供熱設(shè)備與節(jié)能技術(shù)學(xué)習(xí)講義

供熱設(shè)備與節(jié)能技術(shù)

1.基本概念和基本原理

2.供熱設(shè)備及節(jié)能技術(shù)

3.向管理要能效

4.總結(jié)

１.基本概念和基本原理１.１供熱設(shè)備１.２熱力學(xué)第一、二定律和傳熱學(xué)基本公式１.３節(jié)能的基本分析方法—熱平衡法１.４熱平衡法簡(jiǎn)介１.５設(shè)備熱平衡—以鍋爐熱平衡為例1.1熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律自然界基本定律：能量守恒與轉(zhuǎn)換定律熱力學(xué)第一定律是能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象上的應(yīng)用，它揭示了能量在量上的特性。其能量方程式：Q=?U+Aw

上式表明：加給工質(zhì)的熱量一部分用于增加工質(zhì)的內(nèi)能，余下的部分以作功方式傳遞給外界。其中熱功當(dāng)量w=4.1868kj/kgm熱力學(xué)第二定律：(有多種表述)熱不可能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳到另一個(gè)高溫物體。第二定律涉及能量傳遞的方向和深度的問(wèn)題，是能量在質(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(guò)程中，品質(zhì)是逐漸降低的，即能量貶值。熱力學(xué)第一、二定律分別揭示了能量在數(shù)量上的守恒性和在質(zhì)量上的貶值性（不可逆）是其最重要兩個(gè)特性。1.2傳熱學(xué)基本公式

?傳熱三種形式：輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)傳熱學(xué)基本公式：Q=KH?t=KH(tg-td)傳熱系數(shù)(以爐膛水冷壁管傳熱為例)

1.2節(jié)能的基本分析方法—熱平衡法

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）。1.4供熱設(shè)備熱平衡—以鍋爐熱平衡為例1.4.1固體燃料的熱平衡方程式：Qydw=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6(kJ/kg)(1-1)

熱平衡方程的百分比表示式：100%=q1+q2+q3+q4+q5+q6(%)（1-2）對(duì)于固體燃料，q2和q4高；對(duì)于液體燃料，q2高，q４很小，q6＝0；對(duì)于氣體燃料，q2高，q4≈0，q6＝0;1.4.2.鍋爐熱效率(1)正平衡熱效率：η=q1=Q1/Qydw×100%（1-3）(2)反平衡熱效率：從式（1-2）可得η=Q1/Qydw×100%=1-（q2+q3+q4+q5+q6）（1-4）2.供熱熱設(shè)設(shè)備備及及其其節(jié)節(jié)能能技技術(shù)術(shù)2.1工業(yè)業(yè)鍋鍋爐爐提提高高熱熱效效率率的的有有效效途途徑徑2.2熱電電聯(lián)聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)和和集集中中供供熱熱2.3分布布式式能能源源利利用用系系統(tǒng)統(tǒng)2.1工業(yè)業(yè)鍋鍋爐爐提提高高熱熱效效率率的的有有效效途途徑徑2.1.1燃煤煤鏈鏈條條鍋鍋爐爐存在在問(wèn)問(wèn)題題：：因q2和q4高，，熱熱效效率率低低，，一一般般７７００％％；；污染染嚴(yán)嚴(yán)重重。。措施施:(燃燒燒無(wú)無(wú)煙煙煤煤鏈鏈條條鍋鍋爐爐)合理理布布置置前前后后拱拱、、及及時(shí)時(shí)著著火火、、提提高高燃燃燼燼；；合理理配配風(fēng)風(fēng)、、控控制制過(guò)過(guò)量量空空氣氣系系數(shù)數(shù)、、二二次次風(fēng)風(fēng)；；一二二次次風(fēng)風(fēng)預(yù)預(yù)熱熱；；采用用節(jié)節(jié)能能爐爐排排片片。。（（已已制制定定行行業(yè)業(yè)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)））措施施:(以燃燃燒燒無(wú)無(wú)煙煙煤煤鏈鏈條條鍋鍋爐爐為為例例)1)合理理布布置置前前后后拱拱（（中中拱拱））為為了了及及時(shí)時(shí)著著火火、、提提高高燃燃燼燼率率；；降降低低q4。2)一次次風(fēng)風(fēng)預(yù)預(yù)熱熱，，并并采采用用二二次次風(fēng)風(fēng)加加強(qiáng)強(qiáng)混混合合，，降降低低q4和q3；3)合理理配配風(fēng)風(fēng)、、控控制制過(guò)過(guò)量量空空氣氣系系數(shù)數(shù)；；為為了了降降低低排排煙煙熱熱損損失失q2。4)采用用省省煤煤器器和和空空氣氣預(yù)預(yù)熱熱器器，，降降低低排排煙煙溫溫度度，，為為了了降降低低q2。5)用節(jié)節(jié)能能爐爐排排片片。。（（已已制制定定行行業(yè)業(yè)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)））２.1.2循環(huán)環(huán)流流化化床床（（CFB）鍋鍋爐爐概述述35t/h、75t/h、220t/h(20t/h流化床鍋鍋爐)130t/h、600t/h；主要用用于供熱熱和發(fā)電電。CFB鍋爐優(yōu)勢(shì)勢(shì)低溫燃燒燒，NOx低；可廉廉價(jià)脫硫硫；可燃燃燒無(wú)煙煙煤。存在問(wèn)題題：CFB鍋爐熱效效率比煤煤粉爐低低,大約80-88%；部件磨損損比較嚴(yán)嚴(yán)重。CFB鍋爐熱效效率偏低低的主要要原因是是飛灰含含碳量高高，大約約達(dá)15-25%；而且飛飛灰量大大（超過(guò)過(guò)50%）。降低飛灰灰可燃物物措施：：1)設(shè)計(jì)時(shí)選選擇合適適的流化化氣速，，爐膛高高度，保保證煤顆粒粒在爐內(nèi)內(nèi)獲得充充足的停停留時(shí)間間；2)保持床層層和爐膛膛950℃℃以上的高溫，，以提高高飛灰燃盡率率;3)要正確設(shè)設(shè)計(jì)燃料料破碎系系統(tǒng),防止重復(fù)復(fù)破碎，，減少飛灰份份額;4)選擇個(gè)高高效的分分離器。5)優(yōu)化返料料器配風(fēng)風(fēng)調(diào)節(jié)，，防止料料腿串風(fēng)風(fēng)。2.1.3油、氣鍋鍋爐傳統(tǒng)的油油、氣爐爐為三回回程濕背背爐。對(duì)于油爐爐：由于于先進(jìn)的的燃燒器器和成熟熟的本體體設(shè)計(jì)，，柴油燃燃盡率可可控制到到理想程程度(99%以上)，故油爐爐提高燃燃燒效率率已沒(méi)有有多少余余地。但但重油還還有一些些余地。。如果本體體設(shè)計(jì)有有缺陷，，排煙溫溫度過(guò)高高，可根根據(jù)燃燒燒器背壓壓余量布布置熱管管省煤器器。對(duì)于氣爐爐：大量量水蒸氣氣攜帶著著可觀的的汽化潛潛熱離開開鍋爐。。這部分分熱量約約占天然然氣低位位發(fā)熱量量的14%。它等于于燃料高高低位發(fā)發(fā)熱量之之差。盡盡可能能多地通通過(guò)鍋爐爐受熱面面或特殊殊換熱器器把排煙煙中的水水蒸氣凝凝結(jié)下來(lái)來(lái)，回收收其熱量量，就能能較大幅幅度地提提高鍋爐爐熱效率率。重油燃燒燒技術(shù)目的：提提高霧化化質(zhì)量，，降低q4和顆粒物物排放霧化技術(shù)術(shù):轉(zhuǎn)杯霧化化和氣泡泡霧化降低黏度度:預(yù)熱或摻摻適量輕輕油摻水燃燒燒:合理?yè)剿士山到档蛁4和煙氣黑黑度(見(jiàn)結(jié)構(gòu)圖圖)轉(zhuǎn)杯霧化化技術(shù)6500/min高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)杯杯----離心力作作用導(dǎo)致致油膜越越來(lái)越薄薄高壓(由高速旋旋轉(zhuǎn)葉片片升壓至至１000mmH2O以上，風(fēng)風(fēng)速達(dá)100m/s)的一次風(fēng)風(fēng)(風(fēng)量的10%)把薄油膜膜粉碎至至幾十微微米顆粒粒。氣泡霧化化噴嘴技技術(shù)氣泡霧化化噴嘴技技術(shù)是用用氣泡作作為霧化化的動(dòng)力力，利用用氣泡的產(chǎn)生、、運(yùn)動(dòng)、、變形直直到出口口爆破來(lái)來(lái)產(chǎn)非常常細(xì)小的的液霧。。主要特點(diǎn)點(diǎn)為:（1）液霧顆顆粒粒度度小(索太爾平平均直徑徑SMD≤≤40μμm)，尺寸分布均勻勻(尺寸分布布指數(shù)N>2)；（2）霧化效效果基本本不受燃燃油粘度度大小的的影響,粘度使用用范圍寬，為70°E(即燃油需需具有流流動(dòng)性)；（3）燃燒完完全，不不冒黑煙煙,燃燒效率率達(dá)99.5%以上，燃燃燒產(chǎn)物物中污染物物低于國(guó)國(guó)家環(huán)保保局規(guī)定定的各項(xiàng)項(xiàng)指標(biāo)；；（4）火焰長(zhǎng)長(zhǎng)度、火火焰錐角角、火焰焰形狀及及噴油量量可按用用戶要求求設(shè)計(jì)；；（5）燃燒器器不結(jié)焦焦、不堵堵塞；（6）火焰剛剛性強(qiáng)，，噴射速速度高；；（7）霧化效效果不隨隨流量大大小影響響，流量量調(diào)節(jié)比比大，可可達(dá)1:5天然氣是是優(yōu)質(zhì)低低碳燃料料a.天然氣主主要成分分為CH4，氫與炭重重量比大大約為1:3;b.氫發(fā)熱量量為125.6MJ/kg，炭發(fā)熱量量為33.7MJ/kg氫的發(fā)熱熱量是炭炭發(fā)熱量量的3.7倍；結(jié)論：在在CH4中，氫對(duì)對(duì)天然氣氣熱值的的貢獻(xiàn)大大于炭。。天然氣是是低炭燃燃料。（（見(jiàn)下表表）例：陜陜北天然然氣成分分（％％）CH4C2H6C3H8C4H10H2SN295.94940.90750.13672.00620.00021.02.2.4載熱體加加熱爐優(yōu)勢(shì):高溫低壓壓，不用用水處理理；載熱體介介質(zhì)：液液態(tài)（礦礦物油）），氣相相（苯和和聯(lián)苯混混合物）），鹽；；運(yùn)行注意意點(diǎn)：介介質(zhì)析碳碳，受熱熱面結(jié)焦焦（例））運(yùn)行時(shí)要要監(jiān)控盤盤管進(jìn)出出口壓差差和溫度度.此外，礦礦物油要要過(guò)濾和和補(bǔ)充．．2.2.5電熱鍋爐爐電熱鍋爐爐應(yīng)用場(chǎng)場(chǎng)合一般不提提倡使用用。因?yàn)闉殡娔苁鞘歉咂肺晃荒茉?，，熱能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電電能的效效率一般般在40%以下，現(xiàn)現(xiàn)在再由由電熱鍋鍋爐轉(zhuǎn)成成熱能太太不合算算了。在特殊條條件下使使用：對(duì)環(huán)保要要求嚴(yán)格格；小容容量和其其他特定定條件。。由于LNG將引入廈廈門，今今后采用用燃?xì)忮佸仩t更合合理。2.5煤粉工業(yè)業(yè)鍋爐概述德國(guó)1999年已開發(fā)發(fā)出類似似技術(shù)，，適用于于超細(xì)干干燥褐煤煤煤粉。。我國(guó)已已納入國(guó)國(guó)家科委委973計(jì)劃。類型（見(jiàn)見(jiàn)下圖德德國(guó)steimueller公司開發(fā)發(fā)兩種爐爐型）應(yīng)用場(chǎng)合合：*必必須有超超細(xì)優(yōu)質(zhì)質(zhì)煤粉（（高揮發(fā)發(fā)份，低低灰低硫硫）*必必須配配有高效效除塵設(shè)設(shè)備（袋袋式或靜靜電）2.2熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)和集中中供熱目的：提提高能源源利用率率，達(dá)到到CO2減排。國(guó)家規(guī)定定5萬(wàn)kW以下小型型火電機(jī)機(jī)組要關(guān)關(guān)閉；但但熱電聯(lián)聯(lián)產(chǎn)可以以上（只只要總效效率大于于45%，熱電比比大于1）。改造造或新建建可選擇擇CFB鍋爐集中供熱熱：可選選擇大容容量高效效率的鍋鍋爐替代代眾多低低效高污污染的小小型鍋爐爐。在熱電聯(lián)聯(lián)產(chǎn)的建建設(shè)中，，從以燃燃煤為主主的熱電電廠向燃燃?xì)獾臒?、電、、氣三?lián)聯(lián)供熱電廠發(fā)發(fā)展；分分布式熱熱電冷聯(lián)聯(lián)產(chǎn)也得得到迅猛猛發(fā)展。。熱、電、、煤氣三三聯(lián)供（整體煤煤氣化聯(lián)聯(lián)合循環(huán)環(huán)）2.3燃?xì)狻羝?lián)合合循環(huán)燃?xì)狻羝?lián)合合循環(huán)利利用了燃燃?xì)鈧?cè)高高溫吸熱熱和蒸汽汽側(cè)低溫溫放熱的的特點(diǎn),使得聯(lián)合合動(dòng)力裝裝置的總總效率比比常規(guī)的的高參數(shù)數(shù)純蒸汽汽動(dòng)力裝裝置的效效率(最高約為為40%)高得多。。由于聯(lián)合合循環(huán)熱熱效率達(dá)達(dá)55%和天然氣氣中含有有大約25%(重量比)的氫氣這這兩個(gè)因因素，使使得天然然氣聯(lián)合合循環(huán)發(fā)發(fā)電廠單單位發(fā)電電量所產(chǎn)產(chǎn)生的溫溫室氣體體CO2減小了50％。整體煤氣氣化聯(lián)合合循環(huán)（（IGCC-IntegratedGasificationCombinedCycle）發(fā)電系系統(tǒng)，是是將煤氣氣化技術(shù)術(shù)和高效效的聯(lián)合合循環(huán)相相結(jié)合的的先進(jìn)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)統(tǒng)。它由由兩大部部分組成，即煤的的氣化與凈凈化部分和和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循循環(huán)發(fā)電部部分。2.4分布式能源源利用系統(tǒng)統(tǒng)2.4.1概述2.4.2框圖2.4.3優(yōu)點(diǎn)2.4.1概述分布式能源源系統(tǒng)(DistributedEnergySystem簡(jiǎn)稱DES)，又稱第二二代能源系系統(tǒng)。當(dāng)前前，全世界界都在推動(dòng)動(dòng)該系統(tǒng)的的建設(shè)。第二代能源源系統(tǒng)具有有6個(gè)方面的主主要特征：：一是燃料料的多元化化；二是設(shè)設(shè)備的小型型化、微型型化；三是是冷熱電聯(lián)聯(lián)產(chǎn)化；四四是網(wǎng)絡(luò)化化；五是智智能控制和和信息化管管理；六是是高標(biāo)準(zhǔn)的的環(huán)保水平平。2)分布式能源源系統(tǒng)是相相對(duì)于傳統(tǒng)統(tǒng)的集中式式能量系統(tǒng)統(tǒng)而言的。。在這個(gè)系系統(tǒng)中,集合了分布布式供電、、制冷、采采暖、生活活衛(wèi)生水以以及其他形形式的熱能能于一體,將發(fā)電系統(tǒng)統(tǒng)以小規(guī)模模、分散式式布置在用用戶附近,可獨(dú)立地輸輸出電、熱熱和冷能的的系統(tǒng),此系統(tǒng)中的的主要部分分就是分布布式供電和和冷熱電聯(lián)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)（（Cooling-heating-powerCogeneration，簡(jiǎn)稱CCHP）。同時(shí),應(yīng)用最新的的信息化和和智能化技技術(shù)管理和和控制系統(tǒng)統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)化、智能能化、經(jīng)濟(jì)濟(jì)最優(yōu)的目目的。3)“高參數(shù)、大大機(jī)組、大大電網(wǎng)”集集中式供電電將仍然長(zhǎng)長(zhǎng)期是我國(guó)國(guó)電力發(fā)展展的主要方方向，小微微型分布式式電源是集集中式電源源系統(tǒng)的重重要補(bǔ)充。。它增加了了電網(wǎng)的質(zhì)質(zhì)量和可靠靠性。4)小型或微型型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)CCHP分布式電源源總能效高高；總投資資（含輸變變電設(shè)備等等）與大型型集中式電電源相當(dāng)或或略低；燃燃機(jī)性能好好，運(yùn)行可可靠，大修修期長(zhǎng)；具具有很好的的經(jīng)濟(jì)性。。5)天然氣是比比輕柴油還還要潔凈、、低炭的優(yōu)優(yōu)質(zhì)燃料，，且可比價(jià)價(jià)格與輕柴柴油相當(dāng)，，通過(guò)綜合合梯級(jí)利用用可獲得更更高經(jīng)濟(jì)效效益。小型型或微小型型燃?xì)廨啓C(jī)CCHP分布式電源源系統(tǒng)正是是天然氣利利用的最好好模式之一一。6)歐美國(guó)家小小微型燃?xì)鈿廨啓C(jī)產(chǎn)品品成熟，性性能好；與與同容量柴柴油機(jī)分布布式電源相相比，小微微型燃?xì)廨嗇啓C(jī)分布式式電源還具具有結(jié)構(gòu)緊緊湊、運(yùn)行行可靠性高高、低噪音音、低振動(dòng)動(dòng)等多方面面優(yōu)勢(shì)。它它是分布式式電源的首首選主機(jī)。。2.4.3發(fā)展CCHP系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)(1)發(fā)展CCHP系統(tǒng)有助于于提高能源源利用率CCHP系統(tǒng)可大幅幅度提高能能源利用率率,其能源綜合利用用率可達(dá)到到80%～90%。(2)發(fā)展CCHP系統(tǒng)有助于于環(huán)境的保保護(hù)CCHP系統(tǒng)CO2排放僅為傳傳統(tǒng)能源系系統(tǒng)的30%～50%。(3)發(fā)展CCHP系統(tǒng)有助于于緩解電力力高峰負(fù)荷荷(4)發(fā)展CCHP系統(tǒng)可以提提高供電安安全性3.向管理要能能效同同樣設(shè)備備，管理人人員素質(zhì)提提高了，運(yùn)運(yùn)行水平上上去了，能能效也上去去了。3.1提高供熱設(shè)設(shè)備熱效率率(從降低鍋爐爐各項(xiàng)熱損損失的方向向想辦法)1)降低漏風(fēng)（即降低q2）一個(gè)誤區(qū)2)采用強(qiáng)風(fēng)后后吹運(yùn)運(yùn)行行方式優(yōu)點(diǎn)：燃料及時(shí)著著火延長(zhǎng)燃燒時(shí)時(shí)間加強(qiáng)喉口混混合(即降低q4）3)從加強(qiáng)給水水（導(dǎo)熱油油）品質(zhì)監(jiān)監(jiān)控和吹吹灰看節(jié)能能使受熱面外外壁灰污層層和內(nèi)壁水水垢層(或析炭層)趨于零，大大大提高傳傳熱系數(shù)，，從而降低低排煙溫度度。對(duì)于干凈內(nèi)內(nèi)外壁的受受熱面關(guān)于鍋爐尾尾氣的余熱熱回收散裝工業(yè)鍋鍋爐已配有有省煤器、、空預(yù)器；；快裝油氣鍋鍋爐一般無(wú)無(wú)省煤器、、空預(yù)器，，（三浦油油爐例外））但排煙溫溫度通常超超過(guò)200-250oC要考慮余熱熱回收。以上要防止止受熱面低低溫腐蝕。。然氣鍋爐可可考慮排煙煙中大量水水蒸氣汽化化潛熱的回回收。但要要防止受熱熱面腐蝕。。3.2節(jié)約用電防止鍋爐漏漏風(fēng)，就能能降低引風(fēng)風(fēng)機(jī)電耗；；采用變頻調(diào)調(diào)節(jié)；其他3.3辨別節(jié)能技術(shù)中的偽科學(xué)學(xué)3.1依據(jù):能量守恒與與轉(zhuǎn)換定律律;物質(zhì)不滅定定律;傳熱學(xué)基本本原理3.2偽科學(xué)例子:

1)納米油或納納米油添加加劑可大大大提高效率率油油的的發(fā)熱量是是其分子中中C和H完全燃燒放放出來(lái)的，，是可以從從油的元素素分析精確確算出來(lái)的的?，F(xiàn)代燃燃燒器燃燼燼率已很高高，額外熱熱量哪里來(lái)來(lái)??？納納米：1nm=10–9m,是原子或分分子級(jí)大小小，加入后后能源使單單位發(fā)熱量量提高嗎？？