節(jié)能原理與技術

節(jié)能原理與技術中國礦業(yè)大學機電學院動力工程系韓東太CUMT課程性質目的和任務本課程是面向熱能與動力工程專業(yè)本科生的一門綜合選修課。它主要包括：熱力發(fā)電和供熱中的基本原理技術（如熱電聯(lián)產(chǎn)、燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)、熱泵供熱等）、火力發(fā)電和供熱的節(jié)能技術（如發(fā)電廠熱力系統(tǒng)節(jié)能理論、熱管技術、泵與風機節(jié)能技術等）及新能源的開發(fā)利用，是能源工作的重要基礎知識。通過本課程的學習，了解和掌握火力發(fā)電和供熱各種型式的基本原理、特點與發(fā)展前景、常規(guī)火力發(fā)電與供熱過程的節(jié)能方法和新能源的發(fā)展狀況，拓寬學生的知識面，為培養(yǎng)科研人員和高級工程技術人才奠定基礎。參考書目陳聽寬等，節(jié)能原理與技術，機械工業(yè)出版社李崇祥等，《節(jié)能原理與技術》，西安，西安交通大學出版社周鴻昌編著，《能源與節(jié)能技術》，上海，同濟大學出版社林萬超著，《火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能原理》，西安，西安交通大學出版社

一、總論世界和我國能源消費及資源狀況能源的分類和利用熱能轉換與利用中的節(jié)能技術可再生能源我國的節(jié)能政源現(xiàn)況總結（節(jié)能的意義）2004年底石油(億噸)煤(億噸)天然氣(萬億立方米)中國23(1.4%)1145(12.6%)2.23(1.2%)世界1642.89087.3185.8世界和我國能源剩余可開采量1、世界及我國能源消費及資源狀況我國GDP增長率隨能耗變化趨勢1、世界和我國能源消費及資源狀況潛在的能源危機誘因：后果：經(jīng)濟又進入一個快速發(fā)展期能源建設滯后于經(jīng)濟發(fā)展2002年12個省級電網(wǎng)拉閘限電；2003年23個省級電網(wǎng)拉閘限電；2004年24個省級電網(wǎng)拉閘限電。能源利用率低1、世界和我國能源消費及資源狀況世界主要經(jīng)濟國家能源利用率世界主要國家能源利用經(jīng)濟效率世界平均水平是中國的2.6倍日本是中國的6.1倍1、世界和我國能源消費及資源狀況能源的分類能源的分類按能源性質分按來源來分核能(裂變和聚變1kgU235裂變相當于2000toe)和地熱能

太陽輻射能(6×1017kW·h/a)潮汐能一次能源二次能源再生能源不可再生能源燃料能源:礦石\化工\生物非燃料能源:利用機械能\熱能能源本身特征含能體能源/可儲存（水庫）過程性能源/不可儲存（流水）按能源污染程度清潔能源/太陽能，風能非清潔能源/煤炭石油2、能源的分類和利用能源的轉換和利用

能源評價的技術指標能流密度：就是在一定空間或面積內，從某種能源實際所能得到的能量或功率，太陽能100W/m2；開發(fā)費用和設備價格；存儲可能性與供能連續(xù)性；運輸費用與損耗；對環(huán)境的污染；儲藏量；能源品位。2、能源的分類和利用3、熱能轉換與利用中的節(jié)能技術3.1工業(yè)鍋爐提高熱效率的有效途徑3.2余熱利用3.3熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱3.4燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)3.5清潔、高效新型燃料3.1工業(yè)鍋爐提高熱效率的有效途徑3.1.1燃煤鏈條鍋爐存在問題：因q2

和q4高，熱效率低，一般７０％；污染嚴重。措施:(燃燒無煙煤鏈條鍋爐)合理布置前后拱，及時著火，提高燃燼；合理配風，控制過量空氣系數(shù)，熱風；二次風。3.1.2循環(huán)流化床（CFB）鍋爐*存在問題：鍋爐熱效率比煤粉爐低,大約85%;主要原因是飛灰含碳量高，大約達25%。*措施：設計時選擇合適的流化氣速，爐膛高度，保證煤顆粒在爐內獲得充足的停留時間；保持床層和爐膛950℃以上的高溫，以提高飛灰燃盡率;

要正確設計燃料破碎系統(tǒng),減少飛灰份額;選擇一個高效的分離器。3.1.3油、氣鍋爐

對于油爐：由于先進的燃燒器和成熟的本體設計，柴油燃盡率和排煙溫度都可控制到理想程度，故油爐提高熱效率已沒有多少余地。但重油還有余地。如果本體設計有缺陷，排煙溫度過高，可根據(jù)燃燒器背壓余量布置熱管省煤器。對于氣爐：大量水蒸氣攜帶著可觀的汽化潛熱離開鍋爐。這部分熱量約占天然氣低位發(fā)熱量的14%。它等于燃料高低位發(fā)熱量之差。盡可能多地通過鍋爐受熱面或特殊換熱器把排煙中的水蒸氣凝結下來，回收其熱量，就能較大幅度地提高鍋爐熱效率。

重油滋燃燒貨技術目的胃：提章高霧室化質柴量，釣降低q4和顆挨粒物邊排放霧化雨技術:轉杯儲霧化偽和氣憂泡霧命化降低識黏度:預熱撐或摻狀適量妖輕油摻水休燃燒:合理胳摻水吃率可侵降低q4和煙凝氣黑霜度轉杯仍霧化亡技術65遞00價/m榆in高速寧旋轉穩(wěn)的轉罪杯--誰--離心腎力作請用導享致油即膜越向來越喝薄高壓(由高旁速旋暫轉葉歡片升拴壓至刑１00永0m閑mH2O以上裝，風架速達10阻0m可/s叼)的一徑次風(風量弄的10劉%)把薄菊油膜亮粉碎師至幾蒜十微岸米顆虹粒。氣泡晉霧化梢噴嘴隙技術氣泡麥霧化我噴嘴冒技術脖是用買氣泡宋作為自霧化駱的動它力，增利用燃氣泡奴的循產(chǎn)生災、運果動、泥變形知直到汁出口旱爆破蒼來產(chǎn)活非常宴細小航的液哀霧。主要踏特點煙為:（1）液處霧顆健粒粒疤度小(平均志直徑MD鳥≤4滔0μ貸m)，尺險寸分咬布均怖勻(尺寸禿分布餓指數(shù)N>今2)；（2）霧化臣效果翼基本話不受銜燃油匠粘度其大小造的影殘響,粘度卵使用查范圍峰寬，??；（3）燃雷燒完村全，乏不冒倡黑煙,燃燒紫效率晨達99費.5帥%以上洋，燃戰(zhàn)燒產(chǎn)線物中占污染片物低凈于國額家環(huán)樹保局扛規(guī)定滴的各作項指云標；（4）燃割燒器線不結昨焦、沿不堵校塞；（5）火誓焰剛厭性強兵，噴賞射速曾度高蠢；（6）霧懷化效師果不延隨流中量大或小影此響，紹流量釋調節(jié)胸比大螺，可檔達1:哨5冷凝揮式鍋啦爐將排拒煙溫續(xù)度降蔽到足帶夠低孟，以扔使煙繞氣中橡的水飯蒸氣腦凝結糞下來飽，凝涌結水瀉的汽岔化潛旬熱得糧以回圣收利潤用。根據(jù)嫁陜北條天然爹氣的當定量豪計算蜂可得假，每慎凝結10幣%的水診，鍋頓爐熱肉效率善可提然高約1.女2%。冷凝雕式鍋休爐分懂為接鐵觸式疏和非念接觸平式兩皇種。冷凝懇式鍋男爐的怕腐蝕憤問題牛及其澡對策嚴。3.割2余熱鋸利用3.頸2.波1余熱勺資源3.佳2.升2余熱雞利用講方式3.籍2.戶3熱管碑和熱椒泵技男術3.體2.振4熱能恥的貯仆存系濕統(tǒng)3.拿2.盜1余熱岔資源余熱域資源掠屬于舌二次悠能源賞。衡量僵余熱昌資源飄不僅黨要看千數(shù)量蹦，還袍要看倘質量族。按余隆熱溫眉度范隆圍可吼分：亂高溫于余熱挨（≥5宣00訊℃）；懸中溫昂余熱勇（25績0～50加0℃）；驚低溫輔余熱昏（≤2宿50配℃）3.正2.木2余熱縫利用缸方式直接落利用（1）預旱熱空墳氣或樂煤氣（2）預清熱或敢干燥勇物料（3）生企產(chǎn)蒸圾汽或煙熱水（3）余懼熱制蛋冷，搶作為帶吸收梯式制蜘冷機告的熱漲源余熱伐發(fā)電（1）利量用余獅熱鍋煉爐產(chǎn)庭生蒸悅汽，描按凝崇汽式鹿機組撈循環(huán)或樣背壓跨式供筋熱機感組循待環(huán)發(fā)叫電（2）以牽高溫約余熱艱作為芒燃氣藍輪機慘工質耕的熱鍬源（3）采知用低肉沸點豈工質堵回收傳中低精溫余帳熱3.昂2.宋3熱管督換熱虹器鋼水墊熱管老的特比點：稈很高擦的傳壇熱能芹力；究很強渠的熱趟流密犬度變惱換能悲力；兔傳熱壟效率茅高；常工作盞可靠射等。余熱提回收崇中的輛應用毒舉例亮：（1）熱朽管開稀水器（2）熱腹管空凳氣預除熱器卻或熱戶管省慢煤器3.排2.愉4熱能行的貯辮存系挺統(tǒng)對蒸繡汽能枝量進納行貯毛存的盯設備漂稱為夸蓄熱違器?？輰嵱靡旱男钤顭崞髟缡且詾鯚崴鳛槿陛d熱貸體，突將熱聽能貯選存在都高壓嚴飽和織熱水張中，幅然后友利用惱降壓唯閃蒸帶產(chǎn)生綿蒸汽標。變壓答式蓄傘熱器論：工澤作壓屋力0.址5～2.析0M霜Pa；工作蜓溫度20香0～30陣0℃針對蔥許多賽工業(yè)右部門腫（例寧如造湯紙、歪印染腦、食愈品、類化工瘡、橡遍膠等防）的射用汽晃設備鍛對蒸譯汽的抖需用斜量往良往是戲不均祝衡的罪，波愉動很演大，賣因此倉供汽亮鍋爐控負荷頸也會至變動驚，蒸產(chǎn)汽壓艙不穩(wěn)炸，造彈成鍋凍爐工沒況不祥穩(wěn)，碰效率毀下降孝，則肢最適紛用與絹采用肚蓄熱你器。設置鬧蓄熱挪器后劉，其卵經(jīng)濟倆效益稱的大雕小是平取決選于用術汽負握荷波掩動的爆幅度諒及頻昆繁程盈度。3.抖2.馳5蓄冷騙技術意義岔：移峰暑填谷扯，節(jié)份電省少錢所謂蛇蓄冷稻就是稱讓制垃冷機俯組在遲電力腫負荷學低谷派期運享行，定所產(chǎn)六生的鳴冷量偉儲存易起來腐，在左需要蟻時才懸將冷恢量釋牌放出舊，滿因足生娃產(chǎn)和織生活驢用冷扶的需疊求。冰蓄歉冷：水蓄團冷系橋統(tǒng)就淹是利謹用水獵的顯湊熱來后儲存唯冷量煙，水釘經(jīng)冷享水機訴組冷龍卻后虹儲存竭于蓄稱冷罐拼中用感于次循日冷即量供淺應。侍蓄冷有量的齡大小掛取決角于蓄細冷罐死容積桿和蓄唇冷溫淚差。牢所謂慎蓄冷惹溫差鈔是指蘇負荷拔回流霞水與耽蓄冷忠罐供驢冷水盾之間璃的溫亦度差客。水蓄政冷：冰蓄現(xiàn)冷就保是將語水制釋成冰屆，利垮用水耗的相糧變潛謎熱進跪行冷植量的櫻儲存紡。由這于冰貌蓄冷攝除了寨可以合利用河一定堂溫差嗓的水鈴顯熱徐外，舅主要曠利用甩的是33浸5k恭J/抬kg的相鍵變潛遞熱。橡因此男，與覽水蓄逼冷相避比，窯儲存饒同樣雜多冷桿量，量冰蓄牽冷所螺需的面體積著比水翅蓄冷溉的體略積小忙得多帥。3.坑2.伴6載熱抱體加抬熱爐優(yōu)勢:高溫語低壓揚，不色用水屈處理?。惠d熱逐體介施質：船礦物粘油，韻鹽；運行排注意悲點：具介質熄析碳羅，受趙熱面碧結焦炊（例饅）隔運行士時要散監(jiān)控腐盤管鼠進出輔口壓睜差和活溫度.此外檢，礦綢物油踩要過靜濾和躲補充頂．3.叮3熱電欄聯(lián)產(chǎn)叼和集補中供仗熱目的披：提任高能泡源利郵用率賽，達栽到CO2減排遷。國家亮規(guī)定5萬kW以下疼小型獸火電辰機組墊要關派閉；徹但熱楚電聯(lián)銹產(chǎn)可霜以上陵（只喊要總四效率撞大于45海%，熱厲電比撕大于1）。氧改造搭或新猶建可欲選擇CF嚇B鍋爐集中營供熱場：可瞎選擇鳥大容落量高介效率設的鍋族爐替則代眾杯多低辱效高揉污染天的小沿型鍋肚爐。在熱饑電聯(lián)瘦產(chǎn)的她建設統(tǒng)中，唐從以下燃煤體為主菊的熱撓電廠公向燃下氣的輛熱、投電、似氣三蚊聯(lián)供料熱電僑廠發(fā)寇展；串分布印式熱將電冷悶聯(lián)產(chǎn)獸也得紛到迅雞猛發(fā)徑展。熱、吩電、揚煤氣照三聯(lián)介供屠（整島體煤紀氣化視聯(lián)合禾循環(huán)煎）冷熱抵電聯(lián)墓產(chǎn)(C被CH碗P)是一紗種建陷立在鼓能量魂梯級下利用儀概念倚基礎坡上,通過詞能量奶梯級談利用塔原理,使鍋請爐(或其衣他熱喪工設雹備)產(chǎn)生充的具啄有高救品位貓的熱婚能蒸沿汽通肆過汽次輪機瀉發(fā)電,同時縣冬季氏利用披燃汽剖輪機蓋抽汽也或排蘿汽向不用戶圍供熱,夏季白利用齒吸收畜式制妨冷機羨向用領戶供旗冷以岸及全唉年提渠供衛(wèi)散生熱持水或完其它咳用途鋒的熱合能的紛一體援化多吧聯(lián)產(chǎn)疊系統(tǒng)救。冷熱款電聯(lián)陜產(chǎn)系棕統(tǒng)是以雞下系紛統(tǒng)的資集成:發(fā)電根設備前、熱稀工系陡統(tǒng)、長鍋爐芹或蓄捎熱系述統(tǒng)、疲通風/室內遮空氣膏品質狼系統(tǒng)腳以及寒建筑龜控制司和系勝統(tǒng)集糊成技葉術。冷熱忘電聯(lián)險產(chǎn)(1設)發(fā)展CC堅HP系統(tǒng)肌有助特于提培高能前源利謹用率CC汽HP系統(tǒng)齡可大械幅度牽提高非能源膨利用步率,其能源綜擋合利婚用率更可達賭到80半%～90初%。(2粉)發(fā)展CC沿HP系統(tǒng)忍有助股于環(huán)宇境的障保護CC易HP系統(tǒng)CO2排放蓬僅為橫傳統(tǒng)懲能源夕系統(tǒng)孩的30齒%～50賓%。(3經(jīng))發(fā)展CC丑HP系統(tǒng)謊有助召于緩差解電綿力高燈峰負洲荷(4的)發(fā)展CC泉HP系統(tǒng)租可以熄提高晉供電投安全景性冷熱扯電聯(lián)制產(chǎn)3.驅4燃氣—蒸汽松聯(lián)合墳循環(huán)燃氣—蒸汽宏聯(lián)合谷循環(huán)壩利用廚了燃陰氣側汗高溫美吸熱成和蒸敬汽側崇低溫本放熱鴉的特劣點,使得甚聯(lián)合靈動力筑裝置傲的總券效率岡比常描規(guī)的尖高參牽數(shù)純抵蒸汽豬動力肉裝置且的效拘率(最高臨約為40撥%)高得將多。由于椅聯(lián)合鉆循環(huán)攻熱效剖率達55慣%和天遣然氣場中含桑有大霸約25沫%(重量冶比)的氫詞氣這西兩個床因素道，使示得天堤然氣鈔聯(lián)合恒循環(huán)劇發(fā)電這廠單械位發(fā)它電量舊所產(chǎn)蕉生的湯溫室去氣體CO2減小島了50％。整體釣煤氣背化聯(lián)尖合循吊環(huán)（IG妙CC葉-I思nt晴eg畏ra跪te蹦d麻Ga丑si爪fi藥ca陜ti具onCo離mb布in怪ed勸C深yc社le）發(fā)電神系統(tǒng)碎，是跑將煤病氣化悔技術沸和高顯效的饅聯(lián)合樹循環(huán)河相結順合的骨先進預動力旦系統(tǒng)捕。它能由兩言大部個分組蠅成，飾即煤下的氣噸化與巡壽凈化搭部分愁和燃階氣-蒸汽言聯(lián)合幟循環(huán)兇發(fā)電注部分貼。3.滿5清潔臥、高蒼效新矮型燃嚴料清潔相燃料況型二雀甲醚甲醇似及醇票醚燃非料清潔也燃料終型二憲甲醚二甲駛醚簡劉稱DM擇E饑(Di撈me吃th彼yEt接he怨r)槽,DM鳴E在常倦溫常饅壓下穴為無匹色無赤味氣臺體。飲因其誕良好泄的理宣化性柿質,可廣火泛地轉應用壺于化祖工、左日化燙、醫(yī)診藥和滑制冷龜?shù)刃薪j業(yè)。始近幾掌年更撇因其開燃燒得性能柔好、瓣清潔蓬、辛便烷值淚高、憑動力咳性能宰好污很染少斧等特恩性,用于斤車用棒替代晚燃料,具有篩天然般氣、門甲醇播、丙琴烷、區(qū)丁烷梯、柴則油等揪不可糾比擬信的綜略合優(yōu)間勢。甲醇恰及醇標醚燃村料甲醇西及醇址醚燃惱原料穿來源任豐富浸，有唯害排號放物陜少，遙機動爆好，肚正在描逐步剖進入惹現(xiàn)有糾的車墨用燃底料市撤場。甲醇普可由戀合成淺氣合唉成，朗煤炭禾、石恰油、縱天然摟氣、籮沼氣萬、生菌物質法等均開可轉鋪化為螺合成身氣，左因此璃，甲尊醇原牛料來在源十減分廣母泛。乏甲醇攔可由雀Ｃ增Ｏ2＋Ｈ2合成廟，在筆使用圾時，猾又可悟利用虹發(fā)動草機余為熱重易整為盆ＣＯ2＋Ｈ2。利邁用核湯能或農(nóng)太陽繞能，救二氧弄化碳慕和氫民氣合后成為糧甲醇懸，在饑發(fā)動忌機中射，甲鉆醇先戒重整耗為二乓氧化晴碳和攀氫氣點，氫鐘氣可析以作導為發(fā)世動機黨的燃放料。甲醇田的抗家爆震掛性能膛好，桌其辛荒烷值聾超過11點0，甲瘋醇可心以部蠢分地于代替爺芳烴刃作為忍汽油翅的辛符烷值份增進叉劑，侄從而湖降低獄汽油妨中芳辭烴的燭含量考。4.可再崇生能禮源4.耀1太陽劇能4.揮2地熱遮能4.鋪3海洋眼能4.纖4沼氣4.麻1太陽倍能及兔其利義用方限式目前嚇對太績陽能撞的利忽用主棵要是離通過峰兩條秧途徑:光熱罷利用程和光漢電利切用。光熱鄙利用包括隨太陽壞能熱鄉(xiāng)豐水器粉和熱晨水工內程以輝及太狹陽能狠的吸呈附式制制冷如等。光電乳利用現(xiàn)階筆段主陳要是隱直接捏利用,即采毅用太栗陽能持電池鼓進行拿光電齒的直屋接轉發(fā)換。利用祖太陽顆能加設熱工珍質,驅動恩熱力鍬機械遙循環(huán)扛做功括發(fā)電,是太枕陽能劑光電肺轉換相的第某二種籮方式腸。4.鄰2地熱斃能利糕用方諸式直接偽利用疏溫泉謹或熱蟲水井溪的熱補水供浴溫室播或供騙暖用建立謊地熱德電站仙轉換炭成電每能（1）利有用干路燥的細過熱座蒸汽醬和高煌溫水壁發(fā)電（2）利崖用中真等溫魄度（10缸0℃）水喚通過屢雙流挑體循飛環(huán)發(fā)垃電設舊備發(fā)明電4.錘3海洋固能海洋束能指依甩附在較海水步中的夫可再怪生能鉆源，放海洋啞通過卡各種絡物理爐過程兆接收繩、儲插存和字散發(fā)陣能量起，這誤些能顫量以承潮汐并、波炭浪、測溫度務差、茅鹽度航梯度么、海憲流等笛形式燙存在網(wǎng)于海塘洋之每中。海水衣溫差煩能是熱孕能，顏低緯匆度的落海面裕水溫嗓較高鞋，與榮深層煩冷水載存在處溫度龍差，男而儲衫存著灰溫差獸熱能齊，其篩能量重與溫碗差的透大小駁和水爆量成樹正比澡。潮汐爬、潮榜流，暗海流鞏、波纖浪能都是資機械殘能。5、我翠國的絲式節(jié)能任政策握現(xiàn)況黨中釋央、棕國務芒院高糕度重筆視節(jié)笑能工殼作：胡錦德濤總漸書記瞞、溫視家寶暗總理駝多次用就節(jié)弄約能社源資桶源工眾作做柔出重獎要指枕示。國家抹對節(jié)原能工肝作的棚定位綁：黨的蛇十六撒屆五停中全討會提跑出把冊節(jié)約裳資源慶作為選基本誰國策附。確定亮國家臂節(jié)能觀指標嘉：“十尾一五馳”規(guī)寨劃《伴綱要猜》把飼“十距一五草”時縮慧期單何位GD住P能耗豆降低井20司％左匹右作吵為約屈束性惑指標緊。1.登我然國的染節(jié)能暈政策CN喜IS政府癥節(jié)能丈政策建立廊節(jié)能因激勵柿政策實施般嚴格好節(jié)能樓管理拌制度高耗展能產(chǎn)惹品淘戶汰制息度能效聯(lián)標識吉管理被制度稅收柳政策政府衡采購歐政策開展稅節(jié)能弟工程名及活美動資源雷節(jié)