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.基本概念和和基本原理2.供供熱設(shè)備備及節(jié)能技技術(shù)3.向管管理要能效效

4.總總結(jié)１.基基本概念和和基本原理理１.１供熱熱設(shè)備１.２熱力力學(xué)第一、、二定律和和傳熱學(xué)基基本公式１.３節(jié)能能的基本分分析方法——熱平衡法法１.４熱平平衡法簡介介１.５設(shè)備備熱平衡——以鍋爐熱熱平衡為例例1.1熱熱力學(xué)第一一定律和熱熱力學(xué)第二二定律自然界基本本定律：能能量守恒與與轉(zhuǎn)換定律律熱力學(xué)第一一定律是能量守恒恒與轉(zhuǎn)換定定律在熱現(xiàn)現(xiàn)象上的應(yīng)應(yīng)用，它揭揭示了能量量在量上的的特性。其能量方程程式：Q=?U+Aw上式表明：：加給工質(zhì)質(zhì)的熱量一一部分用于于增加工質(zhì)質(zhì)的內(nèi)能，，余下的部部分以作功功方式傳遞遞給外界。。其中熱功當(dāng)當(dāng)量w=4.1868kj/kgm熱力學(xué)第二二定律：(有多種表表述)熱不可能自自發(fā)地、不不付代價(jià)地地從低溫物物體傳到另另一個高溫溫物體。第二定律涉及能量傳傳遞的方向向和深度的的問題，是是能量在質(zhì)質(zhì)上的特性性。所謂能能的質(zhì)量是是指能的品品位或能的的可用性。。能量在其其傳遞或轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換過程中中，品質(zhì)是是逐漸降低低的，即能能量貶值。。熱力學(xué)第一一、二定律律分別揭示示了能量在在數(shù)量上的的守恒性和和在質(zhì)量上上的貶值性性（不可逆逆）是其最最重要兩個個特性。1.2傳熱熱學(xué)基本公公式?傳熱三種形形式：輻射射、對流和和傳導(dǎo)傳熱學(xué)基本本公式：Q=KH?t=KH(tg-td)傳熱系數(shù)(以爐膛水水冷壁管傳傳熱為例)1.2節(jié)節(jié)能的基本本分析方法法—熱平平衡法熱平衡法是建立在熱熱力學(xué)第一一定律基礎(chǔ)礎(chǔ)上的能量量分析方法法，主要考考察系統(tǒng)熱熱量的平衡衡關(guān)系，揭揭示能在數(shù)數(shù)量上的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換和利用用情況，從從而確定系系統(tǒng)的能利利用率或能能效率（熱熱效率）。。1.4供熱設(shè)備熱熱平衡—以以鍋爐熱平平衡為例1.4.1固體燃燃料的熱平平衡方程式式：Qydw=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6(kJ/kg)(1-1)熱平衡方程程的百分比比表示式：：100%=q1+q2+q3+q4+q5+q6(%)（（1-2））對于固體燃燃料，q2和q4高；對于液體燃燃料，q2高，q４很小，q6＝0；對于氣體燃燃料，q2高，q4≈0，q6＝0;1.4.2.鍋爐熱熱效率(1)正平平衡熱效率率：η=q1=Q1/Qydw×100%（（1-3）(2)反平平衡熱效率率：從式（1-2）可得得η=Q1/Qydw×100%=1-（（q2+q3+q4+q5+q6）（（1-4））2.供熱設(shè)設(shè)備及其節(jié)節(jié)能技術(shù)2.1工工業(yè)鍋爐提提高熱效率率的有效途途徑2.2熱熱電聯(lián)產(chǎn)和和集中供熱熱2.3分布布式能源利利用系統(tǒng)2.1工工業(yè)鍋爐提提高熱效率率的有效途途徑2.1.1燃煤鏈鏈條鍋爐存在問題：：因q2和q4高，熱效率率低，一般般７０％；；污染嚴(yán)重。。措施:(燃燒無無煙煤鏈條條鍋爐)合理布置前前后拱、及及時(shí)著火、、提高燃燼燼；合理配風(fēng)、、控制過量量空氣系數(shù)數(shù)、二次風(fēng)風(fēng)；一二次風(fēng)預(yù)預(yù)熱；采用節(jié)能爐爐排片。（（已制定行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)））措施:(以燃燒燒無煙煤鏈鏈條鍋爐為為例)1)合理理布置前后后拱（中拱拱）為了及及時(shí)著火、、提高燃燼燼率；降低低q4。2)一一次風(fēng)預(yù)熱熱，并采用用二次風(fēng)加加強(qiáng)混合，，降低q4和q3；3)合合理配風(fēng)、、控制過量量空氣系數(shù)數(shù)；為了降降低排煙熱熱損失q2。

4)采采用省省煤器和空空氣預(yù)熱器器，降低排排煙溫度，，為了降低低q2。

5)用節(jié)節(jié)能爐排片片。（已制制定行業(yè)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)）２.1.2循環(huán)流流化床（CFB）鍋鍋爐概述35t/h、75t/h、、220t/h(20t/h流化化床鍋爐)130t/h、600t/h；主要要用于供熱熱和發(fā)電。。CFB鍋爐爐優(yōu)勢低溫燃燒，，NOx低低；可廉價(jià)價(jià)脫硫；可可燃燒無煙煙煤。存在問題：：CFB鍋爐爐熱效率比比煤粉爐低低,大約80-88%；；部件磨損比比較嚴(yán)重。。CFB鍋爐爐熱效率偏偏低的主要要原因是飛飛灰含碳量量高，大約約達(dá)15-25%；而且且飛灰量大大（超過50%）。。降低飛灰可可燃物措施施：1)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)選擇合合適的流化化氣速，爐爐膛高度，，保證煤顆粒在在爐內(nèi)獲得得充足的停停留時(shí)間；；2)保持持床層和爐爐膛950℃以以上的高溫，以提提高飛灰燃盡率;3)要正確確設(shè)計(jì)燃料破破碎系統(tǒng),防防止重復(fù)破碎碎，減少飛灰份額;4)選擇個個高效的分離離器。5)優(yōu)化返料器配配風(fēng)調(diào)節(jié)，防防止料腿串風(fēng)風(fēng)。2.1.3油油、氣鍋鍋爐傳統(tǒng)的油、氣氣爐為三回程程濕背爐。對于油爐：由由于先進(jìn)的燃燃燒器和成熟熟的本體設(shè)計(jì)計(jì)，柴油燃盡盡率可控制到到理想程度(99%以上上)，故油爐爐提高燃燒效效率已沒有多多少余地。但但重油還有一一些余地。如果本體設(shè)計(jì)計(jì)有缺陷，排排煙溫度過高高，可根據(jù)燃燃燒器背壓余余量布置熱管管省煤器。對于氣爐：大大量水蒸氣攜攜帶著可觀的的汽化潛熱離離開鍋爐。這這部分熱量約約占天然氣低低位發(fā)熱量的的14%。它等于燃料料高低位發(fā)熱熱量之差。盡盡可能多多地通過鍋爐爐受熱面或特特殊換熱器把把排煙中的水水蒸氣凝結(jié)下下來，回收其其熱量，就能能較大幅度地地提高鍋爐熱熱效率。重油燃燒技術(shù)術(shù)目的：提高霧霧化質(zhì)量，降降低q4和顆粒物排放放霧化技術(shù):轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)杯霧化和和氣泡霧化降低黏度:預(yù)預(yù)熱或摻適適量輕油摻水燃燒:合合理摻水率率可降低q4和煙氣黑度(見結(jié)構(gòu)圖圖)轉(zhuǎn)杯霧化技術(shù)術(shù)6500/min高速速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)杯杯----離心心力作用導(dǎo)致致油膜越來越越薄高壓(由高速速旋轉(zhuǎn)葉片升升壓至１000mmH2O以上，風(fēng)風(fēng)速達(dá)100m/s)的的一次風(fēng)(風(fēng)風(fēng)量的10%)把薄油膜膜粉碎至幾十十微米顆粒。。氣泡霧化噴嘴嘴技術(shù)氣泡霧化噴嘴嘴技術(shù)是用氣氣泡作為霧化化的動力，利利用氣泡的產(chǎn)生、運(yùn)動動、變形直到到出口爆破來來產(chǎn)非常細(xì)小小的液霧。主要特點(diǎn)為:（1）液霧顆顆粒粒度小(索太爾平均均直徑SMD≤40μm)，尺寸分布均勻(尺尺寸分布指數(shù)數(shù)N>2)；（2）霧化效效果基本不受受燃油粘度大大小的影響,粘度使用范范圍寬，為70°E(即燃油需具具有流動性)；（3）燃燒完完全，不冒黑黑煙,燃燒效效率達(dá)99.5%以上，燃燒產(chǎn)產(chǎn)物中污染物低于于國家環(huán)保局局規(guī)定的各項(xiàng)項(xiàng)指標(biāo)；（4）火焰長長度、火焰錐錐角、火焰形形狀及噴油量量可按用戶要要求設(shè)計(jì)；（5）燃燒器器不結(jié)焦、不不堵塞；（6）火焰剛剛性強(qiáng)，噴射射速度高；（7）霧化效效果不隨流量量大小影響，，流量調(diào)節(jié)比比大，可達(dá)1:5天然氣是優(yōu)質(zhì)質(zhì)低碳燃料a.天然然氣主要成分分為CH4，氫與炭重量比比大約為1:3;b.氫發(fā)發(fā)熱量為125.6MJ/kg，，炭發(fā)熱量為為33.7MJ/kg氫的發(fā)熱量是是炭發(fā)熱量的的3.7倍倍；結(jié)論：在CH4中，氫對天然然氣熱值的貢貢獻(xiàn)大于炭。。天然氣是低炭炭燃料。（見見下表）例：陜北天天然氣成分（（％）CH4C2H6C3H8C4H10H2SN295.94940.90750.1367 2.00620.00021.02.2.4載載熱體加熱熱爐優(yōu)勢:高溫溫低壓，不用用水處理；載熱體介質(zhì)：：液態(tài)（礦物物油），氣相相（苯和聯(lián)苯苯混合物），，鹽；運(yùn)行注意點(diǎn)：：介質(zhì)析碳，，受熱面結(jié)焦焦（例）運(yùn)行時(shí)要監(jiān)控控盤管進(jìn)出口口壓差和溫度度.此外，，礦物油要過過濾和補(bǔ)充．．2.2.5電電熱鍋爐電熱鍋爐應(yīng)用用場合一般不提倡使使用。因?yàn)殡婋娔苁歉咂肺晃荒茉矗瑹崮苣苻D(zhuǎn)換成電能能的效率一般般在40%以以下，現(xiàn)在再再由電熱鍋爐爐轉(zhuǎn)成熱能太太不合算了。。在特殊條件下下使用：對環(huán)保要求嚴(yán)嚴(yán)格；小容量量和其他特定定條件。由于LNG將將引入廈門，，今后采用燃燃?xì)忮仩t更合合理。2.5煤粉粉工業(yè)鍋爐概述德國1999年已開發(fā)出出類似技術(shù)，，適用于超細(xì)細(xì)干燥褐煤煤煤粉。我國已已納入國家科科委973計(jì)計(jì)劃。類型（見下圖圖德國steimueller公司司開發(fā)兩種爐爐型）應(yīng)用場合：*必須有有超細(xì)優(yōu)質(zhì)煤煤粉（高揮發(fā)發(fā)份，低灰低低硫）*必須配配有高效除塵塵設(shè)備（袋式式或靜電）2.2熱電聯(lián)產(chǎn)和集集中供熱目的：提高能能源利用率，，達(dá)到CO2減排。國家規(guī)定5萬kW以下小型火電電機(jī)組要關(guān)閉閉；但熱電聯(lián)聯(lián)產(chǎn)可以上（（只要總效率率大于45%，熱電比大于1）。改造或新新建可選擇CFB鍋爐集中供熱：可可選擇大容量量高效率的鍋鍋爐替代眾多多低效高污染染的小型鍋爐爐。在熱電聯(lián)產(chǎn)的的建設(shè)中，從從以燃煤為主主的熱電廠向向燃?xì)獾臒帷㈦?、氣三三?lián)供熱電廠發(fā)展；；分布式熱電電冷聯(lián)產(chǎn)也得得到迅猛發(fā)展展。熱、電、煤氣氣三聯(lián)供（整體煤氣化化聯(lián)合循環(huán)））2.3燃?xì)鈿狻羝?lián)合合循環(huán)燃?xì)狻羝?lián)聯(lián)合循環(huán)利用用了燃?xì)鈧?cè)高高溫吸熱和蒸蒸汽側(cè)低溫放放熱的特點(diǎn),使得聯(lián)合動動力裝置的總總效率比常規(guī)規(guī)的高參數(shù)純純蒸汽動力裝裝置的效率(最高約為40%)高得得多。由于聯(lián)合循環(huán)環(huán)熱效率達(dá)55%和天然氣中含含有大約25%(重量比)的的氫氣這兩個個因素，使得得天然氣聯(lián)合合循環(huán)發(fā)電廠廠單位發(fā)電量量所產(chǎn)生的溫溫室氣體CO2減小了50％。整體煤氣化聯(lián)聯(lián)合循環(huán)（IGCC-IntegratedGasificationCombinedCycle）發(fā)發(fā)電系統(tǒng)，是是將煤氣化技技術(shù)和高效的的聯(lián)合循環(huán)相相結(jié)合的先進(jìn)進(jìn)動力系統(tǒng)。。它由兩大部部分組成，即煤的氣氣化與凈化部部分和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循循環(huán)發(fā)電部分分。2.4分布布式能源利用用系統(tǒng)2.4.1概述2.4.2框圖2.4.3優(yōu)點(diǎn)2.4.1概概述分布式能源系系統(tǒng)(DistributedEnergySystem簡稱DES)，又稱第二代代能源系統(tǒng)。。當(dāng)前，全世世界都在推動動該系統(tǒng)的建建設(shè)。第二代能源系系統(tǒng)具有6個方面的主要要特征：一是是燃料的多元元化；二是設(shè)設(shè)備的小型化化、微型化；；三是冷熱電電聯(lián)產(chǎn)化；四四是網(wǎng)絡(luò)化；；五是智能控控制和信息化化管理；六是是高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)環(huán)保水平。2)分布式能源系系統(tǒng)是相對于于傳統(tǒng)的集中中式能量系統(tǒng)統(tǒng)而言的。在在這個系統(tǒng)中中,集合了分分布式供電、、制冷、采暖暖、生活衛(wèi)生生水以及其他他形式的熱能能于一體,將將發(fā)電系統(tǒng)以以小規(guī)模、分分散式布置在在用戶附近,可獨(dú)立地輸輸出電、熱和和冷能的系統(tǒng)統(tǒng),此系統(tǒng)中中的主要部分分就是分布式式供電和冷熱熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)統(tǒng)（Cooling-heating-powerCogeneration，簡簡稱CCHP）。同時(shí),應(yīng)用最新的的信息化和智智能化技術(shù)管管理和控制系系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)系統(tǒng)化、智智能化、經(jīng)濟(jì)濟(jì)最優(yōu)的目的的。3)“高參參數(shù)、大機(jī)組組、大電網(wǎng)””集中式供電電將仍然長期期是我國電力力發(fā)展的主要要方向，小微微型分布式電電源是集中式式電源系統(tǒng)的的重要補(bǔ)充。。它增加了電電網(wǎng)的質(zhì)量和和可靠性。4)小型或微微型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)CCHP分分布式電源總總能效高；總總投資（含輸輸變電設(shè)備等等）與大型集集中式電源相相當(dāng)或略低；；燃機(jī)性能好好，運(yùn)行可靠靠，大修期長長；具有很好好的經(jīng)濟(jì)性。。5)天然氣氣是比輕柴油油還要潔凈、、低炭的優(yōu)質(zhì)質(zhì)燃料，且可可比價(jià)格與輕輕柴油相當(dāng)，，通過綜合梯梯級利用可獲獲得更高經(jīng)濟(jì)濟(jì)效益。小型型或微小型燃?xì)廨啓C(jī)CCHP分布式電源系系統(tǒng)正是天然然氣利用的最最好模式之一一。6)歐美國國家小微型燃燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品品成熟，性能能好；與同容容量柴油機(jī)分分布式電源相相比，小微型型燃?xì)廨啓C(jī)分分布式電源還還具有結(jié)構(gòu)緊緊湊、運(yùn)行可可靠性高、低低噪音、低振振動等多方面面優(yōu)勢。它是是分布式電源源的首選主機(jī)機(jī)。2.4.3發(fā)發(fā)展CCHP系統(tǒng)的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)(1)發(fā)展CCHP系統(tǒng)統(tǒng)有助于提高高能源利用率率CCHP系統(tǒng)統(tǒng)可大幅度提提高能源利用用率,其能源綜合利用率率可達(dá)到80%～90%。(2)發(fā)展CCHP系統(tǒng)統(tǒng)有助于環(huán)境境的保護(hù)CCHP系統(tǒng)統(tǒng)CO2排放僅為傳統(tǒng)統(tǒng)能源系統(tǒng)的的30%～50%。(3)發(fā)展CCHP系統(tǒng)統(tǒng)有助于緩解解電力高峰負(fù)負(fù)荷(4)發(fā)展CCHP系統(tǒng)統(tǒng)可以提高供供電安全性3.向管理理要能效同同樣設(shè)備備，管理人員員素質(zhì)提高了了，運(yùn)行水平平上去了，能能效也上去了了。3.1提高高供熱設(shè)備熱熱效率(從降降低鍋爐各項(xiàng)項(xiàng)熱損失的方方向想辦法)1)降低漏漏風(fēng)（即降低q2）一個誤區(qū)2)采用強(qiáng)強(qiáng)風(fēng)后吹運(yùn)運(yùn)行行方式優(yōu)點(diǎn)：燃料及時(shí)著火火延長燃燒時(shí)間間加強(qiáng)喉口混合合(即降低q4）3)從加強(qiáng)強(qiáng)給水（導(dǎo)熱熱油）品質(zhì)監(jiān)監(jiān)控和吹吹灰看看節(jié)能使受熱面外壁壁灰污層和內(nèi)內(nèi)壁水垢層(或析炭層)趨于零，大大大提高傳熱熱系數(shù)，從而而降低排煙溫溫度。對于干凈內(nèi)外外壁的受熱面面關(guān)于鍋爐尾氣氣的余熱回收收散裝工業(yè)鍋爐爐已配有省煤煤器、空預(yù)器器；快裝油氣鍋爐爐一般無省煤煤器、空預(yù)器器，（三浦油油爐例外）但但排煙溫度通通常超過200-250oC要考慮余熱回回收。以上要防止受受熱面低溫腐腐蝕。然氣鍋爐可考考慮排煙中大大量水蒸氣汽汽化潛熱的回回收。但要防防止受熱面腐腐蝕。3.2節(jié)約約用電防止鍋爐漏風(fēng)風(fēng)，就能降低低引風(fēng)機(jī)電耗耗；采用變頻調(diào)節(jié)節(jié)；其他3.3辨別節(jié)能技術(shù)中的偽科學(xué)3.1依據(jù)據(jù):能量守恒與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換定律;物質(zhì)不滅定律律;傳熱學(xué)基本原原理3.2偽科學(xué)例子:1)納米油油或納米油添添加劑可大大大提高效率油油的發(fā)熱量量是其分子中中C和H完全全燃燒放出來來的，是可以以從油的元素素分析精確算算出來的。現(xiàn)現(xiàn)代燃燒器燃燃燼率已很高高，額外熱量量哪里來！？？

納米：：1nm=10–9m,是原子子或分子級大大小，加入后后能源使單位位發(fā)熱量提高高嗎？2)重油摻水燃燒燒可大大提高高技術(shù)熱效率率200號重油油,摻水率率率8.1%,燃燒效率提提高

0.257%(已已扣