第3讲-工业节能技术

2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利1,第3讲工业节能技术,3.1工业节能概述3.2工业节能潜力分析（自学）3.3通用设备节能技术*3.4通用工业节能技术*3.5强化传热节能技术*3.6工业节能技术应用实例及分析*,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利2,3.1工业节能概述-1,工业是国民经济建设中的一个主要产业，涉及范围广；工业产业中，有些是能源消耗大户，如钢铁工业、冶金工业；有些是能源转换加工企业，如石油石化工业中的炼油企业、能源工业中的煤炭加工企业；工业企业不仅消耗一次能源，也消耗大量的二次能源；做好工业节能工作不仅涉及工业本行业的能源消耗，同时也为对交通节能、建筑节能、农业节能以及民用节能带来影响。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利3,3.1工业节能概述-2,工业占GDP约为44%（2006），总规模已居世界第四位，钢材、水泥、化肥等众多工业产品，生产规模和产量已连续多年居世界第一位；工业节能涉及的内容和范围非常广泛，在工业生产过程中，能源的浪费和低效使用主要是由生产管理不善引起的管理性浪费和由技术因素导致能源使用不当引起的浪费；工业所消耗的能量约占我国全部消耗能量的70%左右，其中煤炭消费量比重偏大。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利4,表3-2工业能源消耗在业全国能源消耗情况比例,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利5,工业节能技术分类,1、管理节能2、工艺节能3、控制节能4、设备节能管理节能工作做得好坏又影响到工艺节能、控制节能和设备节能的成效。一些工厂，“浮财”遍地，跑、冒、滴、漏严重，余热资源大量流失，只要通过加强节能管理工作便会收到立杆见影的显著效果。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利6,1、管理节能主要工作,（1）有能源管理体系；（2）有产品耗能定额；（3）有计量仪表，（4）有管理制度；（5）有节能措施。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利7,2、工艺节能,工艺节能是工业节能过程中难度大、投资大但也是节能效果显著的节能措施。由于工艺节能需要改变工艺操作过程，一般很难单独进行，常常需要控制节能和设备节能配合起来。如原来采用煤为原料生产合成氨的工艺，改成用石脑油为原料生产合成氨的工艺，就需要进行控制方案及设备的改造，工作量较大。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利8,工艺节能时机,工艺节能改造工作常常在新项目上马或旧项目进行大修或设备淘汰时进行，此时的工作阻力较小，企业容易接受。反之，如果旧项目使用不久，也不存在工艺操作上的问题，只是节能有点问题，对生产工艺进行改造的节能工作工厂就不容易接受，尽管这个节能改造工作从长远的发展来看（比如5年）是经济合理的，这也是目前节能改造工作中碰到的一个困难。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利9,3、控制节能注意问题,1、考虑每一台耗能设备的正常可靠运行；2、考虑车间、工厂实现自动化的经济目的，特别是节约能耗、提高产品产量、质量等；3、考虑车间、工厂的能源（油、煤、气、水、风、电）进行集中监测、管理、调度和控制等问题；4、考虑各种耗能设备的性质和状态；5、考虑控制技术实现的可能性、可靠性及稳定性6、要考虑控制系统的总的发展趋势。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利10,控制节能实例之一,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利11,控制节能实例之二,利用外接密封容器的液位，来控制排水阀以代替疏水器排水，最大限度地利用了加热器的加热空间。使原来需要由外购的高压蒸汽供热，可以改成由本厂自生的低压蒸汽供热，大大节省了能源的开支,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利12,控制图,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利13,4、设备节能,设备节能相对与工艺节能和控制节能而言是较为容易实施的节能措施。所谓设备节能就是耗能设备进行改造、替换、采用新材料新技术以及加强管理等各项措施耗能设备的能源消耗降低下来，如果是能量回收设备（如烟道废热），则使其回收能量增加。工业生产过程中主要的耗能设备有工业炉窑（熔铸炉、加热炉、热处理炉、烘干炉）、工业锅炉、热交换设备。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利14,3.2工业节能潜力分析（自学）,2006年我国与有关国家每万美元国内生产总值能耗比较,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利15,各行业能耗高于世界平均水平,我国工业部门的8个行业主要产品单位能耗平均比国际先进水平高40%，如火电供电煤耗高22.5%，大中型钢铁企业吨钢可比能耗高21.4%，铜冶炼综合能耗高65%，大型合成氨综合能耗高31.2%，纸和纸板综合能耗高120%。,SH型双吸离心泵IS(R)系列单级单吸离心泵轴流泵,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利16,主要耗能设备效率低于世界平均水平,燃煤工业锅炉平均运行效率65%左右，比国际先进水平低1520个百分点；中小电动机平均效率87%，风机、水泵平均设计效率75%，均比国际先进水平低5个百分点，系统运行效率低近20个百分点,燃油/燃气锅炉系列LHS系列立式燃油（气）蒸汽锅炉WNS系列卧式燃油(气)蒸汽锅炉,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利17,整体能源效率低于世界先进水平,我国整体能源效率比国际先进水平低10个百分点。如火电机组平均效率33.8%，比国际先进水平低6-7个百分点。能源利用中间环节（加工、转换和贮运）损失量大，浪费严重。我国能源利用效率与国外的差距表明，节能潜力巨大。根据有关单位研究，按单位产品能耗和终端用能设备能耗与国际先进水平比较，目前我国的节能潜力约为3亿吨标准煤以上，相当于与2005年全年全国消耗总能源的13.4%。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利18,四大主要行业节能潜力分析,1、有色金属工业的节能潜力2、钢铁工业的节能潜力3、化工行业节能潜力4、建材水泥工业节能潜力,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利19,1、有色金属工业的节能潜力,从有色金属工业我国纵向发展情况来看，其所具有的节能潜力是相当可观的。如果考虑到未来有色金属工业发展趋势，经有关部门及专家的初步预测，至2020年，十种有色金属产品的产量有可能达到1540万吨，按平均每吨消耗标煤减少0.5t，有色金属产品平均年产量1000万吨计，从2007年到2020年可节约标煤7000万吨，相当于2005年全国能源消耗的3.13%。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利20,四大主要有色金属节能要求（潜力）,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利21,十种主要有色金属产量趋势,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利22,有色金属未来能耗及节能分析,有色金属产品属高耗能产品，且单耗下降幅度有限，因此未来有色金属工业的能源消费量将随着有色金属产品的增加呈逐年增长趋势。由于矿山采、选工艺耗能占产品最终能源消费量以上的比重，但节能潜力较小。降低冶炼工艺产品单耗还有较大的潜力。继续增加部分铜精矿和氧化铝的进口量，适当进口部分国内资源缺乏、且高耗能的初级有色产品。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利23,2、钢铁工业的节能潜力,我国钢生产和消费名列世界第一，2006年产量4.2亿吨，是大国而不是强国；据统计世界钢铁工业能源消耗占世界总能耗的10%左右，我国钢铁工业能源消耗也占全国能耗总量的10%左右。国际先进钢铁企业，如日本新口铁公司的余热余能回收利用率已达到92以上，其企业能耗占生产总成本的比例是14；我国最先进的钢铁企业宝钢的余热余能回收利用率仅68，其能耗占生产成本的20；而一般的企业余热余能回收利用率在3050，其能耗占生产成本的3045，与世界先进国家的差距较大，节能潜力十分可观。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利24,钢铁工业目前能耗情况,余热利用率低国际先进钢铁企业，如日本新口铁公司92%以上；我国最先进的钢铁企业宝钢为68%；而一般企业为3050。吨钢能耗高,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利25,国内同类企业能耗水平比较,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利26,钢铁工业节能主要工作,1、通过管理节约能源2、抓好炼铁系统节能工作，提高入炉矿石品位每提高1%，焦比就降低，产量就提高，渣量就减少铁，就会产生可观的经济效益3、转炉煤气回收综合利用技术。4、推广先进的节能工艺技术。如轧钢系统要实行铸坯热装热送、连续化生产工艺技术。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利27,3、化工行业节能潜力-1,离国家节能标准有距离2006年全国单位GDP能耗只比2005年降低1.23%，而石油和化学工业工业增加值能耗降幅约在2%左右，节能水平高于全国平均水平，但离国家原定下降4%尚有一定距离。纵向比较可节能2005年石油和化学工业万元增加值能耗为3.49吨标煤，与2000年的4.4吨标煤比，下降了20.68%。以增加值计算的节能量近8000万吨标准煤。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利28,3、化工行业节能潜力-2,横向比较落后世界先进水平我国合成氨装置多数以煤为原料生产，平均能耗高达62109J/t，而世界先进水平的煤制合成氨装置能耗为4649109J/t，其以天然气为原料的合成氨装置能耗仅为29109J/t。国外烧碱汽耗为2.22.6吨蒸汽/吨，而国内汽耗为4.8吨蒸汽/吨，比国外高出1倍多转换原料节能潜力大煤原料每吨氨能耗为2吨标准煤，若采用天然气为原料，每吨氨能耗可降到1.15吨标准煤，按全国每年合成氨产量4000万吨计，原料天然气气化率每提高10%，就可节能340万吨标准煤。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利29,石化行业节能目标-2010,原油加工业能耗下降到66千克标油/吨乙烯单位能耗下降到650千克标油/吨合成氨单位能耗下降到1600千克标准煤/吨烧碱单位能耗要低于1200千克标准煤/吨纯碱单位能耗下降到380千克标准煤/吨电石单位能耗要降到2000千克标准煤/吨以下黄磷单位能耗要下降到7300千克标准煤/吨以下,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利30,炼油行业炼厂平均能耗数据单位：,单因耗能定义为：炼油能耗炼油能量因数，单位为：因数。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利31,主要节能工作,1、深入加强节能管理工作。（减少浪费）2、保证新建、改扩建项目能耗水平接近或达到国际先进水平。3、强优化资源配置，提高化工厂根据市场需求优化生产的能力。（工厂位置选择）4、对小型化工企业进行规模调整。（扩大规模，100万吨乙烯，1000万吨炼油）5、总体优化和系统优化用能。（调整优化目标为全局优化，可持续发展）,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利32,4、建材水泥工业节能潜力,行业基本情况：水泥是主要建筑材料之一，城市基础设施建设等拉动了对水泥的需求。水泥产量逐年提高，2006年达到11.9亿吨，2007年预计水泥产量达14亿吨。下表是进入本世纪以来我国水泥产量数据。,表3-62000-2007我国水泥产量,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利33,水泥制造业能源消耗总量,单位：万tce,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利34,水泥制造业万元增加值综合能耗,注:产值按2005年价格核算,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利35,水泥单位产品综合能耗与节能量情况2000-2005,注：各年份节能量是单位产品能耗同上年比较计算得到的；计算公式为：某年节能量当年产品产量（上年单位产品能耗当年单位产品能耗）,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利36,水泥行业节能潜力,目前我国水泥工业的能耗与世界先进国家的距离相对较小，但还有10%左右的距离。如按2008年16亿吨水泥产量，每吨水泥综合能耗减少12kgce进行计算，则2008年若水泥行业全面达到世界先进水平的能耗，大约可节约1920万tce,其节约量还是比较可观。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利37,2004年发布的国家节能中长期发展规划节能目标,表3-11主要产品节能目标能耗,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利38,3.3通用设备节能技术,3.3.1锅炉节能技术*3.3.2炉窑节能技术（自学）3.3.3换热器节能技术*3.3.4泵和风机节能技术*,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利39,3.3.1锅炉节能技术,图3-1某链条炉结构示意图,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利40,3-2-1火床锅炉3-2-2火室锅炉3-2-3流化床锅炉3-2-4旋风锅炉图3-2锅炉四种燃烧形式示意图,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利41,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利42,锅炉定义,锅炉是能源转换设备，它将煤、油、气等一次能源转换成蒸汽、热水等载热体的二次能源。如图是3-1某链条炉结构示意图。一般锅炉主要有两大部分组成，第一部分是“锅”，包括气包、各种受热面（辐射和对流）、省煤器、空气预热器、集箱、下降管、汽水分离装置、温度调节装置等部件构成的封闭系统；第二部分是“炉”，是指构成燃料燃烧场所的各个部件，包括炉膛、装料斗、渣斗、燃料输送装置、分配送风装置、炉排等组成。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利43,1、锅炉分类,按用途可分为固定式的工业锅炉、电站锅炉、生活锅炉和移动式的船舶锅炉、机车锅炉等；按蒸汽压力可分为常压锅炉、微压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高质锅炉、超高压锅炉、亚临界压力锅炉、和超临界压力锅炉。超高压锅炉的压力为3.73MPa、亚临界压力锅炉的压力为16.67MPa；超临界压力锅炉的压力为23-25MPa；锅炉按所用燃料或能源可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、余热锅炉、原子能锅炉、垃圾锅炉；按燃烧方式可分为火床锅炉、火室锅炉、流化床锅炉、旋风锅炉,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利44,2、锅炉的型号,不同类型的锅炉，其型号的表达方法基本相同，只不过在某些参数上有些类型的锅炉需要表示，而有些类型的锅炉则不用表示。电站锅炉的型号由三部分组成，分别表示锅炉的制造厂代号（用汉语拼音缩写表示）、锅炉蒸发量/额定蒸汽压力、设计燃料代号（用汉语拼音缩写表示）和设计序号。煤、油、气的燃料代号分别用M、Y、Q表示，其它燃料用T表示，各部分之间用短横线连接。SG-1025/18.1-M型锅炉表示为上海锅炉厂制造，额定蒸发量1025t/h，额定蒸汽压力为18.1MPa，原型设计，燃料为煤的电站锅炉。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利45,工业锅炉的型号,对于工业锅炉，按JB1623-1983工业锅炉产品型号编制方法的规定，也有三部分组成，第一部分共分三段，分别表示锅炉型式（用汉语拼音缩写表示）、燃烧方式（用汉语拼音缩写表示）、额定蒸发量或额定供热量，其中对于蒸汽锅炉而言，第三段应为额定蒸发量；对于供热锅炉而言，第三段应为额定供热量，其单位为10000Kcal/h，若将其折算成KW为单位，则需要乘上11.63。第二部分表示介质出口压力、过热蒸汽温度（如缺省则为饱和温度）、出水/回水温度（仅对供热锅炉而言）。第三部分，表示燃料种类和设计序号LHG2-8-AII表示立式横水管固定炉排，额定蒸发量为2t/h，额定蒸汽压为0.8MPa，蒸汽温度为饱和温度，所用燃料位II类烟煤，原型设计的蒸汽锅炉。SHL240-7/130/70-AII表示双锅筒横置式链条排炉，额定供热量为2400000Kcal/h，约合2790KW，额定出水压为0.7MPa，额定出水温度为130，回水温度为70，所用燃料为II类烟煤，原型设计的热水锅炉。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利46,热载体锅炉产品型号,RLS1-1.5Y/400/300-Q，这种型号的热载体锅炉的铭牌解释为：立式、室燃、热功率为1MW、额定工作压力1.5MPa、热载体为导热油、导热油最高出口温度为400、最低进口温度为300、燃料为天然气的热载体锅炉。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利47,3、锅炉的用能分析,其中Q表示燃料燃烧输入锅炉的热量Q1表示锅炉有效利用热，包括锅炉中水和气吸收得到的热量Q2表示锅炉的排烟热损失Q3表示气体未完全燃烧热损失Q4固体未完全燃烧热损失Q5表示散热损失Q6表示灰渣物理热损失。,锅炉的能量有效利用率=,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利48,分析提示,由锅炉的用能平衡分析可知，燃料所具有的化学能在转移到目标工质水和蒸汽的过程中，不仅在有效能价值上有所降低，而且在能量的数量上也有所下降，只有一部分能量转移到了目标工质中去。为了做好锅炉的节能工作，必须对锅炉中除能量有效利用以外的其他能量损失原因进行分析，以便对症下药找到锅炉节能的方法。影响锅炉热效率的主要因素是排烟损失（17%）和不完全燃烧损失（9%）,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利49,4、锅炉的节能技术,1、强化燃烧，减少不完全燃烧损失有足够的空气，并能同燃料充分接触炉膛有足够的高温使燃料着火燃料在炉内停留时间内应完全完全燃尽2、减少排烟损失控制适当的空气过剩系数，强化对流传热对那些没有设置省煤器或空气预热器的锅炉可考虑进行改造，增设省煤器或空气预热器如不方便增设，可考虑利用余热热管热器回收排烟气体的热量，但需作全面的经济核算，以判断究竟采用哪种节能措施效果最佳。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利50,3、宏观层面工作主要工作,（1）推行集中供热，发展热电联产（2）加强运行管理、堵塞浪费漏洞（3）采用新设备新工艺技术,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利51,加强运行管理堵塞浪费漏洞具体工作,（1）做好燃料供应工作，不同的锅炉供应不同规格的煤（主要是粒度和含水量，以链条炉为例，煤粒度应为6-15mm）；（2）严格给水处理，防止锅炉结垢；（3）清除积灰，提高锅炉效率；（4）防止锅炉超载，保持稳定运行；（5）加强保温、防止漏风、泄水、冒汽；（6）提高入炉空气温度一般入炉空气温度增加100，可使理论燃烧温度增高3040，可节约燃料34%。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利52,新设备新工艺具体技术：（1）采用换热器或热管回收锅炉烟道余热（锅炉热效率提高3.1%）（2）采用蒸汽蓄热器，保证锅炉在最佳工况下运行（可比设置前节能5-15%）（3）设置冷凝水回收装置，减少锅炉一次供水量（节能效果可达25%以上）（4）采用真空除氧器，可克服热力除氧器在除氧过程中的能量消耗（5）采用新型节能保温材料，减少炉壁、管道的热量损失（6）采用添加剂及磁化节能技术。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利53,3.3.2炉窑节能技术,1、定义：工业炉窑是我国消耗能源较大的一类耗能设备。它将能源转换过程和能量利用过程结合在一起，使能源转换设备和用热设备会为一体，省掉了中间的热能传输环节。工业炉窑的功能，是为达到某些工艺目的。有的为了改变固体或液体材料的地质、形地，有的为了取得新材料或新材料制品而设置的直接使用电能或燃料的加热装置，它在冶金、机械、建材、轻工、化工等部门得到广泛应用。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利54,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利55,3.3.2炉窑节能技术,2、分类按工艺用途分：有熔炼炉、溶化炉、加热炉、热处理炉、焙烧炉、干燥炉等。按热源分：有煤炉、煤气炉、油炉、电炉、天然气炉等。按结构形式分：有推料连续加热炉、室式炉、台车式炉、逢隙炉、井式炉、步进式炉、环形炉等。按热工操作制度分：有连续作业炉、间歇式炉、分段变温炉、恒温炉等。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利56,3.3.2炉窑节能技术,3、炉窑的用能分析Q表示燃料燃烧（或电能）输入窑炉的热量Q1表示窑炉有效利用热Q2表示窑炉的排烟热损失Q3表示气体未完全燃烧热损失Q4固体未完全燃烧热损失Q5表示炉体蓄散热损失Q6表示水冷、逸气、孔洞辐射等各项热损失Q7表示化学反应所需要的热量。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利57,3.3.2炉窑节能技术,4、分析提示一般而言，窑炉的工作温度比锅炉要高，故在窑炉带出的热量中，被加工物料-产品一般占到40%左右，烟气占到30%左右，窑体占到15%左右，反应热占到15%左右。烟气热能利用窑体绝热保温工作是关键,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利58,3.3.2炉窑节能技术,5、节能工作一是最大限度地将燃料或电能产生的热量转移到产品中去，这就需要从炉窑本身的改造入手，如改变窑炉的结构、燃烧方式、窑体耐火砖结构和材料、窑体内利用远红外涂料等方法；另一方面是将热损失减到最小或二次利用，如通过余热锅炉或助燃空气预热器回收烟道气中的热量，减少窑体方热辐射损失及逸气热损失,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利59,3.3.2炉窑节能技术,6、具体细节（一）正确选用燃烧装置，减少物力和化学不完全燃烧损失（1）烧嘴的合理选用和使用（2）推广使用平焰、双火焰、高速、可调焰等新型烧嘴，可节能510%；（3）固体燃料要采用机械化加煤和煤粉燃烧。（二）烟气余热的回收利用，减少烟气热损失（1）利用烟气预热助燃空气，可获1525%节能率；（2）选用合适的烟道换热器；（3）提高换热器的使用效果；（4）根据余热情况安装余热锅炉；（5）降低烟气离开炉膛温度。（三）加强炉体绝热，减少炉体蓄散热损失（1）将炉膛改造为由耐火砖或轻质耐火砖加耐火纤维和保温材料的复合结构；（2）采用复合浇注料吊挂炉顶，减少炉顶散热；（3）在中温间断式炉上采用全耐火纤维炉衬。（四）提高炉子的密封性，减少逸气热损失（1）减少开孔与安装炉门；（2）采用浇注料炉衬结构外加炉墙钢板。（五）合理安排水冷件，减少水冷件热损失（1）少用或不用水冷构件，减少热损失；（2）对必须设置的炉内水冷构件进行绝热包扎；（3）采用汽化冷却来回收水冷热损失，不仅可得到中压蒸汽，还可节约水源。（4）采用热泵技术回收低温冷却水的余热，有明显节能效果,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利60,3.3.3换热器节能技术,工业生产过程尤其在化学化工工业中，需要大量的换热设备。从能量守恒的角度来看，换热设备似乎只将能量从A物流转移到B物流，没有节能的可能，其实不然。如果该换热设备是回收废热的，那么，高效的换热设备能够尽量多的把废热中的热量回收下来，当然废热流最后排放到环境的热能就减少，因此，在整体能量上是守恒的，但回收的能量就增加了。高效换热设备的关键是提高传热系数，而传热系数的提高，需要根据换热物流的具体性质，选择合适的高效换热设备。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利61,各种换热设备示意图,夹套式换热器及其配件蛇管示意图1-容器；2-夹套,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利62,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利63,喷淋式换热器1-弯管；2-循环泵；3-控制阀,套管式换热器,各种换热设备示意图,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利64,各种换热设备示意图,固定管板式换热器及其折流板,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利65,各种换热设备示意图,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利66,各种换热设备示意图,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利67,各种换热设备示意图,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利68,各种换热设备示意图,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利69,平板式换热器,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利70,3.3.4泵和风机节能技术,泵和风机是输送物料的一种动力机械，其中泵用来输送液体物料，风机用来输送气体物料。它们被广泛的应用于电力、化工、冶金、建材、建筑空调等各个领域。据文献报道，目前我国风机的耗电量占全国发电量的10%，泵的耗电量占全国发电量的25%，两者合计占全国发电量的35%左右。由于泵和风机所占的用电量在全国发电量中的比例大，并且其消耗的能源电能属于最高品位的能源，因此，对泵和风机的节能工作显得十分必要。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利71,3.3.4泵和风机节能技术,1-叶轮2-压水室3-吸入室4-扩散管5-泵轴6-泵壳图3-13离心泵工作结构简图,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利72,3.3.4泵和风机节能技术,1-泵缸2-活塞3-活塞杆4-吸入阀5-排出阀,图3-14往复泵工作结构简图,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利73,3.3.4泵和风机节能技术,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利74,3.3.4泵和风机节能技术,1、泵和风机的分类（1）泵的分类泵的种类繁多，适用广泛，其分类方法很多，如果按工作原理分主要有；离心泵和正位移泵；如果按其工作形式分主要有叶片泵和容积式泵；如果按其工作压力分，主要有低压泵、中压泵、高压泵。（2）风机的分类风机是输送气体的动力机械，其工作原理和分类形式和泵基本类似，也有离心式、往复式、旋转式等多种。风机一般按出口压强或压缩比（气体加压后和加压前）来分类，主要分为通风机、鼓风机、压缩机、真空泵。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利75,2、泵和风机的基本方程,1）泵特性曲线,随着流量的增加，轴功率增加、扬程减小、效率先由小变大，当达到一个最大值*以后，流量增加，效率反而减小。如果从节能的角度出发，每一个离心泵在一定的转速下，有一个最佳的流量q*，此时泵的扬程为H*，泵的效率达到最高。因此在选择泵时应尽量使泵达到最佳流量。当然实际情况并不能一定满足，但必须保证泵的效率在最佳点附近。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利76,控制图1,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利77,控制图2,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利78,3.3.4泵和风机节能技术,图3-19两台泵并联特性,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利79,3.3.4泵和风机节能技术,图3-18两台泵串联特性,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利80,3.3.4泵和风机节能技术,2)管路特性曲线任何一台泵都需要在具体的管路环境下工作，所谓管路特性是指特定管路中通过某一流量qe流体所需要的压头He关系，根据柏努利方程并作一定简化后，可得所需压头和实际流量之间的关系如下：,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利81,3.3.4泵和风机节能技术,原泵的操作点在M。如果通过节流调节，增加管路的阻力，这时泵的操作点移到了M1点，管路特性曲线变陡，管路的实际流量减少，压头提高。如果增加阀门开度，管路阻力变小，管路特性曲线变的平缓，此时实际操作点移到M2点，管路的实际流量增加，但压头有所下降，轴功率增加。在实际流量调节过程中，如果通过节流调节，必将宝贵的轴功率用于克服节流调节的阻力，并不是一种节能的调节方法。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利82,3.3.4泵和风机节能技术,3）切割方程4）转速方程,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利83,3.3.4泵和风机节能技术,通过转速调节泵流量的时候，管路特性曲线不变，轴功率没有浪费，从节能的角度来看，通过转速调节流量优于通过节流调节流量。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利84,3.3.4泵和风机节能技术,3、节能技术（1）合理选型-最大效率（2）合理组合-最优操作（3）变频调速-避免管损（4）切割叶轮-适合流量（5）增加叶轮寿命-经济合理（6）提高稳定及耐用性-保障第一,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利85,合理组合,对于管路特性曲线为1的管路系统，选用并联组合优于串联组合。因为并联组合的工作点在B点，串联组合的工作点在A点，B点处的流量和压头均比A点处的流量和压头大。而对于管路特性曲线为2的管路系统，则选用串联组合优于并联组合。因为并联组合的工作点在C点，串联组合的工作点在D点，D点处的流量和压头均比C点处的流量和压头大。当然，如果单台泵的压头无法克服管路两端的总势能差时，则必须采用串联。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利86,变频调速,泵原来的工作点在M点，转速为n1，流量为qm，对应的功率为PM。现在因工艺要求，需要将流量调节到q1,如采用节流调节，则离心泵特性曲线不变，管路特性曲线变陡，其和离心泵的特性曲线交点上移，到达A点，此时对应的泵功率为PA。如果采用变频调速，改变离心泵工作曲线，使其转速为n2，流量仍为q1，其工作点为B，此时对应的泵功率为PB。如果忽略泵效率的改变，采用变频调节所节约的能量相当于图3-53中ABHAHB所围的面积。当然变频器的投资很昂贵,具体实施必须通过经济核算,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利87,变频改变流量时泵和风机理论节能效果,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利88,变频技术为节能法所推广,风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推广技术，受到国家政府的普遍重视，中华人民共和国节约能源法第39条就把它列为通用技术加以推广。实践证明，变频器用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显，设备一次性投资通常可以在1-2年的生产中全部收回。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利89,3.4通用工业节能技术,3.4.1热泵节能技术*3.4.2热管节能技术*3.4.3换热网络整合节能技术3.4.4余热回收节能技术,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利90,3.4.1热泵节能技术,1、热泵工作原理,热泵是一种能使热量从低温物体流向高温物体的热移动装置,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利91,低温取热T1,高温放热T2,高压区,低压区,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利92,2、热泵分类-按工作原理分,压缩式热泵-压缩机*吸收式热泵-吸收塔*热电式热泵-电子运动*化学热泵-化学反应吸附式热泵-吸附器喷射式热泵-喷射器其中压缩式受到广泛应用，该热泵是由蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀等部分组成,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利93,(1)吸收式热泵的工作原理,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利94,三个压力等级：p1p2p3,(2)蒸汽喷射式热泵工作原理,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利95,(3)热电式热泵工作原理,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利96,3、热泵分类按提供热源分,地源热泵空气源热泵工艺热源热泵复合热源热泵,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利97,(1)地源热泵,V1V2V3V4,1,2,3,4,5,6,7,8,1-地下换热埋管2、7-循环泵3-蒸发换热器（冬天虚线）4-节流装置5-冷凝换热器（冬天）6-压缩泵8-室内供热和供冷装置,冬天室内需要供热时，阀门V2、V3打开，阀门V1、V4关闭；夏天，室内需要制冷时，组件5成为蒸发器，阀门V1、V4打开，阀门V2、V3关闭,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利98,(2)空气源热泵,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利99,(3)工艺热源热泵,热泵中的工质在塔顶冷凝换热器2中吸收热量而蒸发，通过压缩机压缩，温度提升后成为高温气体进入蒸发换热器5，将塔釜物料加热蒸发，而工质本身被冷凝。冷凝液通过节流装置3又进入塔顶冷凝换热器2，实现热泵的循环工作。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利100,(4)热泵工艺应用,物料,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利101,(5)复合热源热泵工作原理,在冷热负荷变化比较大的建筑群中，采用土壤耦合热泵、冰蓄冷、锅炉组成的复合式能源系统。建筑物冬季、夏季基本负荷由土壤耦合热泵来承担；夏季高峰负荷由冰蓄冷系统承担，冬季高峰负荷由锅炉承担。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利102,3.4.2热管节能技术,1、热管定义热管为一封闭的管状元件，有一管状外壳，内有起毛细输送作用的管芯，管内抽空后充以工作液体，然后封闭起来即成热管。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利103,热管的一端为蒸发端（热输人端），另一端为冷凝端（热输出端），当蒸发端受热时，毛细管芯中的工作液体被气化、蒸发，吸取大量气化热，依靠压差使蒸气通过管腔迅速流向冷凝端，在冷凝端冷凝成液体，放出与吸收的气化热相等的冷凝潜热。工作液体又在管芯的毛细管作用下回到蒸发端。通过这种“蒸发-转输-冷凝”的反复循环，将热量不断地从蒸发端送往冷凝端，并传给受热工质,2、热管工作原理,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利104,3、热管工作原理示意图,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利105,4、热管工作介质,热管的最大特点是在有引力和磨擦损耗下，完全从热输入中得到液体和蒸气循环所必须的动方，用不着使用外加的抽送系统。热管的传输效率比相同尺寸铜棒高500倍，比不锈钢棒高6300倍。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利106,根据热管的使用温度，可将热管分为低温热管（cryogenicheatpipe），中温热管（lowtemperatureheatpipe）和高温热管（hightemperatureheatpipe）。它们的工作温度范围依次为-73以下，-73-277和277以上。其中，以中、高温热管在工业中的应用最为深入。根据热管的工作原理，热管可分为重力热管、毛细管式热管及旋转式热管，其中应用最广的是重力热管，它广泛应用于工业与热回收系统。目前，随着反应-换热集成系统研究的深入，对旋转式热管的研究已引起人们的兴趣,5、热管分类,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利107,6、热管主要特性,（1）有效热导非常高。由于热管的传热主要靠工质相变时吸收和释放潜热以及蒸汽流动传输热量，并且多数工质的潜热是很大的，因此不需要很大的蒸发量就能带走大量的热。（2）具有热流密度变换能力。热管中蒸发和凝结的空间是分开的，因此可以实现热流密度变换，在蒸发段可用高热流密度输入，而在冷凝段可以用低热流密度输出，反之亦然。（3）具有低热阻的等温面。热管运行时，冷凝段表面的温度趋向于恒定不变。如果局部加上热负荷，则有更多的蒸汽在该处冷凝，使温度又维持在原来的水平上；同样，蒸发段也存在等温面，热管工作时，管内蒸汽处于饱和状态，蒸汽流动和相变时的温差很小，而管壁和毛细芯比较薄，所以，热管的表面温度梯度很小，即表面的等温性好。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利108,7、热管节能应用,（1）CPU芯片散热器热管CPU芯片是计算机的核心部分，其性能的好外直接控制了计算机的性能。然而，CPU的散热问题制约了CPU性能的进一步提升，常规的散热技术有时已显得无能为力。而CPU芯片散热器热管则可以大大提高CPU的散热性能，使CPU的性能得以进一步提升,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利109,（2）反应器内热管,反应器内热管就是将热管技术与反应器相结合的一种特殊用途的热管。它的主要特点是利用热管的等温性能使反应器内触媒床层轴向和径向温度分布均匀,从而使反应始终在最适宜的反应温度区间进行,结果使转化率提高,副反应减少,触媒利用率提高、寿命延长;热管还能及时补充化学反应热(对吸热反应)或导出化学反应热(对放热反应)。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利110,（3）高温热管蒸汽发生器,某化工厂回收半水煤气的余热，至今已安全运行了十几年，煤气流量为135000m3/h，温度为950，通过高温热管蒸汽发生器将其温度降至250，每小时可生产4t蒸汽，蒸汽压力高达1.57MPa。这些蒸汽可以通过保温管道输送给附近住户，提供热量供暖。如果按照全年运行时间为7200h，每吨蒸汽按40元价格计，则全年可回收价值115.2万元,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利111,如果热管是水平放置又没有吸液芯，热管将无法工作。这时，若将热管绕轴旋转，热管就可以工作，它利用热管旋转时产生的离心力使冷凝液回流，免去吸液芯结构，并使热管能在无重力甚至逆重力状态下稳定工作。它应用在垂直状态下高速旋转运动并且有大量热量需要导出的机器部件。如热管式高速钻头和大功率电机转子，可以解决这些设备的冷却问题解决,（4）旋转式热管,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利112,（5）空调用热管换热器,热管热交换器无论冬夏都可使用冬天，把热量从排出气中传给新鲜冷空气夏天，使热空气进人主调机之前得到预冷处理。如加上密封隔板来分高气流则可保证新鲜空气不受污染，这对于学校、医院这样的部门说来是很有必要的。采用热管回收装置可导致允许采用功率比原来低2030%的空调系统。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利113,来源：,（6）太阳能热水器热管,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利114,青藏铁路基本情况,2006年7月1日，作为世界铁路建筑史上奇迹的青藏铁路全线建成通车。延绵1800公里的青藏铁路，从格尔木到拉萨要穿越550多公里的冻土地带。冻土带和高原缺氧一度成为阻碍钢铁巨龙青藏铁路向前延伸的两大难题。随着温度的变化，冻土具有“顽皮好动”的特性。在寒季，冻土像冰一样冻结，并且随着温度的降低体积发生膨胀，建在上面的路基和钢轨就会被膨胀的冻土顶得凸起；到了夏季，冻土融化体积缩小，路基和钢轨又会随之凹下去。冻土的冻结和融化反复交替地出现，路基就会翻浆、冒泥，钢轨出现波浪形高低起伏，对铁路运营安全造成威胁。低温热管成功地解决了青藏铁路建设中的冻土难题，首批2400根低温热管已“植根”于青藏铁路两侧，为这条世界上海拔最高的铁路“保驾护航”。医治“多动症”,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利115,青藏公路上的热管,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利116,热管基本情况,为了保证低温热管在2545范围内充分发挥作用，满足各项技术指标，无论是对优质碳素无缝钢管进行外壁酸洗、内壁除尘、打坡口绕焊翅片，还是灌装液态氨、焊帽密封，一道道工序操作一丝不苟；热管埋入地下部分喷涂黑色防腐漆，地面部分喷涂白色抗磨漆，每根喷涂三遍，他们按工艺文件要求严格执行。低温热管长7米，管子外径89毫米，1.4米长的翅片绕焊后，每根管子质量在100千克以上。,2010年1月28日3时50分,华南理工大学方利117,热管应用图,TSC8