课件第5章 节能与能源系统工程

热 泵 型 热 水 器
• 2.热管 • A traditional heat pipe is a hollow cylinder filled with a vaporizable liquid. A. Heat is absorbed in the evaporating section. • B. Fluid boils to vapor phase. • C. Heat is released from the upper part of cylinder to the environment; vapor condenses to liquid phase. • D. Liquid returns by gravity to the lower part of cylinder (evaporating section).
• 我国节约能源法中节能的定义：节能 “是指加强用能管理，采取技术上可行、 经济上合理以及环境和社会可以接受的 措施，减少从能源生产到消费各个环节 中的损失和浪费，更加有效、合理地利 用能源”。
二、节能的重要意义 • 节能可促进增产 –搞好节能，可以在供应同样数量能源 的条件下、生产更多的产品。在能源 成为国民经济发展的制约因素的情况 下，以节能求增产的意义更为突出。
第五章 节能与能源系统工程
节能概述 节约热能 节约煤炭 节约用油 节约用电 能源系统工程
第一节
一、节能的定义 • 节能就是“少用能源”，限制能源的使用 量？ • 节能：是指节约能源消费，即从能源生产 开始，一直到最终消费为止，在开采、运 输、加工、转换、使用等各个环节上都要 减少损失和浪费，提高其有效利用程度。
Fuel
Generator
Air
Bank of Heat Pipes
Exhaust
The first section is located in the incoming air stream. When warm air passes over the heat pipes, the refrigerant vaporizes, carrying heat to the second section of heat pipes, placed downstream. Because some heat has been removed from the air before encountering the evaporator coil, the incoming air stream section is called the precool heat pipe.
• 三、我国节约能源法及节能策略 • 我国1997年11月1日第八届全国人大 常委会第28次会议通过，1998年1月 1日起正式施行《中华人民共和国节 约能源法》，首次将节能赋予法律 地位。节约能源法共6章50条，内容 涉及节能管理、能源的合理使用、 促进节能技术进步、法律责任等。
四、节能技术 • 1）推广热电联产、集中供热，提高热电 机组的利用率，发展热能梯级利用技术， 热、电、冷联产技术和热、电、煤气三 联供技术，提高热能综合利用率； • 2）逐步实现电动机、风机、泵类设备和 系统的经济运行，发展电机调速节电和 电力电子节电技术，开发、生产、推广 质优价廉的节能器材，提高电能利用效 率。
• 3.能源消费系数 • 除了用上述能源利用效率来衡量能量利用的技 术水平和经济性外，通常还用所谓“能源消费 系数”来评价能源利用的优劣。 • 能源消费系数是指某一年或某一个时期，为实 现国民经济产值，平均消耗的能源量，其表达 式为
E 能源消费系数 M
• 能源消费系数是一个从整个社会经济效益去考 察能源有效利用的指标。
• 六、节能的组织、管理措施 • 1.直接节能 • 提高用能设备的能源利用效率，直 接减小能耗和能源消费系数，通常 将这种方法称之为技术节能； • 采用新工艺以降低某产品的有效能 耗，称之为工艺节能。
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2.间接节能 加强组织管理，通过各种途径减少原材 料消耗，提高产品质量等，以减少间接 能耗，称之为间接节能； 调整工业结构和产品构成，发展耗能少 的产业，以降低E/M值，称为结构节能。
空气源热泵
• 热泵本身并不是自然能源，但从输出可 用能的角度看，它又起到了能源的作用， 所以有人又称它为“特殊能源”。 • 它可节约电能，与直接用电取暖相比， 采用热泵可节电80％以上。 • 采用热泵还可节约燃料，若生产和生活 中需要100℃以下的热量，采用热泵比直 接采用锅炉供热可节约燃料50％。
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六、采用新的节能设备和节能技术 热泵 热管 空冷技术 强化传热技术 新型保温材料
• 1.热泵 • 一种使热量由低温物体转移到高温物体 的能量利用装置 ，它可从环境中提取热 量用于供热 • 热泵的供热量来自两部分：一部分是从 低温热源传到高温热源的热量，另一部 分热量则由机械能转换而来。 • 地下水、土壤、室外大气、江河湖泊都 可作为热泵的低温热源，其供热则可用 于房间采暖、热水供应、游泳池水加热 等。
• 由此可见，节能的意义绝不限于维持能 源的供需平衡，更不是弥补能源缺口的 权宜之计。 • 节能对整个国民经济的发展，技术的进 步，保护自然资源和环境，都具有深远 的战略意义。因此，节约能源已经成为 我国的长期国策。
• 自十三届四中全会以来，在党中央、国 务院关于“资源开发与节约并举，把节 约放在首位”的方针指引下，我国节能 工作取得了显著成绩。 • 每万元国内生产总值能耗由1989年的 5.52t标准煤下降到2001年的2.65t标准 煤，共节约和少用能源9×108t标准煤。
• 2.热能的能级 • 对于热能其能级φ可用下式计算
T0 1 T
式中，T——载能物质（热源）的绝对温度，K; T0——环境的绝对温度，K。
–热能的能级绝不能等于1
–在环境温度不变的情况下，提高载热 物质的温度T，就能提高热能的品质。
• 四、按质使用热能 • 1.典型热能浪费的现象 • 把高参数(品质)的蒸汽经过节流过程降为 低参数(品质)的蒸汽来使用 ，造成了严 重的能量Ex损失 • 利用燃料燃烧直接对房屋供暖 ,造成优质 能源的浪费 • 介质节流降压和摩擦扰流 ,有温差传热等， 不可逆过程引起的Ex损失
• 从广义上讲，凡是温度比环境温度高的 排气和待冷物料所包含的热量都属于余 热。 –各种冶炼炉窖、加热炉、燃气轮机、 内燃机等排出的高温烟气余热 –可染废气、废液、废料的余热 –高温产品和余渣的余热 –需要冷却的设备中冷却介质带走的热 量 –各种热化学反应释放的热量 –热电厂供热后的废气废水的余热等
• 节能有利于保护自然资源 –节约能源，减轻能源需求对能源开发 的压力，可延长矿物能源资源使用年 限，为子孙后代多保存一些矿物能源。 –开展农村节能工作，有利于保持大自 然的生态平衡。
• 节能有利于环境保护 –随着节能工作的深入开展，这些污染 物，特别是由于加工使用不当而派出 的恶性污染物将明显减少，有利于环 境保护。
• 根据热管的工作范围，可以将热管分为 低温热管、常温热管、中温热管和高温 热管。 • 对不同温度的热管应选用不同的工作液， 如对低温热管可选用制冷剂作工作液， 对常温和中温热管可选用水，对高温热 管可选用液态金属钠。
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热管的优点 热传输能力特强 良好的等温性 热流方向可逆 热流密度可调 形式多样，灵活
• 要合理利用和节约热能，必须根据用户 需要按质提供热能，做到热能供需不仅 在数量上相等，而且在质量上相匹配， 从而达到“热尽其用”。
• 五、余热回收和利用 • 1.余热资源 • 余热属二次能源，是一次能源(煤炭、 石油、天然气)和可燃化石原料转换后 的产物，也是燃料燃烧过程中所发出 的热量在完成某一工艺过程后所剩余 的热量。
• 热管的应用 • 广泛应用于余热回收，主要用作空气预 热器、热水锅炉和利用皮热加热生活用 水； • 此外在电子器件冷却、均温炉、太阳能 集热器、航天技术方面热管也有众多应 用。 • 在农业上热管地热温室、热管融雪也取 得了很好的效益
Heat Recovery System in Gas Turbine
• 三、热能的品质 • 1.热力学第二定律 • 能量不仅有量的区别还有质的区别。机械能是 一切能量形态中品质最高的一种。 • 热能只有一部分可以转化为机械能，其余部分 则以热的形式传给了周围环境。这一部分热量 不能转换为机械能。 • 对热能或任何能量而言，都有Ex（ Exergie ） 和An (Anergie)两部分。 • 能量“质”的高低用能级φ来表示，能级就是
• 节能可以增加积累 –节能可以减少能源费用，从而降低成 本，增加利润，增加积累，为扩大再 生产创造条件。 –我国工业生产中，能源费用约占总产 值的8~9%，在钢铁、氮肥等能源密 集型工业中，能源及其运输费用，要 占到成本的30~70%。因此，节能是 这些企业降低成本、增加利润、加速 发展的重要手段。
• 节能可以促进技术进步 –节能必须依靠技术进步。同时节能又 给予技术进步以巨大的推动力。在许 多国家，尤其是缺能国家，节能已经 成为推动技术进步的重要因素。 –能源产值率或单位产值能耗：衡量一 个国家技术发展程度的重要指标。
• 节能有利于缓解运输紧张状态 –能源是大宗运输物资，我国煤的运输 量占铁路总货运量的40%以上，个别 铁路干线占70%。我国运输紧张也是 发展国民经济的制约因素。节能有助 于减少能源运输量。在另一方面，发 展煤炭洗选加工和综合利用，建立综 合经营的能源基地，也有利于缓和运 输紧张的状态。
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按系统工程的原理，实现整个企业或地 区用能系统的热能、机械能、电能、余 热和余压全面综合利用，使能源利用最 优化； 大力开发研究节能新技术，如高效清洁 的燃烧技术、高温燃气透平、高温磁流 体发电、高效小温差换热设备、热泵技 术、热管技术及低品质能源Leabharlann Baidu力转换系 统等。
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作为节约高质量化石燃料的一个有效途 径，把太阳能、地热能、海洋能等低品 质低密度替代能源纳入节能技术，因地 制宜地加以开发和利用。
第二节
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一、热能的主要用途 发电和拖动（动力用户） 工艺过程加热（热力用户） 采暖和空调（生活用户）
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二、热能参数的级别 高温高压热能（500℃以上，3.0～ 10MPa）通常用于发电 中温中压热能（150～300℃， 4.0MPa以下）大量用于加热、干燥、 蒸发、蒸馏、洗涤等工艺过程，少数用 于汽力拖动. 低温低压热能（150℃、0.6MPa以下） 主要用于采暖、热水、制冷、空调等。
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2.余热利用的途径 热的直接利用 发电 综合利用
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余热发电 • 利用余热锅炉产生蒸汽，推动汽轮发 电机组发电； • 以高温余热作为燃气轮机的热源，利 用燃气轮发电机组发电； • 如余热温度较低，可利用低沸点工质 来达到发电的目的。
• 余热的综合利用：是根据工业余热温度 的高低，采用不同的利用方法，以达到 “热尽其用”的目的。
Ex/ Ex An
• 能量中Ex和An所占的比重是同环境有联 系的 ,事实上，载能物质的Ex就是在其达 到与环境平衡过程中所能做出的最大有 效功 • 载能物质与环境的差异越大，它所携带 的能量中Ex的比重也越大。当载能物质 与环境取得平衡后，这种差异就不再存 在，此时载能物质的Ex为零，因而其能 级也为零。 • 因此Ex实质上是一切实际热力过程得以 进行的动力。
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3.节能的组织和管理措施 调整工业结构 合理布局工业 合理使用能源 多种能源互补，综合利用 进行企业改造、设备更新及工艺改革 改善企业的能源管理
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4.技术和工艺节能的途径 提高能量传递和转换设备的效率，减少 转换的次数和传递的距离； 在热力学原则指导下，从能量的数量和 质量两方面分析，计算能量的需求和评 价能源使用方案，按能量的品质合理石 油能源，尽可能防止高品质能量降级使 用；
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3）发展和推广适合国内煤种的流化床 燃烧、无烟燃烧和汽化、液化等洁净煤 技术，提高煤炭的利用效率； 4）发展和推广其他在节能工作中证明 技术成熟、效益显著的通用节能技术。
• 五、衡量能源利用技术水平和经济性的 指标 • 能源的利用效率——能源的利用效率是 衡量利用技术水平和经济性的一项综合 性指标，它给出了能源中具有的能量被 有效利用的程度。 – 按产品能耗计算法 – 按部门能耗计算法 – 按能量使用的用途计算法 – 按能量开发到利用的计算法