節(jié)能技術(shù)(熱能部分)

1、節(jié)能技術(shù)關(guān)于熱能部分1目錄第一節(jié)概述第二節(jié)工程熱力學(xué)能量質(zhì)量的節(jié)能第三節(jié)關(guān)于量的節(jié)能理論第四節(jié)節(jié)能的實(shí)施關(guān)于技改第五節(jié)節(jié)能的實(shí)施關(guān)于優(yōu)化運(yùn)行第六節(jié)結(jié)束語2第一節(jié)概述一.節(jié)能是一門科學(xué)“國家節(jié)約能源法”新草案關(guān)于節(jié)能的定義是:“加強(qiáng)管理,采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理以及環(huán)境和社會(huì)可以承受的措施,從能源生產(chǎn)到消費(fèi)的各個(gè)環(huán)節(jié),降低消耗,減少損失,制止浪費(fèi),更加有效、合理的利用能源”。(1970年世界能源委員會(huì)什么樣是可行,什么樣是合理,什么樣是可承受,好像需要一個(gè)定量的尺度、限度。我國老一代最德高望重的科學(xué)家嚴(yán)濟(jì)慈老先生在上世紀(jì)六十年代說過:“所費(fèi)多于所當(dāng)費(fèi);所得少于所可得就是浪費(fèi)。”這句話揭示了節(jié)能

2、的本質(zhì)問題,“當(dāng)費(fèi)”和“可得”點(diǎn)明了節(jié)能需要定性和定量的內(nèi)涵,這就是節(jié)能這門學(xué)科的核心。能源是萬物運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力之源,因此這句話,甚至可以說是指明了:(節(jié)約能源這個(gè)事物發(fā)展的方向和人類(依賴于能源活動(dòng)可能的范圍。節(jié)能技術(shù)是一門科學(xué),有它完整的理論和規(guī)律,是研究能源利用完善程度的定性和定量分析的一個(gè)學(xué)科。認(rèn)為面對(duì)各行各業(yè)而無能為力的觀點(diǎn)、對(duì)能源的浪費(fèi)熟視無睹的狀態(tài)、或者偽科學(xué)都是不對(duì)的。二. 節(jié)能的范疇和方向節(jié)能的內(nèi)涵,可以這樣劃分:1. 從范疇分:有廣義節(jié)能和狹義節(jié)能。廣義節(jié)能,包括所有材料的節(jié)約,因?yàn)槿魏我环N材料也都以消耗一定數(shù)量的能源而取得的;本課題是指“節(jié)能技術(shù)”,稱為狹義節(jié)能,僅指各種能源

3、、能量的節(jié)約,也包含材料制造過程中的能源、能量的節(jié)約。2.能而稱為量,就有數(shù)量和質(zhì)量之分:顯然需要節(jié)約能量的數(shù)量和質(zhì)量,只有這兩方面都節(jié)約了才能稱為能量的利用完善了。嚴(yán)濟(jì)慈老先生的“所費(fèi)多于3所當(dāng)費(fèi)”,就是指數(shù)量的節(jié)能;而“所得少于所可得”,就是指質(zhì)量的節(jié)能這就從本質(zhì)上指明了完善的、全面的、而且是定量的節(jié)能方向。三. 節(jié)能技術(shù)的理論體系理論是指導(dǎo)節(jié)能工作的基礎(chǔ):節(jié)約能的質(zhì)量可得必得,是宏觀節(jié)能,是系統(tǒng)節(jié)能。理論基礎(chǔ)是:“工程熱力學(xué)”。節(jié)約能的數(shù)量當(dāng)費(fèi)則費(fèi),是微觀節(jié)能,主要是設(shè)備節(jié)能。理論基礎(chǔ)是:“傳熱理論”、“燃燒理論”、“傳質(zhì)(干燥理論”及其基礎(chǔ)理論(物理學(xué)、流體力學(xué)等;還有“工質(zhì)特性理論”

4、、“熱機(jī)原理”等。其中,工質(zhì)是以地球上最易取得、無害的水和空氣為主的物質(zhì)特性理論;熱機(jī)主要是指,汽油機(jī)、柴油機(jī)、汽輪機(jī)等,以熱學(xué)、機(jī)械學(xué)、流體力學(xué)相結(jié)合的理論,本文重點(diǎn)介紹前三個(gè)基礎(chǔ)理論。注意:1.把節(jié)能和熱學(xué)、熱力學(xué)緊密相連,是因?yàn)闊釋W(xué)、熱力學(xué)不僅只闡明了熱能作為一種能源的本身的特性;而且自始至終,貫穿于熱學(xué)的發(fā)展全過程,無論在深度和廣度上,都緊扣能源節(jié)約這個(gè)核心,甚至還有斗爭(zhēng);這門學(xué)科既古老,又因?yàn)楣?jié)能成為人類關(guān)注的焦點(diǎn)而生機(jī)勃勃,不緊跟甚至?xí)芸鞎?huì)落伍,催人奮進(jìn)。很有意義。2.稱為理論,但一點(diǎn)也不抽象,它無時(shí)不刻地在指導(dǎo)和影響著我們周邊的生產(chǎn)、工作和生活。本文就以日常所見的生產(chǎn)、工作、生

5、活為例,揭示節(jié)能的理論系統(tǒng),展開課題,拋磚引玉,共同探討深入。4第二節(jié)工程熱力學(xué)能量質(zhì)量的節(jié)能世界是運(yùn)動(dòng)的,運(yùn)動(dòng)就必然需要有推動(dòng)力。熱而稱為力,顯然,熱力學(xué)在某種意義上來說,是揭示自然界運(yùn)動(dòng)的規(guī)律、揭示事物發(fā)展的方向和揭示人類活動(dòng)可能范圍的一門科學(xué)。熱力學(xué)的核心由熱力學(xué)第零、第一、第二和第三四大定律組成。一.熱力學(xué)第一定律1. 熱力學(xué)第一定律是在18世紀(jì),瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)后,人類發(fā)現(xiàn)自身可以有這么大的創(chuàng)造力,于是各種發(fā)明、創(chuàng)造風(fēng)起云涌,其中包括占比例不小的各類永動(dòng)機(jī)。大量的現(xiàn)象、問題放在科學(xué)家面前需要解釋、需要正確引導(dǎo);需要說明什么是功?什么是能?如何轉(zhuǎn)換?有什么關(guān)系?于是熱力學(xué)第一定律,即能量

6、轉(zhuǎn)換和守恒定律應(yīng)運(yùn)而生。熱力學(xué)第一定律可以用一個(gè)很簡(jiǎn)單的公式表達(dá):功=常數(shù)熱量即W=AQ它說明:功和熱都是能量;能量必有它的由來,必然由其他能量轉(zhuǎn)換而來;能量可以互相轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換前后是相等的,也就是說轉(zhuǎn)換前后是平衡的;不同能量間的轉(zhuǎn)換,只需乘上一個(gè)經(jīng)理論和大量試驗(yàn)證明的系數(shù),就可以相互換算,這個(gè)系數(shù)稱為當(dāng)量值。式中常數(shù)A就是功的當(dāng)量值功熱當(dāng)量。第一定律指明了:第一類永動(dòng)機(jī),即不需要輸入能量,就能連續(xù)作功或能連續(xù)產(chǎn)生某種能量,及其它偽科學(xué)的不可能性。2. 熱力學(xué)第一定律還可寫為:輸入能量=輸出有用能量+損失能量說明任何一個(gè)過程(從單臺(tái)設(shè)備,到一個(gè)系統(tǒng),一個(gè)企業(yè),一個(gè)地域在取得有效部分的同時(shí),也必然

7、伴隨有某種能量或功的損耗,尋找這些損耗,就是節(jié)能和節(jié)能工作;5效率=輸出有用能量/輸入能量 %;能量的多次轉(zhuǎn)換:總效率=效率1效率2效率3;研究這些等式的方法,就是熱平衡和能量平衡方法提高轉(zhuǎn)換效率的方法,或者減少損失的方法。盡可能提高有用能量和盡可能減少損失能量就是節(jié)能熱力學(xué)第一定律指明了節(jié)約能量數(shù)量的方向。3.應(yīng)用舉例:各種設(shè)備、系統(tǒng)、企業(yè)的熱平衡和能平衡工作。越是大型設(shè)備越有可能做得更完善,轉(zhuǎn)換效率越高。如集中供熱、煤氣化、坑口電站、大型發(fā)電站等。各種能量可以互相轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換過程也都存在效率問題:如:火力發(fā)電站、三峽水電站,核電站;其他新能源風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電、太陽能發(fā)電、垃圾發(fā)電等等。關(guān)于

8、能源資源的節(jié)約:世界上的一切能源的來源都是太陽能,因此必須關(guān)心不可再生能源和可再生能源問題。太陽能轉(zhuǎn)化礦物質(zhì)能不可再生能源,諸如:煤炭、石油等,這是多少萬年太陽能的積累。燃燒這些能源后產(chǎn)生二氧化碳,排入大氣后,還造成溫室效應(yīng),威脅人類的生存條件,必須限制和制定世界的公約;太陽能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能可再生能源,即生物質(zhì)能源,如:作物秸稈、其他植物等,綠色植物生長(zhǎng)過程中要吸收二氧化碳,因此國際社會(huì)公認(rèn)燃用生物質(zhì)能源作為二氧化碳的零排放。可見節(jié)能和減排之間的關(guān)系密不可分。當(dāng)然環(huán)境科學(xué),又是一門專門的學(xué)科,不能一一?？梢姛崃W(xué)第一定律在這發(fā)面建立了不可磨滅的功勛。二.熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第一定律沒有進(jìn)一步說

9、明:6能量的自生不可能,還有些那些不可能?熱能里的“溫度”這一重要概念為什么沒有出現(xiàn),沒有被描述;能量有轉(zhuǎn)換方向嗎?高溫到低溫,低溫到高溫;熱能到電能,電能到熱能都可逆嗎?功和熱能完全等同描述嗎?功轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?或熱能變?yōu)闊崮艿倪^程,可以用熱力學(xué)第一定律的效率來描述;那么熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楣?用熱力學(xué)第一定律的效率來描述,為什么往往不如人意?有序運(yùn)動(dòng)可方便的轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿訜o序的熱運(yùn)動(dòng),反之可以自由進(jìn)行嗎?從瓦特發(fā)明熱能到機(jī)械能的蒸汽機(jī),推動(dòng)了第一次工業(yè)革命;這時(shí)電和它的機(jī)理,電和磁的關(guān)系也正在被很多科學(xué)家孜孜不倦、前赴后繼地揭示出來,電加入到能量的大家庭,電能幾乎無所不能。趕快發(fā)電吧,但發(fā)電又是一個(gè)怎么樣的

10、能量的轉(zhuǎn)換過程呢?效率又可以多少呢?人類又將進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代,當(dāng)然又有大量問題擺在了人們面前。技術(shù)發(fā)展的需要和人類認(rèn)識(shí)的深入,產(chǎn)生了熱力學(xué)第二定律:1.開爾文描述:“不能制造出只與單一溫度熱源交換熱量,對(duì)外作功,又不引起其它變化的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)”。即僅從單一溫度熱源取得熱量,就可以不斷做功,熱可以完全轉(zhuǎn)化為功,是不可能的;必須同時(shí)還要向另一個(gè)低溫?zé)嵩磁懦鲆徊糠譄崃?才可以取得功。即熱能轉(zhuǎn)換為功(機(jī)械能,存在另一個(gè)轉(zhuǎn)換效率問題。2.克勞修斯描述:“熱不可能從低溫物體傳向高溫物體,而不引起其它任何變化”。即,要使低溫物體轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷匚矬w,必須另外加入能量。第二定律需要定量,這就是卡諾循環(huán)及其效率的計(jì)算指

11、明熱轉(zhuǎn)化為功的最高可能性:=1-T低/T高舉例:火焰溫度 T1=1200可產(chǎn)生的蒸汽溫度 T2=200(1.6MPa7環(huán)境溫度 T3=30充分利用火焰(1200:=1-(30+273/(1200+273 =79.4%而如果利用蒸汽(200:=1-(30+273/(200+273 =35.9%效率相差這樣大,指明了另一個(gè)節(jié)能潛力的方向和最高可能性。 如有運(yùn)行于如下參數(shù)的發(fā)電廠: 8 發(fā)電=卡諾鍋爐汽機(jī)電廠鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電廠廠用電部分,實(shí)際上是人們平時(shí)關(guān)注的重點(diǎn)。明顯僅是節(jié)約的一部分,這是第一定律的范疇,但并非是節(jié)能的全部;而卡諾循環(huán)效率所揭示的是節(jié)能的另外一個(gè)大部份?？梢?第一定律指明了從能源的

12、下游節(jié)約,量的節(jié)約“所費(fèi)多于所當(dāng)費(fèi)”的問題;而第二定律指明了從能源的源頭節(jié)約,質(zhì)的節(jié)約“所得少于所可得”的問題。第二定律指明了:1. 超卡諾循環(huán)效率不可能、第二類永動(dòng)機(jī)不可能、所得多于所可得不可能;2. 能量轉(zhuǎn)換不僅有數(shù)量問題,還有方向性問題、品位問題,數(shù)量不能體現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的全部,也就是說能量還具有有質(zhì)量問題。能量取得的難易程度、消耗能源資源的多少和它的功能、功用代表了能量的品位和質(zhì)量。電能、機(jī)械能比熱能品位高;溫度愈高的熱能,愈可以獲得更多的高品位的電能、機(jī)械能,因此也質(zhì)量愈高;品位問題也揭示了能源利用完善性的另一面。溫度越高,卡諾循環(huán)效率越高,利用越多,即可得的越多。集中供熱比小鍋爐效益高

13、;熱電聯(lián)供效益更高,利用了高端能量,白白回收了電能;熱電聯(lián)供也是參數(shù)越高越好;聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率更高。這里說大型化,又高參數(shù)化,才獲益越大。而一種新的理念,甚至稱為是第二代能源系統(tǒng),即分布式能源系統(tǒng)。它是以燃?xì)?或其它新能源、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)、熱電冷聯(lián)供為核心的小型系統(tǒng)。關(guān)鍵是:大小型,對(duì)于燃?xì)庀到y(tǒng)(或其它新能源效率相差不大,接近負(fù)荷又減少了損失,這兩者抵消;而聯(lián)供的效益遠(yuǎn)高得多,所以被推崇。燃煤則有粉碎問9題、除塵問題等,還是一定的大型化為好。3.按第一定律計(jì)算的是當(dāng)量熱值,反映能量的數(shù)量;反映能量質(zhì)量的是被第二定律所決定的等價(jià)熱值,它反映的是能量取得的難易程度,是能源的品位,是對(duì)于能源資源

14、的消耗量的計(jì)量。如:電1kwh=3600kj=電加熱放出的熱量(這是當(dāng)量值,而取得 1kwh電,發(fā)電廠效率3040%,需10550kj,即0.360kg標(biāo)煤的熱量,才產(chǎn)生1度電,這就是電的等價(jià)值;而如有蒸汽3600kj (這是當(dāng)量值 ,鍋爐效率8090%,需4500kj的熱量的煤才能產(chǎn)生,即0.15kg標(biāo)煤,這是蒸汽的等價(jià)值。上述計(jì)算,顯然不能說鍋爐效率高于發(fā)電廠效率的2倍;同時(shí),可以看到等價(jià)值是折算到能源消耗的計(jì)算,電的等價(jià)值高,功能也遠(yuǎn)非蒸汽所可比,因此品位高等價(jià)值揭示了能量的品位本質(zhì)揭示能耗與國家資源的關(guān)系,節(jié)能對(duì)于國家資源的責(zé)任;統(tǒng)計(jì)部門用當(dāng)量值,是為了避免重復(fù)計(jì)算,這是兩回事。4.從

15、統(tǒng)計(jì)學(xué)看:熱能是分子的無序運(yùn)動(dòng),而電能是原子的有序運(yùn)動(dòng)。從有序到無序很容易,而從無序到有序不容易。有序性代表能源等級(jí)。可見普遍意義上講:第一定律的熱平衡已不能作為評(píng)價(jià)能量利用完善性的可比尺度。5. 第二定律和卡諾循環(huán)的進(jìn)一步推導(dǎo),可以更完善各種過程的關(guān)于能量質(zhì)量的:質(zhì)量的轉(zhuǎn)換、質(zhì)量的損失、質(zhì)量轉(zhuǎn)換的效率的計(jì)算。這就是“火用”和“火用”平衡計(jì)算,這是對(duì)于能量的質(zhì)量、內(nèi)部損失的計(jì)算評(píng)價(jià)方法;而熱平衡計(jì)算只考慮外部損失?！盎鹩谩? Q卡諾恒溫?zé)嵩? i- TS 流動(dòng)體系(變溫= kwh 電或機(jī)械能“火用”代表可以轉(zhuǎn)化為功的能,稱可用能。10焓 = “火用”+“火無”“火無” = Q(1-卡諾= TS

16、“火無”代表未能轉(zhuǎn)化為功的能,是損失的能。熵 S 。是內(nèi)部損失程度度量方法、效率提高方向的一個(gè)有用參數(shù),內(nèi)涵十分豐富,本文不再深入,僅拋磚引玉了。能量平衡只反映各種能源的數(shù)量利用程度;需要作“火用”平衡以考察質(zhì)量的利用程度,就是從能源的源頭節(jié)約的計(jì)算方法。6. 工作和日常生活中常見關(guān)于的所得少于所可得的問題:閥的節(jié)流,熱量沒有損失,但壓力下降了,可用能減少了,能量的質(zhì)量損失了,質(zhì)量代表品位,代表更多的數(shù)量;燃煤取暖,可以做到?jīng)]有熱損失,但燃燒溫度達(dá)1200只為取暖的50 服務(wù),如能發(fā)過電再供熱,這部分電能豈非白白取得了?高低品位能量的區(qū)別、權(quán)衡利用;電解制氫為了清潔能源,用高級(jí)能源,取得低等級(jí)

17、的熱能,氫僅作為燃料用,不甚合理。但如果能利用低谷電,倒可以權(quán)衡。吸收式(溴化鋰制冷利用低溫?zé)嵩匆詿岽娛呛侠淼?等等。熱泵問題是反向的卡諾循環(huán)(制冷循環(huán),效率很高,;主要用于空調(diào)節(jié)能等,有利于低溫?zé)嵩吹睦?包括地?zé)?、太陽能等。?空調(diào)制冷的兩端溫差越小,當(dāng)然能耗越小。如夏季空調(diào)運(yùn)行時(shí),室內(nèi)26,室外38,溫差12;如果想辦法使室外溫度為26以下,原則上可以不耗能了;而冬季空調(diào)運(yùn)行時(shí),室內(nèi)20,室外0,溫差20;如果想辦法使室外溫度為10,溫差10原則上可以節(jié)能一半,利用井水也可以做到。這就是低溫?zé)嵩吹睦?同樣還可廣泛考慮太陽能、工廠低溫?zé)嵩吹睦玫鹊?效果良好。與熱電聯(lián)產(chǎn)、聯(lián)合循環(huán)等性質(zhì)

18、不同。117.應(yīng)用的關(guān)注點(diǎn):必須既從能源的下游節(jié)約,量的節(jié)約;又從能源的源頭多利用,質(zhì)的節(jié)約,兩方面并舉才是對(duì)能源利用完善了;熱電聯(lián)供及其高參數(shù)化、需要有序有規(guī)劃地發(fā)展;壓力能的分級(jí)利用;聯(lián)合循環(huán)發(fā)電最大可能地可得必得;能源的源頭利用或能源的分級(jí)合理利用,是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)級(jí)、地域區(qū)域級(jí)、甚至國家級(jí)的事,必須有遠(yuǎn)見卓識(shí)的統(tǒng)籌規(guī)劃這是一個(gè)節(jié)能巨大潛力的領(lǐng)域;新上項(xiàng)目能源評(píng)估應(yīng)該有區(qū)域、地域性的用能評(píng)估,等等。三.熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律:“兩物體達(dá)到熱平衡,即兩者間完全沒有熱量傳遞時(shí)就是溫度相等”。也就是說兩物體間如果沒有溫差,就沒有熱量的傳遞;如果有熱量的傳遞就有溫差。溫度測(cè)量就是用這個(gè)原理,應(yīng)保

19、證溫度計(jì)和被測(cè)物體間沒有熱量的傳遞時(shí),兩者間溫度才一致了。 /d12四.熱力學(xué)第三定律熱力學(xué)第三定律:“不論用什么方法都不可能把溫度降到絕對(duì)零度”。絕對(duì)零度就是:分子原子都停止了運(yùn)動(dòng)。排列整齊,已經(jīng)有序了,所以易于達(dá)到“超導(dǎo)”;此時(shí)“焓”、“熵”、“火用”等熱力參數(shù)也都等于零,也都以絕對(duì)零度為起點(diǎn)。事實(shí)上絕對(duì)零度也就是用熱力學(xué)的方法推導(dǎo)出來的。“熵”是個(gè)非常有用的參數(shù),在第二定律、第三定律里很重要。一切化學(xué)反應(yīng)也都是朝著“熵”增方向進(jìn)行的,可方便的確定化學(xué)反應(yīng)的方向。13第三節(jié)關(guān)于量的節(jié)能理論主要有:傳熱(換熱理論;燃燒理論;傳質(zhì)(干燥理論等;工質(zhì)特性理論:水、飽和水蒸汽、過熱水蒸汽特性、空氣

20、、濕空氣特性、制冷劑特性等;熱機(jī)原理(熱學(xué)、流體力學(xué)、機(jī)械學(xué)的結(jié)合等。本文主要介紹傳熱理論、燃燒理論和傳質(zhì)理論。一. 傳熱理論傳熱理論的核心就是:如何最大可能地加強(qiáng)傳熱和最大限度地阻止傳熱剖析傳熱的機(jī)理,傳熱有三個(gè)途徑:流體的對(duì)流傳熱、固體的導(dǎo)熱、輻射傳熱。1.對(duì)流傳熱是發(fā)生在流體(液體、氣體里的熱量傳遞,熱量搭載在流動(dòng)的物體上,而被傳遞,這種流動(dòng)稱為對(duì)流:流體對(duì)流傳熱的傳熱量為: Q= T F式中三項(xiàng):關(guān)于:傳熱系數(shù),與工質(zhì)特性和流速有關(guān),它的倒數(shù)就是熱阻1/。傳熱與電學(xué)的歐姆定律很相像:I = UR。電流相應(yīng)于熱量,電阻相應(yīng)于熱阻1/(F,而電壓相應(yīng)于溫差,因此也常稱溫差為溫壓。關(guān)于對(duì)流傳

21、熱系數(shù),可以從數(shù)量上感性的認(rèn)識(shí)一下:氣體=幾十千卡/米2時(shí)度液體=幾千千卡/米2時(shí)度沸騰和冷凝時(shí)(相變時(shí)=幾萬千卡/米2時(shí)度例如:應(yīng)當(dāng)充分利用沸騰和冷凝傳熱;需要合理使用疏水器和增加傳熱面積;1415沸騰和冷凝傳熱的典型技術(shù)熱管技術(shù)(熱短路的應(yīng)用; 利用相變技術(shù)汗冷技術(shù)的應(yīng)用;關(guān)于傳熱面積F :兩種流體之間需要相隔,傳熱面積F 就是這個(gè)相隔物體的面積。如:設(shè)計(jì)合理的流道、單位體積里盡可能多的傳熱面積、傳熱面積多了還需考慮小的流動(dòng)阻力、還有膨脹問題、合理布置翅片密度與高度問題等;關(guān)于傳熱溫差T :除了溫差越大,傳熱量也越大外;合理組織流體流向也有意想不到的效果,如:逆流布置與順流布置相比,它的傳

22、熱溫差大于順流的傳熱溫差;而且冷流體的最終溫度還可以被加熱得更高,或者說熱流體的最終溫度還可以被冷卻得更低,設(shè)備利用率高。2.導(dǎo)熱是指發(fā)生在固體里面的傳熱,由分子、原子承擔(dān)傳遞:固體里的導(dǎo)熱傳熱的傳熱量為:Q=(/d TF 與對(duì)流傳熱公式一樣,也是很相似的三項(xiàng): 順流逆流 溫度溫度關(guān)于導(dǎo)熱系數(shù),也可以從數(shù)量上感性的認(rèn)識(shí)一下:金屬= 10200千卡/米時(shí)度非金屬= 0.010.9千卡/米時(shí)度顯然,金屬是熱的良導(dǎo)體,傳熱熱阻可以忽略不計(jì);而非金屬熱阻大得多,可做絕熱材料。和物體的導(dǎo)電性能很接近。d是物體的厚度,F是傳熱的截面積; d/是熱阻,與電學(xué)的電阻計(jì)算方法幾乎一樣。T也是溫壓的含義。3.輻射

23、傳熱,熱量除了可以借助以氣體、液體、固體傳輸外,還可以在沒有任何分子、原子的真空中傳輸,這就是輻射傳熱,與光線的照射特性很接近。輻射傳熱量為: Q=(T14/100- T24 /100F關(guān)于輻射系數(shù),它與穿過物質(zhì)的入射、反射、透射、吸收、頻譜有關(guān);與接受輻射(照射物質(zhì)的入射、反射、透射、吸收、頻譜以及表面黑度系數(shù)、表面形狀等有關(guān)。其熱源如太陽、火焰、高溫?zé)煔?、電加熱器、微波爐等關(guān)于面積,與熱源的輻射面積、接受輻射物體的被照射面積、兩者的位置、角度等有關(guān),計(jì)算稍復(fù)雜。1/相當(dāng)于熱阻。同時(shí)輻射傳熱量與溫度4次方之差成正比,可見高溫輻射的傳熱量也是很大的,等效來看數(shù)量級(jí)與沸騰傳熱、冷凝傳熱在一個(gè)層次

24、上。諸如:太陽能電池板的表面鍍膜,使入射對(duì)外輻射;太陽能電池蓋板的蜂眼特性,可以在內(nèi)部折射,提高了太陽不同入射角時(shí)的效率;1617太陽能熱水器的鍍膜,產(chǎn)生的溫室效應(yīng);而汽車的防曬薄膜,是使反射 入射;紅外線的應(yīng)用;爐膛高溫燃燒區(qū)的充分利用;黑度系數(shù)的提高,等等。4.多層傳熱,熱傳導(dǎo)大多是多層的,有它的特性:傳熱量 = K TFK 是總傳熱系數(shù),等于多層熱阻和的倒數(shù):K = 1/(R1+R2+R3每層的熱阻R1、R2、R3可以分別等于d/、1/等(關(guān)于輻射層需要進(jìn)行等效計(jì)算,也可以分別逐層進(jìn)行計(jì)算可見多層傳熱又有它不同的特性:熱阻最大的層,占比例大,所以影響最大,應(yīng)是注意力的集中地;多層傳熱的總

25、傳熱系數(shù),主要取決于熱阻大的一項(xiàng),著力于這一層的改進(jìn),會(huì)事半功倍,即投入小而收益大,如:加大熱阻大的一側(cè)的流速、傳熱面積等等;對(duì)流傳熱的熱阻主要產(chǎn)生于附面層,經(jīng)過一個(gè)流體層會(huì)加兩個(gè)熱阻: 所以疏松物體可做保溫材料,但需填充合適和良好外保護(hù);保冷材料必須是密閉細(xì)胞型的,避免空氣中水分源源不斷的被冷凝,而破壞保溫層,因?yàn)樗膶?duì)流傳熱系數(shù)比空氣大十倍到百倍;熱水瓶的設(shè)計(jì)考慮全面,很合理;建筑節(jié)能被提到議事日程。其中保溫的簿弱環(huán)節(jié)在于玻璃,用雙層玻璃保溫性能比單層就好得多,還有中空玻璃、入射大于反射的特性玻璃;再加上墻體保溫、可再生能源和太陽能利用、建筑物內(nèi)外氣流組織、空調(diào)管內(nèi)冷熱媒體組織、空調(diào)的熱泵

26、系統(tǒng)、自動(dòng)控制、照明等構(gòu)成節(jié)能型建筑。建筑節(jié)能面廣量大,最近我國已出臺(tái)了新的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范。二. 燃燒理論燃燒是一個(gè)氧化反應(yīng),具有化學(xué)反應(yīng)的共性:在點(diǎn)火階段是吸熱反應(yīng),需要加熱、穩(wěn)定著火、以至用觸媒,保證穩(wěn)定著火區(qū)和高溫,甚至是革命性的;燃料與助燃劑(空氣的混合、組織和空間;合理的空氣量(對(duì)效率很敏感;燃燒各個(gè)階段(預(yù)混燃燒、擴(kuò)散燃燒的合理組織;還有流體力學(xué)、污染物生成理論等的支持。181.固體燃料固定床層燃燃燒,需要注意:合理爐排、分層燃燒技術(shù);一二次風(fēng)配比,預(yù)熱;煤的合理配比;合理的前后拱。等等。沸騰床、流化床燃燒:熱容量大,煤種適應(yīng)性強(qiáng)。粉煤燃燒燃燒器合理預(yù)熱、配風(fēng),大型電站鍋爐;水煤

27、漿、油煤漿技術(shù)。2. 液體燃料油的燃燒(品種很多關(guān)鍵是霧化、配風(fēng)(氧、預(yù)熱、爐膛等。有很多成功的燃燒器設(shè)計(jì)。3. 氣體燃料配風(fēng)(氧、預(yù)熱、爐膛等。重點(diǎn)在燃燒器設(shè)計(jì)。4. 新燃燒技術(shù)與理論:如蓄熱燃燒、純氧燃燒、低NOx燃燒等。三. 傳質(zhì)(干燥理論是傳物質(zhì)和傳熱的結(jié)合主要途徑分別有:在固相和氣相物體內(nèi)的傳質(zhì)。固相:G=(/dTF傳質(zhì)系數(shù),與物體的空隙度等有關(guān),再加厚度d因素,和導(dǎo)熱很相似。T、F和傳熱很相似。19氣相:G=F擴(kuò)散系數(shù),與流速等有關(guān)。濃度差,相當(dāng)于傳熱的溫差、溫壓。F和傳熱很相似。例如:粉碎、噴霧、沸騰床、流動(dòng)床等方法的應(yīng)用;合理組織氣流的溫度、干度(濕空氣特性和流動(dòng),等等。第四節(jié)

28、節(jié)能的實(shí)施關(guān)于技改節(jié)能的實(shí)施技改和優(yōu)化運(yùn)行兩大方面。關(guān)于技改:一.兩大方向節(jié)約能的質(zhì)量宏觀節(jié)能、系統(tǒng)節(jié)能。節(jié)約能的數(shù)量微觀節(jié)能、設(shè)備節(jié)能。二. 關(guān)于能量質(zhì)量的節(jié)約20核心是“所得等于所可”,燃料的理論燃燒溫度可達(dá)2000以上,而目前的利用,大多都遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到。當(dāng)今世界上最高參數(shù)的蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組,蒸氣溫度達(dá)620,燃?xì)廨啓C(jī)達(dá)1400,這些都是佼佼者,普遍水平還遠(yuǎn)達(dá)不到,有些是認(rèn)識(shí)不到,甚至連一般合理參數(shù)的熱電聯(lián)供、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電還達(dá)不到。潛力是巨大的,但需要資金、科技、遠(yuǎn)見、規(guī)劃和決心。對(duì)于一個(gè)區(qū)域,甚至國家,體現(xiàn)政府行為。需要有一個(gè)“節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)”或“可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃設(shè)計(jì)”的部門這是全局能源利用完

29、善程度的體現(xiàn)。對(duì)于一個(gè)企業(yè)、一個(gè)系統(tǒng),體現(xiàn)決策、規(guī)劃和社會(huì)責(zé)任感。特點(diǎn)也是層次深,需要技術(shù)、需要資金、工作重度大,需要逐步突破。工作是大量和具體的,例如:能源審計(jì)工作,建立能源的數(shù)據(jù)庫;區(qū)域能源數(shù)字地圖的制作;區(qū)域和企業(yè)的“火用”平衡、熱平衡;制訂區(qū)域和企業(yè)的能源中遠(yuǎn)期規(guī)劃;新建項(xiàng)目與區(qū)域和企業(yè)整體的能源利用完善性評(píng)估能源的區(qū)域區(qū)域性評(píng)估;實(shí)現(xiàn)能源綜合利用熱冷電氣聯(lián)供系統(tǒng)、電熱煤氣聯(lián)供系統(tǒng)、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng);低溫?zé)嵩匆?guī)劃利用系統(tǒng);最新節(jié)能理念、觀念、發(fā)展勢(shì)態(tài)的吸收引進(jìn)。例如逐步向建立更合理配置、合理參數(shù)、合理充分用能的:“產(chǎn)品熱電冷”聯(lián)產(chǎn)的一體化工廠方向發(fā)展。變純生產(chǎn)某產(chǎn)品,為生產(chǎn)某產(chǎn)品為主,

30、同時(shí)生產(chǎn)用能的匹配產(chǎn)品,以及電、汽、冷等多種產(chǎn)品的企業(yè),以充分綜合利用能量,物盡其用,考慮綜合效益的提高。循環(huán)經(jīng)濟(jì)、清潔生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn);新能源的規(guī)劃利用,等等。21三.關(guān)于能量數(shù)量的節(jié)約首先需要關(guān)注:國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要的節(jié)能中長(zhǎng)期專項(xiàng)規(guī)劃中的重要內(nèi)容,是由國家發(fā)展改革委會(huì)同科技部、財(cái)政部、建設(shè)部、國家質(zhì)檢總局、國家環(huán)?？偩?、國務(wù)院機(jī)關(guān)事務(wù)管理局、中共中央直屬機(jī)關(guān)事務(wù)管理局等有關(guān)部門,織編制了的“十一五”十大重點(diǎn)節(jié)能工程實(shí)施意見,及其貫徹實(shí)施和督導(dǎo)評(píng)估評(píng)價(jià)手冊(cè),非常全面地論述當(dāng)前節(jié)能工作的重點(diǎn),包括:燃煤工業(yè)鍋爐(窯爐改造工程、區(qū)域熱電聯(lián)產(chǎn)工程、余熱余壓利用工程、節(jié)約和替代石油工

31、程、電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程、能量系統(tǒng)優(yōu)化(系統(tǒng)節(jié)能工程、建筑節(jié)能工程、綠色照明工程、政府機(jī)構(gòu)節(jié)能工程、節(jié)能監(jiān)測(cè)和技術(shù)服務(wù)體系建設(shè)工程。國家發(fā)改委組織修訂中國節(jié)能技術(shù)政策大綱(06年版,具體化了在:工業(yè)節(jié)能、交通節(jié)能、建筑節(jié)能、城市與民用節(jié)能、農(nóng)業(yè)與農(nóng)村節(jié)能、可再生能源利用及其保障體系等七方面的重要政策。有關(guān)清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、能效電廠、能源審計(jì)等等新的理念。具體方法上要注意:1. 引進(jìn)和不斷關(guān)注先進(jìn)的工藝、設(shè)備、科學(xué)技術(shù)、產(chǎn)品、理念;3. 需要有整體概念,顧及能量質(zhì)量的節(jié)約,才是大的節(jié)約。如:造紙,見到兩類:一種是蒸汽加熱烘干(在烘缸里,用熱6000MJ/T紙;另一種是用氣體燃料火焰加熱空氣烘干,用

32、熱5000MJ/T紙。表面看后者耗能少。實(shí)際上烘紙最多200的溫度就可以了,溫度過高紙品質(zhì)量要下降。氣體燃料火焰卻可以燒到1200,不得不摻冷使用,從1200到200間的質(zhì)量浪費(fèi)了。當(dāng)然具體還需綜合考慮,如:規(guī)模問題、總投入問題、生產(chǎn)工藝問題等等;2. 開拓思路,借鑒其它行業(yè)、專業(yè)、領(lǐng)域的知識(shí)、技術(shù)綜合利用、集思廣益:如煙氣二氧化硫的處理問題(企業(yè)對(duì)它頭疼,環(huán)保部門對(duì)它痛惡,而化學(xué)家可能認(rèn)他為寶;3. 對(duì)于各種能源品種、能源品位、能源特點(diǎn)、物料的具體分析,綜合利2223用:如水泥預(yù)制件的紅外養(yǎng)護(hù)(用高壓蒸汽,就必須用密閉的高壓釜,只能周期性生產(chǎn)了、工藝管道的電加熱伴熱(比蒸汽控制精度高,維護(hù)費(fèi)

33、用少等觀點(diǎn)。4. 必須充分了解工藝,原設(shè)計(jì)必定有它的道理,往往以犧牲能源而達(dá)到某種 工藝目的,須謹(jǐn)慎。對(duì)原工藝?yán)斫庠缴?越能找到節(jié)能的正確途徑。5. 西瓜和芝麻都要。最大限度充分利用能源減少低溫?zé)嵩吹呐欧?然后再考慮余熱 利用和回收;同時(shí)應(yīng)該認(rèn)識(shí)余熱也是資源,不是廢熱。6. 打破系統(tǒng)的工藝界限、設(shè)備界限互補(bǔ)綜合利用;7. 需要溫度和需要熱量不一樣;需要溫度和需要時(shí)間不一樣。如冶金爐主要要溫度高溫、高排放、高回收是節(jié)能的 如蓄熱式加熱爐;8. 設(shè)備越大,技術(shù)可能的完善程度越好。如世界公認(rèn)的三大節(jié)能技術(shù)就是:集中供熱、煤氣化和熱電聯(lián)產(chǎn);9. 技改是一個(gè)綜合性技術(shù),以鍋爐為例:四.以鍋爐為例:自瓦特

34、發(fā)明蒸汽機(jī),至今已200多年,經(jīng)一代一代人的改造、提高和發(fā)展,體現(xiàn)了技術(shù)的綜合性、全方位的考慮: 水處理系統(tǒng)制粉系統(tǒng)煙塵處理系統(tǒng)24 五. 技改的方法和步驟1. 熱平衡和能量平衡的檢測(cè),取得可靠詳盡的第一手資料;2. 計(jì)算“火用”平衡、熱平衡和能量平衡,找到能量利用的方向、能量損失的方向;3. 方案的定性研究,決定方案(如前面綜合性的考慮;4. 方案的定量研究經(jīng)濟(jì)性的比較計(jì)算,應(yīng)包含:在節(jié)能量(能量的消耗、能源的消耗、節(jié)約資金量,和外部條件:技術(shù)、投資、場(chǎng)地、先進(jìn)性、綜合性、環(huán)保、人員等方面,對(duì)選定的幾個(gè)方案,作可行性對(duì)比分析、計(jì)算。其中:回收年限 = 改造投入資金/年節(jié)約資金25= 24 年

35、或更長(zhǎng)都是合理的。 第五節(jié) 節(jié)能的實(shí)施關(guān)于優(yōu)化運(yùn)行 一. 設(shè)計(jì)和運(yùn)行不一樣 如： 傳熱中：傳熱系數(shù)與流速隨增，但同時(shí)又增加了風(fēng)機(jī)的能耗； 流體輸送：加熱可減少粘度，但多耗熱能，而又減少摩擦力，減少了輸送 機(jī)械能耗； 鍋爐：增大負(fù)荷，效率提高，但負(fù)荷達(dá) 8090%以后又下降； 發(fā)電機(jī)組：汽輪機(jī)進(jìn)口是提高參數(shù)有利；汽輪機(jī)后部是冷凝壓力、溫度越 低越好，但又增加了循環(huán)冷卻泵的能耗； 對(duì)于不同設(shè)備，實(shí)際運(yùn)行影響因素很多，如印染行業(yè)，影響染缸效率的因 素就有：不同布料、顏料類別、助劑品種、升降溫速度，加 熱蒸氣參數(shù)、洗染 周期，液位等等，錯(cuò)綜復(fù)雜； 如球磨機(jī)，加料的多少、加球的多少、球的不同直徑的搭配、合理的轉(zhuǎn)速 等； 對(duì)于能量轉(zhuǎn)換設(shè)備：在不同外界條件下（負(fù)荷等參數(shù)，如鍋爐的煤種、負(fù) 荷、送引風(fēng)量等）的綜合最高效率需要檢測(cè)、計(jì)算和尋找； 對(duì)于用能設(shè)備：保證質(zhì)量前提的、不同外界條件下（品種、配方等） ，也 有產(chǎn)量、質(zhì)量和能耗的最佳運(yùn)行點(diǎn)。 % % 26 負(fù)荷、某參數(shù)