供热设备与节能技术俞建洪集美大学ppt课件

1、 供热设备与节能技术供热设备与节能技术俞建洪俞建洪集美大学集美大学1. 根本概念和根本原理根本概念和根本原理 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 . 根本概念和根本原理根本概念和根本原理.供热设备供热设备.热力学第一、二定律和传热学根本热力学第一、二定律和传热学根本 公式公式.节能的根本分析方法节能的根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根本定律：能量守恒与转换定律自然界根本定律：能量守恒与转换定律热

2、力学第一定律是能量守恒与转换定律在热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热景象上的运用，它提示了能量在量上热景象上的运用，它提示了能量在量上的特性。的特性。 其能量方程式：其能量方程式： Q =U + Aw 上式阐明：加给工质的热量一部分上式阐明：加给工质的热量一部分用于添加工质的内能，余下的部分以作用于添加工质的内能，余下的部分以作功方式传送给外界。功方式传送给外界。 其中热功当量其中热功当量w = 4.1868 kj/kgm 热力学第二定律：热力学第二定律：(有多种表述有多种表述) 热不能够自发地、不付代价地从低热不能够自发地、不付代价地从低温物体传到另一个高温物体。温物体传到另一个高温物体

3、。 第二定律涉及能量传送的方向和深度的第二定律涉及能量传送的方向和深度的问题，是能量在质上的特性。所谓能的问题，是能量在质上的特性。所谓能的质量是指能的档次或能的可用性。能量质量是指能的档次或能的可用性。能量在其传送或转换过程中，质量是逐渐降在其传送或转换过程中，质量是逐渐降低的，即能量贬值。低的，即能量贬值。 热力学第一、二定律分别提示了热力学第一、二定律分别提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。1.2传热学根本公式传热学根本公式 传热三种方式：辐射、对流和传导传热学根本公式：Q = KHt =

4、KH(tg-td)传热系数(以炉膛水冷壁管传热为例) )/(11111122121cmkwKohhhsgsgsgbbhhh1.2 节能的根本分析方法节能的根本分析方法 热平衡热平衡法法 热平衡法是建立在热力学第一定律热平衡法是建立在热力学第一定律根底上的能量分析方法，主要调查系统根底上的能量分析方法，主要调查系统热量的平衡关系，提示能在数量上的转热量的平衡关系，提示能在数量上的转换和利用情况，从而确定系统的能利用换和利用情况，从而确定系统的能利用率或能效率热效率。率或能效率热效率。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

5、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，高，q40， q60 ;1.4. 2.锅炉热效率锅炉热效率(1)正平衡热效率： = q1 = Q1 / Qydw100% 1-3(2)反平衡热效率：从式1-2可得 = Q1 / Qydw

6、100% =1 - q2 + q3 + q4 + q5 + q6 1-42.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2.1.1 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，普通；高，热效率低，普通；污染严重。污染严重。措施措施: (熄灭无烟煤链条锅炉熄灭无烟煤链条锅炉)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、

7、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。已制定行业规范采用节能炉排片。已制定行业规范措施措施: (以熄灭无烟煤链条锅炉为例以熄灭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、合理布置前后拱中拱为了及时着火、提高燃烬率；降低提高燃烬率；降低q4 。2) 一次风预热，并采用二次风加强混合，一次风预热，并采用二次风加强混合，降低降低q4 和和q3 ；3) 合理配风、控制过量空气系数；为了降合理配风、控制过量空气系数；为了降低排烟热损失低排烟热损失q2 。4) 采用省煤器和空气预热器，降低排烟温采用省煤器和空气预热器，降低排

8、烟温度，为了降低度，为了降低q2 。5) 用节能炉排片。已制定行业规范用节能炉排片。已制定行业规范.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。；主要用于供热和发电。 CFB锅炉优势锅炉优势 低温熄灭，低温熄灭，NOx低；可廉价脱硫；可熄灭低；可廉价脱硫；可熄灭无烟煤。无烟煤。 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。CFB锅炉热效率偏低的主要缘由是飞灰含锅炉热效率

9、偏低的主要缘由是飞灰含碳量高，大约达碳量高，大约达15 - 25%；而且飞灰量大超越；而且飞灰量大超越50%。100)100100(6 .328.4fhfhfhhzhzhzarnetarCCCCQAaaqfCfhCfhC 降低飞灰可燃物措施：降低飞灰可燃物措施： 1) 设计时选择适宜的流化气速，炉膛高度，保设计时选择适宜的流化气速，炉膛高度，保 证煤颗粒在炉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) 坚持床层和炉膛坚持床层和炉膛950以上的高温，以提高以上的高温，以提高飞飞 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,防止反复破碎，防止反复破碎，

10、减减 少飞灰份额少飞灰份额; 4) 选择个高效的分别器。选择个高效的分别器。5) 优化返料器配风调理，防止料腿串风。优化返料器配风调理，防止料腿串风。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：由于先进的熄灭器和成熟的本体设计，柴油燃尽率可控制对于油炉：由于先进的熄灭器和成熟的本体设计，柴油燃尽率可控制到理想程度到理想程度(99%以上以上)，故油炉提高熄灭效率已没有多少余地。但重油，故油炉提高熄灭效率已没有多少余地。但重油还有一些余地。还有一些余地。 假设本体设计有缺陷，排烟温度过高，可根据熄灭器背压余量布置假设本体设计有缺陷，排烟温

11、度过高，可根据熄灭器背压余量布置热管省煤器。热管省煤器。 对于气炉：大量水蒸气携带对于气炉：大量水蒸气携带着可观的汽化潜热分开锅炉。这着可观的汽化潜热分开锅炉。这部分热量约占天然气低位发热量部分热量约占天然气低位发热量的的14 % 。它等于燃料高低位发热。它等于燃料高低位发热量之差。量之差。 尽能够多地经过锅炉受热面尽能够多地经过锅炉受热面或特殊换热器把排烟中的水蒸气或特殊换热器把排烟中的水蒸气凝结下来，回收其热量，就能较凝结下来，回收其热量，就能较大幅度地提高锅炉热效率。大幅度地提高锅炉热效率。重油熄灭技术重油熄灭技术目的：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

12、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熄灭掺水熄灭: 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 ( 见构造图见构造图 )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。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

13、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雾化效果根本不受燃油粘度大小的影响,粘度运用范围 宽，为70E(即燃油需具有流动性)； 3熄灭完全，不冒黑烟,熄灭效率达99.5%以上，熄灭产物 中污染物低于国家环保局规定的各项目的； 4火焰长度、火焰锥角、火焰外形及喷油量可按用户要求 设 计； 5熄灭器不结焦、不堵塞； 6火焰刚性强，放射速度高； 7雾化效果不随流量大小影响，流量调理比大，可达1:5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

14、气主要成分为CH4，氢与炭分量，氢与炭分量比大约为比大约为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，氢对天然气热值的奉中，氢对天然气热值的奉献大于炭。献大于炭。 天然气是低炭燃料。见下表天然气是低炭燃料。见下表例：例： 陕北天然气成分陕北天然气成分 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 H2S N2 95.9494 0.9075 0.7 2.0062 0.0002 1.02.2.4 载热体加热炉载热体加热炉 优势优势: 高温低压，不用水处置；

15、高温低压，不用水处置； 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； 运转留意点：介质析碳，受热面结焦例运转留意点：介质析碳，受热面结焦例 运转时要监控盘管进出口压差和温度运转时要监控盘管进出口压差和温度.此外，矿物油要过滤和补充此外，矿物油要过滤和补充2.2.5 电热锅炉电热锅炉电热锅炉运用场所电热锅炉运用场所 普通不提倡运用。由于电能是高档次能源，热能转换成电能的效率普通在40%以下，如今再由电热锅炉转成热能太不合算了。 在特殊条件下运用： 对环保要求严厉；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。2.5 煤粉

16、工业锅炉煤粉工业锅炉 概述 德国2019年已开发出类似技术，适用于超细枯燥褐煤煤粉。我国已纳入国家科委973方案。 类型见以下图德国steimueller公司开发两种炉型运用场所：运用场所：* 必需有超细优质煤粉高挥发必需有超细优质煤粉高挥发份，低灰低硫份，低灰低硫* 必需配有高效除尘设备袋式必需配有高效除尘设备袋式或静电或静电2.2 热电联产和集中供热目的：提高能源利用率，到达目的：提高能源利用率，到达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封锁；但热以下小型火电机组要封锁；但热电联产可以上只需总效率大于电联产可以上只需总效率大于45%，热电比，热电比大于大于1。改造或

17、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。在热电联产的建立中，从以燃煤为主的热电厂向在热电联产的建立中，从以燃煤为主的热电厂向燃气的热、电、气三联供热电厂开展；分布式燃气的热、电、气三联供热电厂开展；分布式热电冷联产也得到迅猛开展。热电冷联产也得到迅猛开展。热、电、煤气三联供热、电、煤气三联供 整体煤气化结合循环整体煤气化结合循环2.3 燃气燃气蒸汽结合循环蒸汽结合循环 燃气燃气蒸汽结合循环利用了燃气侧高温吸热和蒸汽侧蒸汽结合循环利用了燃气侧高温吸热和蒸汽侧低温放热

18、的特点低温放热的特点,使得结合动力安装的总效率比常规的使得结合动力安装的总效率比常规的高参数纯蒸汽动力安装的效率高参数纯蒸汽动力安装的效率(最高约为最高约为40%)高得多。高得多。 由于结合循环热效率达由于结合循环热效率达55%和天然气中含有大约和天然气中含有大约25% (分量比分量比)的氢气这两个要素，使得天然气结合循环发的氢气这两个要素，使得天然气结合循环发电厂单位发电量所产生的温室气体电厂单位发电量所产生的温室气体CO2减小了减小了50。 整体煤气化结合循环整体煤气化结合循环IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle发电系统，是将煤气化技术和高

19、发电系统，是将煤气化技术和高效的结合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分效的结合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组组 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-蒸汽结合循环发蒸汽结合循环发电部分。电部分。 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2.4.1概述概述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。当前，又称第二代能源系统。当前，全世界都在推进该系统的建立。全世界都在推进该系统的建立。 第二代能源系统具有第二代能源系

20、统具有6个方面的主要个方面的主要特征：一是燃料的多元化；二是设备的小型特征：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；六是高规化；五是智能控制和信息化管理；六是高规范的环保程度。范的环保程度。2) 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,集合了分布式供电、制冷、采暖、生活卫生水以及其他方式的热能于一体,将发电系统以小规模、分散式布置在用户附近,可独立地输出电、热和冷能的系统,此系统中的主要部分就是分布式供电和冷热电联产系统 Cooling-heating-power Coge

21、neration，简称CCHP。同时,运用最新的信息化和智能化技术管理和控制系统,以实现系统化、智能化、经济最优的目的。3) “高参数、大机组、大电网集中式供电将依然高参数、大机组、大电网集中式供电将依然长期是我国电力开展的主要方向，小微型分布式长期是我国电力开展的主要方向，小微型分布式电源是集中式电源系统的重要补充。它添加了电电源是集中式电源系统的重要补充。它添加了电网的质量和可靠性。网的质量和可靠性。4)小型或微型燃气轮机小型或微型燃气轮机CCHP分布式电源总能效高；分布式电源总能效高；总投资含输变电设备等与大型集中式电源相总投资含输变电设备等与大型集中式电源相当或略低；燃机性能好，运转可

22、靠，大修期长；当或略低；燃机性能好，运转可靠，大修期长；具有很好的经济性。具有很好的经济性。 5) 天然气是比轻柴油还要干净、低炭的优质燃料，且可比价钱与轻柴油相当，经过综合梯级利用可获得更高经济效益。小型或微小型燃气轮机CCHP分布式电源系统正是天然气利用的最好方式之一。 6) 欧美国家小微型燃气轮机产品成熟，性能好；与同容量柴油机分布式电源相比，小微型燃气轮机分布式电源还具有构造紧凑、运转可靠性高、低噪音、低振动等多方面优势。它是分布式电源的首选主机。2.4.3 开展开展CCHP系统的优点系统的优点(1)开展开展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

23、提高能源利用率系统可大幅度提高能源利用率,其能其能 源综合利用率可到达源综合利用率可到达80%90%。 (2)开展开展CCHP系统有助于环境的维护系统有助于环境的维护 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)开展开展CCHP系统有助于缓解电力顶峰负荷系统有助于缓解电力顶峰负荷(4)开展开展CCHP系统可以提高供电平安性系统可以提高供电平安性3. 向管理要能效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，运转程度上去了，能效高了，运转程度上去了，能效也上去了。也上去了。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

24、项热损从降低锅炉各项热损失的方向想方法失的方向想方法)1) 降低漏风降低漏风即降低即降低q2一个误区一个误区2) 采用强风后吹采用强风后吹 运转方式运转方式优点：优点：燃料及时着火燃料及时着火延伸熄灭时间延伸熄灭时间加强喉口混合加强喉口混合(即降低即降低q43) 从加强给水导热油质量监控和从加强给水导热油质量监控和 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。 对于干净内外壁的受热面对于干净内外壁的受热面)/(11111122121cmkwKohhhsgsgsgbbhhh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

25、配有省煤器、空预器； 快装油气锅炉普通无省煤器、空预器，三浦油炉例外但排烟温度通常超越200 -250C要思索余热回收。 以上要防止受热面低温腐蚀。 然气锅炉可思索排烟中大量水蒸气汽化潜热的回收。但要防止受热面腐蚀。3.2 节约用电节约用电 防止锅炉漏风，就能降低引风机电防止锅炉漏风，就能降低引风机电耗；耗； 采用变频调理；采用变频调理； 其他其他3.3 区分节能技术中的伪科学区分节能技术中的伪科学3.1 根据根据: 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; 传热学根本原理传热学根本原理3.2伪科学例子伪科学例子: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

26、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完全熄完全熄灭放出来的，是可以从油的元素分析准确灭放出来的，是可以从油的元素分析准确算出来的。现代熄灭器燃烬率已很高，额算出来的。现代熄灭器燃烬率已很高，额外热量哪里来！？外热量哪里来！？纳米：纳米：1nm = 10 9 m, 是原子或分子级大是原子或分子级大小，参与后能源使单位发热量提高吗？小，参与后能源使单位发热量提高吗？2) 重油掺水熄灭可大大提高技术热效重油掺水熄灭可大大提高技术热效率率 200号重油号重油,掺水率率掺水率率8.1%,熄灭效率熄灭效率提高提高0.257%(已扣除已扣除0.484%水蒸气热损失水蒸气热损失)，不能够提高不能够提高15%之类的谎言。之类的谎言。 掺水后有掺水后有719mg/Nm3焦碳粒子被进焦碳粒子被进一步燃烬一步燃烬,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, 劣质重油掺劣