节能技术热能部分

节能技术

——关于热能部分

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目录

第一节概述

第二节工程热力学——能量质量的节能

第三节关于量的节能理论

第四节节能的实施——关于技改

第五节节能的实施——关于优化运行

第六节结束语

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第一节概述

一.节能是一门科学

“国家节约能源法”新草案关于节能的定义是：

“加强管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗，减少损失，制止浪费，更加有效、合理的利用能源”。（1970年世界能源委员会）什么样是可行，什么样是合理，什么样是可承受，好像需要一个定量的尺度、限度。

我国老一代最德高望重的科学家严济慈老先生在上世纪六十年代说过：“所费多于所当费；所得少于所可得——就是浪费。”

这句话揭示了节能的本质问题，“当费”和“可得”点明了节能需要定性和定量的内涵，——这就是节能这门学科的核心。能源是万物运动的动力之源，因此这句话，甚至可以说是指明了：（节约能源这个）事物发展的方向和人类（依赖于能源）活动可能的范围。

节能技术是一门科学，有它完整的理论和规律，是研究能源利用完善程度的定性和定量分析的一个学科。

认为面对各行各业而无能为力的观点、对能源的浪费熟视无睹的状态、或者伪科学——都是不对的。

二. 节能的范畴和方向

节能的内涵，可以这样划分：

1. 从范畴分：有广义节能和狭义节能。广义节能，包括所有材料的节约，因为任何一种材料也都以消耗一定数量的能源而取得的；本课题是指“节能技术”，称为狭义节能，仅指各种能源、能量的节约，也包含材料制造过程中的能源、能量的节约。

2.能而称为量，就有数量和质量之分：显然需要节约能量的数量和质量，只有这两方面都节约了才能称为能量的利用完善了。严济慈老先生的“所费多于所当费”，就是指数量的节能；而“所得少于所可得”，就是指质量的节能——这就从本质上指明了完善的、全面的、而且是定量的节能方向。

三. 节能技术的理论体系

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理论是指导节能工作的基础：

节约能的质量——可得必得，是宏观节能，是系统节能。

理论基础是：“工程热力学”。

节约能的数量——当费则费，是微观节能，主要是设备节能。

理论基础是：“传热理论”、“燃烧理论”、“传质（干燥）理论”及其基础理

论（物理学、流体力学等）；

还有“工质特性理论”、“热机原理”等。其中，工质是以地球上最易取得、无害的水和空气为主的物质特性理论；热机主要是指，汽油机、柴油机、汽轮机等，

以热学、机械学、流体力学相结合的理论，本文重点介绍前三个基础理论。

注意：

1.把节能和热学、热力学紧密相连，是因为热学、热力学不仅只阐明了热能作为一种能源的本身的特性；而且自始至终，贯穿于热学的发展全过程，无论在深度和广度上，都紧扣能源节约这个核心，甚至还有斗争；这门学科既古老，又因为节能成为人类关注的焦点而生机勃勃，不紧跟甚至会很快会落伍，催人奋进。很有意义。

2.称为理论，但一点也不抽象，它无时不刻地在指导和影响着我们周边的生产、工作和生活。本文就以日常所见的生产、工作、生活为例，揭示节能的理论系统，展开课题，抛砖引玉，共同探讨深入。

第二节工程热力学——能量质量的节能

世界是运动的，运动就必然需要有推动力。热而称为力，显然，热力

学在某种意义上来说，是揭示自然界运动的规律、揭示事物发展的方向和揭示人类活动可能范围的一门科学。热力学的核心由热力学第零、第一、第二和第三四大定律组成。

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一．热力学第一定律

1. 热力学第一定律是在18世纪，瓦特发明蒸汽机后，人类发现自身可以有这么大的创造力，于是各种发明、创造风起云涌，其中包括占比例不小的各类永动机。大量的现象、问题放在科学家面前需要解释、需要正确引导；需要说明什么是功？什么是能？如何转换？有什么关系？于是热力学第一定律，即能量转换和守恒定律应运而生。热力学第一定律可以用一个很简单的公式表达：功=常数×热量即W=A×Q

它说明:

功和热都是能量；

能量必有它的由来，必然由其他能量转换而来；能量可以互相转换，转换前后是相等的，也就是说转换前后是平衡的；不同能量间的转换，只需乘上一个经理论和大量试验证明的系数，就可以相互换算，这个系数称为当量值。式中常数A就是功的当量值——功热当量。

第一定律指明了：第一类永动机，即不需要输入能量，就能连续作功或能连续产生某种能量，及其它伪科学的不可能性。

2. 热力学第一定律还可写为：

输入能量＝输出有用能量＋损失能量说明任何一个过程（从单台设备，到一个系统，一个企业，一个地域）在取得有效部分的同时，也必然伴随有某种能量或功的损耗，寻找这些损耗，就是节能和节能工作；

效率＝输出有用能量/输入能量 %；

能量的多次转换：总效率＝效率1×效率2×效率3×…；

研究这些等式的方法，就是热平衡和能量平衡方法——提高转换效

率的方法，或者减少损失的方法。尽可能提高有用能量和尽可能减少损失能量——就是节能——热力学第一定律指明了节约能量数量的方向。

3.应用举例：

各种设备、系统、企业的热平衡和能平衡工作。

越是大型设备越有可能做得更完善，转换效率越高。如集中供热、煤气化、坑口电站、大型发电站等。

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各种能量可以互相转换，转换过程也都存在效率问题：如：火力发电站、三峡水电站，核电站；其他新能源——风力发电、潮汐发电、太阳能发电、垃圾发电等等。

关于能源资源的节约：世界上的一切能源的来源都是太阳能，因此必

须关心不可再生能源和可再生能源问题。太阳能转化矿物质能——不可再生能源，诸如：煤炭、石油等，这是多少万年太阳能的积累。燃烧这些能源后产生二氧化碳，排入大气后，还造成温室效应，威胁人类的生存条件，必须限制和制定世界的公约；太阳能转化为生物质能——可再生能源，即生物质能源，如：作物秸秆、其他植物等，绿色植物生长过程中要吸收二氧化碳，因此国际社会公认燃用生物质能源作为二氧化碳的零排放。

可见节能和减排之间的关系密不可分。当然环境科学，又是一门专门的学科，不能一一。

可见热力学第一定律在这发面建立了不可磨灭的功勋。

二.热力学第二定律

热力学第一定律没有进一步说明：

能量的自生不可能，还有些那些不可能？

热能里的“温度”这一重要概念为什么没有出现，没有被描述；

能量有转换方向吗？高温到低温，低温到高温；热能到电能，电能到

热能都可逆吗？

功和热能完全等同描述吗？

功转变为热能，或热能变为热能的过程，可以用热力学第一定律的效

率来描述；那么热能转变为功，用热力学第一定律的效率来描述，为什么往往不如人意？

有序运动可方便的转变为分子无序的热运动，反之可以自由进行吗？

从瓦特发明热能到机械能的蒸汽机，推动了第一次工业革命；这时电

和它的机理，电和磁的关系也正在被很多科学家孜孜不倦、前赴后继地揭示出来，电加入到能量的大家庭，电能几乎无所不能。赶快发电吧，但发电又是一个怎么样的能量的转换过程呢？效率又可以多少呢？人类又将进入一个新的时代，当然又有大量问题摆在了人们面前。

技术发展的需要和人类认识的深入，产生了热力学第二定律：

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