供热设备与节能技术学习讲义

供热设备与节能技术

1.基本概念和基本原理

2.供热设备及节能技术

3.向管理要能效

4.总结

１.基本概念和基本原理１.１供热设备１.２热力学第一、二定律和传热学基本公式１.３节能的基本分析方法—热平衡法１.４热平衡法简介１.５设备热平衡—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自然界基本定律：能量守恒与转换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=4.1868kj/kgm热力学第二定律：(有多种表述)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。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。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上的贬值性（不可逆）是其最重要两个特性。1.2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=KH∆t=KH(tg-td)传热系数(以炉膛水冷壁管传热为例)

1.2节能的基本分析方法—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）。1.4供热设备热平衡—以锅炉热平衡为例1.4.1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：100%=q1+q2+q3+q4+q5+q6(%)（1-2）对于固体燃料，q2和q4高；对于液体燃料，q2高，q４很小，q6＝0；对于气体燃料，q2高，q4≈0，q6＝0;1.4.2.锅炉热效率(1)正平衡热效率：η=q1=Q1/Qydw×100%（1-3）(2)反平衡热效率：从式（1-2）可得η=Q1/Qydw×100%=1-（q2+q3+q4+q5+q6）（1-4）2.供热热设设备备及及其其节节能能技技术术2.1工业业锅锅炉炉提提高高热热效效率率的的有有效效途途径径2.2热电电联联产产和和集集中中供供热热2.3分布布式式能能源源利利用用系系统统2.1工业业锅锅炉炉提提高高热热效效率率的的有有效效途途径径2.1.1燃煤煤链链条条锅锅炉炉存在在问问题题：：因q2和q4高，，热热效效率率低低，，一一般般７７００％％；；污染染严严重重。。措施施:(燃烧烧无无烟烟煤煤链链条条锅锅炉炉)合理理布布置置前前后后拱拱、、及及时时着着火火、、提提高高燃燃烬烬；；合理理配配风风、、控控制制过过量量空空气气系系数数、、二二次次风风；；一二二次次风风预预热热；；采用用节节能能炉炉排排片片。。（（已已制制定定行行业业标标准准））措施施:(以燃燃烧烧无无烟烟煤煤链链条条锅锅炉炉为为例例)1)合理理布布置置前前后后拱拱（（中中拱拱））为为了了及及时时着着火火、、提提高高燃燃烬烬率率；；降降低低q4。2)一次次风风预预热热，，并并采采用用二二次次风风加加强强混混合合，，降降低低q4和q3；3)合理理配配风风、、控控制制过过量量空空气气系系数数；；为为了了降降低低排排烟烟热热损损失失q2。4)采用用省省煤煤器器和和空空气气预预热热器器，，降降低低排排烟烟温温度度，，为为了了降降低低q2。5)用节节能能炉炉排排片片。。（（已已制制定定行行业业标标准准））２.1.2循环环流流化化床床（（CFB）锅锅炉炉概述述35t/h、75t/h、220t/h(20t/h流化床锅锅炉)130t/h、600t/h；主要用用于供热热和发电电。CFB锅炉优势势低温燃烧烧，NOx低；可廉廉价脱硫硫；可燃燃烧无烟烟煤。存在问题题：CFB锅炉热效效率比煤煤粉炉低低,大约80-88%；部件磨损损比较严严重。CFB锅炉热效效率偏低低的主要要原因是是飞灰含含碳量高高，大约约达15-25%；而且飞飞灰量大大（超过过50%）。降低飞灰灰可燃物物措施：：1)设计时选选择合适适的流化化气速，，炉膛高高度，保保证煤颗粒粒在炉内内获得充充足的停停留时间间；2)保持床层层和炉膛膛950℃℃以上的高温，，以提高高飞灰燃尽率率;3)要正确设设计燃料料破碎系系统,防止重复复破碎，，减少飞灰份份额;4)选择个高高效的分分离器。5)优化返料料器配风风调节，，防止料料腿串风风。2.1.3油、气锅锅炉传统的油油、气炉炉为三回回程湿背背炉。对于油炉炉：由于于先进的的燃烧器器和成熟熟的本体体设计，，柴油燃燃尽率可可控制到到理想程程度(99%以上)，故油炉炉提高燃燃烧效率率已没有有多少余余地。但但重油还还有一些些余地。。如果本体体设计有有缺陷，，排烟温温度过高高，可根根据燃烧烧器背压压余量布布置热管管省煤器器。对于气炉炉：大量量水蒸气气携带着着可观的的汽化潜潜热离开开锅炉。。这部分分热量约约占天然然气低位位发热量量的14%。它等于于燃料高高低位发发热量之之差。尽尽可能能多地通通过锅炉炉受热面面或特殊殊换热器器把排烟烟中的水水蒸气凝凝结下来来，回收收其热量量，就能能较大幅幅度地提提高锅炉炉热效率率。重油燃烧烧技术目的：提提高雾化化质量，，降低q4和颗粒物物排放雾化技术术:转杯雾化化和气泡泡雾化降低黏度度:预热或掺掺适量轻轻油掺水燃烧烧:合理掺水水率可降降低q4和烟气黑黑度(见结构图图)转杯雾化化技术6500/min高速旋转转的转杯杯----离心力作作用导致致油膜越越来越薄薄高压(由高速旋旋转叶片片升压至至１000mmH2O以上，风风速达100m/s)的一次风风(风量的10%)把薄油膜膜粉碎至至几十微微米颗粒粒。气泡雾化化喷嘴技技术气泡雾化化喷嘴技技术是用用气泡作作为雾化化的动力力，利用用气泡的产生、、运动、、变形直直到出口口爆破来来产非常常细小的的液雾。。主要特点点为:（1）液雾颗颗粒粒度度小(索太尔平平均直径径SMD≤≤40µµm)，尺寸分布均匀匀(尺寸分布布指数N>2)；（2）雾化效效果基本本不受燃燃油粘度度大小的的影响,粘度使用用范围宽，为70°E(即燃油需需具有流流动性)；（3）燃烧完完全，不不冒黑烟烟,燃烧效率率达99.5%以上，燃燃烧产物物中污染物物低于国国家环保保局规定定的各项项指标；；（4）火焰长长度、火火焰锥角角、火焰焰形状及及喷油量量可按用用户要求求设计；；（5）燃烧器器不结焦焦、不堵堵塞；（6）火焰刚刚性强，，喷射速速度高；；（7）雾化效效果不随随流量大大小影响响，流量量调节比比大，可可达1:5天然气是是优质低低碳燃料料a.天然气主主要成分分为CH4，氢与炭重重量比大大约为1:3;b.氢发热量量为125.6MJ/kg，炭发热量量为33.7MJ/kg氢的发热热量是炭炭发热量量的3.7倍；结论：在在CH4中，氢对对天然气气热值的的贡献大大于炭。。天然气是是低炭燃燃料。（（见下表表）例：陕陕北天然然气成分分（％％）CH4C2H6C3H8C4H10H2SN295.94940.90750.13672.00620.00021.02.2.4载热体加加热炉优势:高温低压压，不用用水处理理；载热体介介质：液液态（矿矿物油）），气相相（苯和和联苯混混合物）），盐；；运行注意意点：介介质析碳碳，受热热面结焦焦（例））运行时要要监控盘盘管进出出口压差差和温度度.此外，矿矿物油要要过滤和和补充．．2.2.5电热锅炉炉电热锅炉炉应用场场合一般不提提倡使用用。因为为电能是是高品位位能源，，热能转转换成电电能的效效率一般般在40%以下，现现在再由由电热锅锅炉转成成热能太太不合算算了。在特殊条条件下使使用：对环保要要求严格格；小容容量和其其他特定定条件。。由于LNG将引入厦厦门，今今后采用用燃气锅锅炉更合合理。2.5煤粉工业业锅炉概述德国1999年已开发发出类似似技术，，适用于于超细干干燥褐煤煤煤粉。。我国已已纳入国国家科委委973计划。类型（见见下图德德国steimueller公司开发发两种炉炉型）应用场合合：*必必须有超超细优质质煤粉（（高挥发发份，低低灰低硫硫）*必必须配配有高效效除尘设设备（袋袋式或静静电）2.2热电联产产和集中中供热目的：提提高能源源利用率率，达到到CO2减排。国家规定定5万kW以下小型型火电机机组要关关闭；但但热电联联产可以以上（只只要总效效率大于于45%，热电比比大于1）。改造造或新建建可选择择CFB锅炉集中供热热：可选选择大容容量高效效率的锅锅炉替代代众多低低效高污污染的小小型锅炉炉。在热电联联产的建建设中，，从以燃燃煤为主主的热电电厂向燃燃气的热、电、、气三联联供热电厂发发展；分分布式热热电冷联联产也得得到迅猛猛发展。。热、电、、煤气三三联供（整体煤煤气化联联合循环环）2.3燃气—蒸汽联合合循环燃气—蒸汽联合合循环利利用了燃燃气侧高高温吸热热和蒸汽汽侧低温温放热的的特点,使得联合合动力装装置的总总效率比比常规的的高参数数纯蒸汽汽动力装装置的效效率(最高约为为40%)高得多。。由于联合合循环热热效率达达55%和天然气气中含有有大约25%(重量比)的氢气这这两个因因素，使使得天然然气联合合循环发发电厂单单位发电电量所产产生的温温室气体体CO2减小了50％。整体煤气气化联合合循环（（IGCC-IntegratedGasificationCombinedCycle）发电系系统，是是将煤气气化技术术和高效效的联合合循环相相结合的的先进动动力系统统。它由由两大部部分组成，即煤的的气化与净净化部分和和燃气-蒸汽联合循循环发电部部分。2.4分布式能源源利用系统统2.4.1概述2.4.2框图2.4.3优点2.4.1概述分布式能源源系统(DistributedEnergySystem简称DES)，又称第二二代能源系系统。当前前，全世界界都在推动动该系统的的建设。第二代能源源系统具有有6个方面的主主要特征：：一是燃料料的多元化化；二是设设备的小型型化、微型型化；三是是冷热电联联产化；四四是网络化化；五是智智能控制和和信息化管管理；六是是高标准的的环保水平平。2)分布式能源源系统是相相对于传统统的集中式式能量系统统而言的。。在这个系系统中,集合了分布布式供电、、制冷、采采暖、生活活卫生水以以及其他形形式的热能能于一体,将发电系统统以小规模模、分散式式布置在用用户附近,可独立地输输出电、热热和冷能的的系统,此系统中的的主要部分分就是分布布式供电和和冷热电联联产系统（（Cooling-heating-powerCogeneration，简称CCHP）。同时,应用最新的的信息化和和智能化技技术管理和和控制系统统,以实现系统统化、智能能化、经济济最优的目目的。3)“高参数、大大机组、大大电网”集集中式供电电将仍然长长期是我国国电力发展展的主要方方向，小微微型分布式式电源是集集中式电源源系统的重重要补充。。它增加了了电网的质质量和可靠靠性。4)小型或微型型燃气轮机机CCHP分布式电源源总能效高高；总投资资（含输变变电设备等等）与大型型集中式电电源相当或或略低；燃燃机性能好好，运行可可靠，大修修期长；具具有很好的的经济性。。5)天然气是比比轻柴油还还要洁净、、低炭的优优质燃料，，且可比价价格与轻柴柴油相当，，通过综合合梯级利用用可获得更更高经济效效益。小型型或微小型型燃气轮机CCHP分布式电源源系统正是是天然气利利用的最好好模式之一一。6)欧美国家小小微型燃气气轮机产品品成熟，性性能好；与与同容量柴柴油机分布布式电源相相比，小微微型燃气轮轮机分布式式电源还具具有结构紧紧凑、运行行可靠性高高、低噪音音、低振动动等多方面面优势。它它是分布式式电源的首首选主机。。2.4.3发展CCHP系统的优点点(1)发展CCHP系统有助于于提高能源源利用率CCHP系统可大幅幅度提高能能源利用率率,其能源综合利用用率可达到到80%～90%。(2)发展CCHP系统有助于于环境的保保护CCHP系统CO2排放仅为传传统能源系系统的30%～50%。(3)发展CCHP系统有助于于缓解电力力高峰负荷荷(4)发展CCHP系统可以提提高供电安安全性3.向管理要能能效同同样设备备，管理人人员素质提提高了，运运行水平上上去了，能能效也上去去了。3.1提高供热设设备热效率率(从降低锅炉炉各项热损损失的方向向想办法)1)降低漏风（即降低q2）一个误区2)采用强风后后吹运运行行方式优点：燃料及时着着火延长燃烧时时间加强喉口混混合(即降低q4）3)从加强给水水（导热油油）品质监监控和吹吹灰看节能能使受热面外外壁灰污层层和内壁水水垢层(或析炭层)趋于零，大大大提高传传热系数，，从而降低低排烟温度度。对于干净内内外壁的受受热面关于锅炉尾尾气的余热热回收散装工业锅锅炉已配有有省煤器、、空预器；；快装油气锅锅炉一般无无省煤器、、空预器，，（三浦油油炉例外））但排烟温温度通常超超过200-250ºC要考虑余热热回收。以上要防止止受热面低低温腐蚀。。然气锅炉可可考虑排烟烟中大量水水蒸气汽化化潜热的回回收。但要要防止受热热面腐蚀。。3.2节约用电防止锅炉漏漏风，就能能降低引风风机电耗；；采用变频调调节；其他3.3辨别节能技术中的伪科学学3.1依据:能量守恒与与转换定律律;物质不灭定定律;传热学基本本原理3.2伪科学例子:

1)纳米油或纳纳米油添加加剂可大大大提高效率率油油的的发热量是是其分子中中C和H完全燃烧放放出来的，，是可以从从油的元素素分析精确确算出来的的。现代燃燃烧器燃烬烬率已很高高，额外热热量哪里来来！？纳纳米：1nm=10–9m,是原子或分分子级大小小，加入后后能源使单单位发热量量提高吗？？