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文檔簡介

1、 供熱設(shè)備與節(jié)能技術(shù)1. 基本概念和基本原理 2. 供熱設(shè)備及節(jié)能技術(shù)3. 向管理要能效4. 總結(jié) . 基本概念和基本原理.供熱設(shè)備.熱力學(xué)第一、二定律和傳熱學(xué)基本 公式.節(jié)能的基本分析方法熱平衡法.熱平衡法簡介.設(shè)備熱平衡以鍋爐熱平衡為例1.1 熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律自然界基本定律:能量守恒與轉(zhuǎn)換定律熱力學(xué)第一定律是能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象上的應(yīng)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:加給工質(zhì)的熱量一部分用于增加工質(zhì)的內(nèi)能,余下的部分以作功方式傳遞給外界。 其中熱功當(dāng)量w = 4.1868 kj/kgm熱力學(xué)第二定律:(有多種表述)熱不可能自發(fā)

2、地、不付代價地從低溫物體傳到另一個高溫物體。第二定律涉及能量傳遞的方向和深度的問題,是能量在質(zhì)上的特性。所謂能的質(zhì)量是指能的品位或能的可用性。能量在其傳遞或轉(zhuǎn)換過程中,品質(zhì)是逐漸降低的,即能量貶值。熱力學(xué)第一、二定律分別揭示了能量在數(shù)量上的守恒性和在質(zhì)量上的貶值性(不可逆)是其最重要兩個特性。1.2傳熱學(xué)基本公式 傳熱三種形式:輻射、對流和傳導(dǎo)傳熱學(xué)基本公式:Q = KHt = KH(tg-td)傳熱系數(shù)(以爐膛水冷壁管傳熱為例) 1.2 節(jié)能的基本分析方法 熱平衡法 熱平衡法是建立在熱力學(xué)第一定律基礎(chǔ)上的能量分析方法,主要考察系統(tǒng)熱量的平衡關(guān)系,揭示能在數(shù)量上的轉(zhuǎn)換和利用情況,從而確定系統(tǒng)的

3、能利用率或能效率(熱效率)。1.4 供熱設(shè)備熱平衡以鍋爐熱平衡為例 1.4 .1固體燃料的熱平衡方程式: Qydw =Q1 +Q2 +Q3 +Q4 +Q5 +Q6 (kJ/kg) (1-1) 熱平衡方程的百分比表示式: 100% = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 (%) (1-2) 對于固體燃料, q2 和 q4高; 對于液體燃料, q2 高, q很小,q60 ; 對于氣體燃料, q2 高,q40, q60 ;1.4. 2.鍋爐熱效率(1)正平衡熱效率: = q1 = Q1 / Qydw100% (1-3)(2)反平衡熱效率:從式(1-2)可得 = Q1 / Qydw

4、 100% =1 -( q2 + q3 + q4 + q5 + q6 ) (1-4)2.供熱設(shè)備及其節(jié)能技術(shù)2.1 工業(yè)鍋爐提高熱效率的有效途徑2.2 熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱2.3分布式能源利用系統(tǒng)2.1 工業(yè)鍋爐提高熱效率的有效途徑2.1.1 燃煤鏈條鍋爐存在問題:因q2 和 q4高,熱效率低,一般;污染嚴(yán)重。措施: (燃燒無煙煤鏈條鍋爐)合理布置前后拱、及時著火、提高燃燼;合理配風(fēng)、控制過量空氣系數(shù)、二次風(fēng);一二次風(fēng)預(yù)熱;采用節(jié)能爐排片。(已制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))措施: (以燃燒無煙煤鏈條鍋爐為例)1) 合理布置前后拱(中拱)為了及時著火、提高燃燼率;降低q4 。2) 一次風(fēng)預(yù)熱,并采用二次風(fēng)加強(qiáng)混合

5、,降低q4 和q3 ;3) 合理配風(fēng)、控制過量空氣系數(shù);為了降低排煙熱損失q2 。4) 采用省煤器和空氣預(yù)熱器,降低排煙溫度,為了降低q2 。5) 用節(jié)能爐排片。(已制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)).1.2 循環(huán)流化床(CFB)鍋爐概述 35t/h 、75t/h 、220t/h (20t/h流化床鍋爐)130t/h、 600t/h;主要用于供熱和發(fā)電。CFB鍋爐優(yōu)勢 低溫燃燒,NOx低;可廉價脫硫;可燃燒無煙煤。存在問題: CFB鍋爐熱效率比煤粉爐低,大約80 - 88%;部件磨損比較嚴(yán)重。CFB鍋爐熱效率偏低的主要原因是飛灰含碳量高,大約達(dá)15 - 25%;而且飛灰量大(超過50%)。 降低飛灰可燃物措施:

6、1) 設(shè)計(jì)時選擇合適的流化氣速,爐膛高度,保 證煤顆粒在爐內(nèi)獲得充足的停留時間; 2) 保持床層和爐膛950以上的高溫,以提高飛 灰燃盡率; 3) 要正確設(shè)計(jì)燃料破碎系統(tǒng),防止重復(fù)破碎,減 少飛灰份額; 4) 選擇個高效的分離器。5) 優(yōu)化返料器配風(fēng)調(diào)節(jié),防止料腿串風(fēng)。2.1.3 油、氣鍋爐 傳統(tǒng)的油、氣爐為三回程濕背爐。對于油爐:由于先進(jìn)的燃燒器和成熟的本體設(shè)計(jì),柴油燃盡率可控制到理想程度(99%以上),故油爐提高燃燒效率已沒有多少余地。但重油還有一些余地。 如果本體設(shè)計(jì)有缺陷,排煙溫度過高,可根據(jù)燃燒器背壓余量布置熱管省煤器。 對于氣爐:大量水蒸氣攜帶著可觀的汽化潛熱離開鍋爐。這部分熱量約

7、占天然氣低位發(fā)熱量的14 % 。它等于燃料高低位發(fā)熱量之差。 盡可能多地通過鍋爐受熱面或特殊換熱器把排煙中的水蒸氣凝結(jié)下來,回收其熱量,就能較大幅度地提高鍋爐熱效率。重油燃燒技術(shù)目的:提高霧化質(zhì)量,降低q4和顆粒物排放霧化技術(shù): 轉(zhuǎn)杯霧化和氣泡霧化降低黏度: 預(yù)熱或摻適量輕油摻水燃燒: 合理摻水率可降低q4和煙氣黑度 ( 見結(jié)構(gòu)圖 )轉(zhuǎn)杯霧化技術(shù)6500/min 高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)杯 -離心力作用導(dǎo)致油膜越來越薄高壓(由高速旋轉(zhuǎn)葉片升壓至000mmH2O 以上,風(fēng)速達(dá)100m/s)的一次風(fēng)(風(fēng)量的10%)把薄油膜粉碎至幾十微米顆粒。氣泡霧化噴嘴技術(shù) 氣泡霧化噴嘴技術(shù)是用氣泡作為霧化的動力,利用氣泡

8、的產(chǎn)生、運(yùn)動、變形直到出口爆破來產(chǎn)非常細(xì)小的液霧。 主要特點(diǎn)為: (1)液霧顆粒粒度小(索太爾平均直徑SMD40m),尺寸 分布均勻(尺寸分布指數(shù)N2); (2)霧化效果基本不受燃油粘度大小的影響,粘度使用范圍 寬,為70E(即燃油需具有流動性); (3)燃燒完全,不冒黑煙,燃燒效率達(dá)99.5%以上,燃燒產(chǎn)物 中污染物低于國家環(huán)保局規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo); (4)火焰長度、火焰錐角、火焰形狀及噴油量可按用戶要求 設(shè) 計(jì); (5)燃燒器不結(jié)焦、不堵塞; (6)火焰剛性強(qiáng),噴射速度高; (7)霧化效果不隨流量大小影響,流量調(diào)節(jié)比大,可達(dá)1:5天然氣是優(yōu)質(zhì)低碳燃料a. 天然氣主要成分為CH4,氫與炭重量比大

9、約為1:3 ;b. 氫發(fā)熱量為125 .6MJ/kg,炭發(fā)熱量為33 .7 MJ/kg 氫的發(fā)熱量是炭發(fā)熱量的3 .7倍;結(jié)論: 在CH4中,氫對天然氣熱值的貢獻(xiàn)大于炭。 天然氣是低炭燃料。(見下表)例: 陜北天然氣成分 ()CH4 C2H6 C3H8 C4H10 H2S N2 95.9494 0.9075 0.1367 2.0062 0.0002 1.02.2.4 載熱體加熱爐優(yōu)勢: 高溫低壓,不用水處理;載熱體介質(zhì):液態(tài)(礦物油),氣相(苯和聯(lián)苯混合物),鹽;運(yùn)行注意點(diǎn):介質(zhì)析碳,受熱面結(jié)焦(例)運(yùn)行時要監(jiān)控盤管進(jìn)出口壓差和溫度.此外,礦物油要過濾和補(bǔ)充2.2.5 電熱鍋爐電熱鍋爐應(yīng)用場合

10、一般不提倡使用。因?yàn)殡娔苁歉咂肺荒茉?,熱能轉(zhuǎn)換成電能的效率一般在40%以下,現(xiàn)在再由電熱鍋爐轉(zhuǎn)成熱能太不合算了。在特殊條件下使用:對環(huán)保要求嚴(yán)格;小容量和其他特定條件。由于LNG將引入廈門,今后采用燃?xì)忮仩t更合理。2.5 煤粉工業(yè)鍋爐概述 德國1999年已開發(fā)出類似技術(shù),適用于超細(xì)干燥褐煤煤粉。我國已納入國家科委973計(jì)劃。類型(見下圖德國steimueller公司開發(fā)兩種爐型)應(yīng)用場合:* 必須有超細(xì)優(yōu)質(zhì)煤粉(高揮發(fā)份,低灰低硫)* 必須配有高效除塵設(shè)備(袋式或靜電)2.2 熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱目的:提高能源利用率,達(dá)到CO2減排。國家規(guī)定5萬kW以下小型火電機(jī)組要關(guān)閉;但熱電聯(lián)產(chǎn)可以上(只要

11、總效率大于45%,熱電比大于1)。改造或新建可選擇CFB鍋爐 集中供熱:可選擇大容量高效率的鍋爐替代眾多低效高污染的小型鍋爐。在熱電聯(lián)產(chǎn)的建設(shè)中,從以燃煤為主的熱電廠向燃?xì)獾臒?、電、氣三?lián)供熱電廠發(fā)展;分布式熱電冷聯(lián)產(chǎn)也得到迅猛發(fā)展。熱、電、煤氣三聯(lián)供 (整體煤氣化聯(lián)合循環(huán))2.3 燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)利用了燃?xì)鈧?cè)高溫吸熱和蒸汽側(cè)低溫放熱的特點(diǎn),使得聯(lián)合動力裝置的總效率比常規(guī)的高參數(shù)純蒸汽動力裝置的效率(最高約為40%)高得多。由于聯(lián)合循環(huán)熱效率達(dá)55%和天然氣中含有大約25% (重量比)的氫氣這兩個因素,使得天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠單位發(fā)電量所產(chǎn)生的溫室氣體CO2減小了50。 整體煤

12、氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle)發(fā)電系統(tǒng),是將煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進(jìn)動力系統(tǒng)。它由兩大部分組 成,即煤的氣化與凈化部分和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電部分。 2.4 分布式能源利用系統(tǒng)2.4 .1 概述2.4 .2 框圖2.4 .3 優(yōu)點(diǎn)2.4.1概述分布式能源系統(tǒng)(Distributed Energy System簡稱DES),又稱第二代能源系統(tǒng)。當(dāng)前,全世界都在推動該系統(tǒng)的建設(shè)。 第二代能源系統(tǒng)具有6個方面的主要特征:一是燃料的多元化;二是設(shè)備的小型化、微型化;三是冷熱電聯(lián)產(chǎn)化;四是網(wǎng)絡(luò)化;五是智能控制和信息化管

13、理;六是高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保水平。2) 分布式能源系統(tǒng)是相對于傳統(tǒng)的集中式能量系統(tǒng)而言的。在這個系統(tǒng)中,集合了分布式供電、制冷、采暖、生活衛(wèi)生水以及其他形式的熱能于一體,將發(fā)電系統(tǒng)以小規(guī)模、分散式布置在用戶附近,可獨(dú)立地輸出電、熱和冷能的系統(tǒng),此系統(tǒng)中的主要部分就是分布式供電和冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)( Cooling-heating-power Cogeneration,簡稱CCHP)。同時,應(yīng)用最新的信息化和智能化技術(shù)管理和控制系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化、智能化、經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的目的。3) “高參數(shù)、大機(jī)組、大電網(wǎng)”集中式供電將仍然長期是我國電力發(fā)展的主要方向,小微型分布式電源是集中式電源系統(tǒng)的重要補(bǔ)充。它增加了電網(wǎng)的質(zhì)

14、量和可靠性。4)小型或微型燃?xì)廨啓C(jī)CCHP分布式電源總能效高;總投資(含輸變電設(shè)備等)與大型集中式電源相當(dāng)或略低;燃機(jī)性能好,運(yùn)行可靠,大修期長;具有很好的經(jīng)濟(jì)性。 5) 天然氣是比輕柴油還要潔凈、低炭的優(yōu)質(zhì)燃料,且可比價格與輕柴油相當(dāng),通過綜合梯級利用可獲得更高經(jīng)濟(jì)效益。小型或微小型燃?xì)廨啓C(jī)CCHP分布式電源系統(tǒng)正是天然氣利用的最好模式之一。6) 歐美國家小微型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品成熟,性能好;與同容量柴油機(jī)分布式電源相比,小微型燃?xì)廨啓C(jī)分布式電源還具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行可靠性高、低噪音、低振動等多方面優(yōu)勢。它是分布式電源的首選主機(jī)。2.4.3 發(fā)展CCHP系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(1)發(fā)展CCHP系統(tǒng)有助于提高能源

15、利用率 CCHP系統(tǒng)可大幅度提高能源利用率,其能 源綜合利用率可達(dá)到80%90%。 (2)發(fā)展CCHP系統(tǒng)有助于環(huán)境的保護(hù) CCHP系統(tǒng)CO2排放僅為傳統(tǒng)能源系統(tǒng)的 30%50%。 (3)發(fā)展CCHP系統(tǒng)有助于緩解電力高峰負(fù)荷(4)發(fā)展CCHP系統(tǒng)可以提高供電安全性3. 向管理要能效同樣設(shè)備,管理人員素質(zhì)提高了,運(yùn)行水平上去了,能效也上去了。3.1 提高供熱設(shè)備熱效率(從降低鍋爐各項(xiàng)熱損失的方向想辦法)1) 降低漏風(fēng)(即降低q2)一個誤區(qū)2) 采用強(qiáng)風(fēng)后吹 運(yùn)行方式優(yōu)點(diǎn):燃料及時著火延長燃燒時間加強(qiáng)喉口混合(即降低q4)3) 從加強(qiáng)給水(導(dǎo)熱油)品質(zhì)監(jiān)控和 吹灰看節(jié)能使受熱面外壁灰污層和內(nèi)壁水

16、垢層(或析炭層)趨于零,大大提高傳熱系數(shù),從而降低排煙溫度。 對于干凈內(nèi)外壁的受熱面關(guān)于鍋爐尾氣的余熱回收散裝工業(yè)鍋爐已配有省煤器、空預(yù)器;快裝油氣鍋爐一般無省煤器、空預(yù)器,(三浦油爐例外)但排煙溫度通常超過200 -250C要考慮余熱回收。以上要防止受熱面低溫腐蝕。然氣鍋爐可考慮排煙中大量水蒸氣汽化潛熱的回收。但要防止受熱面腐蝕。3.2 節(jié)約用電防止鍋爐漏風(fēng),就能降低引風(fēng)機(jī)電耗;采用變頻調(diào)節(jié);其他3.3 辨別節(jié)能技術(shù)中的偽科學(xué)3.1 依據(jù): 能量守恒與轉(zhuǎn)換定律; 物質(zhì)不滅定律; 傳熱學(xué)基本原理3.2偽科學(xué)例子:1) 納米油或納米油添加劑可大大提高效率 油的發(fā)熱量是其分子中C和H完全燃燒放出來

17、的,是可以從油的元素分析精確算出來的?,F(xiàn)代燃燒器燃燼率已很高,額外熱量哪里來???納米:1nm = 10 9 m, 是原子或分子級大小,加入后能源使單位發(fā)熱量提高嗎?2) 重油摻水燃燒可大大提高技術(shù)熱效率 200號重油,摻水率率8.1%,燃燒效率提高0.257%(已扣除0.484%水蒸氣熱損失),不可能提高15%之類的謊言。 摻水后有719mg/Nm3焦碳粒子被進(jìn)一步燃燼,使煙塵排放改善。詳見文獻(xiàn): 俞建洪,W.Smit, 劣質(zhì)重油摻水燃燒工業(yè)性實(shí)驗(yàn)研究,工業(yè)鍋爐,1998(3)3) 重油添加劑可大大提高熱效率添加劑就是低粘度輕油。重油添加少量低粘度輕油,可大大降低重油黏度( 見下圖 ) ,提高霧化質(zhì)量。如前所述,可使燃燒效率略有提高,但不可能有大大提高。這是由于現(xiàn)在重油燃燒器及其重油預(yù)熱系統(tǒng)已經(jīng)解決重油霧化問題。燃盡程度已經(jīng)很高了。4. 總結(jié)4.1 節(jié)能的意義降低成本合理利用資源,可減緩能源

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