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1、供热设备及其节能技术第1页，本讲稿共50页1.基本概念和基本原理基本概念和基本原理 2.供热设备及节能技术供热设备及节能技术3.向管理要能效向管理要能效4.总结总结 第2页，本讲稿共50页.基本概念和基本原理基本概念和基本原理.供热设备供热设备.热力学第一、二定律和传热学基本热力学第一、二定律和传热学基本 公式公式.节能的基本分析方法节能的基本分析方法热平衡法热平衡法.热平衡法简介热平衡法简介.设备热平衡设备热平衡以锅炉热平衡为例以锅炉热平衡为例第3页，本讲稿共50页1.1 热力学第一定律和热力学第二定律热力学第一定律和热力学第二定律自然界基本定律：能量守恒与转换定律自然界基本定律：能量守恒与
2、转换定律热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热现象上的应用，它揭示了能量在量上的特性。其能量方程式：Q=U+Aw 上式表明：加给工质的热量一部分用于增加上式表明：加给工质的热量一部分用于增加工质的内能，余下的部分以作功方式传递给外界。工质的内能，余下的部分以作功方式传递给外界。其中热功当量w=4.1868 kj/kgm第4页，本讲稿共50页热力学第二定律：热力学第二定律：(有多种表述有多种表述)热不可能自发地、不付代价地从低温热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到另一个高温物体。物体传到另一个高温物体。第二定律第二定律涉及能量传递的方向和深度的问题，是能量在质上的特性。所谓能的
3、质量是指能的品位或能的可用性。能量在其传递或转换过程中，品质是逐渐降低的，即能量贬值。第5页，本讲稿共50页热力学第一、二定律分别揭示了热力学第一、二定律分别揭示了能量在数量上的守恒性和在质量能量在数量上的守恒性和在质量上的贬值性（不可逆）是其最重上的贬值性（不可逆）是其最重要两个特性要两个特性。第6页，本讲稿共50页1.2传热学基本公式传热学基本公式 传热三种形式：辐射、对流和传导传热学基本公式：Q=KHt=KH(tg-td)传热系数(以炉膛水冷壁管传热为例)第7页，本讲稿共50页1.2 节能的基本分析方法节能的基本分析方法 热平衡法热平衡法 热平衡法热平衡法是建立在热力学第一定律基础上的能
4、量分析方法，主要考察系统热量的平衡关系，揭示能在数量上的转换和利用情况，从而确定系统的能利用率或能效率（热效率）。第8页，本讲稿共50页1.4 供热设备热平衡供热设备热平衡以锅炉热平衡为例以锅炉热平衡为例 1.4.1固体燃料的热平衡方程式：固体燃料的热平衡方程式：Qydw=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 (kJ/kg)(1-1)热平衡方程的百分比表示式：热平衡方程的百分比表示式：100%=q1+q2+q3+q4+q5+q6 (%)（1-2）对于固体燃料，对于固体燃料，q2 和和 q4高；高；对于液体燃料，对于液体燃料，q2 高，高，q很小，很小，q60；对于气体燃料，对于气体燃料，q2 高
5、，高，q40，q60;第9页，本讲稿共50页1.4.2.锅炉热效率锅炉热效率(1)正平衡热效率：正平衡热效率：=q1=Q1/Qydw100%（1-3）(2)反平衡热效率：反平衡热效率：从式（从式（1-2）可得）可得 =Q1/Qydw 100%=1-（q2+q3+q4+q5+q6）（1-4）第10页，本讲稿共50页2.供热设备及其节能技术供热设备及其节能技术2.1 工业锅炉提高热效率的有效途径工业锅炉提高热效率的有效途径2.2 热电联产和集中供热热电联产和集中供热2.3分布式能源利用系统分布式能源利用系统第11页，本讲稿共50页2.1 工业锅炉提高热效率的有效途径工业锅炉提高热效率的有效途径2.
6、1.1 燃煤链条锅炉燃煤链条锅炉存在问题：存在问题：因因q2 和和 q4高，热效率低，一般；高，热效率低，一般；污染严重。污染严重。措施措施:(燃烧无烟煤链条锅炉燃烧无烟煤链条锅炉)合理布置前后拱、及时着火、提高燃烬；合理布置前后拱、及时着火、提高燃烬；合理配风、控制过量空气系数、二次风；合理配风、控制过量空气系数、二次风；一二次风预热；一二次风预热；采用节能炉排片。（已制定行业标准）采用节能炉排片。（已制定行业标准）第12页，本讲稿共50页措施措施:(以燃烧无烟煤链条锅炉为例以燃烧无烟煤链条锅炉为例)1)合理布置前后拱（中拱）为了及时着火、提合理布置前后拱（中拱）为了及时着火、提高燃烬率；降
7、低高燃烬率；降低q4。2)一次风预热，并采用二次风加强混合，降低一次风预热，并采用二次风加强混合，降低q4 和和q3；3)合理配风、控制过量空气系数；为了降低合理配风、控制过量空气系数；为了降低排烟热损失排烟热损失q2。4)采用省煤器和空气预热器，降低排烟温度，采用省煤器和空气预热器，降低排烟温度，为了降低为了降低q2。5)用节能炉排片。（已制定行业标准）用节能炉排片。（已制定行业标准）第13页，本讲稿共50页.1.2 循环流化床（循环流化床（CFB）锅炉）锅炉概述概述 35t/h、75t/h、220t/h(20t/h流化床锅炉流化床锅炉)130t/h、600t/h；主要用于供热和发电。；主要
8、用于供热和发电。CFB锅炉优势锅炉优势 低温燃烧，低温燃烧，NOx低；可廉价脱硫；可燃烧无烟低；可廉价脱硫；可燃烧无烟煤。煤。存在问题：存在问题：CFB锅炉热效率比煤粉炉低锅炉热效率比煤粉炉低,大约大约80-88%；部件磨损比较严重。部件磨损比较严重。第14页，本讲稿共50页CFB锅炉热效率偏低的主要锅炉热效率偏低的主要原因是飞灰含碳量高，大约达原因是飞灰含碳量高，大约达15-25%；而且飞灰量大（超过；而且飞灰量大（超过50%）。）。第15页，本讲稿共50页 降低飞灰可燃物措施：降低飞灰可燃物措施：1)设计时选择合适的流化气速，炉膛高度，保设计时选择合适的流化气速，炉膛高度，保 证煤颗粒在炉
9、内获得充足的停留时间；证煤颗粒在炉内获得充足的停留时间；2)保持床层和炉膛保持床层和炉膛950以上以上的高温，以提高飞的高温，以提高飞 灰燃尽率灰燃尽率;3)要正确设计燃料破碎系统要正确设计燃料破碎系统,防止重复破碎，减防止重复破碎，减 少飞灰份额少飞灰份额;4)选择个高效的分离器选择个高效的分离器。5)优化返料器配风调节，防止料腿串风。优化返料器配风调节，防止料腿串风。第16页，本讲稿共50页2.1.3 油、气锅炉油、气锅炉 传统的油、气炉为三回程湿背炉。传统的油、气炉为三回程湿背炉。对于油炉：由于先进的燃烧器和成熟的本对于油炉：由于先进的燃烧器和成熟的本体设计，柴油燃尽率可控制到理想程度体
10、设计，柴油燃尽率可控制到理想程度(99%以上以上)，故油炉提高燃烧效率已没有多少余，故油炉提高燃烧效率已没有多少余地。但重油还有一些余地。地。但重油还有一些余地。如果本体设计有缺陷，排烟温度过高，如果本体设计有缺陷，排烟温度过高，可根据燃烧器背压余量布置热管省煤器。可根据燃烧器背压余量布置热管省煤器。第17页，本讲稿共50页对于气炉：大量水蒸气携带着可观对于气炉：大量水蒸气携带着可观的汽化潜热离开锅炉。这部分热量约占天的汽化潜热离开锅炉。这部分热量约占天然气低位发热量的然气低位发热量的14%。它等于燃料高。它等于燃料高低位发热量之差。低位发热量之差。尽可能多地通过锅炉受热面或特殊尽可能多地通过
11、锅炉受热面或特殊换热器把排烟中的水蒸气凝结下来，回换热器把排烟中的水蒸气凝结下来，回收其热量，就能较大幅度地提高锅炉热收其热量，就能较大幅度地提高锅炉热效率。效率。第18页，本讲稿共50页重油燃烧技术重油燃烧技术目的：提高雾化质量，降低目的：提高雾化质量，降低q4和颗粒物排放和颗粒物排放雾化技术雾化技术:转杯雾化和气泡雾化转杯雾化和气泡雾化降低黏度降低黏度:预热或掺适量轻油预热或掺适量轻油掺水燃烧掺水燃烧:合理掺水率可降低合理掺水率可降低q4和烟气黑度和烟气黑度 (见结构图见结构图)第19页，本讲稿共50页转杯雾化技术转杯雾化技术6500/min 高速旋转的转杯高速旋转的转杯 -离心力作用导致
12、油膜越来越薄离心力作用导致油膜越来越薄高压高压(由高速旋转叶片升压至由高速旋转叶片升压至000mmH2O 以上，风速达以上，风速达100m/s)的一次风的一次风(风风量的量的10%)把薄油膜粉碎至几十微米颗粒。把薄油膜粉碎至几十微米颗粒。第20页，本讲稿共50页气泡雾化喷嘴技术气泡雾化喷嘴技术 气泡雾化喷嘴技术是用气泡作为雾化的动力，利用气泡 的产生、运动、变形直到出口爆破来产非常细小的液雾。主要特点为:（1）液雾颗粒粒度小(索太尔平均直径SMD40m)，尺寸 分布均匀(尺寸分布指数N2)；（2）雾化效果基本不受燃油粘度大小的影响,粘度使用范围 宽，为70E(即燃油需具有流动性)；（3）燃烧完
13、全，不冒黑烟,燃烧效率达99.5%以上，燃烧产物 中污染物低于国家环保局规定的各项指标；（4）火焰长度、火焰锥角、火焰形状及喷油量可按用户要求 设 计；（5）燃烧器不结焦、不堵塞；（6）火焰刚性强，喷射速度高；（7）雾化效果不随流量大小影响，流量调节比大，可达1:5第21页，本讲稿共50页天然气是优质低碳燃料天然气是优质低碳燃料a.天然气主要成分为天然气主要成分为CH4，氢与炭重量比大约为氢与炭重量比大约为1:3;b.氢发热量为氢发热量为125.6MJ/kg，炭发热量为，炭发热量为33.7 MJ/kg 氢的发热量是炭发热量的氢的发热量是炭发热量的3.7倍；倍；结论：结论：在在CH4中，氢对天然
14、气热值的贡献大于炭。中，氢对天然气热值的贡献大于炭。天然气是低炭燃料。（见下表）天然气是低炭燃料。（见下表）第22页，本讲稿共50页例：例：陕北天然气成分陕北天然气成分（）（）CH4 C2H6 C3H8 C4H10 H2S N2 9595.9494 9494 0.9075 0.13670.1367 2.0062 2.0062 0.0002 1.0第23页，本讲稿共50页2.2.4 载热体加热炉载热体加热炉优势优势:高温低压，不用水处理；高温低压，不用水处理；载热体介质：液态（矿物油），气相（苯和载热体介质：液态（矿物油），气相（苯和联苯混合物），盐；联苯混合物），盐；运行注意点：介质析碳，受热
15、面结焦（例）运行注意点：介质析碳，受热面结焦（例）运行时要监控盘管进出口压差和温度运行时要监控盘管进出口压差和温度.此此外，矿物油要过滤和补充外，矿物油要过滤和补充第24页，本讲稿共50页2.2.5 电热锅炉电热锅炉第25页，本讲稿共50页电热锅炉应用场合电热锅炉应用场合一般不提倡使用。因为电能是高品位能源，热能转换成电能的效率一般在40%以下，现在再由电热锅炉转成热能太不合算了。在特殊条件下使用：对环保要求严格；小容量和其他特定条件。由于LNG将引入厦门，今后采用燃气锅炉更合理。第26页，本讲稿共50页2.5 煤粉工业锅炉煤粉工业锅炉概述 德国1999年已开发出类似技术，适用于超细干燥褐煤煤
16、粉。我国已纳入国家科委973计划。类型（见下图德国steimueller公司开发两种炉型）第27页，本讲稿共50页应用场合：应用场合：*必须有超细优质煤粉（高挥发份，低灰低硫）*必须配有高效除尘设备（袋式或静电）第28页，本讲稿共50页2.2 热电联产和集中供热热电联产和集中供热目的：提高能源利用率，达到目的：提高能源利用率，达到CO2减排。减排。国家规定国家规定5万万kW以下小型火电机组要关闭；但热电联以下小型火电机组要关闭；但热电联产可以上（只要总效率大于产可以上（只要总效率大于45%，热电比，热电比大于大于1）。）。改造或新建可选择改造或新建可选择CFB锅炉锅炉 集中供热：可选择大容量高
17、效率的锅炉替代众集中供热：可选择大容量高效率的锅炉替代众多低效高污染的小型锅炉。多低效高污染的小型锅炉。在热电联产的建设中，从以燃煤为主的热电厂向燃在热电联产的建设中，从以燃煤为主的热电厂向燃气的气的热、电、气三联供热、电、气三联供热电厂发展；分布式热电冷热电厂发展；分布式热电冷联产也得到迅猛发展。联产也得到迅猛发展。热、电、煤气三联供热、电、煤气三联供（整体煤气化联合循环）（整体煤气化联合循环）第29页，本讲稿共50页2.3 燃气燃气蒸汽联合循环蒸汽联合循环燃气燃气蒸汽联合循环利用了燃气侧高温吸热和蒸汽侧低蒸汽联合循环利用了燃气侧高温吸热和蒸汽侧低温放热的特点温放热的特点,使得联合动力装置的
18、总效率比常规的高参使得联合动力装置的总效率比常规的高参数纯蒸汽动力装置的效率数纯蒸汽动力装置的效率(最高约为最高约为40%)高得多。高得多。由于联合循环热效率达由于联合循环热效率达55%和天然气中含有大约和天然气中含有大约25%(重量比重量比)的氢气这两个因素，使得天然气联合循环发电厂单位发电的氢气这两个因素，使得天然气联合循环发电厂单位发电量所产生的温室气体量所产生的温室气体CO2减小了减小了50。整体煤气化联合循环（整体煤气化联合循环（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环）发电系统，是将煤气化技术和
19、高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组相结合的先进动力系统。它由两大部分组 成，即煤的气化与净化部分和燃气成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部蒸汽联合循环发电部分。分。第30页，本讲稿共50页2.4 分布式能源利用系统分布式能源利用系统2.4.1 概述概述2.4.2 框图框图2.4.3 优点优点第31页，本讲稿共50页2.4.1概述概述1)分布式能源系统分布式能源系统(Distributed Energy System简称简称DES)，又称第二代能源系统。，又称第二代能源系统。当前，全世界都在推动该系统的建设。当前，全世界都在推动该系统的建设。第二代能源系统具有第二代
20、能源系统具有6个方面的主要特个方面的主要特征：一是燃料的多元化；二是设备的小型化、征：一是燃料的多元化；二是设备的小型化、微型化；三是冷热电联产化；四是网络化；微型化；三是冷热电联产化；四是网络化；五是智能控制和信息化管理；六是高标准的五是智能控制和信息化管理；六是高标准的环保水平。环保水平。第32页，本讲稿共50页2)分布式能源系统是相对于传统的集中式分布式能源系统是相对于传统的集中式能量系统而言的。在这个系统中能量系统而言的。在这个系统中,集合了集合了分布式供电、制冷、采暖、生活卫生水分布式供电、制冷、采暖、生活卫生水以及其他形式的热能于一体以及其他形式的热能于一体,将发电系统将发电系统以
21、小规模、分散式布置在用户附近以小规模、分散式布置在用户附近,可独可独立地输出电、热和冷能的系统立地输出电、热和冷能的系统,此系统中此系统中的主要部分就是分布式供电和冷热电联的主要部分就是分布式供电和冷热电联产系统（产系统（Cooling-heating-power Cogeneration，简称，简称CCHP）。同时）。同时,应应用最新的信息化和智能化技术管理和控用最新的信息化和智能化技术管理和控制系统制系统,以实现系统化、智能化、经济最以实现系统化、智能化、经济最优的目的。优的目的。第33页，本讲稿共50页3)“高参数、大机组、大电网高参数、大机组、大电网”集中式供电将仍然长集中式供电将仍然
22、长期是我国电力发展的主要方向，小微型分布式电源期是我国电力发展的主要方向，小微型分布式电源是集中式电源系统的重要补充。它增加了电网的质是集中式电源系统的重要补充。它增加了电网的质量和可靠性。量和可靠性。4)小小型型或或微微型型燃燃气气轮轮机机CCHP分分布布式式电电源源总总能能效效高高；总总投投资资（含含输输变变电电设设备备等等）与与大大型型集集中中式式电电源源相相当当或或略略低低；燃燃机机性性能能好好，运运行行可可靠靠，大大修修期期长长；具具有有很很好好的的经济性。经济性。第34页，本讲稿共50页5)天然气是比轻柴油还要洁净、低炭的优质燃料，且可比价天然气是比轻柴油还要洁净、低炭的优质燃料，
23、且可比价格与轻柴油相当，通过综合梯级利用可获得更高经济效益。格与轻柴油相当，通过综合梯级利用可获得更高经济效益。小型或微小型小型或微小型燃气轮机燃气轮机CCHP分布式电源系统正是天然分布式电源系统正是天然气利用的最好模式之一。气利用的最好模式之一。6)欧美国家小微型燃气轮机产品成熟，性能好；与同容量柴油欧美国家小微型燃气轮机产品成熟，性能好；与同容量柴油机分布式电源相比，小微型燃气轮机分布式电源还具有结构机分布式电源相比，小微型燃气轮机分布式电源还具有结构紧凑、运行可靠性高、低噪音、低振动等多方面优势。它是紧凑、运行可靠性高、低噪音、低振动等多方面优势。它是分布式电源的首选主机。分布式电源的首
24、选主机。第35页，本讲稿共50页2.4.3 发展发展CCHP系统的优点系统的优点(1)发展发展CCHP系统有助于提高能源利用率系统有助于提高能源利用率 CCHP系统可大幅度提高能源利用率系统可大幅度提高能源利用率,其能其能 源综合利用率可达到源综合利用率可达到80%90%。(2)发展发展CCHP系统有助于环境的保护系统有助于环境的保护 CCHP系统系统CO2排放仅为传统能源系统的排放仅为传统能源系统的 30%50%。(3)发展发展CCHP系统有助于缓解电力高峰负荷系统有助于缓解电力高峰负荷(4)发展发展CCHP系统可以提高供电安全性系统可以提高供电安全性第36页，本讲稿共50页3.向管理要能效
25、向管理要能效同样设备，管理人员素质提同样设备，管理人员素质提高了，运行水平上去了，能效高了，运行水平上去了，能效也上去了。也上去了。第37页，本讲稿共50页3.1 提高供热设备热效率提高供热设备热效率(从降低锅炉各项热损失的方从降低锅炉各项热损失的方向想办法向想办法)1)降低漏风降低漏风（即降低（即降低q2）一个误区一个误区第38页，本讲稿共50页2)采用强风后吹采用强风后吹 运行方式运行方式优点：优点：燃料及时着火延长燃烧时间加强喉口混合(即降低即降低q4）第39页，本讲稿共50页3)从加强给水（导热油）品质监控和从加强给水（导热油）品质监控和 吹灰看节能吹灰看节能使受热面外壁灰污层和内壁水
26、垢层(或析炭层)趋于零，大大提高传热系数，从而降低排烟温度。第40页，本讲稿共50页对于干净内外壁的受热面对于干净内外壁的受热面第41页，本讲稿共50页关于锅炉尾气的余热回收关于锅炉尾气的余热回收散装工业锅炉已配有省煤器、空预器；快装油气锅炉一般无省煤器、空预器，（三浦油炉例外）但排烟温度通常超过200-250C要考虑余热回收。以上要防止受热面低温腐蚀。然气锅炉可考虑排烟中大量水蒸气汽化潜热的回收。但要防止受热面腐蚀。第42页，本讲稿共50页3.2 节约用电节约用电防止锅炉漏风，就能降低引风机电耗；防止锅炉漏风，就能降低引风机电耗；采用变频调节；采用变频调节；其他其他第43页，本讲稿共50页3
27、.3 辨别辨别节能技术节能技术中的伪科学中的伪科学3.1 依据依据:能量守恒与转换定律能量守恒与转换定律;物质不灭定律物质不灭定律;传热学基本原理传热学基本原理第44页，本讲稿共50页3.2伪科学伪科学例子例子:1)纳米油或纳米油添加剂可大大提高效率纳米油或纳米油添加剂可大大提高效率 油的发热量是其分子中油的发热量是其分子中C和和H完全燃烧放完全燃烧放出来的，是可以从油的元素分析精确算出来出来的，是可以从油的元素分析精确算出来的。现代燃烧器燃烬率已很高，额外热量哪的。现代燃烧器燃烬率已很高，额外热量哪里来！？里来！？纳米：纳米：1nm=10 9 m,是原子或分子级大小，是原子或分子级大小，加入
28、后能源使单位发热量提高吗？加入后能源使单位发热量提高吗？第45页，本讲稿共50页2)重油掺水燃烧可大大提高技术热效率重油掺水燃烧可大大提高技术热效率 200号重油号重油,掺水率率掺水率率8.1%,燃烧效率提高燃烧效率提高0.257%(已扣除已扣除0.484%水蒸气热损失水蒸气热损失)，不可，不可能提高能提高15%之类的谎言。之类的谎言。掺水后有掺水后有719mg/Nm3焦碳粒子被进一步燃焦碳粒子被进一步燃烬烬,使烟尘排放改善。使烟尘排放改善。详见文献详见文献:俞建洪俞建洪,W.Smit,劣质重油掺水燃烧工业性实验研究劣质重油掺水燃烧工业性实验研究,工工业锅炉业锅炉,1998(3)第46页，本讲
29、稿共50页3)重油添加剂可大大提高热效率重油添加剂可大大提高热效率添加剂就是低粘度轻油。添加剂就是低粘度轻油。重油添加少量低粘度轻油，可大大降重油添加少量低粘度轻油，可大大降低重油黏度低重油黏度(见下图见下图)，提高雾化质量。，提高雾化质量。如前所述，可使燃烧效率略有提高，但如前所述，可使燃烧效率略有提高，但不可能有大大提高。不可能有大大提高。这是由于现在重油燃烧器及其重油预这是由于现在重油燃烧器及其重油预热系统已经解决重油雾化问题。燃尽程热系统已经解决重油雾化问题。燃尽程度已经很高了。度已经很高了。第47页，本讲稿共50页4.总结总结4.1 节能的意义节能的意义降低成本降低成本合理利用资源，
30、可减缓能源耗竭速度合理利用资源，可减缓能源耗竭速度降低污染物排放，利于环境保护降低污染物排放，利于环境保护降低温室气体排放降低温室气体排放第48页，本讲稿共50页4.2 厦门市企业节能的几点看法厦门市企业节能的几点看法提高设备能效仍然有潜力，提高管理人员素质和管提高设备能效仍然有潜力，提高管理人员素质和管理运行水平是进一步提高能效的关键。理运行水平是进一步提高能效的关键。液化天然气（液化天然气（LNG）是优质洁净低碳燃料）是优质洁净低碳燃料。使用。使用燃气锅炉时，可利用其排烟中水蒸气汽化潜热。燃气锅炉时，可利用其排烟中水蒸气汽化潜热。CFB锅炉是洁净燃烧设备，是热电联产和集中供锅炉是洁净燃烧设备，是热电联产和集中供热的好炉型。热的好炉型。第49页，本讲稿共50页厦门市热企业的余热资源多为中低温余厦门市热企业的余热资源多为中低温余热，可通过技术经济分析，考虑采用热热，可通过技术经济分析，考虑采用热管等换热器回收余热，提高能效。管等换热器回收余热，提高能效。LNG将引进厦门市，可试点小型燃气的将引进厦门市，可试点小型燃气的热电冷联产分布式电源；要用燃气锅炉热电冷联产分布式电源；要用燃气锅炉取代电锅炉，提倡使用太阳能或燃气热取代电锅炉，提倡使用太阳能或燃气热水器。尽可能不用高品位电能来获取热水器。尽可能不用高品位电能来获取热能。能。第50页，本讲稿共50页