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1、化工节能与减排,张頔 TEL:13861039868 E-mail：,目 录,能量降级与热力学第二定律,轴功、各种热效应的计算,有效能衡算和有效能效率,热力学分析的基本方法,噪声污染及控制,热管、热泵和夹点技术,能量的合理利用,稳流体系热力学第一定律,废水处理方法、技术和流程,废固处理及利用,废气污染的预防措施及治理,热管、热泵 和夹点技术,夹点技术,从系统工程的角度来看，过程工业的生产系统可以分为以下三个子系统：工艺工程子系统、热回收换热网络子系统和蒸汽动力公用工程子系统。从能量利用角度来看，这三个子系统是相互影响、密切相关的。要达到全过程能量的最优化利用，必须三个子系统整体优化。 夹点技术
2、最初是源于热回收换热网络的优化集成。现在已逐步发展到应用于总能系统。且并不局限于过程的总能耗最小，而是发展到以总费用最低为目标，并考虑到过程系统的安全性、可操作性、对不同工况的适用性和对环境的影响等非定量的工程目标。,设计原则： 夹点之上不应设置任何公用工程冷却器 夹点之下不应设置任何公用工程加热器 不应有跨越夹点的传热,热管技术,日常生活和工作中，我们常需要把热最从一个地方传递到另一个地方，或是将某处的热量收集起来。根据物理学知识我们知道，在相同条件下不同的物质对热量传导能力是不同的。一般说来，金、银、铜等金属的导热性能良好；塑料、干木材、陶瓷等导热性能较差。因此在涉及到导热时，人们往往考虑
3、金属材料。但由于金属材料本身价格较高，从而限制了其大量使用的可能。干是在找寻新型高效导热材料的过程中，热管（heat pipe）技术诞生了。,热管技术的发展历程,1944年美国俄亥俄州通川发动机公司的研究人员在研究制冷问题时，设想一装置由密封的管子组成，在管内液体吸热蒸发后于该下方的某一位置放热冷凝，在无任何外加动力的前提下，冷凝液体借助管内的毛细吸液芯所产生的毛细力回到上方继续蒸发，如此循环，达到热量从一处传到另一处的目的。当然这些工作也只是停留在初步研究和申请专利阶段。 1963年美国洛杉矶国家实验室发明了类似的传热元件，井进行了性能测试实验，后来又在美国的应用物理杂志上公开发表了一篇论文
4、，并正式将这一传热元件命名为热管，指出它的导热率远远超出任何一种已知的金属，并给出了以钠为液体工质，不锈钢为壳体，内部装有丝网吸液芯的热管的实验结果，热管这才为人们所知。,1965年美国的科特首次提出了完整的热管理论，为以后的热管原理的研究工作奠定了基础。1967年不锈钢水热管首次安置在轨道卫星上并运行成功，从而吸引了很多科学技术人员从市热管的研究。1974年以后，热管在节约能源和新能源开发研究方面得到了充分的重视，由热管做成的换热器来回收废热，并将其应用于工业以节约能源。进入20世纪80年代后，世界各国的热管换热器研制工作迅猛展开，到90年代末期，为了降低热管的生产成本、缩短热管的设计周期、
5、提高热管的设计水平，特别是随着热管计算机辅助设计水平的发展，各个热管生产厂家纷纷开发出了热管计算机辅助设计的软件，大大缩短了热管的设计和开发周期，促进了热管技术应用的发展。,热管的工作原理,通常将通的热管由管壳、吸液芯及传热工质组成。热管的两端封闭，内部的空气被抽去，在密闭的管通内装有传热工质（即工作液），内壁上贴有吸液芯。简单地来说，热管工作时，液态工质在吸热段吸收管壁传来的热量温度升高，气化为蒸气，同时压力也随之增大，于是就流向压力较低的冷凝段，在冷凝段放出热量后又重新变成液态，液体再沿着吸液芯依靠毛细力作用返回吸热段，再吸收热量进入下一次循环。如此反复循环就实现了热量的传递和转移。因此热
6、管的正常工作过程是由液体的蒸发、蒸气的流动、蒸气的凝结和凝结液的回流组成的闭合循环，其外观像一个拉长的变细的暖水瓶胆，由两根同轴的金属管（或玻璃管）组成，内、外管间抽成真空，一般情况下真空度小于10-4毫米汞柱（见图l）。,热管的工作原理,热管采用了液一气一液的相变传热，具有极高的传热效率，试验表明一根直径为20mm的铜一水热管，其导热能力是同直径紫铜棒的500倍。因此热管又有热超导体之称。值得注意的足，热管的高导热性也是相对而言的，总是需要存在着温差，热管的导热也不能违反热力学第二定律。,热管的分类,按照工作液体回流动力区分：有芯热管、旋转热管、电流体动力热管、重力热管、磁流体动力热管、渗透
7、热管。 按照热管管内工作温度区分：低温热管（0-273K）、常温热管（273一523K）、，中温热管(523-723K）、高温热管（723-1273K）。 按照管壳与工作液体的组合方式划分，热管可以划分为碳钢水热管、铜水热管、铜钢复合水热管、铝丙酮热管、不锈钢钠热管和玻璃水热管等。 按照结构形式分，热管可分为普通热管、分离式热管、毛细泵网路热管、微型热管、平板热管、径向热管。,热管的应用,太阳能热利用 航天领域 输油管线工程 电子器件散热 空调热回收,热泵技术,热泵技术是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力做功，输出能用的高品位热能的设备。现在我国主要利用三种热泵技术，分别是
8、水源热泵，地源热泵，以及空气源热泵。,水源热泵从16的井水中提取热，经电力压缩机对循环的工质做工，可以达到输出热水温度52，而其输出热量与输入电功率之比为3.51，比直接用电采暖节省电力72。这种热水可以利用风机盘管向房间供暖。夏季，又可利用同一装置制冷，做到一机多用，即节省初投资，又节省运行费。在有条件提供地下水源的情况下，是一种理想的节能系统装置。但在大部分城市地区，由于受到水源开采的限制，实际推广工程中难度很大。,地源热泵通常是指能转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方。通常热泵都是用来做为空调制冷或者采暖用的。地源热泵还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力,冬季地源把热量从地下土壤中转移
9、到建筑物内,夏季再把地下的冷量转移到建筑物内,一个年度形成一个冷热循环。,空气热泵是以空气为热源，理论上可以不受资源限制，在任何地区运用。大部分的冷暖空调就是这种产品，它供热是通过直接产生热风或产生45热水后再产生热风实现的。 但是空气源热泵在寒冷气候下，由于蒸发温度低，压缩机入口压力降低，工质比重增大，因而阻力加大，压缩机的吸气量就变小，如果仍要求与传统机组同样的冷凝温度，则会导致压缩比重大，会使压缩机过热，甚至烧坏，至少是不能稳定运行。为此，国内有些厂家在出风口加电补热，有些在水系统的回水管加补热器，国外有些用燃油、燃气为蒸发器补热，或用变频手段在寒冷天气使压缩机加速运转，同时喷液等等，这些做法或是使热泵效率降得很低，或是使其结构复杂化而造价提高，应该说这些技术路线都不理想。,
