓裝置的減壓爐火用的計算結果進行分析。圖1-7給出了該加熱爐的工藝操作條件，表1-1給出了減壓爐的熱平衡與火用平衡的計算結果。從表1-1可以看出，此減壓爐的熱效率高達82.2%。但是，全爐的火用效率只有41.3%。該減壓爐的火用損部位主要在燃燒段和輻射段，這主要是由于燃燒過程為一種高度不可逆過程以與輻射段傳熱溫度太高造成的。圖1-7 減壓爐操

44、作條件示意圖針對上述情況，可以從兩方面來采取措施：其一，盡可能提高燃料油、空氣入爐溫度，特別是提高空氣的溫度。因為空氣量比燃料量大，提高空氣的溫度可降低煙氣的升溫溫差，從而提高燃燒段的火用效率。其二。降低該減壓爐的過?？諝庀禂?shù)。此減壓爐過?？諝庀禂?shù)高達1.25，這就導致煙氣量增大，使爐膛理論燃燒最高溫度降低，煙氣的物理火用減少，燃燒過程的火用損增大，同時，也降低了三原子氣體的濃度，使輻射能力降低，從而引起輻射火用損增加。另外，也使得煙氣向大氣排火用增加。表1-1 減壓爐各段熱平衡與火用效率計算結果4、結論與建議為了提高加熱爐用能的合理性, 首先要從質量上提高加熱爐用能的合理性, 這就必須進行火

45、用分析。據(jù)各段與全爐火用效率的比較結果, 把火用效率作為目標函數(shù), 找出薄弱環(huán)節(jié)，獲得優(yōu)化加熱爐的條件，制定出相應的解決措施。為提高加熱爐的火用效率，在操作、維護和設備技術改進等方面應采用自動儀表，降低煙氣含氧量；將蒸汽霧化改為溫度較高的空氣霧化；提高爐壁與看火門密封性；將普通噴嘴改為低過剩空氣噴嘴；爐壁涂高溫輻射物質；用纖作爐襯減少爐壁散熱損失等措施。在可能的情況下，可采用功熱聯(lián)產利用燃料能量的方法。即燃料先在煙氣輪機中燃燒做功，使高溫煙氣進入加熱爐供熱，或者利用其含16% 左右的高溫煙氣來燃燒燃料，這樣也可提高加熱爐燃燒過程的火用效率。第二節(jié) 典型例題分析例題1求解下列兩種情況下，由不可逆

46、傳熱造成的火用損失，設Q=100kJ，環(huán)境溫度T0=23（1）tA=420，tB=420（2）tA=70，tB=50解：（1）TA=（420+273）K=693K，TB=（400+273）K=673K因為TATBT0，熱量從A傳向B，故（2）TA=（70+273）K=343K，TB=（50+273）K=323K因為TATBT0，熱量從A傳向B，故由此可以看出，同樣大小的傳熱溫差T，低溫傳熱時火用損失更大。工程上，在不降低（或減少降低）傳熱效果的同時，盡量減少傳熱溫差，對低溫換熱器尤為重要。例題2某蒸汽動力系統(tǒng)流程如圖2-1所示，能量平衡與火用分析計算見表2-1。圖2-1 蒸汽動力系統(tǒng)流程圖表2

47、-1 某蒸汽動力系統(tǒng)能量平衡與火用分析項目能量平衡火用分析能量kJ/kg百分率%火用kJ/kg百分率%輸入燃料供給能37041003226.6100輸出系統(tǒng)凈輸出能839.722.67839.826.03鍋爐損失555.615.01929.659.81汽輪機部損失236.06.37221.06.85汽輪機摩擦損失13.20.3613.20.41凝汽器損失2006.454.7164.05.08管道損失27.10.7333.01.02發(fā)電機損失26.00.7026.00.80系統(tǒng)效率22.67從表2-3可以看出，蒸汽動力系統(tǒng)中造成火用損失最大的設備是鍋爐，為59.81%。鍋爐的火用損失主要是燃燒不

48、可逆損失和燃燒產物與工質的熱交換損失。盡管凝汽器的能量損失很大（54.7%），但由于溫度很低，火用損失僅占5%，改進凝汽器的效率對提高整個系統(tǒng)的火用效率作用不大。由此可見，提高蒸汽動力系統(tǒng)能量利用率的關鍵在于提高鍋爐的火用效率。例如提高蒸汽的壓力和溫度，以減少爐傳熱過程的火用損失等，這樣可以在發(fā)電作功量一樣的條件下，減少燃料的供入量。同時為了減少凝汽器的能量損失，可以通過熱電聯(lián)產，將汽輪機排汽壓力提高作為供熱熱源用，才可使燃料能量得到充分利用。例題3 利用穩(wěn)定的供應的0.69MPa、26.8的空氣源和-196的冷源生產出0.138MPa、-162.1的空氣流，質量流量qm求：（1）冷卻器每秒的

49、放熱量（2）整個系統(tǒng)的熵增，判斷該方案能否實現(xiàn)。已知空氣的氣體常數(shù)Rg0.287kJ/(kg.K)，比熱容cp1.004kJ/(kg.K)，絕熱指數(shù)1.4。圖2-2 例題3附圖解： T1(26.8+273.15)K=299.95KT3=(-162.1+273.15)K=111.05KTr=(-196273.15)K=77.15K（1）由熱力學第一定律能量守恒式確定每秒的放熱量 節(jié)流前后焓值一樣，故h2h1。又理想氣體的焓取決于溫度，所以T2T1冷卻器不對外作功，放熱量等于焓降，所以20kg/s1.004kJ/(kgK)（111.05-299.95K）-3973.11kJ/s負值表示放熱。（2）

50、由控制體積、冷源、物質源組成的一個孤立系，孤立系的熵變等于三者熵變的代數(shù)和，即穩(wěn)定流動控制體積的，而20kg/s1.004 kJ/(kgK) ln0.287kJ/(kgK) ln-10.71449.165-10.71438.450該方案能夠實現(xiàn)，是不可逆過程。例題4 同樣的冷源（-196）、同樣的空氣源（0.69MPa、26.8），達到同樣的目的：生產0.138MPa、-162.1的空氣，質量流量qm20kg/s?，F(xiàn)改進方案，以渦輪機代替節(jié)流閥，同樣起到降壓的作用。設渦輪機進行的是絕熱膨脹過程，其相對部效率T0.8（相對部效率圖2-3 例題4的附圖求：（1）渦輪機的輸出功率PT；（2）冷卻器的

51、放熱量 ：（3）整個系統(tǒng)的熵增；（4）兩個方案的火用損失。從熱力學能源利用的角度分析，哪一個方案更合理？環(huán)境溫度t025解：T1=(26.8+273.15)K=299.95KT3=(-162.1+273.15)K=111.05KTr=(-196273.15)K=77.15KP2=P3=0.138MPa渦輪機的理論技術功率為而渦輪機輸出的功率=20kg/s1.004kJ/(kgK)（299.95K-211.5K）1776.07 kJ/s（2）=20kg/s1.004kJ/(kgK)（111.05K-211.5K）-2017.04kJ/s(負值為放熱)（3）20kg/s1.004 kJ/(kgK)

52、ln-0.287kJ/(kgK)ln-10.714 kJ/(kgs)=26.144 kJ/(kgs) +0+(-10.714 kJ/(kgs)15.43 kJ/(kgs)0新方案也是可行的。（4）兩種方案的火用損方案的=38.45 kJ/(kgs)（25273.15）K38.45 kJ/(kgs)11463.9 kJ/s（25273.15）K15.43 kJ/(kgs)4600.5 kJ/s計算結果表明：方案2通過渦輪機做出有用功，火用損失比方案1小得多，因而更為合理。例題5 蒸汽減溫減壓過程火用損失與余壓發(fā)電應用實例分析某鋼鐵廠煉鐵部1號鍋爐房現(xiàn)有2臺燃用高爐煤氣的中溫中壓鍋爐，每臺鍋爐產汽

53、(一次蒸汽)量為18 t/h，壓力為3.43 MPa，溫度為435。原設計中，利用一次蒸汽通過凝汽式汽輪機發(fā)電，帶動送風機向高爐送風。現(xiàn)計劃用這2臺鍋爐替代焦化廠鍋爐，向焦化廠輸送蒸汽，送風機改用外網(wǎng)電力驅動。焦化廠工藝設備用汽(即二次蒸汽)壓力為1.25 MPa，溫度為260。為達到焦化廠工藝設備的用汽參數(shù)要求，一次蒸汽須經(jīng)減溫減壓后變?yōu)榉瞎に囋O備要求的二次蒸汽。減溫水的壓力為3.82 MPa，溫度為分析：1、蒸汽在減溫減壓過程中的火用損失（1）減溫水與二次蒸汽流量能量平衡方程忽略減溫減壓過程中熱量損失，能量平衡方程為： （1）式中：二次蒸汽比焓，查表得到2950.82kJ/kg；二次蒸汽

54、質量流量，kg/h；一次蒸汽比焓，3301.49kJ/kg；一次蒸汽質量流量，36000kg/h；減溫水比焓，439.37kJ/kg；減溫水質量流量，kg/h。質量平衡方程 （2）由式（1）和（2）計算可得，二次蒸汽質量流量=41.03t/h，減溫水的質量流量=5.03t/h。（2）一次蒸汽火用降將減溫減壓過程的蒸汽流動簡化為穩(wěn)定流動。一次蒸汽比火用降 （3）式中，一次蒸汽比火用降，kJ/kg；環(huán)境溫度，取293.15K；一次蒸汽比熵，6.956kJ/(kgK)；二次蒸汽比熵，6.834kJ/(kgK)。由式（3）計算可得到，減溫減壓過程一次蒸汽比火用降es,p=314.94kJ/kg。單位時

55、間一次蒸汽火用降 （4）式中，單位時間一次蒸汽火用降，kJ/h。由式（4）計算得到，減溫減壓過程單位時間的一次蒸汽火用降=11.34GJ/h。（3）減溫水的火用升由于減溫水被加熱變?yōu)槎握羝?，因此應分別計算出一次蒸汽減溫減壓前減溫水的比火用和一次蒸汽減溫減壓后減溫水生成的二次蒸汽比火用。減溫減壓前減溫水的比火用 （5）式中，減溫減壓前減溫水的比火用，kJ/kg；環(huán)境狀態(tài)下的減溫水比焓，83.86kJ/kg；減溫減壓前減溫水的比熵，1.352kJ/(kgK)；環(huán)境狀態(tài)下的減溫水的比熵，0.296kJ/(kgK)。由式（5）計算可得到，減溫減壓前減溫水的比火用=45.94kJ/kg。 減溫減壓后減

56、溫水的比火用 （6）式中，減溫水生成的二次蒸汽的比火用，kJ/kg；環(huán)境狀態(tài)下蒸汽的比焓，2537.20kJ/kg；環(huán)境狀態(tài)下蒸汽的比熵，8.665kJ/(kgK)；環(huán)境狀態(tài)下的減溫水的比熵，0.296kJ/(kgK)。由式（6）計算可得，減溫水生成的二次蒸汽的比火用=950.38kJ/kg。 單位時間減溫水火用升 （7）式中，單位時間減溫水火用升，KJ/h。由式（7）計算可得到，單位時間減溫水火用升=4.55GJ/h。（4）一次蒸汽火用損失率 單位時間一次蒸汽實際火用降 （8）式中，單位時間一次蒸汽實際火用降，KJ/h。由式（8）計算可得，單位時間一次蒸汽實際火用降=6.79GJ/h。 一次

57、蒸汽的比火用 （9）式中，一次蒸汽的比火用，kJ/kg。由式（9）計算可得，一次蒸汽的比火用=1265.37kJ/kg。 一次蒸汽火用損失率 （10）式中，一次蒸汽火用損失率。由式（10）計算可得，一次蒸汽火用損失率=0.15=15%。2、節(jié)能措施為了有效利用工質的做功能力，避免高品質能源的浪費，將一次蒸汽先通入背壓式汽輪機發(fā)電，再將排汽供工藝設備使用，即余壓發(fā)電。余壓發(fā)電可使熱能得到充分利用，可提高能源利用率，是一項有效的節(jié)能措施。在煉鐵部1號鍋爐房中溫中壓鍋爐改造過程中，選擇1臺背壓式汽輪機代替減溫減壓裝置，汽輪機進汽參數(shù)為3.43MPa、435蒸汽理想比焓降 （11）式中，蒸汽理想比焓降

58、，kJ/kg；汽輪機進汽比焓，3301.49kJ/kg；汽輪機排汽比焓。3018.51kJ/kg。 蒸汽有效比焓降 （12）式中，一次蒸汽的有效比焓將，kJ/kg；汽輪機相對效率，取0.76。由式（11）、（12）計算可得，蒸汽有效比焓降=215.06kJ/kg。 汽輪機實際排汽比焓 （13）式中，汽輪機實際排汽比焓，kJ/kg。由式（13）計算得到，汽輪機實際排汽比焓=3086.43kJ/kg，則汽輪機實際排汽溫度為320.8（此溫度高于工藝設備要求的溫度，可增減減溫裝置進行減溫）。 汽輪機組輸出的電功率 （14）式中，汽輪機組輸出的電功率，kW；機械效率，取0.98；發(fā)電機效率，取0.97

59、。由式（14）計算可得，汽輪機組輸出的電功率=2044.36kW。 年經(jīng)濟效益汽輪機組年運行時間為6000 h/a，則年發(fā)電量為1226.6210kWh/a。電價按0.5元/(kWh)計算，每年余壓發(fā)電創(chuàng)造的經(jīng)濟效益為613.31104元/a，改造工程造價約900104元，約1.5年即可收回全部改造資金。3、結論分析（1）蒸汽的減溫減壓雖為絕熱過程，減溫減壓前、后總熱量不變，但減溫減壓后蒸汽火用損失很大，造成蒸汽品質下降。合理使用蒸汽不但應著眼于蒸汽熱量的利用，更應注重蒸汽火用的充分利用。高品質蒸汽先用于發(fā)電，再用于工藝生產，是提高蒸汽能量利用率的有效途徑。（2）對于該廠煉鐵部1號鍋爐房采用減

60、溫減壓裝置制取二次蒸汽，一次蒸汽的火用損失率達0.15。（3）在該廠煉鐵部1號鍋爐房改造工程中，采用背壓式汽輪機代替減溫減壓裝置進行余壓發(fā)電，年發(fā)電量可達1226.6210 kWh/a，年經(jīng)濟效益達613.31104元/a。綜上所述，綜合運用熱力學第一定律分析法和熱力學第二定律分析法對工業(yè)企業(yè)的用能情況進行分析，才能找出企業(yè)用能的主要問題，并從中尋找解決的辦法，確定最為合理的用能方案，減少能量在“量”的方面和“質”的方面的損失，提高能量的利用率，利用能源創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。第三節(jié) 節(jié)能的基本概念一、當量單位和等價單位不同的能源的實物量是不能直接進行比較的。由于各種能源都有一種共同的屬性，即含有