節(jié)能原理與技術課件

節(jié)能原理2.1.1熱力系統(tǒng)定義：由某種邊界包圍，被取作研究對象的特定物質或空間。2.1.2熱力系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)：描述熱力系所處宏觀狀態(tài)各個物理量。狀態(tài)參數(shù)的特性——狀態(tài)的單值函數(shù)物理描述——與過程無關；數(shù)學描述——微分是全微分溫度、壓力、比容、焓、熵、火用2.1.3熱力過程熱力系由一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)所經(jīng)歷的全部狀態(tài)的集合2.1.4熱力循環(huán)蒸氣動力循環(huán)

朗肯循環(huán)再熱循環(huán)回熱循環(huán)2.1.4熱力循環(huán)內燃機循環(huán)定容加熱循環(huán)定壓加熱循環(huán)混合加熱循環(huán)2.1.4熱力循環(huán)燃氣輪機循環(huán)制冷循環(huán)2.1.4熱力循環(huán)2.2熱力學第一定律進入的能量E1=儲存能量的增量△E+離開的能量E2

閉口系能量方程

Q=△U+∫pdVq=△u+∫pdv可逆過程

穩(wěn)定流動系能量方程及應用2.2熱力學第一定律Q=△H+1/2m△cf2+mg△z+Ws=△H+Wt

q=△h+1/2△cf2+g△z+ws=△h+wt

Q=△H-∫Vdp

q=△h-∫vdp

可逆過程*

穩(wěn)定流動能量方程式的應用1.蒸汽輪機、汽輪機

流進系統(tǒng)：

流出系統(tǒng)：內部儲能增量：

0*

2、壓氣機，水泵類流入流出內增

=02、壓氣機，水泵類*

3、換熱器（鍋爐、加熱器等）(heat

exchanger:

boiler、heater)*

流入：流出：內增：

0若忽略動能差、位能差3、換熱器（鍋爐、加熱器等）*

4、管內流動流入：流出：內增：

02.3熱力學第二定律熱力學第二定律的幾種表述克勞修斯說法：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化。

開爾文說法:不可能從單一熱源取熱使之完全變成功而不產生其他影響。普朗克說法：不可能制造一個機器，使之在循環(huán)動作中把一重物升高，而同時使一熱源冷卻。熵增原理:孤立系統(tǒng)或絕熱系統(tǒng)的熵可以增大,不變,但絕對不會減少。熱力學第二定律告訴我們什么？

能量的轉換具有方向性和不可逆性！

2.卡諾定理熱效率卡諾定理1、在相同的高溫熱源和相同的低溫熱源之間的可逆熱機的熱效率恒高于不可逆熱機的熱效率2、在相同的高溫熱源個低溫熱源工作的可逆熱機有共同的熱效率，而與工質無關。3.熵增原理過程：克勞修斯不等式循環(huán)：克勞修斯積分不等式(絕熱)孤立系統(tǒng):熵增原理2.4

1.的基本概念熱力學第一定律:在任何能量轉換中，火用和火無的總量保持不變。熱力學第二定律:每種能量都是由火用和火無兩部分組成，且其中之一為零。

2.熱力系統(tǒng)火用的計算

2.熱力系統(tǒng)火用的計算(1)封閉系統(tǒng)火用的計算(1)封閉系統(tǒng)火用的計算從給定狀態(tài)到環(huán)境狀態(tài)積分封閉系統(tǒng)的火無等于:從狀態(tài)1可逆轉變到狀態(tài)2所能完成的最大功為:(2)穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)火用的計算工質從給定狀態(tài)以可逆方式轉變到環(huán)境狀態(tài),并且只與環(huán)境交換熱量時所做出的最大有用功由能量平衡方程式:相應的火無為:從狀態(tài)1可逆轉變到狀態(tài)2所能完成的最大功為:(3)理想氣體火用的計算利用理想氣體狀態(tài)方程也可以進行計算①溫度火用②壓力火用(3)燃料火用的計算燃料與氧氣完全燃燒反應后,以可逆方式轉變到完全平衡的環(huán)境狀態(tài)所能做出的最大功。標準燃料火用：1個大氣壓，25℃時的燃料火用燃料火用=標準燃料火用+物理顯火用（高溫高壓）應用朗特式簡單算法固體燃料化學火用液體燃料化學火用氣體燃料化學火用2.5合理利用能量的原則兩個指標：熱效率（數(shù)量損失）與火用效率（質量損失）計算方法：收益/代價目標：達到100%舉例說明：假設環(huán)境溫度為0℃，為使室內保持20℃，單位時間內需向室內供熱10kJ，如果采用電爐供暖，在沒有外部損失的情況下，比較熱泵和電爐的兩個效率？能量利用的經(jīng)濟指標能量品質動力循環(huán)制冷循環(huán)熱泵循環(huán)間壁換熱器熱效率(數(shù)量)火用效率(質量)電爐熱效率:電爐的火用效率:如果采用卡諾熱泵,卡諾熱效率:電爐的火用效率:三、能量平衡概述熱平衡設備熱平衡企業(yè)熱平衡火用平衡1、熱力學基本概念2.1概述能量平衡分兩大類:國家和地區(qū)的能量平衡;企業(yè)和設備的能量平衡:目的從收支平衡出發(fā)得出兩個指標:企業(yè)能量利用率和設備熱效率最終降低產品的兩大指標之一:成本輸入能量=有效利用能量+損失能量

能量平衡

3.1概述能量平衡分兩大類:國家和地區(qū)的能量平衡;企業(yè)和設備的能量平衡:目的從收支平衡出發(fā)得出兩個指標:企業(yè)能量利用率和設備熱效率最終降低產品的兩大指標之一:成本輸入能量=有效利用能量+損失能量3.1概述3.2熱平衡3.2.1基本概念熱平衡的分類:設備熱平衡+企業(yè)熱平衡;燃料發(fā)熱量及熱值:高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量,1KG標準煤的發(fā)熱量為29270kJ/kg;等價熱量和當量熱量:①一次能源直接用熱值帶入,②二次能源包括:電力\蒸汽\石油制品\焦碳\煤氣;③耗能工質:壓縮空氣、氧氣、水

后兩者需折合為一次能源計算，折算系數(shù)稱為等價熱量3.2熱平衡當量熱量是指用能過程中所使用的二次能源在工藝過程中實際完全轉換的能量，熱、功、能的當量熱量值都等于1；對二次能源，在計算系統(tǒng)輸入熱量時，應使用等價熱量，在計算實際放出的熱量時，應使用當量熱量；耗能工質不是熱源，在生產過程中，作為原料或消耗工質使用，只有等價熱量而無當量熱量。3.2熱平衡3.2.2熱平衡技術指標1能耗①單耗：單位產量或單位產值所消耗的某種能量折算為標準煤的數(shù)量；②綜合能耗：消耗的總能耗/產品總產量或總產值2能量利用效率①設備熱效率鍋爐：制冷機熱泵3.2熱平衡②裝置能量利用率（包含有熱量回收，全入熱）③企業(yè)能源利用率（整個企業(yè)的用能指標）3回收率（反映企業(yè)由于余熱回收和利用所帶來的節(jié)能效益指標2熱平衡技術指標3.2熱平衡3.2.3熱平衡模型及類型1熱平衡模型3.2熱平衡2熱平衡類型（觀察目的不同）類型含義供入熱設備供入熱平衡以供給體系的熱為基礎一次能源+二次能源鍋爐、加熱爐、干燥設備全入熱平衡以進入系統(tǒng)的全部熱量為基礎燃料燃燒熱+工質帶入的顯熱、化學反應熱、回收熱化工系統(tǒng)凈入熱平衡以實際加給體系的熱量為基礎換熱器3.2熱平衡供入熱平衡（外界供入熱的情況）計算公式全入熱平衡（余熱利用情況）凈入熱平衡（加給體系的熱量利用程度）3.2熱平衡3.2.4熱平衡時各種熱量的計算1.供入熱計算燃料燃燒時供給的熱量3.2熱平衡外界供給系統(tǒng)的電量P和功W3.2.4熱平衡時各種熱量的計算外界向系統(tǒng)的傳熱量載熱體帶入系統(tǒng)的傳熱量①如果為蒸汽②如果為空氣、煤氣、煙氣高溫氣體3.2熱平衡2.有效能概念及計算概念：達到工藝要求時，理論上必須消耗的最小能量有效能種類：①一般加熱工藝，從入口到出口載熱體吸收的熱量②有化學反應的工藝，有效能為化學反應熱③蒸發(fā)干燥工藝，有效能等于蒸發(fā)物質所吸收的熱量④產品中包含部分燃料時，有效能是這部分燃料的發(fā)熱量3.2.4熱平衡時各種熱量的計算3.2熱平衡3.2.4熱平衡時各種熱量的計算2.有效能概念及計算⑤系統(tǒng)向外輸出電、功時⑥未包括在以上各項中的其他有效能采暖、照明、運輸3.損失能量：系統(tǒng)供給熱量中未被利用的部分，主要為散失于環(huán)境中的熱量如不完全燃燒、排煙損失、排水排氣等損失熱，散熱、蓄熱、泄漏損失熱等3.3設備熱平衡3.3.1鍋爐熱平衡方程3.3設備熱平衡3.3.2鍋爐熱效率3.3設備熱平衡正平衡熱效率反平衡熱效率燃燒效率毛效率與凈效率3.3.3鍋爐各項熱損失的確定1.機械不完全燃燒熱損失⑴燃煤鍋爐3.3設備熱平衡案例1某鍋爐所用燃料應用基飛灰含量為21.3%，其中灰渣灰量份額46%，飛灰灰量含量49.63%，漏煤灰量份額4.37%。灰渣、漏煤、飛灰中碳的含量分別為10%，91%，8%，求q43.3設備熱平衡⑵燃油鍋爐：碳黑粒子會污染受熱面，引起尾部再燃燒3.3.3鍋爐各項熱損失的確定某燃油鍋爐干煙氣容積為11.5標準立方米，測得煙氣中碳黑濃度為1477毫克/標準立方米，燃油的熱值為41474千焦/千克，求其機械不完全燃燒損失。案例23.3.3鍋爐各項熱損失的確定2.化學不完全燃燒熱損失燃料燃燒時，CO，H2，CH4未來得及燃燒隨煙氣排出所造成的熱損失。3.3.3鍋爐各項熱損失的確定案例3某燃油鍋爐干煙氣容積為11.5標準立方米，測得煙氣中碳黑濃度為1477毫克/標準立方米，燃油的熱值為41474千焦/千克，排煙中CO=0.28%，H2=0.002%，排煙處空氣過量系數(shù)為1.05，干煙氣容積11.5標準立方米/千克，求化學不完全燃燒損失。3.3.3鍋爐各項熱損失的確定3.排煙與散熱損失（20%以上）①排煙熱損失煤種重油無煙煤煙煤褐煤泥煤木材m0.50.20.40.71.71.4n3.453.653.553.93.93.83.3.3鍋爐各項熱損失的確定分析：排煙熱損失取決于排煙溫度和過量空氣系數(shù)；排煙溫度每升高12-15℃，排煙熱損失增加1%；空氣過剩系數(shù)每增加0.1，排煙熱損失增加0.7%；10噸以上鍋爐排煙溫度應低于160℃3.3.3鍋爐各項熱損失的確定案例4設燃燒1千克油的排煙量為12.1標準立方米：空氣入爐溫度20℃，排煙溫度180℃，煙氣比熱1.4，機械不完全燃燒損失1.3%，求排煙熱損失。3.3.3鍋爐各項熱損失的確定②散熱損失：經(jīng)驗選取，一般在2%-3%當鍋爐在滿負荷工作時：按下表查出蒸發(fā)量/t.h-1461015203560無尾部受熱面2.11.5有尾部受熱面2.92.41.71.51.31.00.83.3.3鍋爐各項熱損失的確定當鍋爐在非額定負荷工作時：按下式計算3.3.3鍋爐各項熱損失的確定4.燃煤爐灰渣物理熱損失（渣溫600-800℃帶走部分熱量）3.3.3鍋爐各項熱損失的確定案例5設某燃油鍋爐蒸發(fā)量為15t/h。過熱蒸汽壓力為2MPa,溫度為400℃。給水溫度105℃，壓力為2.2MPa。燃料為重油，消耗量為1110kg/h，入爐溫度100℃，環(huán)境溫度20℃。根據(jù)案例2、3、4的結果，求正平衡效率及反平衡效率。3.3.3鍋爐各項熱損失的確定3.3.3鍋爐各項熱損失的確定3.3.3鍋爐各項熱損失的確定3.4火用平衡3.4.1火用的分類對應于系統(tǒng)與環(huán)境的關系可分為:物理火用和化學火用根據(jù)能量性質分類:熱量火用、冷量火用、機械能火用按工藝過程分：輸入火用、輸出火用、燃料火用、排煙火用3.4火用平衡3.4.2火用損及火用損率3.4火用平衡1.燃燒過程的火用損:等于燃料火用與燃料產物火用之差2.傳熱過程的火用損:在完全燃燒的情況下對于熱水鍋爐及原油加熱爐,因無尾部受熱面有尾部受熱面的設備,分別計算,然后相加3.散熱的火用損:3.4火用平衡4.排煙火用損:5.換熱過程火用損:6.化學反應火用(損):反應前后化學火用的差值放熱反應,計入反應前物質,對于吸熱反應,計入反應后物質3.4.3火用平衡與火用效率3.4火用平衡1.火用平衡:系統(tǒng)的收入火用與支出火用應當平衡以全入火用為基礎的火用平衡方程如下:2.火用效率:系統(tǒng)實際得到的有效火用與供給火用之比,對于各種用能設備,以供入熱為基礎進行計算3.4火用平衡以反平衡法計算:對于整個企業(yè),則用能效率表示為對于石油、化工裝置、全入火用效率為火用的回收率為3.4火用平衡應用舉例案例6

設某單級汽輪機，進汽壓力為p1=10MPa,溫度t1=540℃,排汽壓力為p2=0.005MPa,相對內效率ηri=0.81，環(huán)境溫度20℃。求該機的絕對內效率，汽機的火用效率、熱損失、火用損失。3.4火用平衡應用舉例案例6（續(xù)）

設某單級汽輪機，進汽壓力為p1=10MPa,溫度t1=540℃,排汽壓力為p2=0.005MPa,相對內效率ηri=0.81，環(huán)境溫度20℃。求該機的絕對內效率，汽機的火用效率、熱損失、火用損失。3.5熱平衡及火用平衡結果的表示方法3.5熱平衡及火用平衡結果的表示方法3.5.1熱流圖和火用流圖3.5熱平衡及火用平衡結果的表示方法3.5.2表格表示法3.6提高能源利用率的途徑3.6.1提高鍋爐熱效率的途徑降低Q21.降低排煙熱損失增加尾部受熱面10%降低排煙溫度1%/15-20℃大：160℃小250℃

布置空預器布置省煤器熱泵熱源清灰降阻合適的空氣過量系數(shù)0.7%/0.13.6提高能源利用率的途徑2.提高運行水平降低Q3,Q43.6提高能源利用率的途徑降低Q3,Q4燃料完全燃燒足夠的空氣助燃足夠的爐膛溫度足夠的反應時間節(jié)能自動控制保持爐膛高溫提高風粉溫度提高爐膛溫度3.6.2提高鍋爐火用效率的途徑3.6提高能源利用率的途徑火用損分析：燃燒過程化學能未能完全轉變?yōu)闊崮埽惶岣呷紵郎囟葌鳠徇^程不可逆損失。提高工質的平均吸熱溫度3.6提高能源利用率的途徑3.6.3提高企業(yè)能源利用率的途徑改善輔機運行條件，節(jié)約自用能量；不同能量的聯(lián)供，熱、電、冷三聯(lián)供；聯(lián)合循環(huán)，能量梯級利用原理，燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)50%左右；能源大系統(tǒng)，不同行業(yè)聯(lián)合體，坑口電站，洗煤廠、焦化廠，發(fā)電、供暖、運輸、供冷總能系統(tǒng)。

聯(lián)合循環(huán)

4.1概述燃氣輪機:進氣溫度1370℃~1500℃,優(yōu)點:平均吸熱溫度高;排氣溫度450~600℃,缺點:平均放熱溫度高;熱效率:33%-38%蒸汽輪機:進氣溫度540~560℃,缺點:平均吸熱溫度低;排氣溫度30~38℃,優(yōu)點:平均放熱溫度低;熱效率:42%4.1概述4.1.1基本概念燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)4.1.2聯(lián)合循環(huán)的優(yōu)越性4.1概述優(yōu)點:效率高：E級聯(lián)合循環(huán)效率51－52％F級55－57％，H級達到60％以上污染少：可將NOx排放控制在50mg/Nm3以內啟動快、適合調峰：燃機單循環(huán)可以在20分鐘內帶滿負荷聯(lián)合循環(huán)可以在60分鐘內帶滿負荷可以實現(xiàn)黑啟動、提高電網(wǎng)安全性自動化程度高、人員配置少4.1.3聯(lián)合循環(huán)發(fā)展情況4.1概述1.國外燃氣-蒸汽輪機的發(fā)展概況

機型項目西屋501-ATSGE-MS7001HABBGT26西門子KWU燃氣初溫，℃1510143012601190壓比28233016.6簡單循環(huán)凈出力,MW290265240簡單循環(huán)效率,%4138.538聯(lián)合循環(huán)凈出力,MW426400396359聯(lián)合循環(huán)效率,%616058.558.12.聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的性能參數(shù)4.1概述4.1.4燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)展趨勢4.1概述美國雄心勃勃的ATS計劃和GAGT計劃1.目標效率60%初溫1427℃價格降低10%NOX降低10%2.技術措施采用壓氣中間冷卻技術?!燃氣透平通流部分改造,陶瓷葉片和噴涂技術;研究濕空氣透平(HAT)循環(huán);燃煤技術方面五種方案:IGCC,PFBC-CC,第二代PFBC-CC,采用高溫陶瓷管的外燃式聯(lián)合循環(huán)(EFCC)以及直接在燃氣輪機中燃用水煤漿.4.1概述3.最新進展:USA,GE公司推出初溫1288℃,聯(lián)合循環(huán)的單機功率為376.2MW,供電效率56.3%,型號為9G和9H系列.

指軟化水經(jīng)燃機排氣加熱后噴入壓氣機出口蒸發(fā)器中被高溫高壓空氣蒸發(fā)，空氣與水蒸汽混合物在回熱器中被燃氣排氣加熱后，供給燃燒室，產生的燃氣、蒸汽混合物進入燃氣輪機作功。由于燃機排氣余熱的充分利用，可大大提高循環(huán)效率；由于燃機工質流量增加，使機組功率也大大增加；由于沒有了蒸汽輪機，使系統(tǒng)大為簡化，造價僅為余熱鍋爐型聯(lián)合循環(huán)的50％。如果把整體煤氣化產生的煤氣經(jīng)凈化后供燃燒室燃燒，就形成IGHAT循環(huán)，也大大簡化系統(tǒng)，節(jié)約投資。

4.2聯(lián)合循環(huán)的基本型式4.2聯(lián)合循環(huán)的基本型式4.2.1不補燃余熱鍋爐聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)4.2聯(lián)合循環(huán)的基本型式4.2.2有補燃的余熱鍋爐型聯(lián)合循環(huán)4.2.3增壓鍋爐型聯(lián)合循環(huán)4.2聯(lián)合循環(huán)的基本型式4.2聯(lián)合循環(huán)的基本型式4.2.4程式雙流體循環(huán)4.3整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)4.3整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)實質:就是一種先進的潔凈煤發(fā)電技術潔凈煤發(fā)電技術?煤粉燃燒+煙氣脫硫（PC/FGD）常壓循環(huán)流化床燃燒（CFBC）整體煤氣化燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)（IGCC）增壓流化床燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)（PFBC-CC）工作原理=燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)+煤氣化+凈化IGCC發(fā)展概況1984年1月美國建成世界最早的商業(yè)驗證電站一CoolWater電站，該電廠發(fā)電出力為120MW，耗資2．62億美元；現(xiàn)在世界上已建、在建和擬建的IGCC電站近約30座，其中美國擁有15座，居世界之冠。最大的為美國的440MW機組，計劃或可研中容量為德國900MW和前蘇聯(lián)1000MW機組。一些發(fā)展中國家，如印度、中國也計劃建立IGCC示范電站；我國從1994年開始對IGCC示范工程進行預可行性研究，國家電力公司擬在山東煙臺電廠建設一座容量為300～400MW的IGCC示范電站.4.3整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)組成煤的儲運、預處理、制備和供給系統(tǒng)煤的氣化系統(tǒng)除灰系統(tǒng)脫硫系統(tǒng)顯熱利用系統(tǒng)燃氣-蒸汽發(fā)電系統(tǒng)空分制氧系統(tǒng)煤渣廢水處理系統(tǒng)4.3整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)優(yōu)點具有提高供電效率的最大潛力；單機容量已經(jīng)達到300-400MW，規(guī)模效應；基本條件已經(jīng)趨于成熟；污染問題解決最徹底；耗水量少50%-70%；廢物處理量少，可以再利用；硫酸水泥建筑產品多樣化，發(fā)電、甲醇、汽油、尿素，降低成本4.3整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)IGCC的關鍵技術及發(fā)展方向（1）先進的煤氣化工藝

研究與開發(fā)大容量的、能量轉化效率高的煤氣化爐；選擇合適爐型，提高冷煤氣效率和熱煤氣效率；高溫、壓力爐，增加氣化反應速率，提高碳轉化率.（2）高溫煙氣凈化系統(tǒng):①高溫除塵

②高溫干式脫硫（3）燃氣輪機大型化、提高初溫及其國產化.IGCC發(fā)展方向的核心，是提高效率和降低造價.發(fā)展趨勢4.3整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)提高單機容量和供電效率,措施:高溫高壓縮比機組；采用新的氣化爐形型式，影響裝置效率和排放；高效除灰及脫硫,濕法除灰常溫脫硫,高溫除灰和高溫脫硫技術；開發(fā)新型空氣分離系統(tǒng)；降低比投資費用.4.3整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)4.5增壓流化床聯(lián)合循環(huán)(PFBC-CC)4.5增壓流化床聯(lián)合循環(huán)4.5.1概述高壓0.98-1.96MPa;目的：實現(xiàn)高壓低溫燃燒，實現(xiàn)低NOx排放；示范電站建于上個世紀八十年代，目前商業(yè)運營只有8臺，最大為360MW；我國第一座PFBC-CC15MW中試裝置建于江蘇徐州賈汪電廠；實踐證明PFBC-CC電站可以提高供電效率3-5%，節(jié)煤10-15%，并顯著減少污染物排放量。4.5增壓流化床聯(lián)合循環(huán)4.5.2增壓流化床聯(lián)合循環(huán)工作原理工作原理4.5增壓流化床聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)構成增壓流化床燃燒鍋爐燃氣輪機動力裝置25%汽輪機動力裝置75%基本型式4.5增壓流化床聯(lián)合循環(huán)空氣埋管熱交換系統(tǒng)USA-DOE13MW半工業(yè)實驗系統(tǒng)（COGAS）特點：燃氣輪機承擔總負荷的60%水蒸氣埋管熱交換系統(tǒng)4.5增壓流化床聯(lián)合循環(huán)USA-GE商用聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)特點：燃料熱量34%產生燃氣，60%產生蒸汽，6%為灰渣顯熱損失4.5增壓流化床聯(lián)合循環(huán)4.5.3PFBC-CC電站案例4.5增壓流化床聯(lián)合循環(huán)4.5.4第二代PFBC-CC4.5增壓流化床聯(lián)合循環(huán)

新能源發(fā)電技術地熱電站外景圖5.1地熱發(fā)電技術5.1地熱發(fā)電技術5.1地熱發(fā)電技術5.1.1概述5.1.1概述一、國際概況：1904年意大利在拉德瑞羅建立起世界上第1座小型地熱蒸汽試驗電站；1913年正式投運(250kW）;迄今為止，全世界至少已有83個國家已經(jīng)開始開發(fā)利用地熱資源或計劃開發(fā)利用地熱資源,有21個國家利用地熱發(fā)電，約有250個地熱電站。1998年，全世界地熱發(fā)電裝機容量為8239MW，其中美國2850MW，居第1位；目前世界上最大的地熱電站：美國加州的吉塞斯地熱電站，總裝機容量達1918MW。到2010年，地熱能供應700萬個美國家庭、1800萬人需用的電力。二、中國地熱發(fā)電概況中國地熱發(fā)電的研究試驗上作開始于20世紀70年代初。30余年來的發(fā)展經(jīng)歷了兩大階段：（1）1970—1985年期間，為以發(fā)展和低溫地熱試驗電站為主的階段；（2）1985年以后，進入發(fā)展商業(yè)應用高溫地熱電站的階段。到1998年底，中國的地熱發(fā)電裝機容量達32Mw，居世界第13位；中國的地熱直接利用設備總功率達2443Mw，居世界前列。5.1.1概述國內低溫地熱電站分布概況1970年，廣東省豐順縣鄧屋建立起中國第一座閃蒸系統(tǒng)地熱試驗電站，利用91℃的地熱水發(fā)電，機組功率為86kW，隨后，江西省宜春市溫湯和河北省懷來縣，也相繼建設起雙循環(huán)系統(tǒng)地熱試驗電站。20世紀70年代中后期，湖南省灰湯、遼寧省熊岳以及山東省招遠又先后建成閃蒸及雙循環(huán)系統(tǒng)地熱試驗電站。所有這些電站發(fā)電機組的功率都不大，從50—300kW不等；地熱水溫度均較低，從61—92℃不等。5.1.1概述高溫地熱電站日前中國高溫地熱電站主要集中在西藏地區(qū)，總裝機容量為27.18MW，其中羊八井地熱電站裝機容量為25.18MW，朗久地熱電站裝機容量為1MW，那曲地熱電站裝機容量為1MW。據(jù)不完全統(tǒng)計，西藏地熱顯示區(qū)達700多處，其中可供開發(fā)的地熱顯示區(qū)342處，絕大部分地表泉水溫度超過80攝氏度，地熱資源發(fā)電潛力超過100萬千瓦。西藏地熱發(fā)電總量占拉薩電網(wǎng)的30％左右，且地熱發(fā)電成本遠遠低于水電。5.1.1概述羊八井地熱電站羊八升地熱電站是中國自行設計建設的第1座用于商業(yè)應用的、裝機容量最大的高溫地熱電站，總裝機容量為25．18MW。年發(fā)電量約達l億kwh，占拉薩電網(wǎng)總電量的40％以上．對緩和拉薩地區(qū)電力緊缺的狀況起了重要作用。電站利用145℃左有的地熱水(汽水混和物)發(fā)電，向92km以外的拉薩地區(qū)供電。羊八井地熱電站包括第一電站和第二電站兩部分。5.1.1概述1977午10月10日，第一電站1號機組投入運行，2號和3號機組分別于1981年12月和1982年11月建成并投入發(fā)電。1985年又擴建了4號機組；站址位于羊八井地熱田北部、中尼公路以北約45km處，距第一電站約3km。該電站一期工程安裝了1臺日本生產的3.18MW機組，自動化程度較高，以后，又安裝了4臺功率各為3MW的國產機組。到2002年底，整個羊八井地熱電站的總裝機容量為25.18MW。羊八外地熱田迄今共打了40多眼地熱井；根據(jù)地質部門對羊八井地區(qū)淺層熱儲能的勘探與評價，南、北兩區(qū)的發(fā)展?jié)摿s為28—32MW。5.1.1概述1）單相汽、水分別輸送，用二條母管把各地熱井匯集的熱水和蒸汽輸送到電站，充分利用了熱田蒸汽，比單用熱水發(fā)電提高發(fā)電能力1／3。2）汽、水二相輸送，用一條管道輸送汽、水混合物，不在井口設置擴容器。減少壓降，節(jié)約能量。3）克服結垢，采用機械通井與井內注入阻垢劑相結合的辦法。利用空心通井器，可以通井不停機。選用常州勝利化工廠生產的ATMT阻垢劑，阻垢效率達90%，費用比進口阻垢劑大為降低。4）進行了熱排水回灌試驗。羊八井的地熱水中含有硫、汞、砷、氟等多種有害元素，地熱發(fā)電后大量的熱排水直接排入藏布曲河將是不允許的。經(jīng)過238小時的回灌試驗，熱排水向地下回灌能力達每小時100～124噸。羊八井地熱電站先后解決的技術難題5.1.1概述三、中國地熱發(fā)電未來在技術上，已建立起了一套比較完招的地熱勘探技術方法和評價方法；地熱開發(fā)利用工程的勘探、設計利施工，已有資質實體；在產業(yè)建設上，已奠定一定的基礎和能力，可以獨立建設30MW規(guī)模商業(yè)化運行的地熱電站，單機容量可以達到10MW；已具備施工5000m深度地熱鉆探工程的條件和能力；已初步建立起地熱的監(jiān)測體系和生產與回灌體系；已初步建立起一些必要的地熱開發(fā)利用法規(guī)、標準和規(guī)范。地熱開發(fā)利用設備基本配套，可以國產化生產，并有專業(yè)生產制造工廠；地熱監(jiān)測儀器基本完備，并可進行國產化生產。在產業(yè)建設上，已奠定一定的基礎和能力，可以獨立建設30MW規(guī)模商業(yè)化運行的地熱電站，單機容量可以達到10MW；已具備施工5000m深度地熱鉆探工程的條件和能力；5.1.1概述5.1.2地熱發(fā)電原理和技術

5.1.2地熱發(fā)電原理和技術

5.1.2地熱發(fā)電原理和技術

地熱能的利用可分為直接利用和地熱發(fā)電兩大方面.地熱發(fā)電原理及分類原理:地熱發(fā)電是利用地下熱水和蒸汽為動力源的一種新型發(fā)電技術，它涉及地質學、地球物理、地球化學、鉆探技術、材料科學和發(fā)電工程等多種現(xiàn)代科學技術。分類:按照載熱體類型、溫度、壓力和其他特性的不同，可把地熱發(fā)電的方式劃分為地熱蒸汽發(fā)電和地下熱水發(fā)電兩大類.5.1.2地熱發(fā)電原理和技術

1．地熱蒸汽發(fā)電(1)背壓式汽輪機發(fā)電系統(tǒng)。最簡單的地熱干蒸汽發(fā)電，是采用背壓式汽輪機地熱蒸汽發(fā)電系統(tǒng)(如圖)工作原理：首先把干蒸汽從蒸汽井中引出，先加以凈化，經(jīng)過分離器分離出所含的固體雜質，然后就可把蒸汽通入汽輪機做功，驅動發(fā)電機發(fā)電。做功后的蒸汽，可直接排入大氣；也可用于工業(yè)生產中的加熱過程。應用：這種系統(tǒng)大多用于地熱蒸汽中不凝結氣體含量很高的場合，或者綜合利用于工農業(yè)生產和人民生活的場合.5.1.2地熱發(fā)電原理和技術

(2)凝汽式汽輪機發(fā)電系統(tǒng)為提高地熱電站的機組出力和發(fā)電效率，通常采用凝汽式汽輪機地熱蒸汽發(fā)電系統(tǒng)(如圖)。在該系統(tǒng)中，由于蒸汽在汽輪機中能膨脹到很低的壓力，因而能做出更多的功。做功后的蒸汽排入混合式凝汽器，并在其中被循環(huán)水泵打入冷卻水所冷卻而凝結成水，然后排走。在凝汽器中，為保持很低的冷凝壓力，即真空狀態(tài)，設有兩臺帶有冷卻器的射汽抽氣器來抽氣，把由地熱蒸汽帶來的各種不凝結氣體和外界漏入系統(tǒng)中的空氣從凝汽器中抽走。1．地熱蒸汽發(fā)電5.1.2地熱發(fā)電原理和技術

2．地下熱水發(fā)電兩種方式：閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)；雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)（1）閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)：直接利用地下熱水所產生的蒸汽進入汽輪機工作。也叫做減壓擴容法地熱發(fā)電系統(tǒng)。類型：可以分為：1）單級閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)(又包括濕蒸汽型和熱水型兩種)；2）兩級閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)；3）全流法地熱發(fā)電系統(tǒng)；5.1.2地熱發(fā)電原理和技術

2．地下熱水發(fā)電（2）雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)：利用地下熱水來加熱某種低沸點工質，使其產生蒸汽進入汽輪機工作。雙循環(huán)地熱發(fā)電也叫做低沸點工質地熱發(fā)電或中間介質法地熱發(fā)電，又叫做熱交換法地熱發(fā)電。在這種發(fā)電系統(tǒng)中，低沸點介質常采用兩種流體；一種是采用地熱流體作熱源；另一種是采用低沸點工質流體作為一種工作介質來完成將地下熱水的熱能轉變?yōu)闄C械能。所謂雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)即是由此而得名。常用的低沸點工質有氯乙烷、正丁烷、異丁烷、氟利昂—11、氟利昂—12等。5.1.2地熱發(fā)電原理和技術

雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)缺點優(yōu)點：利用低溫位熱能的熱效率較高：設備緊湊，汽輪機的尺寸?。灰子谶m應化學成分比較復雜的地下熱水。缺點：不像擴容法那樣可以方便地使用混合式蒸發(fā)器和冷凝器；大部分低沸點工質傳熱性都比水差，采用此方式需有相當大的金屬換熱面積；低沸點工質價格較高，來源欠廣，有些低沸點工質還有易燃、易爆、有毒、不穩(wěn)定、對金屬有腐蝕等特性。5.1.2地熱發(fā)電原理和技術

雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)的分類單級雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)(如圖)；兩級雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)(如圖)；閃蒸與雙循環(huán)兩級串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)(如圖)。經(jīng)濟性是考察地熱發(fā)電站設計和建設的最重要的綜合性指標。衡量地熱發(fā)電站經(jīng)濟性的指標，主要有兩個：1）一個是發(fā)電量(kWh／t熱水)，它表示地熱發(fā)電站發(fā)電效率的高低；2）一個是地熱發(fā)電站的投資費用(元/kW)，它表示電站建設費用的大小。5.1.2地熱發(fā)電原理和技術

5.1.3地熱發(fā)電幾個關鍵因素5.1.3地熱發(fā)電幾個關鍵因素低沸點工質選擇地熱電站防腐蝕地熱電站防結垢地熱電站回灌技術地熱電站尾水綜合利用地熱電站運行地熱電站對環(huán)境的影響1．低沸點工質選擇選擇工質時應注意考慮以下基本要求：發(fā)電性能好，即在相同條件下每噸熱水的實際發(fā)電量較大；傳熱性能好，即在相同條件下放熱系數(shù)較大；壓力水平適中，即在地下熱水溫度下相應的飽和壓力不很高，在冷源溫度下不山現(xiàn)高度真空；來源豐富，價格較低；化學穩(wěn)定性好，不易分解，腐蝕性和毒性小，不易燃易爆。5.1.3地熱發(fā)電幾個關鍵技術2、地熱電站防腐蝕地熱流體腐蝕的主要物質有：氧(02)、氫離子(H+)、氯離子(Cl-)、硫化氫(H2S)、二氧化碳(C02)、氨(NH3)和硫酸鹽(SO42-)等。防腐措施：整個系統(tǒng)采用耐腐蝕的金屬和非金屬材料。使系統(tǒng)盡量密封，以隔絕外界空氣的進入。也可在系統(tǒng)中加亞硫酸鹽等除氧劑除氧。在系統(tǒng)中安裝熱交換器，使地熱水不直接進入利用系統(tǒng)。對非傳熱的金屬表面涂敷防腐涂料。針對不同類型的局部腐蝕采取相應的防腐蝕措施。5.1.3地熱發(fā)電幾個關鍵技術3．地熱電站防結垢（1）垢的類型：按化學成分，可將垢分為碳酸鈣垢、硫酸鈣垢、硅酸鹽垢和氧化鐵垢等種類，其物性指標是硬度和孔隙度。（2）防結垢方法：機械除垢：化學方法處理：在地熱利用系統(tǒng)前部增加閥門：物理方法除垢：根據(jù)熱力學原理計算與控制井口壓力。5.1.3地熱發(fā)電幾個關鍵技術4．地熱電站回灌技術（1）意義：地熱田的大量開采，必將會造成熱儲壽命縮短，地下水位下降，并導致地面沉降。如把地熱發(fā)電后的地熱棄水回灌地下，就可大大減輕這些弊端，并減輕地熱棄水對于環(huán)境的污染。（2）方法：不同的地熱田采用的回灌方式會有所不同。問灌方式的選擇．取決于地質、環(huán)境和經(jīng)濟等綜合因素，但一般來說邊對邊的、深一些的回灌井布局在多數(shù)情況下可較好地避免熱干擾。5.1.3地熱發(fā)電幾個關鍵技術5．地熱電站尾水綜合利用地熱電站發(fā)電后排出的尾水，溫度一般都在60~70℃左右或更高．適合于工農業(yè)生產以及生活上利用，或從中提取有用的化學元素等。如：廣東豐順鄧屋地熱試驗電站將排出的熱水與冷水混合，每小時約有300t水供給農田灌溉；湖南灰湯地熱試驗電站將排出的熱水供當?shù)丿燄B(yǎng)院和溫室利用；江西溫湯地熱試驗電站將發(fā)電后排出的余熱水用于繁育水稻良種和治療皮膚病、關節(jié)炎等。5.1.3地熱發(fā)電幾個關鍵技術6、地熱電站運行(1)啟動和停機：快；操作方便(2)運行中應注意的主要事項：1)背壓的異常變化。2)最佳蒸發(fā)工況。3)系統(tǒng)的密封性。4)腐蝕和結垢。5.1.3地熱發(fā)電幾個關鍵技術7、地熱電站對環(huán)境的影響地熱能開發(fā)利用對環(huán)境的有害影響很小。地熱能作為新能源，無論是用來發(fā)電，還是用于非電直接用熱，都能大幅度削減溫室氣體排放量，減輕環(huán)境污染。但地熱能的開發(fā)利用仍有少量有害物質排放，造成大氣、地面和水泥的一定污染，必須加以重視。例如地下熱水和地熱蒸汽中含有二氧化碳、甲烷、氫、氮、氨、硫化氫等不凝結氣體可能造的空氣污染：廢水中硼、砷等有害物質可能造成地表和水源的化學污染；地熱電站排出大量度熱水可能造成的熱污染；大量開采地下熱水可能引起的地變形、地面沉降和誘發(fā)地震等危害。5.1.3地熱發(fā)電幾個關鍵技術背壓式汽輪機地熱蒸汽發(fā)電系統(tǒng)5.1.2地熱發(fā)電原理和技術

凝氣式汽輪機地熱蒸汽發(fā)電系統(tǒng)5.1.2地熱發(fā)電原理和技術

單級雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)5.1.2地熱發(fā)電原理和技術

兩級雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)5.1.2地熱發(fā)電原理和技術

閃蒸與雙循環(huán)兩級串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)5.1.2地熱發(fā)電原理和技術

熱管及熱管換熱器6.1熱管的基本知識6.1熱管的基本知識1936年,J.帕金斯,熱虹吸管,重力熱管1944年,高斯勒:毛細吸液芯概念1962年,格羅弗制造出樣品:鈉-不銹鋼-絲網(wǎng)1968年,應用衛(wèi)星儀器溫度控制1970年,應用范圍擴大:電子\機械\能源\動力我國,1972年,試制成功鈉熱管用途:冷卻\新能源開發(fā)\余熱回收\傳熱6.1.1熱管的發(fā)展與現(xiàn)狀6.1熱管的基本知識6.1.2熱管的結構和工作原理典型的熱管結構毛細吸液芯6.1熱管的基本知識工作原理熱力學角度:液體蒸發(fā)—蒸汽流動—蒸汽凝結—液體回流(循環(huán))傳熱學觀點:熱量傳遞經(jīng)歷7個環(huán)節(jié)流體力學觀點:熱管兩端壓差工作液體流動壓力降工作蒸汽流動壓力降重力作用壓力降6.1熱管的基本知識6.1熱管的基本知識6.1.3熱管的分類按熱管的工作溫度劃分:按熱管的工作液體回流方式分:按熱管的結構劃分按熱管的殼體材料和使用工質劃分:按熱管的功能劃分6.1熱管的基本知識6.1.4熱管的基本特性高導熱性:等溫特性:熱流密度可變性傳熱方向的可逆性:熱二極管與熱開關:恒溫特性6.2熱管的應用案例6.2熱管的應用案例6.2熱管的應用案例6.3熱管理論6.3熱管理論6.3.1毛細力與熱管循環(huán)動力毛細現(xiàn)象與毛細力6.3熱管理論1、毛細現(xiàn)象與毛細力6.3熱管理論1、毛細現(xiàn)象與毛細力6.3熱管理論2、熱管循環(huán)推動力6.3熱管理論2、熱管循環(huán)推動力6.3熱管理論2、熱管循環(huán)推動力6.3熱管理論6.3.2熱管內工質流動的壓力降1、管內液體壓降：液體一般認為是層流對于層流，可根據(jù)流體力學中不可壓縮流體在穩(wěn)定狀態(tài)下流過圓形截面管道的層流壓降公式（哈根-泊肅葉公式）對于吸液芯中工作流體，考特進行修正6.3熱管理論如果考慮重力影響,可以寫成微分形式達西定律表示壓降方式更實際6.3熱管理論2、管內蒸汽壓降：可以是層流,也可以是湍流沿熱管軸線方向上蒸汽的質量流量是不斷變化的,因而對蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段要分別考慮對于無絕熱段的熱管，對于有絕熱段的熱管，絕熱段內徑向雷諾數(shù)6.3熱管理論6.3熱管理論6.3.3熱管的熱量傳遞6.3熱管理論1高溫熱源----熱管蒸發(fā)段外壁的換熱熱阻2熱管蒸發(fā)段固體壁面的導熱熱阻3熱管蒸發(fā)段的沸騰換熱熱阻4熱管蒸發(fā)段---熱管冷凝段換熱熱阻5熱管冷凝段冷凝換熱熱阻6熱管冷凝段固體壁面的導熱熱阻7熱管冷凝段外壁---低溫熱源間的換熱熱阻8蒸發(fā)段---冷凝段的軸向導熱熱阻6.3熱管理論6.3熱管理論熱阻R1R2R3R4R5R6R7數(shù)量級10-1～10-210-410-310-710-310-410-1～10-2碳鋼-水熱管：表6-2熱管各熱阻的近似值6.3熱管理論6.3.4熱管的傳熱極限6.3熱管理論6.3熱管的設計6.3熱管的設計1、熱管工作溫度確定(蒸汽的溫度)6.3熱管的設計2、熱管工作流體的選擇熱管的工作溫度應保證在工作流體的凝固點和臨界點之間6.3熱管的設計3、熱管吸液芯的選擇6.3熱管的設計1小的有效毛細半徑,提供最大毛細壓力;2具有較大滲透率,減少回流液體的壓力損失;3具有較小的導熱熱阻,減少徑向導熱阻力4、熱管殼體的選擇1相容性;2導熱性能;3機械性能;4實用性能6.3熱管的設計5、熱管結構設計計算1管徑設計計算2管壁設計計算;3端蓋設計計算;4吸液芯設計計算：毛細傳熱極限熱流量公式5毛細傳熱極限核算;6其他核算：Re6.4熱管換熱器及其應用6.4熱管換熱器及其應用6.4.1熱管換熱器的特點、類型、結構1、特點1換熱效率高;等溫，熵增，對數(shù)溫差，氣-氣管外流動，節(jié)省耗材2流動壓力損失小;管外流動3結構簡單靈活；元件固定，位置靈活，相對獨立4使用維護方便；變換流動方向，清洗容易，沒有易損件2、流態(tài)分類6.4熱管換熱器及其應用3、按結構分類6.4熱管換熱器及其應用6.4.2熱管換熱器的應用6.4熱管換熱器及其應用6.4熱管換熱器及其應用6.4.2熱管換熱器的應用6.4熱管換熱器及其應用6.4.2熱管換熱器的應用

熱泵技術及其應用7.1熱泵的基本知識7.1熱泵的基本知識1927年,英國第一臺家用熱泵產生1931年,美國落杉磯第一個辦公大樓制冷1050KW1937年,石油危機促進節(jié)能熱泵大面積普及我國,1950年代,天津大學試制成功第一臺熱泵1990-2000年,59.6萬-2000萬/年,家用50%用途:建筑物空調\加熱\干燥\產品加工7.1.1熱泵的發(fā)展與現(xiàn)狀7.1熱泵的基本知識7.1.2熱泵的分類與系統(tǒng)基本型式1、按工作原理分類蒸汽壓縮式熱泵氣體壓縮式熱泵蒸汽噴射式熱泵吸收式熱泵吸附式熱泵熱電式熱泵化學熱泵7.1熱泵的基本知識7.1熱泵的基本知識2、按熱源介質與供熱介質分類7.1熱泵的基本知識空氣-空氣熱泵空氣-水熱泵水-水熱泵水-空氣熱泵土壤-空氣熱泵土壤-水熱泵3、按用途分類住宅用熱泵,一般供熱量1～70KW商用熱泵,一般供熱量2～120KW工業(yè)用熱泵,一般供熱量100～10000KW7.1熱泵的基本知識4、按驅動方式分類熱泵電動機驅動熱驅動熱能驅動發(fā)動機驅動吸收式蒸汽式噴射式內燃機燃氣輪機蒸汽輪機5、按機組的安裝形式分類熱泵單元式分體式現(xiàn)場安裝式7.1熱泵的基本知識6、常用的熱泵系統(tǒng)基本型式(1)閉式蒸汽壓縮循環(huán)(1)閉式蒸汽壓縮循環(huán)(續(xù))7.1熱泵的基本知識7.1熱泵的基本知識(1)閉式蒸汽壓縮循環(huán)(續(xù))7.1熱泵的基本知識(1)閉式蒸汽壓縮循環(huán)(續(xù))7.1熱泵的基本知識(1)閉式蒸汽壓縮循環(huán)(續(xù))7.1熱泵的基本知識(1)閉式蒸汽壓縮循環(huán)(續(xù))7.1熱泵的基本知識(2)開式蒸汽壓縮循環(huán)(3)帶有換熱器的開式蒸汽壓縮循環(huán)7.1.3熱泵的熱源與驅動能源7.1熱泵的基本知識1、熱泵的熱源熱泵電動機驅動熱驅動熱能驅動發(fā)動機驅動吸收式蒸汽式噴射式內燃機燃氣輪機蒸汽輪機2、熱泵驅動能源7.1熱泵的基本知識7.1熱泵的基本知識7.1.4熱泵的熱經(jīng)濟性指標1、熱泵性能系數(shù)(COP)制冷6.5%空調7.4%采暖53.3%熱水12%美國建筑物耗能占總耗能33.6%7.1熱泵的基本知識2、熱泵的季節(jié)性能系數(shù)7.1熱泵的基本知識7.2熱泵原理及其理論循環(huán)7.2熱泵原理及其理論循環(huán)

7.2.1理想熱泵循環(huán)7.2.2機械壓縮式熱泵循環(huán)7.2熱泵原理及其理論循環(huán)1、蒸汽壓縮式熱泵循環(huán)2、逆布雷頓循環(huán)7.2熱泵原理及其理論循環(huán)7.2熱泵原理及其理論循環(huán)3、逆斯特林循環(huán)7.2熱泵原理及其理論循環(huán)7.2.3、熱力壓縮式熱泵循環(huán)7.2熱泵原理及其理論循環(huán)2、吸收式熱泵7.2熱泵原理及其理論循環(huán)2、吸收式熱泵循環(huán)3、吸附式熱泵循環(huán)7.2熱泵原理及其理論循環(huán)7.2.4其他形式熱泵7.2熱泵原理及其理論循環(huán)1、熱電式熱泵7.2熱泵原理及其理論循環(huán)1、熱電式熱泵2、化學熱泵7.2熱泵原理及其理論循環(huán)7.3熱泵工質和主要設備7.3熱泵工質和主要設備7.3.1熱泵工質(制冷劑)7.3.2熱泵壓縮機1、往復式壓縮機7.3熱泵工質和主要設備2、滾動轉子式壓縮機7.3熱泵工質和主要設備7.3熱泵工質和主要設備3、渦旋式壓縮機7.3熱泵工質和主要設備4、螺桿式壓縮機7.3熱泵工質和主要設備5、離心式壓縮機7.3.3熱泵換熱器7.3熱泵工質和主要設備1、翅片管式換熱器7.3熱泵工質和主要設備2、套管式換熱器3、殼管式換熱器4、板式換熱器7.3熱泵工質和主要設備7.3.4熱泵節(jié)流元件7.3熱泵工質和主要設備1、熱力膨脹閥2、毛細管7.3熱泵工質和主要設備3、電子膨脹閥7.4熱泵的應用7.4熱泵的應用7.4.1熱泵在廢熱回收中的應用1、建筑排熱2、化工生產7.4熱泵的應用7.4.2熱泵在空調上的應用7.4熱泵的應用1、熱泵型房間空調器1、熱泵型房間空調器7.4熱泵的應用2、商用分體熱泵機組7.4熱泵的應用7.4.3風冷熱泵冷熱水機組7.4熱泵的應用

節(jié)能原理與技術

CUMT節(jié)能原理與技術流體輸送機械為流體提供機械能的機械設備統(tǒng)稱為流體輸送機械。分類按工作原理：離心式；往復式；旋轉式；流體作用式。按輸送介質：流體輸送機械液體輸送機械氣體壓送機械泵通風機、鼓風機壓縮機、真空泵8.1簡述(一)、在國民經(jīng)濟建設中的地位1、泵與風機屬通用機械的范疇：它們在國民經(jīng)濟的各個部門中應用十分廣泛。農業(yè)方面：排澇、灌溉；采礦工業(yè)：坑道的通風及排水；冶金工業(yè)：各種冶煉爐的鼓風以及氣體和液體的輸送；石油工業(yè)：輸油和注水；化學工業(yè)：高溫、腐蝕性氣體的排送；一般工業(yè)：廠房、車間空調以及原子防護設備的通風等.2、定量分析：據(jù)統(tǒng)計，泵與風機耗電約占全國總用電量的百分比逐步從原30%向40%過渡。(二)在火力發(fā)電廠中的地位1、從應用角度看：在火力發(fā)電廠中，向鍋爐送水的給水泵、向汽輪機凝汽器送冷卻水的循環(huán)水泵、排送凝汽器中凝結水的凝結水泵、排送熱力系統(tǒng)中各處疏水的疏水泵、向熱力網(wǎng)系統(tǒng)補水的補給水泵、向鍋爐輸送燃料的排粉機、向鍋爐輸送空氣的送風機、排除鍋爐煙氣的引風機等都是電廠的重要輔助設備。此外，還有生水泵、工業(yè)水泵以及用來輸送各種潤滑油、藥液、排除鍋爐灰渣的特殊用泵等。1—鍋爐汽包；2—過熱器；3—汽輪機；4—發(fā)電機；5—凝汽器；6—凝結水泵；7—除鹽裝置；8—升壓泵；9—低壓加熱器；10—除氧器；11—鍋爐給水泵；12—高壓加熱器；13—省煤器；14—循環(huán)水泵；15—射水抽氣器；16—射水泵；17—疏水泵；18—補給水泵；19—生水泵；20—生水預熱器；21—化學水處理設備；22—灰渣泵；23—沖灰水泵；24—液壓泵；25—工業(yè)水泵；26—送風機；27—排粉風機；28—引風機；29—煙囪2、從經(jīng)濟角度看：泵與風機是電廠的耗電大戶，特別是給水泵素有“電老虎”之稱。據(jù)統(tǒng)計，各種泵與風機的耗電量約占廠用電的70%～80%（采用汽動給水泵除外）約為機組容量的5%～10%左右；其中泵約占50%，風機約占30%。3、從安全角度看：由于泵與風機故障而引起停機、停爐的事例是很多的，并且由此造成了很大的直接和間接的經(jīng)濟損失，應引起我們的足夠重視。經(jīng)驗表明，增加安全可靠性和提高效率相比，有著同等的甚至更大的經(jīng)濟效益。特別是隨著機組向大容量、高效率、自動化方向的發(fā)展，對泵與風機的安全可靠性也提出了越來越高的要求。(三)風機水泵運行中存在的主要問題設備陳舊、其本身額定效率低于當前世界水平。當初設計選型配套不當，留有過大裕量；或工況改變負荷減少，使運行效率比額定值更低。很多用戶希圖省事，采用擋板或閥門調節(jié)風量或流量，增大了節(jié)流功率損耗。輸送管道質量和裝配不夠合理，管道阻力加大，增大了運行時的能量損耗管理制度不夠完善或操作者不負責任，造成能量浪費(四)節(jié)能降耗措施1．改造或更換低效率設備，推廣高效風機水泵2．設計時注意選型和配套3．調速控制流量，減少節(jié)流損失4．合理設計管網(wǎng)，降低管道阻力5．在管網(wǎng)或葉輪上涂敷復合材料節(jié)能6．選用節(jié)能計量儀表7．減少葉輪直徑，調節(jié)入口導向葉片8.2風機特性參數(shù)圖8.1風機特性曲線離心式風機或離心式水泵如需將流量下降20％

，如果采用調速的辦法，風機的軸功率將降低多少？則風機軸功率將降到原值的51.2％。8.3管網(wǎng)風阻特性一、風阻特性曲線8.4風機與泵的合理選型(一)風機與泵選型中存在的問題

風壓與揚程選擇過大與過小

風機與泵調節(jié)裝置不完善

管網(wǎng)系統(tǒng)布局不合理(二)風機與泵選型的原則(1)所選用的泵或風機設計參數(shù)應盡可能地靠近它的正常運行工況點，從而使泵或風機能長期地在高效率區(qū)運行，以提高設備長期運行的經(jīng)濟性。(2)力求選擇結構簡單、體積小，質量輕的泵或風機。為此，應在可能的情況下，盡量選擇高轉速。(3)力求運行時安全可靠，對水泵來說，首先應考慮設備的抗汽蝕性能。另外盡量選泵或風機的不具有駝峰形狀的性能曲線。即使非選具有駝峰性能時，則其運行的工況應處于駝峰的右邊區(qū)．而且壓頭應低于零流量下的壓頭，以利于投入同類設備的并聯(lián)工作。對于并聯(lián)運行的水泵最好一開始就選下降的Q-H性能曲線。8.5調速節(jié)能原理8.6風機的調速控制繞線式異步電動機轉子串電阻調速；鼠籠式電動機定子調壓調速控制；液力耦合器控制；電磁調速電機控制；繞線式異步電機串級調速控制；脈寬調制(PWM)變頻控制；調壓變頻(VVVF)控制；無換向器電機控制；改變電機極對數(shù)控制。液力耦合器控制1.泵輪殼2-渦輪3-泵輪4-輸入軸5-輸出軸6、7-尾部切去一片的葉片

液力耦合器的結構：液力耦合器的主要零件式兩個直徑相同的葉輪，稱工作輪，由發(fā)動機曲軸通過輸入軸4驅動的葉輪3為泵輪，與輸出軸5裝在一起得為渦輪2。葉輪內部裝有許多半圓形的徑向葉片，在各葉片之間充滿工作液體。兩輪裝合后相對端面之間約有2-5mm間隙。它們的內腔共同構成圓形或橢圓形的環(huán)狀空腔（稱為循環(huán)圓）；當泵輪在原動機帶動下旋轉時，處于其中的液體受葉片推動而旋轉，在離心力作用下沿著泵輪外環(huán)進入渦輪時，就在同一轉向上給渦輪葉片以推力，使其帶動工作機械運轉。液力耦合器的動力傳輸能力與殼內相對充液量的大小是一致的。在工作過程中，改變充液率就可改變耦合的渦輪轉速作到無級調速。液力耦合器的工作原理：液力耦合器的勺管調節(jié)原理：

1.背殼2.渦輪3.泵輪4.旋轉外殼5.電動執(zhí)行器6.勺管

7.油泵8.壓力表9.溫度表10.鉑熱電阻11.壓力變送器12.油冷卻器13.綜合參數(shù)測試儀（現(xiàn)場用）14.綜合參數(shù)測試儀（控制室用）15.轉速傳感器16.轉速儀17.伺服放大器18.電動操作器19.液位傳感器20.液位報警器21.電加熱器22.電加熱自動控制器電磁調速電機控制電磁調速電動機由鼠籠型電動機、電磁滑差離合器和直流勵磁電源(控制器)三部分組成。直流勵磁電源功率較小,通常由單相半波或全波晶閘管整流器組成，改變晶閘管的導通角．可以改變勵磁電流的大小。電磁調速電動機適應范圍如下：1、少灰塵和相對溫度小于85％的無劇烈震動環(huán)境中使用2、負荷轉矩不應小于10％額定轉矩3、本調速裝置最適合負荷轉矩隨轉速下降而迅速減少的風機水泵負荷，或者象造紙、皮帶運輸機等恒轉矩負荷。變頻技術1、為什么對電動機工作頻率的改變，電動機的轉速會隨之變化？從理論上我們可知，電機的轉速N與供電頻率f有以下關系：其中：

q——電機極數(shù)S——轉差率由上式可知，轉速n與頻率f成正比，如果不改變電動機的極數(shù)，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。2、什么是變頻器？變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。工作原理：是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。它的主電路都采用交—直—交電路。20世紀60年代以后，電力電子器件經(jīng)歷了SCR(晶閘管)GTO(門極可關斷晶閘管)BJT(雙極型功率晶體管)MOSFET(金屬氧化物場效應管)SIT(靜電感應晶體管)SITH(靜電感應晶閘管)MGT(MOS控制晶體管)MCT(MOS控制晶閘管)IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)電力半導體器件3、變頻器的分類1、按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器。（電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容;電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感）2、按照開關方式分類，可以分為PAM（PAM是英文PulseAmplitudeModulation(脈沖幅度調制)縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調節(jié)輸出量值和波形的一種調制方式?？色@得按一個方波寬窄可變電壓波形輸出值調制方式）控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器。（PulseWidthModulation(脈沖寬度調制)縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調節(jié)輸出量和波形的一種調值方式?？色@得按正弦包絡電壓波形輸出值調制方式）3、按照工作原理分類，可以分為V/f（恒定壓頻比）控制變頻器、VVVF（變壓：VariableVoltage，簡稱VV、變頻：VariableFrequency，簡稱VF）控制器、轉差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；4、按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。3、變頻器的分類3、變頻器技術的優(yōu)點當風機轉速下降時，電動機的功率迅速降低，例風量下降到80％，轉速亦下降到80％時，則軸功率下降到額定的51％，若風量下降到50％，軸功率將下降到額定的13％，其節(jié)電潛力非常大。采用變頻器調速方式的節(jié)電效果，其節(jié)電可達30-40％效果十分明顯。不同控制范圍的風機風量和電動機效率

垃圾焚燒發(fā)電技術9.1垃圾處理技術一、我國城市垃圾處理現(xiàn)狀我國的城市垃圾總量正以每年10%的速度增長，種類也越來越多.目前，我國的垃圾產量正進入高峰期，垃圾年產量約1.5億t，占世界總產量的四分之一.約有2/3的城市陷入垃圾圍城的困境。中國的垃圾處理方式主要是把垃圾堆放在填埋場，不做任何處理。這種處理方法給環(huán)境帶來了相當大的危害，除了會對土壤、地下水和周邊環(huán)境造成污染外，垃圾產生的以甲烷為主的溫室氣體，還會加劇全球的溫室效應。二、城市垃圾處理方法堆肥處理焚燒處理填埋處理其它方法·厭氧堆肥法

·好氧堆肥法

·機械堆肥法

·簡易焚燒技術

·焚燒發(fā)電技術

·傳統(tǒng)堆置法

·圍海造地法

·衛(wèi)生填埋法

·熱解法

·垃圾衍生燃料技術

·垃圾碳化水解技術

·垃圾厭氧產沼技術

·垃圾制作建筑材料技術

·垃圾壓縮打包技術

·垃圾養(yǎng)殖蚯蚓技術

中國新建大型垃圾填埋場填埋場填埋庫容/萬m3處置能力/t.d-1使用年限建設費用/百萬元杭州天子嶺60020001991-201431.6上海老港120030001989-104廣州李199716廣州大田山170020001992-1999-西安江村溝4900-1995-204537深圳下坪14000（50001000)包頭青山2002001990-20103北京阿蘇衛(wèi)107020001995-2005110填埋處理杭州天子嶺廢棄物處理場占地48公頃，全場由垃圾填埋庫區(qū)、污水收集處理系統(tǒng)、地下水防污染系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測站、沼氣發(fā)電廠、地磅計量系統(tǒng)和生活區(qū)等組成。填埋總容量600萬立方米，使用年限13年，1991年4月投入使用。日平均處理量2450噸，最高達3500噸。填埋區(qū)

焚燒處理

焚燒法是將垃圾置于高溫爐中，使其中可燃成分充分氧化的一種方法，產生的熱量用于發(fā)電和供暖。我國已有深圳、杭州、石家莊、上海、武漢等城市相繼建造了垃圾焚化電廠焚燒處理的優(yōu)點是減量效果好，處理徹底。建設和生產費用極為昂貴。堆肥處理

將生活垃圾堆積成堆，保溫至70℃儲存、發(fā)酵，借助垃圾中微生物分解的能力，將有機物分解成無機養(yǎng)分。垃圾處理的前景——垃圾的“四化”：資源再生化，能源化，無害化，減量化發(fā)達國家城市垃圾處理方法國家填埋/%堆肥焚燒焚燒廠數(shù)量/座焚燒垃圾量/（萬t/a）美國755101573000日本234.272.818993086德國45.5450.5601100英國8811138180法國402238284200荷蘭4545111170比利時6292929132瑞士208034170丹地利59.82416.3瑞典35105523140澳大利亞6211243359.2垃圾焚燒發(fā)電技術資料：從20世紀70年代起，一些發(fā)達國家便著手運用焚燒垃圾產生的熱量進行發(fā)電。歐美一些國家建起了垃圾發(fā)電站，美國某垃圾發(fā)電站的發(fā)電能力高達100兆瓦，每天處理垃圾60萬噸。現(xiàn)在，德國的垃圾發(fā)電廠每年要花費巨資，從國外進口垃圾。據(jù)統(tǒng)計，目前全球已有各種類型的垃圾處理工廠近千家，預計3年內，各種垃圾綜合利用工廠將增至3000家以上?？茖W家測算，垃圾中的二次能源如有機可燃物等，所含的熱值高，焚燒2噸垃圾產生的熱量大約相當于1噸煤。一垃圾焚燒發(fā)電的工藝流程

1、垃圾焚燒前無分檢處理的工藝流程2垃圾焚燒前有分檢場垃圾發(fā)電工藝流程二、國外城市生活垃圾發(fā)電現(xiàn)狀

從20世紀70年代起，一些發(fā)達國家便著手運用焚燒垃圾產生的熱量進行發(fā)電，美國某垃圾發(fā)電站的發(fā)電能力高達100兆瓦，每天處理垃圾60萬噸?，F(xiàn)在，德國的垃圾發(fā)電廠每年要花費巨資，從國外進口垃圾。法國首都已建有一個較完善的垃圾處理系統(tǒng)，有4個垃圾焚燒廠，處理垃圾已超過170萬噸/年，產生相當于20萬噸石油能源的蒸氣，供巴黎市使用。據(jù)統(tǒng)計，目前全球已有各種類型的垃圾處理工廠近千家，預計3年內，各種垃圾綜合利用工廠將增至3000家以上?？茖W家測算，垃圾中的二次能源如有機可燃物等，所含的熱值高，焚燒2噸垃圾產生的熱量大約相當于1噸煤。三、我國垃圾發(fā)電狀況1、焚燒處理技術在我國處于快速發(fā)展階段1988年我國第一座垃圾焚燒廠——深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠建成投產?！笆濉逼陂g，國家已經(jīng)在上海、天津、杭州、哈爾濱等大城市建成垃圾焚燒發(fā)電廠近三十座，而按照國家“十一五”規(guī)劃要求，擬建和在建的垃圾焚燒發(fā)電廠還將有近60座。焚燒處理量占全部垃圾處理總量的比例約為13%，與2005年相比，填埋下降2個百分點，堆肥下降1個百分點，而焚燒處理上升3個百分點；我國垃圾通過焚燒發(fā)電進行處理的比重已接近國際平均水平2、爐排爐與流化床焚燒廠細分國內市場目前國內對垃圾焚燒處理工藝的適用性認識存在較大的差導，針對垃圾焚燒發(fā)電處理城市生活垃圾，主要有爐排爐和流化床兩種工藝。現(xiàn)階段，我國適合用哪種工藝，建設部、國家發(fā)改委、國家環(huán)保總局存在很大的分歧。有建設部的專家認為流化床焚燒處理工藝根本不適合用于目前我國的生活垃圾處理，在國內對流化床處理工藝造成了很壞的市場環(huán)境。3、目前，我國垃圾焚燒處理以東部為主72%的焚燒廠集中在東部地區(qū)，而在投運和在建項目方面，廣東、浙江和江蘇位居前三名，三地合計占全國總量的51%“十一五”規(guī)劃中明確提到，東部地區(qū)垃圾處理規(guī)劃布局焚燒廠56座（占29%），中部地區(qū)垃圾處理規(guī)劃布局焚燒廠9座（占7%），東北地區(qū)垃圾處理規(guī)劃布局焚燒廠7座（占9%），西北地區(qū)垃圾處理規(guī)劃布局焚燒廠4座（占10%），西南地區(qū)垃圾處理規(guī)劃布局焚燒廠6座（占16%）4、2008～2015年將迎來垃圾焚燒發(fā)電黃金時期“十一五”期間，計劃城市生活垃圾無害化處理率達到70%，城市生活垃圾無害化處理設施建設規(guī)劃總投資為589億元，而“十五”期間的總投資為198億元垃圾焚燒發(fā)電屬于可再生能源發(fā)電當中的生物質發(fā)電，補貼電價標準為每千瓦時0.25元國家針對垃圾發(fā)電還采取多項優(yōu)惠政策予以保護：一是發(fā)電量全部收購；二是免除了增值稅的征收，并在所得稅上享受減免政策；三是國家會以垃圾處理補貼的方式向企業(yè)支付服務費即所謂的垃圾處置費5、存在問題發(fā)達國家城市生活垃圾熱值在9000kJ/kg以上，而我國大多數(shù)城市熱值在2000-4000kJ/kg，故燃燒困難，要添加一定比例的粗煤，投資大，成本高。垃圾焚燒發(fā)電會產生二惡英物質,對環(huán)境形成嚴重二次污染,盡管這一污染能夠通過裝置得到消除,但是由于運行費用昂貴,國內垃圾焚燒廠對二惡英揮發(fā)進行處理的很少垃圾處理收費政策不到位，補貼費標準不明確