中國(guó)的能源問(wèn)題及解決途徑(吳仲華).pdf

中國(guó)能源網(wǎng) 1 中國(guó)的能源問(wèn)題及其中國(guó)的能源問(wèn)題及其 依靠科學(xué)技術(shù)解決的途經(jīng)依靠科學(xué)技術(shù)解決的途經(jīng) 部分摘錄 部分摘錄 吳仲華吳仲華 主要搞自 1980 年 8 月 14 日中央書(shū)記處舉辦的科學(xué)技術(shù)知識(shí)講座的一篇報(bào) 告 1980 年 12 月由知識(shí)出版社會(huì)出版 該文增加了一些材料后 在 1982 年中 美能源與環(huán)境學(xué)術(shù)會(huì)議 北京 上以英文發(fā)表 1982 年 1983 年作者兩次應(yīng)中 共中央黨校邀請(qǐng)講課 講課稿由中共中央黨校出版社于 1983 年 7 月收入在 科 學(xué)技術(shù)和社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè) 一書(shū)中出版 中國(guó)科學(xué)院主席團(tuán)執(zhí)行主席 中華燃?xì)廨啓C(jī)研究與發(fā)展公司董事長(zhǎng)兼總經(jīng)理 大慶石油管理局能源技術(shù)顧問(wèn) 中國(guó)能源網(wǎng)收錄感想 24 年前 中國(guó)著名的能源技術(shù)科學(xué)家吳 仲華院士曾多次為中央各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)深入淺出地介紹了提高能源利用效 率的基礎(chǔ)知識(shí) 所表述的觀點(diǎn)直到今天仍然能夠讓我們有頓開(kāi)茅塞之 感 目前 中國(guó)正在經(jīng)歷著一次嚴(yán)重地能源綜合短缺 造成短缺的主 要原因之一是我們的能源利用觀念和知識(shí)不能跟上時(shí)代的步伐 能源 利用效率低下 浪費(fèi)嚴(yán)重 在能源的問(wèn)題上 全中國(guó)都需要進(jìn)行一次 認(rèn)認(rèn)真真地補(bǔ)課 如果不能有效利用資源 盡力提高能源利用效率 最大限度地減少環(huán)境代價(jià) 中國(guó)的 和平崛起 將成為黃粱一夢(mèng) 一 中國(guó)的能源情況 略 中國(guó)能源網(wǎng)收錄感想 24 年前 中國(guó)著名的能源技術(shù)科學(xué)家吳 仲華院士曾多次為中央各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)深入淺出地介紹了提高能源利用效 率的基礎(chǔ)知識(shí) 所表述的觀點(diǎn)直到今天仍然能夠讓我們有頓開(kāi)茅塞之 感 目前 中國(guó)正在經(jīng)歷著一次嚴(yán)重地能源綜合短缺 造成短缺的主 要原因之一是我們的能源利用觀念和知識(shí)不能跟上時(shí)代的步伐 能源 利用效率低下 浪費(fèi)嚴(yán)重 在能源的問(wèn)題上 全中國(guó)都需要進(jìn)行一次 認(rèn)認(rèn)真真地補(bǔ)課 如果不能有效利用資源 盡力提高能源利用效率 最大限度地減少環(huán)境代價(jià) 中國(guó)的 和平崛起 將成為黃粱一夢(mèng) 一 中國(guó)的能源情況 略 中國(guó)能源網(wǎng) 2 二 能源的品質(zhì)分析與評(píng)價(jià)二 能源的品質(zhì)分析與評(píng)價(jià) 各種能源品質(zhì)有高有低 對(duì)這些品質(zhì)要有個(gè)綜合的評(píng)價(jià) 以便選擇各種適宜 的能源來(lái)滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)發(fā)展的需要 1 能源及其轉(zhuǎn)化和利用 能源及其轉(zhuǎn)化和利用 圖 8 表示各種能源經(jīng)過(guò)各種設(shè)備把它們轉(zhuǎn)化為各種不同形式的能來(lái)使用 圖 的左邊是各種能源 右邊是各種使用形式 中間是各種轉(zhuǎn)化過(guò)程 從上面往下 天然氣 石油 煤 有機(jī)物 如薪炭 農(nóng)作物秸稈 都是常規(guī)能源 水力和風(fēng)力 也算是常規(guī)能源 水力 風(fēng)力只須經(jīng)過(guò)一種機(jī)械裝置 水輪機(jī) 風(fēng)車(chē) 就能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 水輪機(jī)的效率可以超過(guò) 90 能源利用率很高 天然氣 石油 煤作為化工原料 我們?cè)谶@里不討論 作為能源 一般要 通過(guò)熱裝置 如燃燒爐 燃燒室 鍋爐等 要與空氣一起燃燒 成為高溫氣體 或直接使用 或產(chǎn)生蒸汽在工業(yè)上和生活上 取暖 使用 這都是熱利用 如果 要把熱轉(zhuǎn)換成機(jī)械能就要經(jīng)過(guò)熱機(jī) 機(jī)械能可做功 也可轉(zhuǎn)化為電能 經(jīng)過(guò)發(fā) 電機(jī)成為電能后可以輸送到使用部門(mén)去 再經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)得到機(jī)械能為我們做功 中國(guó)能源網(wǎng) 3 太陽(yáng)能是新能源 它可以通過(guò)光電池變成電能 現(xiàn)在主要問(wèn)題是轉(zhuǎn)化效率低 價(jià)格比較貴 只有在那些沒(méi)有其它能源的特殊情況下使用才是合適的 它當(dāng)然也 可直接產(chǎn)生蒸汽用于生產(chǎn)或取暖 其它被稱(chēng)作新能源的還有海洋能 地?zé)?核裂變或聚變能等 2 能源品質(zhì)評(píng)價(jià) 能源品質(zhì)評(píng)價(jià) 能源有很多種 各有優(yōu)缺點(diǎn) 評(píng)價(jià)能源品質(zhì)的指標(biāo)主要是 第一 能流的密度 這是指在一定空間或一定面積里能源可提供的功率 顯 然 如果能流密度很小 就很難用作主力能源 按照目前的技術(shù)水平 太陽(yáng)能的 能流密度很小 太陽(yáng)能要通過(guò)反射鏡集中到一定的地方 才可產(chǎn)生高溫的蒸汽 這需要很大的面積 所以太陽(yáng)能的能流密度小成了它的缺點(diǎn) 原子能的能流密度 十分大 這是它的優(yōu)點(diǎn) 除風(fēng)力外 各種常規(guī)能源的能流密度都比較大 第二 開(kāi)發(fā)能源的費(fèi)用和設(shè)備價(jià)格 也就是需要花的投資 太陽(yáng)能 風(fēng)能由 大自然提供 不需什么開(kāi)發(fā)費(fèi) 但設(shè)備目前較貴 各種化石燃料與核燃料 從勘 探 開(kāi)采 到加工 運(yùn)輸都需要人力和物力的投資 這些都要考慮進(jìn)去 才能對(duì) 每種能源作出全面的比較 根據(jù)目前的技術(shù)水平 太陽(yáng)能 風(fēng)能 海洋能等發(fā)電 設(shè)備的價(jià)格為每千瓦幾千元到上萬(wàn)元 初投資大大 資金周轉(zhuǎn)太慢 而燒天然氣 和石油裝置的價(jià)格只有前者的幾十分之一 初投資小 資金周轉(zhuǎn)快 用煤和用水 力的設(shè)備 單價(jià)每千瓦為幾百到一千元 也比利用太陽(yáng)能 風(fēng)能的設(shè)備便宜得多 第三 能源供應(yīng)的連續(xù)性和儲(chǔ)存的可能性 一般常規(guī)能源容易貯存 太陽(yáng)能 風(fēng)能的貯存是個(gè)難題 連續(xù)供應(yīng)也是個(gè)難題 各種化石燃料和核燃料都比較容易 實(shí)現(xiàn)這兩方面的要求 第四 運(yùn)輸費(fèi)用和損耗 運(yùn)輸本身要消耗能源 也需要投資 所以遠(yuǎn)距離運(yùn) 輸影響它的使用 現(xiàn)在 國(guó)際上己發(fā)展用管道運(yùn)輸煤 并且還在改進(jìn) 而我們國(guó) 家的煤還全部靠鐵路運(yùn)輸 水力發(fā)電站如果與用戶(hù)離得太遠(yuǎn) 遠(yuǎn)距離輸電按目前 技術(shù)水平 損失也不小 而且還是一項(xiàng)投資較大的工程 當(dāng)然 近距離輸電 便 宜而且方便 這是電能的突出優(yōu)點(diǎn) 第五 污染問(wèn)題 隨著能源大量消耗 這個(gè)問(wèn)題就更突出了 煤的燃燒造成 污染的危害性在我國(guó)還未引起足夠的重視 對(duì)于原子能的危險(xiǎn)性則很重視 應(yīng)用 時(shí)會(huì)采取各種安全措施 對(duì)于水力利用 也有它的獨(dú)特的 污染 問(wèn)題 例如對(duì) 中國(guó)能源網(wǎng) 4 生態(tài)平衡 土地鹽堿化 灌溉與航運(yùn)等的影響 所以也必須加以注意 太陽(yáng)能和 風(fēng)能基本上是沒(méi)有污染的能源 第六 貯藏量 各種能源一定要資源豐富 才能充分發(fā)揮它的作用 地理分 布對(duì)它的使用也有很大關(guān)系 比如 我們水力資源偏在西南地區(qū) 當(dāng)?shù)毓I(yè)較小 人口也較少 要開(kāi)發(fā)就需要考慮遠(yuǎn)距離輸送電能的問(wèn)題 最后 還有可再生性 如水能 太陽(yáng)能 風(fēng)能 地?zé)岫伎勺匀辉偕?這是好 的方面 其它燃料用掉就沒(méi)有了 能源的品位很重要 但品位的高低須等下面介 紹有關(guān)科學(xué)定律后才能看得清楚 我們把上面講的情況綜合比較在表 3 中 表中打 的是 一般 打 是 比較好 打 是 比較差 打 是 更差 的 表 3 能源品質(zhì)評(píng)價(jià)主要方面與目前狀況 能源 品質(zhì) 天然氣 石油 煤 水力 原子能沼氣池太陽(yáng)能 地?zé)?風(fēng) 海洋能 能流密度 百瓦 米 2 幾百瓦 米 2 開(kāi)發(fā)價(jià)格 設(shè)備價(jià)格 幾百 千瓦 千 千瓦 萬(wàn) 千 瓦 萬(wàn) 千 瓦 萬(wàn) 千 瓦 有儲(chǔ)可能 運(yùn)輸方便 管道 運(yùn) 距 輸 電 運(yùn) 距 輸 電 污染問(wèn)題 以上大體比較了各種能源在各方面的優(yōu)缺點(diǎn) 在開(kāi)發(fā)能源時(shí) 需要很好地綜 合考慮 三 能源資源的開(kāi)發(fā)與有關(guān)科學(xué)技術(shù)問(wèn)題 略 三 能源資源的開(kāi)發(fā)與有關(guān)科學(xué)技術(shù)問(wèn)題 略 四 能的轉(zhuǎn)化和利用的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題四 能的轉(zhuǎn)化和利用的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題 1 水能利用 水能利用 水能的利用在歷史上是很悠久的 我國(guó)的歷史記載大約在漢武帝時(shí) 公元 中國(guó)能源網(wǎng) 5 37 年 就有 但比較簡(jiǎn)單 其它國(guó)家如羅馬大約在公元 150 年才利用這種方式 水能利用主要是利用水的位能 水位高 水的位能也大 另外也可以從地心 吸力來(lái)解釋 即地球?qū)λ形?水從高處向下流 經(jīng)過(guò)水輪機(jī)發(fā)出機(jī)械功 參 看圖 12 水輪機(jī)的輪子上裝有很多葉片 水流過(guò)葉片時(shí)就使輪于轉(zhuǎn)動(dòng) 再通過(guò) 驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電 象這種動(dòng)力機(jī)械的輪子上裝有葉片的統(tǒng)稱(chēng)為葉輪機(jī)械 葉輪機(jī)械不僅用于水輪機(jī)上 在蒸汽輪機(jī)上也用這種形式的動(dòng)力機(jī)械 蒸汽流過(guò) 葉片時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)輪子 帶動(dòng)發(fā)電機(jī) 在燃?xì)廨啓C(jī)中則是燃燒后的氣體流過(guò)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)輪 子 另外一種類(lèi)型的動(dòng)力機(jī)械是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī) 氣缸里有活塞 燃燒后的熱氣在 氣缸內(nèi)膨脹 推動(dòng)活塞 活塞再通過(guò)連桿帶動(dòng)曲柄 使它轉(zhuǎn)動(dòng) 對(duì)外作功 水輪機(jī)的效率一般可達(dá) 90 到 94 是轉(zhuǎn)化效率較大的動(dòng)力機(jī)械 水輪機(jī) 效率低的也有 70 80 一般說(shuō)來(lái) 水有天然位差 不要花什么投資 但要建 造水庫(kù)來(lái)貯存 就要花投資了 從轉(zhuǎn)化過(guò)程和機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)講還是比較簡(jiǎn)單的 一 臺(tái)水輪機(jī)功率小的幾十 幾百千瓦 大的可達(dá)幾十萬(wàn)千瓦 在這里附帶說(shuō)一下 我們數(shù)字量級(jí)的用法與國(guó)際上以千作為量級(jí)的用法有差別 翻譯和對(duì)比時(shí)很不方 便 例如國(guó)際上一千個(gè)瓦叫千瓦 一千個(gè)千瓦叫兆瓦 我們不用千而用萬(wàn) 喜歡 用一萬(wàn) 十萬(wàn) 百萬(wàn) 而不用十千 百千 千千 人家叫 千 千 我們叫做 百 萬(wàn) 不知道將來(lái)我們能不能也使用 千 的量級(jí) 放棄 萬(wàn) 的量級(jí) 和國(guó)際上一致起來(lái) 水能可以直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 風(fēng)能通過(guò)風(fēng)車(chē) 或叫風(fēng)輪機(jī) 也可直接轉(zhuǎn)化 為機(jī)械能 中國(guó)能源網(wǎng) 6 2 從燃料到熱 從燃料到熱 一般常規(guī)燃料是通過(guò)熱的形式來(lái)使用 通常各種燃料的化學(xué)能 或原子能 都要在各式各樣的爐子 或反應(yīng)堆 中轉(zhuǎn)化為熱 圖 13 熱可以直接使用 以 滿(mǎn)足各種工藝流程和生產(chǎn)的需要 熱也可以通過(guò)熱機(jī) 電機(jī)等進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為機(jī)械 能 電能 然后再被使用 經(jīng)過(guò)熱這個(gè)環(huán)節(jié)而被利用的能量 在我國(guó)占 90 以 上 世界各國(guó)平均也超過(guò) 85 因此 研究提高各種爐子的轉(zhuǎn)化效率是有普遍 指導(dǎo)意義的 燃料在爐里燃燒 產(chǎn)生高溫氣體 通過(guò)傳熱過(guò)程使水的溫度升高 成為高溫 蒸汽 一部分能量則從煙囪排放出去 如果煙氣不加處理 就會(huì)造成污染 例如 煤里有硫 硫燃燒生成二氧化硫 它碰上水成為酸雨 對(duì)農(nóng)作物 對(duì)人民健康都 有很大壞處 還有氧化氮是可能致癌的物質(zhì) 一氧化碳也有毒 即使是二氧化碳 如果在空氣中大量增加 地球溫度會(huì)升高 使生態(tài)失去平衡 要去掉污染 就要 采取措施 要花代價(jià) 燒煤的發(fā)電廠 增加這種去污染設(shè)備要增加投資 20 以 上 污染最好在燃燒過(guò)程中就去掉 這樣就需要科學(xué)技術(shù) 例如采用流態(tài)化燃燒 新技術(shù) 了 現(xiàn)在爐子的效率高低差別很大 火電站鍋爐一般是大型的 設(shè)計(jì)也比較仔細(xì) 效率可以達(dá)到 90 94 比較高 工業(yè)上使用的爐子大的效率可達(dá) 90 小的 只有 20 60 平均約 50 左右 家庭用的燒煤爐的效率一般只有 10 20 家 庭煤爐在燃燒時(shí)效率比這高 但悶火時(shí)效率是零 如用煤氣爐 使用效率就可 中國(guó)能源網(wǎng) 7 提高到 50 以上 所以如果家庭燒煤改成燒煤氣 使用效率可提高好幾倍 有 個(gè)資料介紹 現(xiàn)在用在工業(yè)鍋爐上全年用煤有 100Mt 鍋爐的效率是 55 如果 提高到 60 就可節(jié)省 8Mt 煤 城市民用是 55Mt 效率只有 20 如果提高到 40 就可節(jié)省 27 5 Mt 煤 如把小鍋爐改成大的 集中供熱或供應(yīng)煤氣 節(jié)約 更大 可以節(jié)省幾千萬(wàn)噸煤 合理利用燃料另外一個(gè)途徑就是將現(xiàn)在許多燒油的爐子改為燒煤 現(xiàn)在國(guó)際 上在研究將煤和油混合成為油煤漿 甚至將煤和水混合成為水煤槳 對(duì)現(xiàn)有設(shè)備 進(jìn)行一些修改就可使用 這樣就可以煤代替一部分油 這幾年國(guó)際上在這方面的 研究工作發(fā)展很快 我國(guó)也已開(kāi)展研究工作 我國(guó)工業(yè)能耗占全部能耗的 65 是一次能源的最大用戶(hù) 這與許多工業(yè) 產(chǎn)品的生產(chǎn)需要耗費(fèi)大量能源 而我國(guó)工業(yè)方面的能量利用率又不高有關(guān) 各式各樣的工業(yè)爐把燃料轉(zhuǎn)化為熱 供應(yīng)工藝流程的需要 熱利用在工業(yè)耗 能中占有相當(dāng)大的比例 由于從化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱很容易 其能源利用率應(yīng)該比較 高 在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家一般超過(guò) 70 而我國(guó)工業(yè)部門(mén)的能源利用率尚不到 50 是節(jié)能潛力最大的部門(mén) 工業(yè)部門(mén)中除電力工業(yè)外 冶煉工業(yè)和化學(xué)工業(yè)耗能最多 許多國(guó)家在工業(yè) 節(jié)能方面進(jìn)行了大量工作 國(guó)外的焦?fàn)t和高爐都向大型化發(fā)展 日本高爐日產(chǎn)達(dá)萬(wàn)噸以上 大大降低了 焦比 我國(guó)大型高爐日產(chǎn)千噸以上 中小高爐耗能更多 國(guó)外有些高爐煉鋼回收 煤氣 減少能量消耗 日本采用新的工藝流程 把煉鋼 連續(xù)澆鑄 直接軋制統(tǒng) 一起來(lái) 去掉了中間冷卻和加熱 還采取了高爐爐頂余壓發(fā)電等余能利用措施 大大節(jié)省了能源 國(guó)外化學(xué)工業(yè)裝置也搞大型化 進(jìn)入七十年代以來(lái) 發(fā)展速度超過(guò)其它部門(mén) 并且普遍制訂了節(jié)能規(guī)劃 改進(jìn)工藝流程 充分利用余熱 使能量多次利用 降 低了能耗 我國(guó)除新近引進(jìn)的設(shè)備 能耗可以接近國(guó)外水平外 其余大部分還是 比較落后的 以合成氨為例 全國(guó)平均能耗水平 1975 年為 3 7t 標(biāo)準(zhǔn)煤 1978 年 為 3 1t 標(biāo)準(zhǔn)煤 而日本的平均能耗只有 1 3t 顯然 節(jié)能必須成為化學(xué)工業(yè)的重 要課題 其它如機(jī)械制造業(yè) 產(chǎn)品的能耗也比較高 以汽車(chē)為例 1978 年生產(chǎn)每輛 汽車(chē)所需要能耗日本為 0 4t 標(biāo)準(zhǔn)煤 而我國(guó)有的企業(yè)為 5 8t 中國(guó)能源網(wǎng) 8 為了提高工業(yè)部門(mén)的能源利用率 我們必須采用先進(jìn)的工藝流程 改造能耗 高的企業(yè) 促進(jìn)設(shè)備更新 大幅度提高各種爐子效率 搞好集中供熱 熱電井供 和余能利用 3 由熱到機(jī)械能 由熱到機(jī)械能 我國(guó)現(xiàn)在大約有全部能耗的 16 用在蒸汽輪機(jī)上 4 用在蒸汽機(jī)上 7 用在內(nèi)燃機(jī)上 總共約為全部能源的 29 用在這些動(dòng)力機(jī)械上 怎樣把能源最有效地轉(zhuǎn)化成機(jī)械能呢 需要介紹兩個(gè)熱力學(xué)定律 1 能量轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律 熱力學(xué)第一定律是根據(jù)生產(chǎn)上 實(shí)驗(yàn)室里觀察到的現(xiàn)象歸納出來(lái)的能量轉(zhuǎn) 化的基本定律 它普遍適用于各式各樣的機(jī)械和自然界現(xiàn)象 熱力學(xué)第一定律也 叫做能量守恒定律 在馬克思恩格斯經(jīng)典著作中很重視這個(gè)自然科學(xué)中的基本定 律 它的簡(jiǎn)單說(shuō)法是 能量可以以各種形式出現(xiàn) 不能無(wú)中生有 也不能白白消 滅 而只可以從一種形式等量轉(zhuǎn)化為另一種形式 在處理能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題時(shí) 我們首先要明確所研究問(wèn)題的對(duì)象 在熱力學(xué)中 把作為研究對(duì)象的那些物體 物質(zhì)稱(chēng)為 體系 習(xí)慣上用一個(gè)框框來(lái)代表這些 對(duì)象物質(zhì) 見(jiàn)圖 14 于是 上述定律可以表示為 經(jīng)過(guò)一個(gè)熱力過(guò)程后 對(duì)體系總的傳熱量 Q 等 于體系總的輸出功 W 加上在此過(guò)程中該體系內(nèi)的總的內(nèi)能升高值 E 熱力學(xué) 第一定律可用下列公式代表 中國(guó)能源網(wǎng) 9 Q W E 或 AE Q W 上式表示高溫?zé)嵩磦鹘o體系的熱量等于體系對(duì)外界所做的機(jī)械功加上體系 內(nèi)部能量的增加 一般這個(gè)公式中三個(gè)量都出現(xiàn) 有時(shí)有一個(gè)不出現(xiàn) 例如 W 0 則 Q E 或 E 0 則 Q W 熱力學(xué)第一定律是普遍定律 自然界里 工程界里都適用 使用這個(gè)公式時(shí) 要注意公式中三個(gè)量的單位 按照國(guó)內(nèi)過(guò)去的習(xí)慣用法 Q 代表傳熱量 它與內(nèi) 能變化都用 kca1 表示 所謂 kcal 就是 1kg 升高 1 時(shí)所需的能量 1cal 就是 1g 水升高 1 所需能量 做的功 W 用 kg m 表示 kg 是作用力的大小 沿作用力 的方向移動(dòng)多少米就是做了多少 kg m 的功 以 kcal 表示的能與以 kg m 表示的 功之間的關(guān)系是從實(shí)驗(yàn)中定下來(lái)的 lkcal 427kg m 所以能量單位都可以只 用熱單位 kcal 或機(jī)械功單位 kg m 一種單位來(lái)表達(dá) 一秒鐘做 75kg m 的功我 國(guó)叫做一馬力 實(shí)際上這是功率的單位 是單位時(shí)間里做的功 可我們以前沒(méi)有 翻譯對(duì) 原文實(shí)際是馬功率 我們翻譯成馬力 變成力的單位了 另一個(gè)功率單 位是 w 或 kw 它們與馬力之間有一定的換算關(guān)系 我國(guó)已決定推行國(guó)際單位制 已經(jīng)制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定能 功 熱都用統(tǒng)一的單位焦耳 分析各種動(dòng)力機(jī)械的工作過(guò)程首先要用到熱力學(xué)第一定律 剛才說(shuō)的水輪 機(jī)的工作過(guò)程中沒(méi)有傳熱 所以 W E O 隊(duì)用來(lái)分析鍋爐時(shí) 因?yàn)?W O 中國(guó)能源網(wǎng) 10 所以 Q E 這就給出了水的內(nèi)能變化與對(duì)體系傳熱量之間的關(guān)系 用來(lái)分析 熱機(jī)可用蒸汽機(jī)說(shuō)明 圖 15 是十八世紀(jì)末才趨于完善的人類(lèi)發(fā)明創(chuàng)造的第一種熱機(jī) 蒸汽機(jī)的 示意圖 煤或其它燃料 在鍋爐中燃燒后產(chǎn)生高溫燃?xì)鈧鳠峤o水 獲得具有一定 壓力和溫度的蒸汽 蒸汽進(jìn)入氣缸 在膨脹過(guò)程中 推動(dòng)活塞 再通過(guò)連桿 轉(zhuǎn) 動(dòng)曲柄軸 輸出機(jī)械功 膨脹后蒸汽的壓力和溫度降低 在冷凝器中凝結(jié)成水 再用水泵打回到鍋爐中 這樣構(gòu)成了可以不斷重復(fù)進(jìn)行的循環(huán)過(guò)程 稱(chēng)為熱力學(xué) 循環(huán) 水或蒸汽在蒸汽機(jī)裝置中 經(jīng)過(guò)高溫燃?xì)鈱?duì)它傳熱 Q1 后 內(nèi)能升高 了 當(dāng)它從高壓向低壓膨脹時(shí) 內(nèi)能降低而對(duì)活塞輸出機(jī)械功 W1 水或蒸汽 是蒸汽機(jī)使用的工作介質(zhì) 叫做工質(zhì) 我們把工質(zhì)作為體系 如果考慮它進(jìn)行了 一個(gè)熱力學(xué)循環(huán) 回到原來(lái)的狀態(tài) 內(nèi)能沒(méi)有變化 即 E O 則 W W1 W2 Q Q1 Q2 這就是說(shuō) 蒸汽機(jī)活塞的輸出功減去輸給水泵的功 恰好 等于從燃?xì)鈧鹘o工質(zhì)的熱量減去工質(zhì)傳給冷卻水的熱量 熱力學(xué)第一定律只規(guī)定了能量轉(zhuǎn)化的數(shù)量關(guān)系 而未指明轉(zhuǎn)化的方向性 其 實(shí)各種形式的能彼此轉(zhuǎn)化是有可否 難易之分的 也就是具有某些方向性的 除了第一定律以外 分析熱機(jī)很重要的是熱力學(xué)第二定律 能源充分利用與 否還要用熱力學(xué)第二定律 下面用圖 16 來(lái)說(shuō)明熱力學(xué)第二定律 這個(gè)定律有許多說(shuō)法 但各種說(shuō)法是彼此一致的 其中有些說(shuō)法比較通俗易 中國(guó)能源網(wǎng) 11 懂 例如 不可能自發(fā)地由低溫向高溫傳熱 對(duì)于熱機(jī)最為實(shí)用的一種說(shuō)法 是 熱機(jī)不可能將單一熱源傳給工質(zhì)的熱 Q1 全部轉(zhuǎn)化為功 W 熱機(jī)是將外界 傳給工質(zhì)的熱轉(zhuǎn)化為機(jī)械功并連續(xù)不斷地工作的機(jī)器 工質(zhì)經(jīng)過(guò)若干個(gè)熱力學(xué)循 環(huán)后 其內(nèi)能不變 即 E O 參看圖 16 由高溫?zé)嵩磦鹘o體系的熱量 O1 不 可能全部變?yōu)楣?必定有一部分熱量 O2 傳給另一較低溫度的熱源 這樣 熱機(jī) 的輸出功只有 W Q1 Q2 人們用熱效率來(lái)表征傳熱量 Q1 轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的程度 即 熱效率 W Q1 Q1 Q2 Q1 1 Q2 Q1 這是熱機(jī)效率的普遍關(guān)系式 如果希望熱效率高 就必須使 Q2 Q1 小 那么 1 Q2 Q1 的值就大 熱 效率也就愈高 但不可能大于 1 希望 Q2 Q1 值愈小 那就要求相對(duì)地 Q1 大或 Q2 小 這樣熱效率就高 但在實(shí)際工作中 Q1 和 Q2 都需要考慮具體過(guò)程來(lái)計(jì)算 比較困難 所以 在作一般性工作時(shí) 就有人提出了理想熱機(jī)的作法 這種理想機(jī)實(shí)際上是做不到 的 但可以從它得出一些簡(jiǎn)單的關(guān)系 具有定性指導(dǎo)的意義 在理想熱機(jī)中傳熱 是恒溫的 即熱源向熱機(jī)傳熱的溫度 T1 不變 熱機(jī)向冷源傳熱的溫度 T2 也不 變 并且沒(méi)有任何摩擦損失 這也是一個(gè)理想條件 在這種理想條件下 理想 熱機(jī)的熱效率是 理想 1 T2 T1 式中 T2 是低溫?zé)嵩吹慕^對(duì)溫度 T1 是高溫?zé)嵩吹慕^對(duì)溫度 從這個(gè)公式就可以 知道 對(duì)理想熱機(jī)來(lái)說(shuō) T1 越高越好 T2 越低越好 這樣熱機(jī)效率就愈高 注意式中 T 是絕對(duì)溫度 不是攝氏溫度 在一個(gè)大氣壓下 水在 0 時(shí)結(jié)冰 在 100 時(shí)沸騰成蒸汽 絕對(duì)溫度的度數(shù)是攝氏溫度加上 273 所以它的零度是 273 見(jiàn)圖 17 計(jì)算上式時(shí) 攝氏溫度要換算成絕對(duì)溫度 T1 高 即能源產(chǎn) 生蒸汽的溫度高 叫作高品位能源 這也就是高品位的含義 中國(guó)能源網(wǎng) 12 熱機(jī)中 T1 高 理想熱效率高 實(shí)際熱效率也相應(yīng)地高 相反的 能源產(chǎn)生 的溫度比較低 就叫作低品位能源 能夠直接變成為機(jī)械功或電的能源 如水能 可以認(rèn)為是更高品位的能源 所以作為熱源的高低品位 是指經(jīng)過(guò)熱機(jī)把熱轉(zhuǎn)化 為機(jī)械能給我們做功來(lái)講的 我們?cè)诳紤]余熱利用時(shí) 如果它們的溫度太低 這 種低品位的能源拿到熱機(jī)上去利用 熱效率很低 經(jīng)濟(jì)上就不合算 如余熱溫度 高 拿到熱機(jī)上去利用 熱效率高 經(jīng)濟(jì)效益就比較高 高品位能源用在熱機(jī)上 最好 因?yàn)榭梢缘贸鲚^多的機(jī)械功 低品位只能作為供應(yīng)較低溫度的蒸汽或熱水 用 也是各得其用 總的來(lái)說(shuō) 要很好利用能源 特別是通過(guò)熱機(jī)把它轉(zhuǎn)化成機(jī) 械功 就要做很多研究工作 把整個(gè)熱機(jī)循環(huán)參數(shù)選擇好 各個(gè)熱力過(guò)程組織好 燃料要燃燒得很完全 傳熱要很有效 內(nèi)部流動(dòng)損失也要很小 這樣才能使能源 的轉(zhuǎn)化與傳遞得到最高的效率 這些就是工程熱物理這門(mén)學(xué)科研究的主要內(nèi)容 通過(guò)這門(mén)學(xué)科的發(fā)展和應(yīng)用 各種設(shè)備 熱機(jī)能得到最高的效率 2 發(fā)電耗能 圖 18 是蒸汽輪機(jī)電站的示意圖 在我國(guó)燒煤或油 通過(guò)蒸汽輪機(jī)發(fā)電的火 電站大約消耗全部能源的 16 我國(guó)火電站的平均效率大約是 29 現(xiàn)在 一 般高參數(shù)大功率蒸汽輪機(jī)電站的發(fā)電效率可達(dá) 38 如果考慮消除污染設(shè)備的 能量消耗及有些損失 效率就降低到 36 以下 從這個(gè)角度來(lái)講 我們積極采 中國(guó)能源網(wǎng) 13 用現(xiàn)代的蒸汽輪機(jī)和今后建設(shè)更先進(jìn)蒸汽輪機(jī) 我們能量的有效利用率就可提 高 從 29 左右提高到 36 增加了 20 但是 能源利用率提高更多的辦法是把蒸汽輪機(jī)發(fā)電與余熱利用 供熱結(jié)合 起來(lái) 就是說(shuō)既供電 又供熱 這樣燃料的利用率就很容易達(dá)到 60 假如把 燃料在鍋爐內(nèi)燒掉只是為了供生產(chǎn)用或供暖用的蒸汽 即使燃燒效率很高 鍋爐 效率 99 實(shí)際上從熱力學(xué)第二定律來(lái)看仍然是一種浪費(fèi) 在爐中燃燒后的高 溫氣體加熱水使產(chǎn)生溫度和壓力都比較高的蒸汽 讓它先通過(guò)蒸汽輪機(jī)發(fā)電 排 出的蒸汽溫度還足夠高 可以供生產(chǎn)用或者用來(lái)供暖 這樣燃料的能量利用率就 大大提高 這比把燃料分開(kāi)來(lái)燃燒 一部分燃燒產(chǎn)生蒸汽到蒸汽輪機(jī)去發(fā)電 另 一部分燃燒產(chǎn)生蒸汽供熱 要合理 現(xiàn)在很多國(guó)家都在想法做到不是單純發(fā)電 也不是單純供熱 而是把兩者結(jié)合起來(lái) 梯級(jí)使用 很多工業(yè)部門(mén)都可以考慮這 樣來(lái)使用 如化工工業(yè) 鋼鐵工業(yè) 煉油 紙槳造紙 紡織 食品加工工業(yè)等部 門(mén)都可以用 他們本來(lái)就要電 熱或蒸汽 過(guò)去他們可能是向電網(wǎng)要電 而自己 再燒些燃料來(lái)生產(chǎn)蒸汽 假如把兩方面的要求結(jié)合起來(lái) 燃料在鍋爐里燃燒后 傳熱給水變成蒸汽 蒸汽先在蒸汽輪機(jī)里膨脹做功 帶動(dòng)發(fā)電機(jī) 排出的蒸汽再 到熱交換器產(chǎn)生較低溫度的蒸汽或熱水等 這樣燃料總利用率就可以提高到 60 以上 現(xiàn)代工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家主要是由于燃料價(jià)格日益高漲 從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)考慮 而我 中國(guó)能源網(wǎng) 14 們要這樣做還不只是經(jīng)濟(jì)性考慮 因?yàn)楣まr(nóng)業(yè)產(chǎn)量要增加到四倍 能源生產(chǎn)只能 提高到兩倍 所以必須用符合科學(xué)規(guī)律的這種方法才能用較少量的能源來(lái)滿(mǎn)足生 產(chǎn)的需要 一般工業(yè)供熱約兩年就可以回收成本 與原來(lái)比較 居民供熱也可 用這種供暖方法 特別是我們社會(huì)主義國(guó)家更有條件這樣做 以后在北方新建的 居民點(diǎn)都可考慮這樣做 大大節(jié)省單獨(dú)燃燒燃料來(lái)供熱的能耗 在產(chǎn)油基地如用蒸汽灌進(jìn)井去來(lái)增加石油回收率 也可考慮這樣一個(gè)聯(lián)合裝 置 既發(fā)電以滿(mǎn)足動(dòng)力的需要 又產(chǎn)生蒸汽打到井里去 值得我們很好考慮采用 但是這樣一個(gè)裝置 設(shè)備受到材料限制 蒸汽溫度不能很高 約 550 發(fā)電熱效率也不能很高 不能超過(guò) 40 為了更多地提高熱效率 熱機(jī)工質(zhì)的 初溫希望能提高到 1 000 以上 這就要使用燃?xì)廨啓C(jī)了 因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)可以適 應(yīng) 1 000 以上的高溫 燃?xì)廨啓C(jī)的前面是風(fēng)扇 或壓氣機(jī) 把空氣的壓力提高并且往后面輸送 中間是燃燒室 燃料同空氣混合燃燒 得到高溫高壓燃燒氣體 最后有個(gè)葉輪機(jī) 械 叫氣輪機(jī)或透平 它同蒸汽輪機(jī)一樣 轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子上有很多葉片 高溫高壓 燃?xì)饬鬟^(guò)葉片后就能轉(zhuǎn)動(dòng)輪子 輸出機(jī)械功 一方面帶動(dòng)前面的風(fēng)扇 一方面帶 動(dòng)后面的發(fā)電機(jī) 圖 19 表示一個(gè)不帶回?zé)崞骰蛘邘в谢責(zé)崞鞯娜細(xì)廨啓C(jī)的示意圖 上邊講了 空氣先通過(guò)壓氣機(jī) 提高壓力 再到燃燒室 提高溫度 最后到氣輪機(jī)膨脹輸出 功 它的工作溫度范圍表示在左邊的溫度圖上 中國(guó)能源網(wǎng) 15 燃?xì)廨啓C(jī)的初始溫度 T1 比較高 現(xiàn)在的技術(shù)水平已經(jīng)超過(guò) 1 000 目前最 簡(jiǎn)單的燃?xì)廨啓C(jī)效率達(dá) 33 以上 燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度較高 如果加用一個(gè)回?zé)?器 把能量輸送給從壓氣機(jī)出來(lái)的空氣 提高溫度后再進(jìn)入燃燒室 就可以減少 燃料量 這樣就能提高燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率 在國(guó)外最好的效率已超過(guò) 43 所 以國(guó)外燃?xì)廨啓C(jī)在固定設(shè)備上使用的趨勢(shì)是增加回?zé)崞鱽?lái)提高效率 燃?xì)廨啓C(jī)又可以與蒸汽輪機(jī)聯(lián)合起來(lái) 成為一個(gè)聯(lián)合循環(huán)裝置 圖 20 21 是燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)聯(lián)合裝置的示意圖 這種聯(lián)合裝置在發(fā)電上已大力發(fā)展 因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)可以在高溫下使用 它是 在機(jī)內(nèi)燃燒 與蒸汽輪機(jī)不一樣 對(duì)氣輪機(jī)葉片采取冷卻措施 可以耐受高的溫 度 在 1 000 以上的高溫下工作 它的排氣溫度為 500 600 也比較高 正 中國(guó)能源網(wǎng) 16 好可以到余熱鍋爐中去產(chǎn)生蒸汽 帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)工作 蒸汽最后在冷凝器中以接 近大氣的溫度冷凝成水 因此它可以在 1 000 與 20 30 的溫度范圍內(nèi)工作 所以熱效率高 目前聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率已經(jīng)超過(guò) 46 是一般蒸汽輪機(jī)做不到 的 這是熱機(jī)發(fā)展的方向 在國(guó)外這樣的聯(lián)合裝置 燃?xì)廨啓C(jī)燒的是天然氣或油 有的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中就有副產(chǎn)品可燃?xì)怏w 可以用作這種裝置的燃料 我國(guó)發(fā)電 全要燒煤 目前國(guó)外正在大力研究?jī)煞N燒煤的辦法 一種是流態(tài)化床燃燒室 見(jiàn) 圖 22 另一種是把煤氣化后 送到燃燒室里燃燒 表 4 燃煤聯(lián)合循環(huán)的發(fā)展情況 國(guó)家 西部 美 G E W H C W 國(guó) 瑞典 英國(guó) 日本 爐型 魯奇 氣 固定床 氣 流化 氣 流化 燃 流化 氣 流化 氣 流化 氣 功率 KW 17 萬(wàn) 58 5 萬(wàn) 64 5 萬(wàn) 16 5 萬(wàn) 50 萬(wàn) 32 萬(wàn) 60 萬(wàn) 3 萬(wàn) 20 萬(wàn) 50 萬(wàn) 燃?xì)?7 4 40 萬(wàn) 蒸氣 9 5 24 5 萬(wàn) 效率 36 5 40 39 40 40 41 37 4 時(shí)間 72 年 85 年 85 年 計(jì)劃 計(jì)劃 日光計(jì)劃 估計(jì)燒煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的熱效率將來(lái)可以超過(guò) 40 這種聯(lián)合裝置的燃?xì)?輪機(jī)的排氣還可以用來(lái)供熱 這樣多級(jí)利用煤的總效率可以達(dá)到 80 以上 中國(guó)能源網(wǎng) 17 3 交通運(yùn)輸耗能 下面談?wù)劷煌ㄟ\(yùn)輸方面耗能問(wèn)題 當(dāng)前我國(guó)鐵路上消耗的能量占全部能耗的 4 主要使用蒸汽機(jī) 它的熱效率很低 一般蒸汽機(jī)本身的熱效率是 10 12 輸送到輪子上 真正體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)火車(chē)的不到 8 是現(xiàn)在使用熱機(jī)中效率最低的 我們國(guó)家運(yùn)輸主要靠鐵路 今后要發(fā)展鐵路來(lái)滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要 電力機(jī) 車(chē) 柴油機(jī)車(chē)都比蒸汽機(jī)車(chē)能源利用率高 但是電氣化鐵路造價(jià)比較高 除非線(xiàn) 路特別繁忙的地方 流通量特別大才合算 柴油機(jī)車(chē)效率也比較高 在 30 以上 不過(guò)柴油供應(yīng)量受到限制 所以將來(lái)發(fā)展也有限制 一個(gè)出路是用燒重油的燃?xì)?輪機(jī)車(chē) 假如把現(xiàn)在發(fā)電廠燒的重油改用燒煤后 把重油用于燃?xì)廨啓C(jī)車(chē) 這樣 一轉(zhuǎn)移 在發(fā)電量不減少的情況下 鐵路可以得到使用蒸汽機(jī)機(jī)車(chē)兩倍以上的動(dòng) 力 從費(fèi)用上比較這也是經(jīng)濟(jì)的 這項(xiàng)工作計(jì)委正在抓 另外還有一種可能性 就是熱氣機(jī)或者叫斯特林發(fā)動(dòng)機(jī) 它是一種外燃式活 塞式發(fā)動(dòng)機(jī) 過(guò)去就有過(guò) 但效率很低 隨著材料等方面的技術(shù)進(jìn)步 現(xiàn)在效率 提高了 已經(jīng)超過(guò)了 30 并且還可以燒煤 不過(guò)現(xiàn)在還沒(méi)有大功率的 如果能 研制成功大功率的 將是取代蒸汽機(jī)車(chē)的一種好辦法 運(yùn)輸用的動(dòng)力應(yīng)具有機(jī)動(dòng)性 為了去掉龐大的鍋爐系統(tǒng)和換熱器金屬耐受高 溫的限制 19 世紀(jì)下半葉出現(xiàn)了將燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒的內(nèi)燃機(jī) 圖 23 內(nèi) 燃機(jī)的大多數(shù)是四沖程 即活塞上下移動(dòng)四次 經(jīng)過(guò)吸氣 壓縮 燃燒膨脹 排 氣等過(guò)程完成一個(gè) 循環(huán) 也有上下移動(dòng)兩次完成一個(gè)循環(huán)的 叫作二沖程 因?yàn)檫@種熱機(jī)間歇地短時(shí)間接觸燃燒氣體 并且采取冷卻措施 所以可以采用較 高的 瞬時(shí) 燃燒溫度如表 5 所示 表 5 內(nèi)燃機(jī)的最高溫度 T1 T2 汽油機(jī) 2 200 2 800K 900 1 100K 柴油機(jī) 1 800 2 200K 700 900K 中國(guó)能源網(wǎng) 18 這樣可以得到較高的熱效率 30 42 隨著曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度的高低 內(nèi)燃 機(jī)又可分為高速 中速 低速幾種 其中以低速柴油機(jī)效率量高 內(nèi)燃機(jī)使用的 燃料有汽油 柴油 重油 酒精 天然氣 煤氣 以及煤液化和氣化后的燃料及 氫氣等 它也可以使用油和氣的雙重燃料 由于內(nèi)燃機(jī)的熱效率較高 中小功率 的內(nèi)燃機(jī)較輕小 它特別適用于中小功率的車(chē) 船等運(yùn)輸工具及拖拉機(jī) 農(nóng)用動(dòng) 力等 世界上僅汽車(chē)就有 3 億輛之多 我國(guó)汽車(chē)數(shù)量較少 發(fā)動(dòng)機(jī)主要是仿制或 參考國(guó)外三十年代到六十年代的產(chǎn)品 目前耗油率與國(guó)外先進(jìn)水平比 差距相當(dāng) 大 表 6 是相同等級(jí)小轎車(chē)的耗油率的比較 單位 L 100km 表 6 小轎車(chē)耗油率比較 上海 中 福特 美 卡勃里 1600 豐田 日 卡里納 40 雷蘭德 美 1988 年 12 16 7 4 11 7 6 10 3 2 8 4 7 為了節(jié)約能源 有些國(guó)家還規(guī)定了每年油耗下降的指標(biāo) 如美國(guó)要求各汽車(chē) 公司產(chǎn)品于 1985 年達(dá)到 8 5L 100km 的指標(biāo) 船舶運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性較好 如內(nèi)河航運(yùn)每 HP 可運(yùn)載 3 8t 而火車(chē)為 1 3t 汽 中國(guó)能源網(wǎng) 19 車(chē)僅為 0 1t 應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展水運(yùn) 內(nèi)河航運(yùn)中較為突出的問(wèn)題是對(duì)自然河流沒(méi)有 注意的計(jì)劃 有步驟地開(kāi)發(fā)治理和利用 內(nèi)河航道由 1961 年的 17 萬(wàn) 2 千 Mm 減少到目前的 10 萬(wàn) 8Mm 治理航道的費(fèi)用每公里投資為新建鐵路的三分之一到 五分之一 在河流整治中應(yīng)注意水資源的綜合利用 同時(shí)發(fā)揮防洪 發(fā)電 航運(yùn) 灌溉的效用 我國(guó)海運(yùn)船舶數(shù)量也少 碼頭現(xiàn)代化程度也差 我國(guó)公路運(yùn)輸 航空運(yùn)輸方面能耗大概占全國(guó)總能耗的 3 4 好的內(nèi)燃 機(jī)熱效率可以在 30 以上 但仍比國(guó)外的低 10 左右 這方面提高效率比較容 易 國(guó)際上已經(jīng)有成熟技術(shù) 現(xiàn)在我國(guó)耗油較低的汽車(chē)已經(jīng)出現(xiàn) 將來(lái)交通運(yùn)輸 公路運(yùn)輸 航運(yùn)比重要增加 交通運(yùn)輸方面燃料利用率可以轉(zhuǎn)好 4 工業(yè)余能的利用 工業(yè)余能的利用 工業(yè)余能的利用 是個(gè)大問(wèn)題 我國(guó)工業(yè)耗能約占全國(guó)總能耗的三分之二 而利用效率低 大量余能白白丟掉了 今后應(yīng)該好好利用起來(lái) 余能利用的辦法 與它的品位很有關(guān)系 前面介紹熱力學(xué)第二定律 已經(jīng)提到能源品位的高低對(duì)熱 機(jī)熱效率的影響 例如有高溫的廢氣 溫度甚至高到 1 000 以上 如果氣體壓 力也比較高 那就很好利用 把它通過(guò)一個(gè)膨脹氣輪機(jī) 例如煙氣輪機(jī) 高溫 高壓的氣體就可以膨脹作功 高爐煤氣 焦?fàn)t煤氣 化工工業(yè)中都有兩個(gè)大氣壓 上下的高溫氣體 過(guò)去是浪費(fèi)掉了 現(xiàn)在裝上一個(gè)煙氣輪機(jī) 就可以很好利用這 個(gè)能量了 但是如果高溫氣體壓力只是略大于大氣壓 就不能膨脹作功 只能作 為一個(gè)熱源來(lái)使用 用在封閉式的氣輪機(jī)上 或者用來(lái)產(chǎn)生蒸汽通過(guò)汽輪機(jī)發(fā)電 假如余氣的溫度低 只有 300 左右 則需應(yīng)用有機(jī)工質(zhì)的蒸汽循環(huán) 圖 24 勉強(qiáng)還可以使用 從熱力學(xué)第二定律就可以看出熱效率會(huì)很低 目前不會(huì)超過(guò) 8 而設(shè)備投資比較大 回收投資的年數(shù)也就多了 要比較用熱機(jī)來(lái)發(fā)電 還 是用來(lái)產(chǎn)生工業(yè)上或者生活供暖上所需要的低溫蒸汽 或熱水那一個(gè)更為合算 此外 由于余能利用設(shè)備有各種損失 影響余能的回收 因此要開(kāi)展高效率 余能利用設(shè)備的研究和改進(jìn) 如高效率換熱器 回收低溫余熱的熱管 熱泵 軸 流式 向心式氣體膨脹輪機(jī) 余熱鍋爐 高效率有機(jī)工質(zhì)蒸汽循環(huán)動(dòng)力裝置等 給予一定投資 采用較先進(jìn)的余能利用技術(shù)和設(shè)備 不僅可以把余能利用好 而 且回收周期也可縮短 這樣就有可能把工業(yè)方面的燃料熱利用率提高到更先進(jìn)的 水平 節(jié)約出更多的燃料 工業(yè)余能是一個(gè)很大的能量 根據(jù)它具體的情況 品 中國(guó)能源網(wǎng) 20 位的高低 使用得合適 可以以不太大的投資取得較好的效果 這是我們今后節(jié) 約能源很重要的一個(gè)方面 五 結(jié)束語(yǔ)五 結(jié)束語(yǔ) 為了搞好能源工作以促進(jìn)四個(gè)現(xiàn)代化建設(shè) 我們建議要搞好下述幾項(xiàng)工作 1 進(jìn)一步查清中國(guó)能源儲(chǔ)藏量與利用的全部確切情況 做到心中有數(shù) 有 的放矢地正確制定方針政策 2 制定能源方面的法規(guī) 加強(qiáng)能源管理 以貫徹加強(qiáng)能源開(kāi)發(fā) 大力節(jié)約 能源消耗 近期把節(jié)約放在優(yōu)先地位的方針 3 搞現(xiàn)代化一定要依靠科學(xué)技術(shù)進(jìn)步 能源是中國(guó)現(xiàn)代化的一個(gè)根本環(huán)節(jié) 和戰(zhàn)略重點(diǎn) 對(duì)它的科學(xué)研究工作必須先行 而且要循序漸進(jìn) 在統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下組 織好近期與長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃 以及攻關(guān)工作 4 為確保能源這個(gè)戰(zhàn)略重點(diǎn) 需要適當(dāng)?shù)卦黾影l(fā)展能源各方面工作的投資 在條件合適時(shí)還可以爭(zhēng)取國(guó)際合作 引進(jìn)外資 5 油和天然氣是優(yōu)質(zhì)能源 要加強(qiáng)它的勘探與開(kāi)發(fā) 在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi) 煤是中國(guó)的主要能源 需要把加快煤炭的開(kāi)發(fā)擺在重要的地位 但它在開(kāi)采 運(yùn) 輸 轉(zhuǎn)化與使用中都有不少困難問(wèn)題 必須加強(qiáng)煤的科技工作 電力工業(yè)要把建 設(shè)重點(diǎn)逐步放在水電的開(kāi)發(fā)上 在嚴(yán)重缺能地區(qū)還要建設(shè)核電站 因地制宜地發(fā) 展各種新能源 中國(guó)能源網(wǎng) 21 6 各種不同品質(zhì)的能源要合理分配 對(duì)口供應(yīng) 做到各得其所 見(jiàn)圖 26 例如各種液體燃料應(yīng)該用于運(yùn)輸機(jī)械 而煤應(yīng)該用于固定設(shè)備 沼氣先用在農(nóng)村 圖 26 能源分配各得其所 7 以節(jié)能為中心 對(duì)現(xiàn)有企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造 更新關(guān)鍵設(shè)備 工藝 經(jīng)濟(jì) 政策方面要為技術(shù)進(jìn)步開(kāi)路 8 在能源利用方面 應(yīng)該按照基本科學(xué)原理 按照能的不同品位 按照各 盡其用的原則來(lái)進(jìn)行 例如根據(jù)熱源溫度的高低選擇適當(dāng)?shù)臒釞C(jī)和熱裝置 大力 發(fā)展各種聯(lián)合循環(huán)與熱電并供 余能利用等 見(jiàn)圖 27 中國(guó)能源網(wǎng) 22 9 能源工業(yè)很容易產(chǎn)生大量的各種污染 在發(fā)展能源的同時(shí)必須要很好地 同時(shí)重視環(huán)保工作 10 中國(guó)是社會(huì)主義國(guó)家 應(yīng)該可以做到有計(jì)劃按比例發(fā)展 還應(yīng)該系統(tǒng)規(guī) 劃 進(jìn)行全面的綜合性研究以得出最佳方案 總之 從能源科學(xué)技術(shù)的角度來(lái)看 我國(guó)的能源資源比較豐富 有條件依靠 我們自己的能源資源實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也為較大幅度地提高 能源利用率提供了可能性 我們應(yīng)該努力做好能源規(guī)劃工作 大力加強(qiáng)能源的科 學(xué)研究工作 掌握有關(guān)的先進(jìn)科學(xué)技術(shù) 抓好能源開(kāi)發(fā) 特別是要節(jié)約能源 開(kāi) 展以節(jié)能為中心的技術(shù)改造 這樣我們一定可以在本世紀(jì)末用年產(chǎn)為現(xiàn)在兩倍的 能源來(lái)滿(mǎn)足年產(chǎn)為現(xiàn)在四倍的工農(nóng)業(yè)產(chǎn)量 本講話(huà)是在中國(guó)科學(xué)院工程熱物理所蔡睿賢 凌志光 葉經(jīng)緯 張世鋒 陳銘凈 江淑琴等同志幫助收集 整理 討論的基礎(chǔ)上編成的 編成后又經(jīng)陳銘 凈 金紅光兩位同志幫助校核修改 謹(jǐn)在此向以上各位同志致謝 中國(guó)能源網(wǎng) 23 本文收自吳仲華先生主編 由機(jī)械工業(yè)出版社 1988 年出版的 能的梯級(jí)利 用與燃?xì)廨啓C(jī)總能系統(tǒng) 一書(shū) 由吳仲華先生撰寫(xiě)的原書(shū) 前言 如下 前前 言言 我國(guó)是一個(gè)能源資源比較豐富的國(guó)家