热能转换与利用

第一章：概述
热能资源：燃料热能，太阳能，核能，地热能，海洋热能
1.对燃料进行改质和改进燃烧过程以保证完全燃烧，减少对环境的污染，是燃料利用过程中的重要研究课题。
2.燃料改质的措施：1）煤的气化与液化，包括新的气化方法及煤的地下气化研究。2）煤水浆的制备，运输储存，燃烧的研究。3）煤油混合燃料。4）油页岩中油的提取。5）油的参水乳化。
3.燃料燃烧的研究有：1）固体燃料的沸腾燃烧，旋风燃烧。2）液体燃料的雾化燃烧，分层燃烧。3）新型燃烧装置的开发。
4.地热的形式分为：1）热水型。2）蒸汽型。3）热岩。4）熔岩。
5.能源工程包括以下五项工程：
1）能量资源工程：包括能源的开发技术，尤其是新能源的开发利用，解决经济性问题。2）能量制造工程。3）能量转换工程。4）能量利用工程。5）能量系统工程。
第二章：能量转换基础
1.工业企业中涉及到的主要的能的形式：1)热能2）机械能3）电能4）化学能
2.实现能量转换时对转换装置的要求：1）转换效率高。2)转换速度快，能源密度大。3）具有良好的负荷调节性能。4）满足环境的要求和经济上的合理。
3.用：在一定环境条件下，通过一系列的变化，最终达到与环境处于平衡时所能做出的最大功。
4.热量用：热量是一个系统通过边界以传热的形式传递的能量。系统所传递的热量在给定环境条件下，用可逆方式所能做出的最大功称为该热量的用。热量用是热量本身的固有特性。
5.能级：在能量中所含用的多少反映了该能量的质量的高低。通常将能量中用所占的比列称为能级。
6.温度用：当只是公质的温度与环境温度不同，压力与环境相同时，它所具有的用值叫温度用。包括高温物质的用，低温物质的用。
7.潜热用：单位质量的物质相变所需要的热量叫“相变潜热”。潜热用是指单位物质从相变开始至相变结束吸收相变潜热所产生的用的变化。因此，潜热用是物质在相变前后用的变化。
8.压力用：指温度与环境相同，压力与环境压力不同时所具有的用值。
9.用平衡：用只是能量中的可用部分，它的收支一般是不平衡的。在实际转换过程中，一部分可用能将转变为不可用能，用将减少，成为用损失。用平衡是用与用损失之和保持平衡。
10.输出功的过程：能量平衡关系：H1=H2+W
用平衡：Ex1=EX2+W+Iint
Iint= Ex1—EX2—W
用收入：Exin=Ex1 用支出：Exout= EX2+W
该项用损失是工质在透平内膨胀时，由于摩擦，涡流等不可逆阻力损失造成的，在能量平衡中没有体现，它转换成热能后将被工质带走，包含在H2中。

11．输入功的过程
能量平衡关

系：H1+W=H2
用平衡关系：Ex1+W=Ex2+ Iint
用收入：Exin= Ex1+W 用支出：Exout= Ex2
用损失：Iint= Ex1+W—Ex2
该项用损失是工质在压缩机内被压缩时，由于摩擦，涡流等不可逆阻力损失造成的附加功耗，它转换成热能后被工质带走，在能量平衡中包含在H2 中，没有体现该项损失。
12.混合过程是一个不可逆的过程，实际混合过程常会产生热，包括，绝热混合，放热混合。
分离过程是混合的逆过程，必须要靠外部提供能量才能实现分离，包括受热分离，受功分离。
13.用损失包括燃烧用损失，传热用损失，散热用损失，燃烧产物带走的用损失。
14.能量分析的四种方法：1）统计的方法2）稳态的方法3）周期的方法
能量分析的步骤：1）确定体系，首先要明确分析对象，确定体系边界2）分析体系与外界的质量交换3）分析体系与外界的能量交换4）计算各项的数值，确定各项损失大小5）分析能量平衡和用平衡6）计算用效率及局部用损失率等评价指标7）评价与分析结果，根据计算结果，分析造成能量损失与用损失的原因，探讨体系进一步提高有效利用能量的措施及可能性。
15.用效率：在热平衡中，用“热效率”的概念来衡量被有效利用的能量与消耗的能量在数量上的比值。
用效率是指能量转换系统或设备，在进行转换的过程中，被利用或收益的用与支付或耗费的用之比
用效率与热效率有本质的不同，用效率是以用为基准，各种不同形式的能量的用是等价的。而热效率只计及能量的数量，不管能量品味的高低。但是它与用效率有一定的内在联系、。
16.用的传递效率：将输出用全部算作收益用，输入用全部作为消费用，这样定义的用效率可反映能量传递过程的效率，称为用的传递效率。
用的目的效率：以特定目的所获得的用作为收益用，消费用为输入用扣除其他非目的的输出用，这种用效率称为用的目的效率。
17.用的性质：1）能量属性：用是能量中的可用能部分，应与能量具有相同的属性。2）等价性：不同性质的能量，其品质有所区别，两种能量若具有相同的用值，则认为它们是等价的。3）相对性4）可分性5）非守恒性
18.用分析的作用：用分析包括评价，诊断，指明方向三个方面。
用的效率愈接近1，表示设备或系统的热力学完善程度愈好。
19.郎肯循环是最基本的蒸汽热力循环，它由锅炉，汽轮机，冷凝器和给水泵等主要热力设备组成，并由管路相互连接构成热力系统。
20.提高蒸汽动力装置用效率的主要途径：要提高蒸汽动力装置的总用效率，关键是要提高锅炉的用效率，而要提高锅炉的用效率，首先要设法提高蒸汽吸热平均温度

。1）提高蒸汽的初参数t1和p1
提高蒸汽的初参数温度t1和压力p1既可以提高蒸汽吸热平均温度，又可以提高蒸汽动力循环的效率从而使装置的用效率提高。2）采用再热循环：再热循环是将高温高压蒸汽首先在高压透平内膨胀到一中间压力P3，温度也同时有所降低，然后又将蒸汽送回锅炉内再一次加热，使蒸汽温度又升高到初始温度，再送至低压透平内膨胀做功。3）采用回热循环：所谓回热循环就是从汽轮机的中部抽出一部分做过功但仍具有某一中间压力的蒸汽，供至回热器中，用来加热来自冷凝器的冷凝水，然后再经泵加压后一起供至锅炉。
21.燃气—蒸汽联合循环：将燃气循环与蒸汽循环结合起来，组成燃气蒸汽联合循环，首先利用燃烧产生的高温烟气推动燃气轮机直接做功，做完功后的高温废气再作为余热锅炉的热源，用以加热水产生蒸汽，再由蒸汽推动汽轮机对外做功，将使中的热效率大为提高。
22.供热系统由工业锅炉，管网系统和用热设备三部分组成。
热电联产总热耗的分配方法：热量法，实际焓降法，用值法
热利用和动力利用
23.热泵：是一种能使热量从低温物体转移到高温物体的能量利用装置，有两种形式：压缩式，吸收式
压缩式热泵是以消耗一部分高质能为代价致热的，衡量压缩式热泵的性能指标叫致热系数。
吸收式热泵是以消耗一部分温度较高的高位热能为代价，从低温热源吸取热量供给热用户，它所能提供的热量将大于消耗的热量，所以比直接供热效果要好。
24.标准煤：将热值等于29.308MJ的能源量叫1Kg的标准煤。
一个单位物量能源，在理论上所含有的能量叫这种能源的当量热值。
生产一个单位实物量的二次能源所需消耗的一次能源数量称为这种能源的等价热值。
当量热值与等价热值折算成标准煤量表示称为折标准煤系数。
25.能量平衡体系有以下类型：1)单一用能设备体系2）能源转换设备和利用设备组成的体系3）串级利用体系4）具有余热利用的体系：a.在体系内利用b.在体系外利用.
26．能源消耗指标：1）综合能耗2）单位综合能耗3）工序能耗4）可比单位综合能耗
27.能源利用效率：1）设备效率：指设备为达到特定目的，对供给能量有效利用程度在数量上的表示，它等于有效能量对供给能量的百分数。2）能量利用率3）能源利用率4）动力设备与转换效率
28.能量平衡结果分析包括以下几个方面：
1）分析企业目前的耗能状况，用能水平，特别是主要能量转换设备，终端能耗设备的耗能现状。
2）进行节能诊断，找出主要损失部位及节能潜力。
3）根据测试效率与统计效率的差异，分析产生管理损失的

原因，提出改进生产管理及能源管理的具体措施。
4）提出具体的节能整改措施，方法要具有先进性，技术可行性
5）对节能措施进行技术经济分析，定量计算节能改造的投资，节能效果，投资回收期等技术经济指标。
6）根据节能效果的大小以及先易后难的原则，制定实施规划。
7）修订能耗定额及其他节能指标，完善能源管理制度。
29．企业的余热资源中，就形态来说，有固体，气体，液体三种。
余热利用的途径：根据余热的温度的水平不同，余热利用的途径主要有三方面：动力回收，直接利用，供热泵用。
30．工业炉的烟气余热回收利用的途径：1）用来预热助燃空气或燃料2）作为余热锅炉的热源，用来生产蒸汽3）预热炉料。
31.余热回收系统：L表示工业炉R为空气预热器GL为余热锅炉F为引风机Y为烟筒
32.燃料转换率：预热器节约燃料所能发出的热量与回收的热量之比称为燃料转换率。
热媒：在烟气的余热回收中，也有采用一种液体化学物质作为传递热量的中间介质，叫做“热媒”
33.热回收用换热设备的类型：1）高温换热器2）余热锅炉3）蓄热式换热器4）官壳式换热器5）翅管换热器6）紧凑式换热器7）热管换热器8）硫化床式换热器
34.换热器设计主要包括热力设计，强度设计，结构设计
换热器热力计算方法主要有平均温差法，传热单元法
35.高温换热器在使用中出现的故障主要有烧坏，泄露，堵塞，腐蚀，参数达不到设计要求等问题。主要原因如下：1）设计原始数据不正确2）设计不当3）制造缺陷4）操作不当
36.余热锅炉：是利用高温烟气，工艺气或产品的余热，以产生蒸汽或热水的换热设备。
余热锅炉的特点：1）如果余热锅炉回收的蒸汽是为了一般的供热需要，则不要要求太高的蒸汽压力，是以回收尽可能多的热量为目标2）余热锅炉产生的蒸汽量取决于前部设备的生产工艺，不能随用户的需要而变动3）余热锅炉容量的确定，要考虑到生产工艺的周期性，最大，最小烟气流量以及相应的温度变化规律。4）余热锅炉的工作温度较低，对相同蒸发量的锅炉而言，所需传热面积比工业锅炉大。
5）根据烟气的不同特性，需要采取相应的措施6）防止排烟温度低于露点温度，以免产生低温腐蚀7）对含尘量大的烟气应采取适当的预防磨损的措施。
37．热管换热器：利用热管导热能力强，传热量大的特点，以多根热管作为中间传热元件，实现冷热流体之间换热的设备叫热管换热器。38.热管的工作极限：1）声速限：声速限实际上就是热管中蒸汽流动出现了阻塞而造成的传递限制。2）携带限：热管内蒸汽与工作液体的流向相

反，在流动时相互接触。如果二者的相对流速增加到某一程度吸液芯中的液体会被蒸汽流带走，是冷凝液返回量减少，从而造成蒸发段液体干枯，使蒸发量减少，因此，限制了热管传送的热量，这种限制称为携带极限。3）毛细管力限：热负荷过大时，毛细管力不足以克服阻力，液体无法及时回流到蒸发段而产生干涸和过热现象，使热管不能正常工作。4）沸腾限：在外界热负荷升高到超过毛细管力后，会在吸液芯中出现旺盛的泡沫沸腾现象。气泡堵塞住整个毛细孔隙而形成蒸汽层，阻碍了凝结液的流通，使气化段的吸液芯中工作液中断，导致热管在该处温度升高而破坏甚至会使热管停止工作。
39.热管换热器的特点：1）传热性能高。尤其对气气热管换热器，更能显出它的优点。2）传热平均温差大。冷热流体的通道布置方便，流向可以布置成单纯的逆流形式。3）结构紧凑：除上述特点可使换热器做得紧凑外，每根热管的传热能力也大，可以用较少的热管数目保证热量的传递。4）布置灵活：热管可以作为通用的传热元件，对于传热量要求不同的换热器，可以用改变热管根数的方法进行任意组合。5）工作安全可靠：每根热管是独立的传热元件，即使其中一根发生故障，也不影响整个换热器的正常工作，在检修时可以单独进行更换。
40.能源管理的具体内容包括：1）建立能源管理体系2）搞好能源综合平衡3）搞好节能技术措施项目的管理4）加强燃料及二次能源的管理5）加强计量监督6）加强能源的经济管理7）合理组织生产，有效利用能源
节能按性质可分为：1）技术节能2）工艺节能3）管理节能4）结构节能。