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1、第五章第五章 节能概论节能概论5.1 5.1 节能概述节能概述5.2 5.2 节约热能节约热能5.3 5.3 节约煤炭节约煤炭5.4 5.4 节约用油节约用油5.5 5.5 节约用电节约用电5.6 5.6 能源系统工程能源系统工程一、节能的定义一、节能的定义节能：是指节约能源消费，即节能：是指节约能源消费，即从能源生产开始，从能源生产开始，一直到最终消费为止，在开采、运输、加工、转一直到最终消费为止，在开采、运输、加工、转换、使用等各个环节上都要换、使用等各个环节上都要减少损失和浪费，提减少损失和浪费，提高其有效利用程度高其有效利用程度。我国我国节约能源法节约能源法中节能的定义：节能中节能的定
2、义：节能“是指加强用能管是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以接受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失接受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源和浪费，更加有效、合理地利用能源”。5.1 节能概述二、节能的重要意义二、节能的重要意义 节能可促进增产节能可促进增产 搞好节能，可以在供应同样数量能源的条件下、搞好节能，可以在供应同样数量能源的条件下、生产更多的产品。在能源成为国民经济发展的制约生产更多的产品。在能源成为国民经济发展的制约因素的情况下，以节能求增产的意义更为突出。因素
3、的情况下，以节能求增产的意义更为突出。节能可以增加积累节能可以增加积累节能可以减少能源费用，从而降低成本，增加利润，节能可以减少能源费用，从而降低成本，增加利润，增加积累，为扩大再生产创造条件。增加积累，为扩大再生产创造条件。节能可以促进技术进步节能可以促进技术进步 能源产值率或单位产值能耗：衡量一个国家技术发能源产值率或单位产值能耗：衡量一个国家技术发展程度的重要指标。展程度的重要指标。5.1 节能概述 、节能有利于缓解运输紧张状态、节能有利于缓解运输紧张状态能源是大宗运输物资，我国煤的运输量占铁路能源是大宗运输物资，我国煤的运输量占铁路总货运量的总货运量的40%40%以上，个别铁路干线占以
4、上，个别铁路干线占70%70%。、节能有利于保护自然资源、节能有利于保护自然资源少用、减排少用、减排节能对整个国民经济的发展，技术的进步，保护自然资节能对整个国民经济的发展，技术的进步，保护自然资源和环境，都具有深远的战略意义。因此，节约能源已经源和环境，都具有深远的战略意义。因此，节约能源已经成为我国的长期国策。成为我国的长期国策。5.1 节能概述三、我国节约能源法及节能策略三、我国节约能源法及节能策略 我国我国19971997年年11 11月月1 1日第八届全国人大常委会日第八届全国人大常委会第第2828次会议通过，次会议通过，19981998年年1 1月月1 1日起正式施行日起正式施行中
5、中国人民共和国节约能源法国人民共和国节约能源法，首次将节能赋予法，首次将节能赋予法律地位。节约能源法共律地位。节约能源法共6 6章章5050条，条，内容涉及节能内容涉及节能管理、能源的合理使用、促进节能技术进步、法管理、能源的合理使用、促进节能技术进步、法律责任等。律责任等。5.1 节能概述四、节能技术四、节能技术1）推广热电联产、集中供热，提高热电机组的利）推广热电联产、集中供热，提高热电机组的利用率，发展热能梯级利用技术，热、电、冷联产用率，发展热能梯级利用技术，热、电、冷联产技术和热、电、煤气三联供技术，提高热能综合技术和热、电、煤气三联供技术，提高热能综合利用率；利用率；2）逐步实现电
6、动机、风机、泵类设备和系统的经）逐步实现电动机、风机、泵类设备和系统的经济运行，发展电机调速节电和电力电子节电技术，济运行，发展电机调速节电和电力电子节电技术，开发、生产、推广质优价廉的节能器材，提高电开发、生产、推广质优价廉的节能器材，提高电能利用效率。能利用效率。5.1 节能概述3）发展和推广适合国内煤种的流化床燃烧、无烟）发展和推广适合国内煤种的流化床燃烧、无烟燃烧和汽化、液化等洁净煤技术，提高煤炭的燃烧和汽化、液化等洁净煤技术，提高煤炭的利用效率；利用效率；4）发展和推广其他在节能工作中证明技术成熟、）发展和推广其他在节能工作中证明技术成熟、效益显著的通用节能技术。效益显著的通用节能技
7、术。5.1 节能概述热能节约热能节约一、热能的主要用途一、热能的主要用途发电和拖动（动力用户发电和拖动（动力用户）工艺过程加热（热力用户）工艺过程加热（热力用户）采暖和空调（生活用户）采暖和空调（生活用户）5.1 节能概述二、热能参数的级别二、热能参数的级别高温高压热能（高温高压热能（500以上，以上，3.010MPa）通通常用于发电常用于发电中温中压热能（中温中压热能（150300，4.0MPa以下）大以下）大量用于加热、干燥、蒸发、蒸馏、洗涤等工艺量用于加热、干燥、蒸发、蒸馏、洗涤等工艺过程，少数用于汽力拖动过程，少数用于汽力拖动.低温低压热能（低温低压热能（150、0.6MPa以下）主要
8、用以下）主要用于采暖、热水、制冷、空调等。于采暖、热水、制冷、空调等。5.1 节能概述三、三、热能的品质热能的品质热能的品质热能的品质1.1.热力学第二定律热力学第二定律热能只有一部分可以转化为机械能，其余部分则以热热能只有一部分可以转化为机械能，其余部分则以热的形式传给了周围环境。这一部分热量不能转换为机的形式传给了周围环境。这一部分热量不能转换为机械能。械能。对热能或任何能量而言，都有对热能或任何能量而言，都有ExEx（ExergieExergie ）和）和An An(AnergieAnergie)两部分。两部分。能量能量“质质”的高低用能级的高低用能级来表示，能级就是来表示，能级就是在总
9、在总能中所占的相对比重，即能中所占的相对比重，即 5.1 节能概述2 2 热能的能级热能的能级对于热能其能级对于热能其能级可用下式计算可用下式计算 式中，式中，T T载能物质（热源）的绝对温度载能物质（热源）的绝对温度，K;K;T T0 0环境的绝对温度，环境的绝对温度，K K。热能的能级绝不能等于热能的能级绝不能等于1 1 在环境温度不变的情况下，提高载热在环境温度不变的情况下，提高载热物质的温度物质的温度T T，就能提高热能的品质。就能提高热能的品质。5.1 节能概述四、按质使用热能四、按质使用热能1.1.典型热能浪费的现象典型热能浪费的现象把高参数把高参数(品质品质)的蒸汽经过节流过程降
10、为低参数的蒸汽经过节流过程降为低参数(品质品质)的蒸汽来使用的蒸汽来使用 ，造成了严重的能量，造成了严重的能量ExEx损损失失利用燃料燃烧直接对房屋供暖利用燃料燃烧直接对房屋供暖 ,造成优质能源的造成优质能源的浪费浪费介质节流降压和摩擦扰流介质节流降压和摩擦扰流 ,有温差传热等，不可有温差传热等，不可逆过程引起的逆过程引起的ExEx损失损失5.1 节能概述五、余热回收和利用 1.余热资源余热属二次能源，是一次能源余热属二次能源，是一次能源(煤炭、石油、天然气煤炭、石油、天然气)和可燃化和可燃化石原料转换后的产物，也是燃料燃烧过程中所发出的热量在完石原料转换后的产物，也是燃料燃烧过程中所发出的热
11、量在完成某一工艺过程后所剩余的热量。成某一工艺过程后所剩余的热量。5.1 节能概述5.1 节能概述2.2.余热利用的途径余热锅炉余热利用的途径余热锅炉热的直接利用热的直接利用 发电发电 综合利用综合利用 5.1 节能概述余热发电余热发电利用余热锅炉产生蒸汽，推动汽轮发电机组发电；利用余热锅炉产生蒸汽，推动汽轮发电机组发电；以高温余热作为燃气轮机的热源，利用燃气轮发以高温余热作为燃气轮机的热源，利用燃气轮发电机组发电；电机组发电；如余热温度较低，可利用低沸点工质来达到发电如余热温度较低，可利用低沸点工质来达到发电的目的的目的。余热的综合利用：余热的综合利用：是根据工业余热温度的高低，是根据工业余
12、热温度的高低，采用不同的利用方法，以达到采用不同的利用方法，以达到“热尽其用热尽其用”的目的目的的。5.1 节能概述六、六、采用新的节能设备和节能技术采用新的节能设备和节能技术热泵热泵热管热管空冷技术空冷技术强化传热技术强化传热技术新型保温材料新型保温材料5.1 节能概述1.1.热泵热泵一种使热量由低温物体转移到高温物体的能量利用装一种使热量由低温物体转移到高温物体的能量利用装置置 ，它可从环境中提取热量用于供热，它可从环境中提取热量用于供热 空气源热泵空气源热泵5.1 节能概述热泵本身并不是自然能源，但从输出可用能的角热泵本身并不是自然能源，但从输出可用能的角度看，它又起到了能源的作用，所以
13、有人又称它度看，它又起到了能源的作用，所以有人又称它为为“特殊能源特殊能源”。它可节约电能，与直接用电取暖相比，采用热泵它可节约电能，与直接用电取暖相比，采用热泵可节电可节电8080以上。以上。采用热泵还可节约燃料，若生产和生活中需要采用热泵还可节约燃料，若生产和生活中需要100100以下的热量，采用热泵比直接采用锅炉供以下的热量，采用热泵比直接采用锅炉供热可节约燃料热可节约燃料5050。5.1 节能概述2.2.热管热管5.1 节能概述5.1 节能概述5.1 节能概述5.1 节能概述5.1 节能概述热管的应用热管的应用广泛应用于余热回收，主要用作空气预热器、热广泛应用于余热回收，主要用作空气预
14、热器、热水锅炉和利用皮热加热生活用水；水锅炉和利用皮热加热生活用水；此外在电子器件冷却、均温炉、太阳能集热器、此外在电子器件冷却、均温炉、太阳能集热器、航天技术方面热管也有众多应用。航天技术方面热管也有众多应用。在农业上热管地热温室、热管融雪也取得了很好在农业上热管地热温室、热管融雪也取得了很好的效益的效益 5.1 节能概述5.1 节能概述汽轮机的余热回收GeneratorBank of Heat PipesFuelExhaustAir5.1 节能概述3.3.空冷技术空冷技术原因：原因：随着工业的发展，采用水冷技术不但能量消耗不断增加，水随着工业的发展，采用水冷技术不但能量消耗不断增加，水消耗
15、量也明显增长。不但引起淡水资源紧缺，还会引起热污消耗量也明显增长。不但引起淡水资源紧缺，还会引起热污染染大量地提供冷却水遇到了困难；大量地提供冷却水遇到了困难；水冷所带来的设备腐蚀，如矿物质沉淀、水锈蚀等水冷所带来的设备腐蚀，如矿物质沉淀、水锈蚀等 水冷的运行费用过高，因为它包括了供水、过滤、废水处理水冷的运行费用过高，因为它包括了供水、过滤、废水处理或冷却水回收等费用或冷却水回收等费用 5.1 节能概述各项关键技术的解决使空冷技术得到了迅速发展各项关键技术的解决使空冷技术得到了迅速发展 设计和制造出了高效的空气冷却器设计和制造出了高效的空气冷却器 解决了空冷器的布置和管内流程选择的问题解决了
16、空冷器的布置和管内流程选择的问题 解决了大型空冷器的制造和调节问题解决了大型空冷器的制造和调节问题 制造出了大功率的低噪声风机制造出了大功率的低噪声风机 5.1 节能概述4.4.强化传热技术强化传热技术 目前主要强化传热的方法有：目前主要强化传热的方法有：对单相介质的对流传热，采用单头或多头螺旋槽管、对单相介质的对流传热，采用单头或多头螺旋槽管、横纹管、缩放管和内翅片管；在管内加扭带、扭丝等横纹管、缩放管和内翅片管；在管内加扭带、扭丝等各种管内插入物。各种管内插入物。对有相变的换热，采用低翅片管、单面纵槽管、各种对有相变的换热，采用低翅片管、单面纵槽管、各种表面多孔管，如金属烧结管、机械加工的
17、沟槽管等。表面多孔管，如金属烧结管、机械加工的沟槽管等。5.1 节能概述4.4.新型保温材料新型保温材料 热设备和管道的良好保温不但可以大大节约热热设备和管道的良好保温不但可以大大节约热能，而且保温的目的还在于保证工艺过程的实能，而且保温的目的还在于保证工艺过程的实施，或为了满足一定的劳保条件。施，或为了满足一定的劳保条件。保温既包括保热，也包括保冷。根据保温的不保温既包括保热，也包括保冷。根据保温的不同要求应采用各种不同的保温材料。同要求应采用各种不同的保温材料。近几年来出现了许多新型的保温材料，如普遍近几年来出现了许多新型的保温材料，如普遍用于低温保冷的用于低温保冷的聚氨脂聚氨脂及及聚氨脂
18、整体发泡工艺聚氨脂整体发泡工艺以及用于高温的以及用于高温的空心微珠空心微珠和和碳素纤维碳素纤维等。等。5.1 节能概述保温、吸湿的玻璃棉板保温、吸湿的玻璃棉板用于屋面的石用于屋面的石棉棉5.1 节能概述膨胀珍珠岩是由酸性火山玻璃质熔岩膨胀珍珠岩是由酸性火山玻璃质熔岩(珍珠岩珍珠岩)经破碎，经破碎，筛分至一定粒度，再经预热，瞬间高温焙烧而制成的一筛分至一定粒度，再经预热，瞬间高温焙烧而制成的一种白色或浅色的优质绝热材料。种白色或浅色的优质绝热材料。其颗粒内部是蜂窝状结构、无毒、无味、不腐、不燃、其颗粒内部是蜂窝状结构、无毒、无味、不腐、不燃、耐酸、耐碱。耐酸、耐碱。可广泛应用于石油、化工、电力、
19、建筑、冶金等行业。可广泛应用于石油、化工、电力、建筑、冶金等行业。应用于农业、园林上保肥、保水、无菌、透气性好。应用于农业、园林上保肥、保水、无菌、透气性好。5.1 节能概述蛭石是一种层状结构含镁的水铝硅酸盐，是黑云母等天然蛭石是一种层状结构含镁的水铝硅酸盐，是黑云母等天然矿物风化腐蚀变的矿物，层间水分子经过高温焙烧，体积矿物风化腐蚀变的矿物，层间水分子经过高温焙烧，体积膨胀后，呈颗粒状，其化学成分含氨、磷、钾、铝、铁、膨胀后，呈颗粒状，其化学成分含氨、磷、钾、铝、铁、镁、硅酸盐等成分，膨胀蛭石是具有隔音、保温、防火、镁、硅酸盐等成分，膨胀蛭石是具有隔音、保温、防火、抗菌、质轻等优异的性能，该
20、产品不仅用于建筑、工业、抗菌、质轻等优异的性能，该产品不仅用于建筑、工业、化工等。其它产品目前主要用于农业、花卉、等无土栽培化工等。其它产品目前主要用于农业、花卉、等无土栽培上，它具有吸水、保肥、透气性好，是农业植物生长不可上，它具有吸水、保肥、透气性好，是农业植物生长不可缺少的材料。缺少的材料。5.1 节能概述除了在煤的开采、加工、运输、贮存过程中采取除了在煤的开采、加工、运输、贮存过程中采取各种措施杜绝煤炭浪费外，各种措施杜绝煤炭浪费外，提高各种燃煤设备和提高各种燃煤设备和装置的燃烧效率装置的燃烧效率是至关重要的。是至关重要的。煤炭的另一个重要用途是用来供暖和作为炊事的煤炭的另一个重要用途
21、是用来供暖和作为炊事的燃料，因此燃料，因此发展集中供热或城市煤气化，以及利发展集中供热或城市煤气化，以及利用城市垃圾焚烧的热能用城市垃圾焚烧的热能也都是节约煤炭的重要措也都是节约煤炭的重要措施。施。5.1 节能概述节电节电一、节电的重要意义一、节电的重要意义电能是一种基础、高效的优质能源。它经济、电能是一种基础、高效的优质能源。它经济、简便、易转换、便于输送，且无污染；通过转简便、易转换、便于输送，且无污染；通过转换装置，电能能高效地转化为动能、光能、热换装置，电能能高效地转化为动能、光能、热能、化学能等形态，从而成为国民经济发展和能、化学能等形态，从而成为国民经济发展和人类生活中应用最广泛、
22、最具依赖性的能源。人类生活中应用最广泛、最具依赖性的能源。5.1 节能概述节约用电，是指加强用电管理，采取技术上可节约用电，是指加强用电管理，采取技术上可行、经济上合理的节电措施，减少电能的直接行、经济上合理的节电措施，减少电能的直接和间接损耗，提高能源效率和保护环境。和间接损耗，提高能源效率和保护环境。节电增产：节电增产：1kWh1kWh电电 =1.5kg=1.5kg电炉钢电炉钢=4kg=4kg生生铁铁=45kg=45kg煤煤=25kg=25kg原油原油=10kg=10kg水泥水泥=1lm=1lm棉布棉布=1kg=1kg新闻纸。新闻纸。5.1 节能概述二、节电途径二、节电途径我国电力系统的特
23、点：电能利用率低，电能管我国电力系统的特点：电能利用率低，电能管理不善，电气设备陈旧落后、效率低，而且运理不善，电气设备陈旧落后、效率低，而且运行条件、运行方式很不讲究。行条件、运行方式很不讲究。要实行合理的电能管理，即尽可能采用先进的、要实行合理的电能管理，即尽可能采用先进的、科学的电能管理方法，使电气设备能尽其所能科学的电能管理方法，使电气设备能尽其所能地健康运行地健康运行5.1 节能概述三、节电措施三、节电措施1.提高发电效率提高发电效率提高进入汽轮机蒸汽的压力和温度提高进入汽轮机蒸汽的压力和温度采用抽汽回热循环和中间再热采用抽汽回热循环和中间再热大力发展燃气一蒸汽联合循环大力发展燃气一
24、蒸汽联合循环2.输配电节电输配电节电提高输电电压，发展远距离直流输电提高输电电压，发展远距离直流输电提高供电电网电压提高供电电网电压改建电网，增设联络线，并适当加大电线、电缆的改建电网，增设联络线，并适当加大电线、电缆的截面尺寸，从而降低线路的铜损耗。截面尺寸，从而降低线路的铜损耗。5.1 节能概述3.各种用电设备的经济运行各种用电设备的经济运行电动机节电电动机节电电热和电炉类设备的节电电热和电炉类设备的节电金属弧焊机节电金属弧焊机节电照明节电照明节电家用电器及办公设备的节电家用电器及办公设备的节电5.1 节能概述电冰箱使用应注意下列几点电冰箱使用应注意下列几点放放置置地地点点要要选选择择在在
25、室室内内温温度度最最低低，空空气气流流通通，不受阳光直射的地方；不受阳光直射的地方；开门次数要少，开门动作要快；开门次数要少，开门动作要快；存存放放食食品品要要适适量量，食食品品和和食食品品之之间间，食食品品和和箱箱壁壁之之间间要要留留有有一一定定的的空空隙隙，这这样样可可以以使使空空气气畅畅通。通。存放热的食品，要待凉到室温后再存入凉箱内。存放热的食品，要待凉到室温后再存入凉箱内。及时化霜，冷凝器、冷冻室要保持清洁，以利及时化霜，冷凝器、冷冻室要保持清洁，以利散热。散热。5.1 节能概述电视机如何节约用电？电视机如何节约用电？无论是彩电还是黑白电视，在不影响视听的情无论是彩电还是黑白电视，在
26、不影响视听的情况下，亮度不要开得太亮，音量尽量关小。况下，亮度不要开得太亮，音量尽量关小。不要频繁开关，对无交流关机的遥控彩电，关不要频繁开关，对无交流关机的遥控彩电，关机后遥控接收部分仍带电，且指示灯亮，将耗机后遥控接收部分仍带电，且指示灯亮，将耗部分电能，关机后应拔下电源插头。部分电能，关机后应拔下电源插头。5.1 节能概述电风扇如何节约用电？电风扇如何节约用电？风扇电机的耗电量与负载大小（即电风扇的叶片风扇电机的耗电量与负载大小（即电风扇的叶片大小）及电机两端所加电压高低成正比，电机两大小）及电机两端所加电压高低成正比，电机两端所加的电压又与转速成正比。也就是说电风扇端所加的电压又与转速
27、成正比。也就是说电风扇的叶片直径越大、转速越高越费电。的叶片直径越大、转速越高越费电。5.1 节能概述在基本满足风量的条件下，应尽可能选用叶片直在基本满足风量的条件下，应尽可能选用叶片直径较小的电风扇，长时间运行时宜开在中速档或径较小的电风扇，长时间运行时宜开在中速档或低速档，以便节省电量。低速档，以便节省电量。刚启动时应在高速档进，达到额定转速后再换中刚启动时应在高速档进，达到额定转速后再换中速档或低速档，这样有利于电机的快速起动，从速档或低速档，这样有利于电机的快速起动，从而达到保护电机的目的。而达到保护电机的目的。5.1 节能概述照明灯具如何节约用电？照明灯具如何节约用电？家中使用的照明
28、灯具应尽可能选用亮度高、功家中使用的照明灯具应尽可能选用亮度高、功率小的节能灯具。率小的节能灯具。目前推广的节能灯具，一般可节电目前推广的节能灯具，一般可节电20%至至30%左右。但一定要使用正规厂家生产的高质量节左右。但一定要使用正规厂家生产的高质量节能灯具，不可贪图便宜，以免给自己造成不必能灯具，不可贪图便宜，以免给自己造成不必要的损失。家中现有的白炽灯（包括吊灯、壁要的损失。家中现有的白炽灯（包括吊灯、壁灯、长明灯等），如果不需要高亮度，可在电灯、长明灯等），如果不需要高亮度，可在电路中串入一个整流二级管（路中串入一个整流二级管（100W以下可选以下可选1A400W、100W300W选选2A400V），），这样可节这样可节省电省电40%左右。左右。5.1 节能概述