低碳能源动力技术概论

1、低碳能源动力技术概论第四部分 能源动力领域的节能技术第四部分 能源动力领域的节能技术讲课内容一、锅炉与加热炉节能技术二、蒸汽动力系统优化三、热管换热器节能技术四、热泵节能技术五、低温热制冷节能技术六、冷凝水回收节能技术七、蓄热蓄冷技术一、锅炉与加热炉节能技术烟气流程烟气出口二次风箱返回目录一、锅炉与加热炉节能技术锅炉是一种将燃料燃烧，使其中的化学能转化为热能，并将此热能传递给水，使水变为具有一定压力和温度的蒸汽或热水设备。而加热炉是将燃料燃烧的热量提供给工艺原料的设备。虽然两者加热的介质不同，但它们的正、反平衡方程的表达方式是相同的。因为热平衡只是燃料热量的收支平衡，在热平衡中，燃料的热量应等

2、于锅炉或加热炉有效吸收的热量与各种损失的热量之和。一、锅炉与加热炉节能技术正平衡法(kJ/kg)式中，Qr送入锅炉或加热炉的热量，kJ/kg（指实际燃料耗量） Q1有效利用的热量，kJ/kg Q2排烟热损失，kJ/kg Q3化学不完全燃烧热损失，kJ/kg Q4散热损失，kJ/kg正平衡法是直接测定锅炉或加热炉有效利用的热量Q1及送入锅炉的热量Qr，按下式计算：(%)一、锅炉与加热炉节能技术反平衡法反平衡法是指测定加热炉的各项热损失，然后按下式计算热效率： 式中， 进行正反平衡计算时，要求正反平衡效率之差的绝对值在5%以内。 (%)排烟损失；化学不完全燃烧损失；散热损失；一、锅炉与加热炉节能技

3、术锅炉的主要节能技术及应用1.改善炉子燃烧节能技术改善燃烧节能技术包括高效燃烧器、燃料添加剂、合理调节送风量、采用二次回风系统、燃烧控制技术及燃料磁化技术等。此类技术主要是使炉子燃烧过程更加完全、充分，并且尽量减少过剩空气。 强化燃烧（炉拱优化、配风优化、富氧燃烧等）一、锅炉与加热炉节能技术图膜法富氧燃烧系统富氧燃烧一、锅炉与加热炉节能技术2.加强保温与强化传热节能技术加强炉子保温节能技术主要是采用新型高效保温材料，提高炉体保温效果，减少散热损失。这些新型高效保温材料有硅酸盐复合保温材料、有机泡沫保温材料等。这些新型材料具有重量轻、耐高温、导热系数小、热容小、保温绝缘性好、耐酸、耐碱、化学性能

4、稳定等优点。弹性膜式水冷壁-采用了鳍片管，中间用耐热弧形钢板密封。一方面由于炉膛为全金属密封，减少了冷空气向炉膛渗入，降低了排烟损失，提高锅炉热效率。另一方面有效地解决了水平管圈间因温度不同而产生的热应力问题。强化传热膜式水冷壁纤维炉墙金属密封彩板返回目录一、锅炉与加热炉节能技术半轻型炉墙技术-炉墙由隔热层、两级保温层、金属护板组成，该项技术的采用降低了锅炉的散热损失，有效地提高了锅炉热效率。一、锅炉与加热炉节能技术尾部受热面部分采用高效传热元件：内螺纹、外翼片铸铁管，具有传热效率高、耐低温腐蚀、寿命长等优点。铸铁翼片管内有螺纹，有效地增强传热效果，且能保证不积灰、耐磨损，外翼片增大受热面，使

5、锅炉尾部受热面体积小。返回目录 强化传热一、锅炉与加热炉节能技术锅炉的主要节能技术及应用3.减少排烟热损失节能技术锅炉与加热炉排烟温度一般较高，烟气所含有的热量较高，如果不加以回收利用，则损失较大，排烟温度提高10时排烟损失约增加1%。对于减小排烟损失来说，热管加热炉、热管换热器、余热锅炉都是有效的节能技术。这些技术可以强化传热过程，预热燃烧用空气或产生工艺用蒸汽，充分利用烟气余热，提高炉子热效率。 但是，请大家注意低温露点腐蚀问题！返回目录省 煤 器省煤器管空 气 预 热 器空气预热器管烟气方向烟气方向空气方向吹灰器阀一个DN80 PN16空气罐空气压缩机电动机吹灰器阀一个DN80 PN16

6、空气压缩机规格V3M3/min ,P1.0MPa空气罐规格V5M3 ,P1.0MPa吹灰系统（空气、蒸汽、声波、激波吹灰）冷凝式锅炉图带接触式水加热器和空气预热器的冷凝式锅炉图带间壁式热回收设备的冷凝式锅炉一、锅炉与加热炉节能技术一、锅炉与加热炉节能技术4.控制系统改造节能技术控制系统主要有以下两类：按锅炉负荷要求，实时调节给煤量、给水量、鼓风量和引风量，使锅炉处在良好的运行状态下。对于负荷变化幅度较大、变化频繁的锅炉节能效果较好，一般可达到10%左右。对于供暖锅炉，控制系统改造的内容是在保持足够室温的前提下，根据户外温度的变化，适时调节锅炉的输入热量，达到舒适、节能、环保的目的。实现这种控制

7、，可使锅炉节约20%左右的煤。控制系统一、锅炉与加热炉节能技术采用远程监控系统对锅炉工艺过程参数进行监测和控制，实现参数的显示、报警、控制和联锁等功能。一、锅炉与加热炉节能技术5.余能回收节能技术余热锅炉余热的种类余热属于二次能源，它是一次能源和可燃物转换过程后的产物，是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后剩下的热量。一般分成下列七类：高温烟气余热 高温炉渣余热高温产品余热 冷却介质余热 可燃废气余热 化学反应及残炭余热 冷凝水余热一、锅炉与加热炉节能技术锅炉的主要节能技术及应用5.余能回收节能技术余热锅炉余热回收的一般特点在工业领域内，由于生产方法、生产工艺、生产设备以及原材料、燃

8、料条件的不同和供给上千变万化的需要，给余热利用带来了很多困难。要想解决这些困难，必须清楚了解它的特点： （1）热负荷不稳定 （2）烟气中含尘量大 （3）烟气有腐蚀性 （4）受安装场所固有条件的限制一、锅炉与加热炉节能技术锅炉的主要节能技术及应用5.余能回收节能技术余热锅炉余热回收的原则要根据余热的种类、排出的情况、介质的温度、数量及利用的可能性，进行企业综合热效率及经济可行性分析，决定设置余热回收利用设备的类型及规模。 应对必须回收余热的冷凝水，高、低温液体，固态高温物体，可燃物和具有余压的气体、液体等的温度、数量和范围制定利用的具体管理标准。对于排出高温烟气的设备，其余热应优先由本设备或本系

9、统加以利用。在余热余能无法回收用于加热设备本身，或用后仍有部分可回收时，应用来生产蒸汽和热水，以及生产动力等。 一、锅炉与加热炉节能技术锅炉的主要节能技术及应用5.余能回收节能技术余热锅炉余热锅炉回收高温排气和可燃性废气余热的常用方法是利用余热锅炉生产蒸汽。余热锅炉的原理和普通锅炉是相似的，也包括省煤器、蒸发受热面和过热器等部分。但由于余热锅炉的热源多样而分散，各处热源温度水平有高也有低，往往不能像普通锅炉那样组成一个整体，其布置必须满足生产工艺的要求，而采用分散布置；又因为不用炉膛，所以有时外形更类似于换热器。节能方案分析与改造实例余热锅炉节能改造中石化齐鲁石化胜利炼油厂二制氢装置工艺气出原

10、料气加热器E104温度较高，流量较大，且含有大量饱和水蒸汽，由于水蒸汽冷凝热量较大，如果加以利用，热量非常可观 。二制氢装置工艺流程图 节能方案分析与改造实例改造流程图节能方案分析与改造实例余热锅炉节能改造采用改造方案进行改造，可以产生0.6MPa，13.6t/h，减掉3.5MPa蒸汽减少量7.4t/h，可以净产生蒸汽6.2t/h，输送到胺液集中再生装置可以节约1.0MPa过热蒸汽6.2t/h，1.0MPa过热蒸汽按80元/t计算，脱盐水价格按20元/t计算，年运行8000小时，则每年可节约6.2(80-20)8000=298万元。此部分的效益只是节约蒸汽的效益评估，没有加入因为后部温度降低节

11、约的空冷与水冷的效益，所以效益应该大于300万元/年。（三） 改造实例改造实例一 项目名称：丙烯腈废水焚烧余热锅炉改造 项目单位：中石化齐鲁分公司丙烯腈厂 项目周期：2002.12003.3 项目背景 齐鲁石化丙烯腈厂废水焚烧炉用于焚烧有毒废水，排烟温度850，能源浪费严重，2000年增上火管式余热锅炉，产生1.0MPa蒸汽，但改造后结渣非常严重而长期停炉。改造实例一改造实例一 改造方案 在大量理论研究和实验分析的基础上，研究了结渣的成分和具体成因，进行多次技术攻关，最终采用 角管式水管炉， 活动炉门 清渣通道与凝渣管相结合 光管与翅片管共存 2003年1月一次开车成功，运行周期由原来的23天

12、延长至3个月 改造实例一 设计图 改造实例一改造实例一 经济效益 本次改造总投资96.4万元。 2002年12月改造完成，2003年1月投入运行，一次开车成功 ，开停车周期延长到12月。经中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司2003年4月组织验收，年经济效益263万元。2003年实际经济效益291万元，间接经济效益200多万元，年总效益500余万元。改造实例一节能方案分析与改造实例余热锅炉节能改造改造背景：中石化齐鲁石化炼油厂联合装置车间一常减压炉F001/2加热炉，以渣油和瓦斯气作为燃料。该炉因排烟温度过高，基本测定在400左右，烟气热损失较大，大量的热量随烟气排入大气，即浪费了能源，又造成了

13、环境的热污染，一直是联合装置车间的大问题。改造方案：尾部增加空气预热器，降低排烟温度。 根据车间提供初始的设计参数，增设空气预热器进行烟气余热回收设计，通过001/2的烟气的余热来加热进入炉F001/1，F001/2和F002的空气的温度，改善加热炉的燃烧效果，提高加热炉效率，达到节省燃料的目的。节能方案分析与改造实例设计方案图节能方案分析与改造实例余热锅炉节能改造投资回收期：空气预热器回收热量为4.182MW,折合359.6104kcal/h。燃料（渣油）的发热值为41797kJ/kg，折合为10000kcal/kg，加热炉的热效率按70%计算。则燃料的节约量：359.6104/10000/

14、0.7=513.7kg/h每年加热炉的运行时间按8000小时进行计算则每年节约燃料为513.78000/1000=4109.4吨/年 渣油的价格按1000元/吨计算，则每年节约燃料费为 410.9万元。项目的改造投资假定为500万元投资回收期为：500410.9=1.21年，设备的投资在不到450天的时间即可收回全部改造投资。二、蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统（Steam power system）由将一次能源（燃料等）转化成二次能源（电、蒸汽、热水等），为企业提供所需要的工艺蒸汽、热能和动力的一系列设备组成。基本任务：提供过程工艺所需的蒸汽、热力；吸收工艺生产过程中的热力能量、余热锅炉生产的蒸

15、汽并合理地调配使用；为降低所供应蒸汽的价格，充分利用能量的价值，蒸汽多级利用，背压发电或驱动设备。二、蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统简介蒸汽动力系统一般具有高、中、低压等多个压力等级的蒸汽管网，各级管网之间通过蒸汽透平产生过程所需的动力或电力，亏盈量可由电网购入或输出，它所提供的功率占全厂动力消耗的绝大部分，而产生蒸汽的相当一部分热能都来源于化工生产装置错综复杂的能量回收系统。蒸汽动力系统的安全、稳定运行是企业安全、稳定、长周期运行的基础，同时它也是企业中的耗能大户，它的转换效率影响着企业的经济性。二、蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统特点产汽点多效率低用户多蒸汽系统工况变化大燃料来源多压力等级多典型

16、的石化行业蒸汽系统图蒸汽系统物理流程图二、蒸汽动力系统优化国内工业企业蒸汽动力系统的现状设计上存在的问题：锅炉、汽轮机容量小、参数低且陈旧；为配合扩产和增建新装置而陆续地增建小型锅炉、透平机组并扩充管网，缺乏联产和优化的统筹规划；新建企业功热联产潜力也未充分利用；驱动工艺设备的背压汽轮机的选择没有考虑低压蒸汽的用量，且不可调节。当低压蒸汽用量少时不得不放空。驱动工艺设备的背压汽轮机的背压选择过低，尽管中压蒸汽用量减少，但背压蒸汽没有充分利用，造成浪费。余热锅炉和驱动工艺设备的背压汽轮机的选择没有考虑蒸汽输送管线的特性，为保证管线随时能输送蒸汽，不得不使部分蒸汽减温减压。二、蒸汽动力系统优化国内

17、工业企业蒸汽动力系统的现状运行上存在的问题：冷凝水回收利用率低泄露严重蒸汽系统存在的问题蒸汽系统不平衡二次蒸汽、余热利用率低蒸汽直接排空蒸汽凝结水直接排放蒸汽泄漏减温减压计量仪表不准确二、蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统技术分析保持蒸汽的品质；正确控制蒸汽的温度和压力；合理选择疏水器；冷凝水的回收利用；二次闪蒸蒸汽的回收利用。此处将对前三个问题进行分析，冷凝水的回收利用、二次闪蒸蒸汽的回收利用将在后面独立分析。二、蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统技术分析保持蒸汽品质蒸汽带水的危害：水锤：由较大水滴形成，是水击、震动、穿孔的根源。磨损：由较小水滴形成，是磨损、腐蚀的根源。湿蒸汽：例如:一台蒸汽加热器需要

18、热量400KW,蒸汽供应压力为0.6MPa 当干度x=1时,蒸汽负载为400/2086=0.192kg/s 当干度x=0.92时,蒸汽负载为400/20860.92=0.208kg/s 后者比前者增加蒸汽负荷8.3%。意味着:锅炉补给水增加超过8.3%，冷凝水增加8.3%，锅炉燃料消耗量增加超过8.3%。二、蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统技术分析保持蒸汽品质解决方法：汽水分离器 锅炉出口 控制阀门前 用汽设备入口二、蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统技术分析保持蒸汽品质蒸汽含有不凝汽的危害：蒸汽流动时产生汽塞蒸汽加热时产生热阻蒸汽管道疏水时产生气锁解决办法： 在蒸汽管道末端上方设置蒸汽排空气阀二、蒸汽

19、动力系统优化蒸汽动力系统技术分析保持蒸汽品质蒸汽配管不当的危害热量损失较大冷凝水量多费用高易产生水锤、冲蚀不抗热负荷波动单位长度压力降大管径过大蒸汽配管不当管径过小二、蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统技术分析保持蒸汽品质蒸汽配管不当的危害：分支管上接：不带冷凝水，蒸汽品质好。分支管下接：主管聚积的冷凝水易带入分支管流动噪音大。过滤器安装：过滤器排查口和蒸汽管道水平安装避免聚积冷凝水。二、蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统技术分析保持蒸汽品质蒸汽管道保温不好的危害：例如：一根直径150mm的钢管，有3m长的一段没有保温，管内为0.8MPa的饱和蒸汽，一年散热损失折算为5吨标准煤，以每吨200元计算，浪费金

20、额达1000余元。五个同管径法兰不保温等同于3m长管段。一个同管径阀门不保温等同于3m长管段。蒸汽泄漏的危害：造成管网压力降低的同时，也损失了大量的热量!例如：管内为0.8MPa的饱和蒸汽，若有0.8mm的一个小孔，一年的蒸汽泄漏量相当于2.5吨标准煤，以每吨200元计算，浪费金额达500元。二、蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统技术分析 正确控制蒸汽的温度和压力过热蒸汽和饱和蒸气的选择：过热蒸汽 输送、做功、温差传热 （热值传热） 饱和蒸汽 温差传热（热量传送）凝 结传热时传热系数最大 二、蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统技术分析 正确控制蒸汽的温度和压力采用高压蒸汽的输送方式：管径小、热损小、费用低

21、。通过减压使用可获得更加干燥的蒸汽。与锅炉额定运行压力相符，容易达到最佳运行状态，运行效率高。锅炉蓄热能力强，容易处理负荷变化，减少汽水共沸和蒸汽携带可能性。二、蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统技术分析 正确控制蒸汽的温度和压力使用减压阀：直接作用式 先导式 气动式低减压比，小流量，稳定负荷，精度要求不高的场合高减压比（10:1），大流量，变化负荷，精度要求高场合减压比易于调节，高流量，高压力，复杂、投资大二、蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统技术分析 正确控制蒸汽的温度和压力使用减压阀：压力调节比大于10：1时，建议选用两个减压阀串联使用最小流量小于最大流量的10%时，建议选用两个减压阀并联使用用汽设

22、备入口建议选用调节功能好的节流阀二、蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统的集成优化措施蒸汽动力系统优化的三个层次 管理控制层次优化内容：蒸汽压力、温度的稳定。优化目标：锅炉、蒸汽管线能满足用户蒸汽变化率的要求。 实际生产运行层次 优化内容：锅炉、汽轮机、蒸汽管网的优化运行；燃料（煤、油、气、焦）的最优利用；外部资源（电、汽） 的利用、分时电价的利用。优化目标：运行费用最小。优化变量：锅炉、汽轮机、蒸汽管网的开、停及负荷率。二、蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统的集成优化措施蒸汽动力系统优化的三个层次 设计投资决策层次 优化内容：蒸汽需求不变时对蒸汽动力系统的改进；蒸汽需求改变（ 四个方面原因工艺设备及总流程

23、重组改造、能量系统优化改造、扩产、新产品开发）时对旧系统的改造、新系统的设计。优化目标：设计工况运行费用设备折旧费最小优化变量：选择锅炉、汽轮机、蒸汽管道的型号及安放位置。 运行营销(“供应链管理”)运行汽电需求变化、设备开停及负荷调整、离线优化营销外部能源采购、外输销售、贮存优化策略集成的ERP定常生产(“管控一体化”)控制DCS、APC监控仿真故障诊断安全环保管理成本核算、人事、设备质量、安全、环保集成信息系统再生产(“生命周期”)设计扩产设备更新热电联产能量集成决策市场预测分析投资效益评估需求变化预测集成的设计硬件技术系统软件技术系统过程系统的两大部分与三个层面：蒸汽动力系统集成建模二、

24、蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统的集成优化措施蒸汽动力系统的优化措施 必须同企业总体规划、全局能量系统优化密切结合，确定合理的汽、电负荷；同全局热量匹配、低温热利用综合考虑充分用工艺余热产汽和预热给水以减少锅炉负荷；在全局扩产和设备更新中采用最新联产技术，高效、经济规模的设备以及合理选择燃料结构；同蒸汽和动力用户密切配合的背压逐级利用、季节平衡和系统及管网的优化监控。 二、蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统的集成优化措施蒸汽动力系统的优化措施 优化措施的关键在于：能量系统优化的观点和方法；从系统全局高度统筹制订全局规划；全面安排、分期分批、逐步实施。蒸汽动力系统综合问题可以采用混合整数规划(MIP)方法

25、来处理，其显著特点是允许同时进行结构和参数的优化。三、热管换热器节能技术热管的分类按照工作液体回流动力：有芯热管、两相闭式热虹吸管(又称重力热管)、重力辅助热管、旋转热管、电流体动力热管、磁流体动力热管、渗透热管等等。按照热管管内工作温度：低温热管、常温热管、中温热管、高温热管等。按照管壳与工作液体的组合：铜-水、碳钢-水、铝-丙酮热、碳钢-萘热、不锈钢-钠等。三、热管换热器节能技术热管工作原理三、热管换热器节能技术热管工作原理它由三个基本部分组成：密闭管壳：为一根两头封闭的金属圆管；管芯：为起毛细作用的多孔结构物（多孔金属、金属丝网、烧结的多孔陶瓷材料等），覆盖在管壁的内表面；工质：管内充有

26、一定量的工质，用以传递热能。热管的一端为蒸发段，另一端为冷凝段，根据应用的需要中间可布置一段绝热段。当管的一端受热时毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体在沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已，热量由热管的一端传至另一端。三、热管换热器节能技术热管工作原理热管在实现这一热量转移的过程中，包括六个相互关联的过程：热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到液-汽分解面;液体在蒸发段内的液-汽分界面蒸发;蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段;蒸汽在冷凝段内的汽-液分界面上凝结;热量从汽-液分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源；在吸液芯内由于毛细作

27、用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。三、热管换热器节能技术分离式热管原理分离式热管换热器原理图分离式热管换热器现场图三、热管换热器节能技术热管换热器特点1.热管换热设备更安全、可靠，可长期连续运行； 2.热管管壁的温度灵活可调性；3.冷、热段结构和位置布置灵活；4.热管换热设备换热效率高，节能效果显著；5.结构简单；压力损失小。工业领域应用特点1.热管的高热传导性能2.热管的二次间壁换热特性3.热管的热流变换及自吹灰特性4.热管的均温热屏蔽5.分离式热管技术6.液态金属热管技术三、热管换热器节能技术石化行业炼油厂加热炉余热回收热管换热器炉顶安放热管换热器地面安放 三、热管换热器节能技术炼油厂加热

28、炉余热回收：加热炉烟气余热回收热管换热器炼油厂加热炉余热回收：常减压装置用大型热管换热器 三、热管换热器节能技术化肥行业中的应用上、下行煤气发生器上、下行煤气余热回收流程三、热管换热器节能技术吹风气余热回收三、热管换热器节能技术热管换热器现场照片 一段炉烟气余热回收流程图 四、热泵节能技术相关知识简介在装置进行工艺和换热网络优化后，然有许多低温热排出系统，这些低温热的回收利用是企业深化节能的一个重要方面。对中石化所属9个石油化工企业进行调查，结果表明排弃能量占总能量40.6-67.8%，而空冷水冷带走的热量占总能耗33.1-57.8%。对于炼油厂空冷水冷余热分布在90-200之间，约占总余热的

29、55.4%，对于化工厂，空冷水冷余热大多分布在6090区间，约占总余热的70%。因此这些低温热回收利用的好坏对全厂能耗起着重要作用。低温热回收利用一般有两种途径：一是同级利用，寻找合适的热阱，作为加热的热源；二是升级利用，主要是热泵、制冷、发电三种方式。四、热泵节能技术热泵工作原理热机和热泵四、热泵节能技术热泵工作原理两种不同类型的热泵系统从热流方向看，第种类型热泵正好是第种类型热泵的反过程四、热泵节能技术热泵工作原理第一种类型热泵系统（见上图）用于提高主要能源的利用率。我们知道，在实际生产中，常常遇到能源降级使用的情况，根据热机的原理，在能量降级过程中，可对外作功，如果利用这部分功驱动热泵，

30、于是在热泵的作用下，使部分低位热量的温度提高而成为有用的热量。这就提高了能量的利用效率。这种依赖主要能源驱动的热泵系统称为第一种类型热泵（Type Heat Pump）。土壤源热泵系统示意图 土壤源热泵系统优点土壤温度全年波动较小； 土壤具有良好的蓄热性能；土壤源热泵运行费用低； 地下埋管换热器无需除霜。土壤源、水源热泵系统含湿岩土间歇蓄放热实验系统 系统组成地下埋管换热器：9根地下U型埋管，1根25m， 1根75m，7根50m。热泵机组：型号为HSSWR-23(S)的户式水源热泵空调系统：组合式空调器型号为CH055E-6。辅助系统：包括水泵阀门等。系统原理含湿岩土间歇蓄放热实验系统 土壤中

31、的热量通过地下U型埋管换热器水路循环被提取出来，进入热泵机组，释放给机组的流动工质，制冷剂在吸收这部分热量后，经过蒸发，压缩，随之进入冷凝器，在冷凝器中将热量释放给板式换热器回路的水循环工质，再经过风机盘管循环，以强制对流的形式将热量传递给末端用户 图2.1 土壤源热泵系统原理图 四、热泵节能技术热泵工作原理第一种类型热泵系统（见上图）用于提高主要能源的利用率。我们知道，在实际生产中，常常遇到能源降级使用的情况，根据热机的原理，在能量降级过程中，可对外作功，如果利用这部分功驱动热泵，于是在热泵的作用下，使部分低位热量的温度提高而成为有用的热量。这就提高了能量的利用效率。这种依赖主要能源驱动的热

32、泵系统称为第一种类型热泵（Type Heat Pump）。第二种类型热泵（Type Heat Pump）与第一种类型热泵不同，它是利用废热驱动的，在生产中，特别在化工生产中，具有大量低温位、无法用常规方法进一步利用的废热，这部分热量通常只能被冷却水带走，或者排放到大气环境中去。如果根据热机的原理 ，使热量（废热）向环境排放的同时对外作功，并利用这部分功驱动热泵，这样就可以把部分废热转移到更高的温位而重新利用。 四、热泵节能技术实现热泵循环的方法有机械压缩和化学吸收两种。对第二种类型热泵来说，多数采用化学吸收的办法，通常称为吸收式热转换器(Absorption Heat Transformer)

33、，简称A.H.T.。吸收式热泵工作流程四、热泵节能技术吸收式热泵工艺流程在再生器中，稀溶液被废热QA加热气化而浓缩，产生的冷剂蒸气（水蒸气）进入冷凝器放出热量QC而自身凝结成水，经泵将其送入蒸发器，在蒸发器中再次被废热QB加热气化，产生的蒸气进入吸收器被其中的浓溶液所吸收，放出热量QA。从吸收器流出的吸收了水蒸气的稀溶液经溶液热交换器与再生器流出的浓溶液换热后，经节流阀流入发生器，继续循环。四、热泵节能技术吸收式热泵工艺流程吸收式热泵系统由两个循环回路组成：水蒸气的冷凝（冷凝器）和蒸发；浓溴化锂溶液的吸收（吸收器）和稀溴化锂溶液的解吸（再生器）。其中工业废热用作蒸发器和再生器的热源；冷凝器中释

34、放的热量通过冷却水排放到环境中去，吸收器放出的热量（有用热量）用来加热循环热水或产生蒸气，回到工艺过程或作为其他过程的加热源。在吸收式热泵系统中，蒸发器与吸收器起着热泵的作用，再生器与冷凝器起着热机的作用。在再生器与冷凝器中，它把在再生器吸取的低温热量通过冷凝器向环境排放的同时，提高了溶液的浓度。在此，上述热力学中的功是以化学能的形式被储存在溶液中。并在吸收器中释放出来，把蒸发器吸取的低温热量在吸收器中提升至更高的温度。 吸收式热泵的工艺流程吸收式热泵的主要设备设备名称 代号 型 式特 性蒸发器E351垂直管外降膜式负压操作吸收器E352垂直管外降膜式负压操作再生器E354垂直管外降膜式负压操

35、作冷凝器E355管壳式负压操作溶液换热器E353螺旋板换热器负压操作 吸收式热泵的优点和经济性（1）优点： 运行时无噪音，无污染，无冲击，维护管理简单，能精确地与各种应用场合相匹配。 （这点机械压缩热泵是无法做到的） 可把部分废热变换成有用的热量，降低了生产过程中蒸汽的消耗。 蒸汽用量的减少，也就是降低了产生蒸汽 时燃料燃烧造成的环境污染。 吸收式热泵的优点和经济性（2）经济性： 决定于生产过程对提升温度的要求，要求提升的温度越 低，则其经济性能越好。 决定于生产过程排放废热的温度，一般要求 高于60 0C 。 决定于生产过程排放废热的数量，一般要求 大于 3000kW才能达到经济的规模。 决

36、定于工厂相对较高的能源价格，例如采用天然气或重 油作燃料。 决定于工厂具有较低的冷源温度，例如凉水塔和其它的 冷却装置。 吸收式热泵的应用AHT回收橡胶生产中凝聚过程余热的流程示意图北京燕山合成橡胶厂SBS车间的AHT2000年5月建成开车吸收式热泵的应用节能效果分析项目投资：568.2万元；项目运行后年总收益321.6万元，每年节省蒸气的费用285万元。每年节省溶剂油的费用34万元每吨胶节气每年产胶每年节气蒸气价格节省费用0.75吨50000吨37500吨95元/吨356万元每吨胶节油每年产胶每年节油蒸气价格节省费用0. 034吨50000吨1700吨2000元/吨34万元 吸收式热泵的应用

37、国家或地区日本千叶KagoshimaShimonoseki丹麦用户顺丁橡胶乙醇蒸馏厂蒸馏车间蒸馏车间制造厂日本三洋日本三洋日立造船开工时间1981.1019841982.011984.11废热状态蒸汽酒精蒸气塔顶蒸气塔顶蒸气输入热量，kW500019503450蒸发器入口温度出口温度9888808083100再生器入口温度出口温度98888080提供有用热量状态低压蒸汽低压蒸汽低压蒸汽低压蒸汽输出热量，kW235093516606420吸收器入口温度出口温度127133119124100111127（水）150（蒸汽）冷凝器入口温度出口温度2632202628322440回收期，年1.01.5

38、1212五、低温热制冷节能技术溴化锂制冷技术：用于浅度制冷，一般制取5至10冷水，工作热源有系统低压蒸汽（乏汽），也有用低温余热的情况。工作原理：在一定温度和浓度下，溴化锂（LiBr）水溶液的饱和压力比同一温度下的水的饱和蒸汽压力要低得多，因此可以凭借压力差，利用溴化理溶液吸收水的蒸汽，使水的蒸汽压力降低，压力愈低则蒸发温度愈低，这样就可以获得低温水。溴化锂制冷机就是以蒸汽或低温热为热源，溴化锂溶液为吸收剂，水为制冷剂，来获得冷量的。五、低温热制冷节能技术溴化锂制冷技术工艺流程图五、低温热制冷节能技术溴化锂制冷技术应用情况齐鲁石化公司氯碱厂采用SXZ3840/0.9型蒸汽式双效溴化锂吸收制冷机

39、组代替原来4台离心式制冷机用以向聚合釜提供冷却水，解决了原4台离心制冷机长期故障效率不高、影响装置长周期高负荷运转的问题。上海石油化工总厂在电渗析脱氯水工艺中使用RXZ350低温热水型溴化锂吸收式制冷机组，制冷量362kW，采用90低温热源产生10冷水，每月可提高经济效益4.5万元。该项目投资30万元，投资回收期约2年。五、低温热制冷节能技术氨吸收制冷技术：用于工业过程较深程度的制冷，蒸发温度一般在-10至-35，工作热源有系统低压蒸汽（乏汽），也有用低温余热的情况。工作原理：氨吸收制冷以氨作为制冷剂，以水为吸收剂构成溶液循环系统的制冷装置。由于采用氨为制冷剂，适用于蒸发温度为+5-60的制冷

40、工况。氨吸收制冷的加热热源，通常为蒸汽，最好利用生产过程中散发的各种余热（如高温水、高温气体），有时可采用直接燃烧气体燃料加热发生器。 五、低温热制冷节能技术氨吸收制冷技术的应用氨吸收/压缩联合制冷循环工艺流程图六、冷凝水回收节能技术冷凝水的产生1.间接换热产生冷凝水产生饱和冷凝水：无论是高于，等于还是低于大气压力，冷凝水都有饱和状态，只是冷凝水的温度分别大于、等于和低于100。等于大气压力时，冷凝水处于常压状态，低于大气压时，冷凝水处于真空状态。产生过冷冷凝水：当被加热介质流速过快时，换热器面积足够大时，蒸汽在换热器中完全放出汽化潜热变成饱和冷凝水后，仍进一步降温冷却，成为过冷冷凝水。六、冷

41、凝水回收节能技术冷凝水的产生1.冷启动、输送产生冷凝水冷启动时产生冷凝水间接换热设备冷启动时产生冷凝水(考虑疏水阀排量)蒸汽输送管网冷启动时产生冷凝水(考虑疏水阀排量)蒸汽输送管网产生冷凝水无保温管网产生冷凝水有保温管网产生冷凝水其他情况产生冷凝水汽封冷却产生冷凝水空气调节产生冷凝水六、冷凝水回收节能技术冷凝水热力学性质密度差0.6MPa饱和冷凝水密度908.5kg/m3，0.2MPa，汽水两相冷凝水密度47.3kg/m3，密度相差近20倍。体积差0.6MPa饱和水体积为0.001m3/kg，0.2MPa汽水两相体积0.021m3/kg，体积相差21倍。冷凝水直接排放的危害如果不能有效和合理的

42、对冷凝水进行回收利用，而直接排放，会造成：水资源污染；环境热污染；能源，尤其是热能的浪费。六、冷凝水回收节能技术冷凝水回收价值1.高温冷凝水做锅炉补水，燃料费节约例如冷凝水回收温度100；补给水温度15；运行24小时/天，300天/年，锅炉效率70%，燃煤热值5000kcal/kg，煤价300元/吨，燃油锅炉效率80%，燃油2.2元/升，燃油热值41100kg/L。回收1t/h冷凝水相当于节煤量：吨/年年节约价值：万元回收1t/h冷凝水相当于节油量：吨/年年节约价值：万元六、冷凝水回收节能技术冷凝水回收价值2.水及水处理费用节约 例如水费1.7元/t，水处理费1.5元/t，则回收1t/h冷凝水

43、相当于价值：3.其他费用密闭式冷凝水回收可减少蒸汽泄漏量及二次闪蒸量，同开式比较按增加背压0.2MPa，即减少闪蒸压差0.2MPa。万元疏水阀泄漏量减少：二次闪蒸量减少：总汽量减少：六、冷凝水回收节能技术冷凝水回收的方式用汽设备使用蒸汽压力P1 ，冷凝水回收集水罐压力P2 ，大气压力为P0开式回收：集水罐压力P2等于大气压力P0闭式回收：集水罐压力P2大于大气压力P0 关系式：P1 P2 P0完善程度：P2越接近P1回收系统越完善。影响因素：P2受用汽设备始端压力、管网长度、管径大小，管道构件及设备管网高度等影响。六、冷凝水回收节能技术冷凝水回收的方式1.开式回收系统定义：即凝结水收集水箱(罐

44、)和大气想通的系统，不同压力的用汽设备排放的凝结水通过一条或几条凝结水回收管路，汇集到一个开式凝结水收集水箱(罐)，通过凝结水泵将凝结水输送到锅炉房蓄水池，再和生水一起进行软化、脱碳、除氧处理，重新用于锅炉给水的系统。开式回收系统特点：排放闪蒸汽凝结水水温低受污染程度大系统投资小六、冷凝水回收节能技术自来水冷凝水箱软水箱软水处理交换器锅炉除氧器低压用汽设 备中压用汽设 备高压用汽设 备7米减温减压器开式回收系统工艺流程六、冷凝水回收节能技术冷凝水回收的方式1.闭式回收系统定义：从冷凝水管网到收集水罐，整个回收过程中系统处于大气压力以上运行，凝结水收集水罐除设计安全考虑超压放外，其它部分始终不与

45、大气接触，凝结水通过专门设计的防汽蚀水泵输送至锅炉房热力除氧器或锅炉汽包。凝结水无需特别软化、脱碳霍除氧处理。闭式回收系统特点：很少排放闪蒸汽回收水温高冷凝水无污染系统投资相对小六、冷凝水回收节能技术自来水软水箱锅炉低压用汽设备中压用汽设备高压用汽设备减温减压器压力集水罐P1P2除氧器蒸汽闭式回收系统工艺流程六、冷凝水回收节能技术冷凝水回收的技术难点开放式水箱蒸汽设备疏水阀凝水泵锅炉水箱汽蚀特点:开放式水箱低的回收温度水质变坏汽蚀现象发生六、冷凝水回收节能技术冷凝水回收的技术难点防止汽蚀的产生冷凝水泵提高冷凝水泵的水头装置汽蚀余量 = P1/gH1+hP/g装置汽蚀余量 必需汽蚀余量 (0.6

46、 1.0 m)六、冷凝水回收节能技术动力疏水泵无内置疏水器的疏水泵六、冷凝水回收节能技术动力疏水泵 工作原理图为内置疏水器的疏水泵的工作原理六、冷凝水回收节能技术动力疏水泵 工作原理图为内置疏水器的疏水泵的工作原理动力疏水泵应用六、冷凝水回收节能技术动力疏水泵应用（开式系统和闭式系统举例）闭式系统的管路安装开式系统的管路安装七、蓄热蓄冷技术蓄热蓄冷技术蓄热器技术蓄热器应用的背景蒸汽动力系统特别是中小型蒸汽热力系统，负荷波动几乎是无法避免的。蒸汽动力的波动导致生产过程的能耗上升，设备使用寿命下降，人员劳动强度加大，带来环保问题，影响产品的产量和质量。解决蒸汽负荷波动的办法锅炉增容必然增加基建用汽

47、调度必然加大管理的复杂性最有效的解决方法：合理配置锅炉容量，同时采用蒸汽蓄热技术。七、蓄热蓄冷技术蓄热器基本技术条件用汽负荷有频繁的较大幅度的波动，这种波动具有一定的周期性或呈现交变出现的一定的最大峰值与最低负荷，即存在峰谷负荷；汽源压力必须高于全部或部分用汽备所需的蒸汽压力，这种压差越大，蓄存一定蒸汽量蓄热器的容积就越小，一般要求是0.29MPa以上的压差；汽源的供汽能力必须略大于一昼夜（一个负荷峰谷波动周期）的平均用汽负荷；具有安装蒸汽蓄热器的场地。七、蓄热蓄冷技术蒸汽蓄热器的作用蓄热器产生的作用，大致可分为四类：保证热用户用汽品质，平衡汽源供汽量和波动的用汽负荷，使汽源（如锅炉）能连续地

48、稳定地供汽，“削峰填谷”。配合小容量锅炉蓄积大量蒸汽，满足瞬间大量用汽的需要。使间断供汽的汽源转变为能连续供汽的汽源。用以随时蓄存多余的蒸汽备用或蓄存定量的蒸汽供紧急使用。七、蓄热蓄冷技术蒸汽蓄热器的作用蓄热介质：水（水蒸汽）是最常用的载能工质热容量高，载热、传热能力强。容易获得，容易输送，无毒无味，方便使用。蒸汽不容易储存，生产和使用几乎同时完成。绝大部分的生产过程都要使用水蒸汽。在蒸汽蓄热器中，水既是蓄热介质，又是传热介质，是直接蓄热的蓄热器。七、蓄热蓄冷技术蒸汽蓄热器的蓄热原理蓄热原理 当压力为1.0MPa时，每立方蒸汽的重量为5.051kg,其焓值为5663.3=3316.5kcal;

49、每立方压力为1.0MPa的饱和水的重量为888kg，其焓值为888181.3=160994kcal。即相同体积的饱和水所具有的热量是蒸汽的48倍（当压力为0.5MPa时为80多倍）这既是蒸汽蓄热器（以上为储存介质）能储存大量热能的原因。闪蒸原理当蓄热器内压力下降时，饱和水成为过热水，即自蒸发出蒸汽。蓄热器充入的可以是饱和蒸汽或过热蒸汽，但放出的一定是饱和蒸汽。七、蓄热蓄冷技术蒸汽蓄热器与锅炉的流程配置当供汽为饱和蒸汽时，蒸汽蓄热器与锅炉并联运行，只有在供汽量大于用汽量时，多余蒸汽采充入蓄热器。蓄热器的工作压力是变化的，工作有可能是间断的。当供汽为过热蒸汽时，蒸汽蓄热器与锅炉串联运行，锅炉所产的

50、全部蒸汽都充入蓄热器，变成饱和蒸汽后供给用汽管网。蒸汽蓄热器的工作压力基本稳定，工作室连续的。七、蓄热蓄冷技术蒸汽蓄热器的运行充热：当供汽量大于用汽量时，多余蒸汽通过充汽装置进入蓄热器，水被加热，压力和温度上升，蒸汽自身成为饱和水，这一过程称为充热过程。放热：当供汽量小于用汽量时，蓄热器内压力下降，饱和水变成过热水，发出蒸汽，流向供汽管网，以补充供汽之不足，这一过程成为放热过程。当供汽量等于用汽量时，锅炉所产蒸汽直接流向用汽管网，蓄热器处于停止工作状态。由于蓄热器的工作压力是变化的，因此被称为变压式蒸汽蓄热器。七、蓄热蓄冷技术蓄热蓄冷技术蓄冷空调技术蓄冷技术的背景城市能源结构中，电力占据主导地

51、位其中，公共建筑中空调的使用越来越普及，造成夏季电力出现高峰负荷，屡有拉闸限电措施，昼夜峰谷电力差距越拉越大，为了满足高峰电负荷，建了许多发电站，而夜间却出现大量的电力力富裕，电网负荷极不平衡。为了平衡电力负荷，电力管理部门引入需求侧管理措施，实行分时电价，利用峰谷电价之差引导一部分空调系统采用蓄冷装置，将白天峰值的电负荷转移到低谷段，移峰填谷，用降低的运行费用回收与常规系统相比增加的投资差额。七、蓄热蓄冷技术蓄冷方式根据蓄冷方式基本可以分为：显热蓄冷和潜热蓄冷。显热蓄冷：即蓄冷介质的状态不发生变化，降低其温度蓄存冷量。潜热蓄冷：即蓄冷介质的温度不变，其状态发生变化，释放相变潜热蓄存冷量。根据

52、蓄冷介质的不同，蓄冷方式可以分为：冰蓄冷系统水蓄冷系统共晶盐相变材料蓄冷系统气体水合物蓄冷 七、蓄热蓄冷技术蓄冷方式冰蓄冷系统利用水相变潜热的一种蓄冷方式。0冰的蓄冷密度高达334kJ/kg，储存同样的冷量，冰蓄冷所需的体积仅为水蓄冷的几十分之一。但是由于冰蓄冷的制冷主机要求冷水出口端的温度低于-5，与常规空调冷水机组出水温度7相比，冰蓄冷制冷机组制冷剂的正反温度、蒸汽压力大大降低，制冷量降低30%-40%，制冷系数(COP)也有所下降，耗电量增加20%。此外，冰蓄冷空调机组的系统复杂，投资增加较多，回收期较长。七、蓄热蓄冷技术蓄冷方式水蓄冷系统利用水的显热来储存冷量。蓄冷温度在4-7，蓄冷温

53、差6-11，单位体积的蓄冷容量为5.9-11.3kWh/m。只要空间允许，水蓄冷系统比较经济，而且蓄冷罐体积越大，单位蓄冷量的投资越低，当蓄冷量大于7000kW时，或蓄冷容积大于760m时，水蓄冷最为经济。该技术蓄冷方式简单、投资少、技术要求低、维修方便。七、蓄热蓄冷技术蓄冷方式共晶盐相变材料蓄冷系统共晶盐蓄冷是利用固液相变特性蓄冷的一种蓄冷方式。蓄冷介质主要是由无机盐、水、成核剂和稳定剂组成的混合物，也称优态盐。目前应用较为广泛的相变温度是8-9，相变潜热为95kJ/kg。优点：相变温度较高，克服了冰蓄冷要求很低的蒸发温度的弱点，可以使用普通的空调机组，但是在储-释冷过程中，换热能力较差，设备投资较高。七、蓄热蓄冷技术蓄冷方式气体水合物蓄冷上世纪80年代，美国橡树岭国家实验室开始以R11(一氟三氯甲烷，CCl3F)、R12 (二氟二氯甲烷，CCl2F2)等为工质研究气体水合物蓄冷，即在一定温度下，水在某些气体分子周围会形成坚实的网络状结晶物，同时释放出固化相变热。优点：相变温度较高，克服了冰蓄冷要求很低的蒸发温度的弱点，可以使用普通的空调机组，但是在储-释冷过程中，换热能力较差，设备投资较高。七、蓄热蓄冷技术四种蓄冷方式比较浓度蓄冷研究目前我国投入运行或正在建设的蓄冷空