供熱設(shè)備及其節(jié)能技術(shù)

供熱設(shè)備及其節(jié)能技術(shù)第一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日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)

第二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日１.基本概念和基本原理１.１供熱設(shè)備１.２熱力學(xué)第一、二定律和傳熱學(xué)基本公式１.３節(jié)能的基本分析方法—熱平衡法１.４熱平衡法簡(jiǎn)介１.５設(shè)備熱平衡—以鍋爐熱平衡為例第三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日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=4.1868kj/kgm第四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日熱力學(xué)第二定律：(有多種表述)熱不可能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳到另一個(gè)高溫物體。第二定律涉及能量傳遞的方向和深度的問(wèn)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(guò)程中，品質(zhì)是逐漸降低的，即能量貶值。第五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日熱力學(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(gè)特性。第六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日1.2傳熱學(xué)基本公式

?傳熱三種形式：輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)傳熱學(xué)基本公式：Q=KH?t=KH(tg-td)傳熱系數(shù)(以爐膛水冷壁管傳熱為例)

第七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日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)的能利用率或能效率（熱效率）。第八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日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(duì)于固體燃料，q2和q4高；對(duì)于液體燃料，q2高，q４很小，q6＝0；對(duì)于氣體燃料，q2高，q4≈0，q6＝0;第九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日1.4.2.鍋爐熱效率(1)正平衡熱效率：η=q1=Q1/Qydw×100%（1-3）(2)反平衡熱效率：從式（1-2）可得η=Q1/Qydw×100%=1-（q2+q3+q4+q5+q6）（1-4）第十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日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)第十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日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(wèn)題：因q2和q4高，熱效率低，一般７０％；污染嚴(yán)重。措施:(燃燒無(wú)煙煤鏈條鍋爐)合理布置前后拱、及時(shí)著火、提高燃燼；合理配風(fēng)、控制過(guò)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)）第十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日措施:(以燃燒無(wú)煙煤鏈條鍋爐為例)

1)合理布置前后拱（中拱）為了及時(shí)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，降低q4

和q3；

3)合理配風(fēng)、控制過(guò)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)）

第十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日２.1.2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(shì)

低溫燃燒，NOx低；可廉價(jià)脫硫；可燃燒無(wú)煙煤。存在問(wèn)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。第十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日

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(guò)50%）。

第十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日

降低飛灰可燃物措施：1)設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)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(gè)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)。第十六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日2.1.3油、氣鍋爐

傳統(tǒng)的油、氣爐為三回程濕背爐。

對(duì)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(méi)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(guò)高，可根據(jù)燃燒器背壓余量布置熱管省煤器。

第十七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日

對(duì)于氣爐：大量水蒸氣攜帶著可觀的汽化潛熱離開(kāi)鍋爐。這部分熱量約占天然氣低位發(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(guò)鍋爐受熱面或特殊換熱器把排煙中的水蒸氣凝結(jié)下來(lái)，回收其熱量，就能較大幅度地提高鍋爐熱效率。

第十八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日重油燃燒技術(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?yè)剿士山档蛁4和煙氣黑度(見(jiàn)結(jié)構(gòu)圖)第十九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日轉(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(lái)越薄高壓(由高速旋轉(zhuǎn)葉片升壓至１000mmH2O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。第二十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日氣泡霧化噴嘴技術(shù)

氣泡霧化噴嘴技術(shù)是用氣泡作為霧化的動(dòng)力，利用氣泡的產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)、變形直到出口爆破來(lái)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SMD≤40μm)，尺寸分布均勻(尺寸分布指數(shù)N>2)；（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70°E(即燃油需具有流動(dòng)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(guó)家環(huán)保局規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)；（4）火焰長(zhǎng)度、火焰錐角、火焰形狀及噴油量可按用戶(hù)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

第二十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日天然氣是優(yōu)質(zhì)低碳燃料a.天然氣主要成分為CH4，氫與炭重量比大約為1:3;b.氫發(fā)熱量為125.6MJ/kg，炭發(fā)熱量為33.7MJ/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(duì)天然氣熱值的貢獻(xiàn)大于炭。天然氣是低炭燃料。（見(jiàn)下表）第二十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日例：陜北天然氣成分（％）CH4 C2H6 C3H8 C4H10 H2S N2

95.94940.9075 0.1367 2.0062 0.00021.0第二十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日2.2.4載熱體加熱爐優(yōu)勢(shì):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(shí)要監(jiān)控盤(pán)管進(jìn)出口壓差和溫度.此外，礦物油要過(guò)濾和補(bǔ)充．第二十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日2.2.5電熱鍋爐第二十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日電熱鍋爐應(yīng)用場(chǎng)合一般不提倡使用。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(duì)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(mén)，今后采用燃?xì)忮仩t更合理。第二十六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日2.5煤粉工業(yè)鍋爐概述德國(guó)1999年已開(kāi)發(fā)出類(lèi)似技術(shù)，適用于超細(xì)干燥褐煤煤粉。我國(guó)已納入國(guó)家科委973計(jì)劃。類(lèi)型（見(jiàn)下圖德國(guó)steimueller公司開(kāi)發(fā)兩種爐型）第二十七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)用場(chǎng)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）

第二十八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日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(guó)家規(guī)定5萬(wàn)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)）第二十九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日2.3燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)燃?xì)狻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(dòng)力裝置的總效率比常規(guī)的高參數(shù)純蒸汽動(dòng)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(gè)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％。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC-IntegratedGasificationCombinedCycle）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(dòng)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。第三十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日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)第三十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日2.4.1概述分布式能源系統(tǒng)(DistributedEnergySystem簡(jiǎn)稱(chēng)DES)，又稱(chēng)第二代能源系統(tǒng)。當(dāng)前，全世界都在推動(dòng)該系統(tǒng)的建設(shè)。第二代能源系統(tǒng)具有6個(gè)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理；六是高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保水平。第三十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日2)分布式能源系統(tǒng)是相對(duì)于傳統(tǒng)的集中式能量系統(tǒng)而言的。在這個(gè)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(hù)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-powerCogeneration，簡(jiǎn)稱(chēng)CCHP）。同時(shí),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。第三十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日3)“高參數(shù)、大機(jī)組、大電網(wǎng)”集中式供電將仍然長(zhǎng)期是我國(guó)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)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(zhǎng)；具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

第三十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日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(jià)格與輕柴油相當(dāng)，通過(guò)綜合梯級(jí)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(guó)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(dòng)等多方面優(yōu)勢(shì)。它是分布式電源的首選主機(jī)。第三十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日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第三十六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日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。第三十七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日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(gè)誤區(qū)第三十八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日2)采用強(qiáng)風(fēng)后吹

運(yùn)行方式優(yōu)點(diǎn)：燃料及時(shí)著火延長(zhǎng)燃燒時(shí)間加強(qiáng)喉口混合(即降低q4）

第三十九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日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。

第四十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)于干凈內(nèi)外壁的受熱面第四十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日關(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(wú)省煤器、空預(yù)器，（三浦油爐例外）但排煙溫度通常超過(guò)200-250oC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。第四十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日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)；其他第四十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日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)基本原理第四十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日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(lái)的，是可以從油的元素分析精確算出來(lái)的?，F(xiàn)代燃燒器燃燼率已很高，額外熱量哪里來(lái)??？

納米：1nm=10–9m,是原子或分子級(jí)大小，加入后能源使單位發(fā)熱量提高嗎？

第四十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日2)