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1、 热能转换与利用中的节能技术1.基本概念和基本原理 2. 热能转换与利用中的节能技术3. 可再生能源4. 辨别节能技术中的伪科学5.总结 . 基本概念和基本原理.热能资源热能资源.热力学第一定律和热力学第二定律热力学第一定律和热力学第二定律.节能的基本分析方法节能的基本分析方法热平衡法热平衡法.热平衡法简介热平衡法简介.设备热平衡设备热平衡以锅炉热平衡为例以锅炉热平衡为例1.1 热能资源 热能是人类使用最为广泛的一种能量形式，有的能源是转换成热能后再加以利用。在一次能源中，热能资源也占了绝大部分。最主要的常规能源有化石燃料，新能源有太阳能、核能、地热能等。1.2 热力学第一定律和热力学第二定律
2、自然界基本定律：能量守恒与转换定律自然界基本定律：能量守恒与转换定律n n热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热现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。象上的应用，它揭示了能量在量上的特性。n n热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律涉及能量传递的方向和深度的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。换过程中，品质是逐渐降低的，
3、即能量贬值。n n能量在数量上的守恒性和在质量上的贬值性能量在数量上的守恒性和在质量上的贬值性能量在数量上的守恒性和在质量上的贬值性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。（不可逆）是其最重要两个特性。（不可逆）是其最重要两个特性。（不可逆）是其最重要两个特性。1.3 节能的基本分析方法 热平衡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 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：固体燃料的热平衡方程式：Qr=Q1+Q2+Q
4、3+Q4+Q5+Q6(kJ/kg)（1-1）热平衡方程的百分比表示式：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，对于固体燃料，q2和和q4高；高；对于液体燃料，对于液体燃料，q2高，高，q很小，很小，q60；对于气体燃料，对于气体燃料，q2高，高，q40，q60;1.4. 2.锅炉热效率(1)正平衡热效率：正平衡热效率：=q1=Q1/Qr100%（1-3）(2)反平衡热效率：反平衡热效率：从式（从式（1-2）可得）可得=Q1/Qr100%=1-（q2+q3+q4+q5+q6）（1-4）2.热能转换与利用中的节能技术2.1工业锅炉提高热效
5、率的有效途径工业锅炉提高热效率的有效途径2.2余热利用余热利用2.3热电联产和集中供热热电联产和集中供热2.4燃气燃气蒸汽联合循环蒸汽联合循环2.5分布式能源利用系统分布式能源利用系统2.6建筑节能建筑节能2.7清洁、高效新型燃料清洁、高效新型燃料2.1 工业锅炉提高热效率的有效途径2.1.12.1.1燃煤链条锅炉燃煤链条锅炉燃煤链条锅炉燃煤链条锅炉n n存在问题：存在问题：存在问题：存在问题：因因因因q q2 2 和和和和 q q4 4高，热效率低，一般；高，热效率低，一般；高，热效率低，一般；高，热效率低，一般；污染严重。污染严重。污染严重。污染严重。n n措施措施措施措施:(:(燃烧无烟
6、煤链条锅炉燃烧无烟煤链条锅炉燃烧无烟煤链条锅炉燃烧无烟煤链条锅炉) )合理布置前后拱，及时着火，提高燃烬；合理布置前后拱，及时着火，提高燃烬；合理布置前后拱，及时着火，提高燃烬；合理布置前后拱，及时着火，提高燃烬；合理配风，控制过量空气系数，热风；合理配风，控制过量空气系数，热风；合理配风，控制过量空气系数，热风；合理配风，控制过量空气系数，热风；二次风。二次风。二次风。二次风。.1.2 循环流化床（CFB）锅炉*概述概述概述概述 *存在问题：存在问题：存在问题：存在问题：锅炉热效率比煤粉炉低锅炉热效率比煤粉炉低锅炉热效率比煤粉炉低锅炉热效率比煤粉炉低, ,大约大约大约大约85%;85%;主要
7、原因是飞灰主要原因是飞灰主要原因是飞灰主要原因是飞灰含碳量高，大约达含碳量高，大约达含碳量高，大约达含碳量高，大约达25%25%。*措施：措施：措施：措施：设计时选择合适的流化气速，炉膛高度，保证煤颗设计时选择合适的流化气速，炉膛高度，保证煤颗设计时选择合适的流化气速，炉膛高度，保证煤颗设计时选择合适的流化气速，炉膛高度，保证煤颗粒在炉内获得充足的停留时间；粒在炉内获得充足的停留时间；粒在炉内获得充足的停留时间；粒在炉内获得充足的停留时间；保持床层和炉膛保持床层和炉膛保持床层和炉膛保持床层和炉膛950950以上以上以上以上的高温，以提高飞灰燃尽的高温，以提高飞灰燃尽的高温，以提高飞灰燃尽的高温
8、，以提高飞灰燃尽率率率率; ;要正确设计燃料破碎系统要正确设计燃料破碎系统要正确设计燃料破碎系统要正确设计燃料破碎系统, ,减少飞灰份额减少飞灰份额减少飞灰份额减少飞灰份额; ;选择一个高效的分离器选择一个高效的分离器选择一个高效的分离器选择一个高效的分离器。2.1.3油、气锅炉n n对于油炉：由于先进的燃烧器和成熟的本体设计，柴油对于油炉：由于先进的燃烧器和成熟的本体设计，柴油对于油炉：由于先进的燃烧器和成熟的本体设计，柴油对于油炉：由于先进的燃烧器和成熟的本体设计，柴油燃尽率和排烟温度都可控制到理想程度，故油炉提高热燃尽率和排烟温度都可控制到理想程度，故油炉提高热燃尽率和排烟温度都可控制到
9、理想程度，故油炉提高热燃尽率和排烟温度都可控制到理想程度，故油炉提高热效率已没有多少余地。但重油还有余地。效率已没有多少余地。但重油还有余地。效率已没有多少余地。但重油还有余地。效率已没有多少余地。但重油还有余地。如果本体设计有缺陷，排烟温度过高，可根据燃烧如果本体设计有缺陷，排烟温度过高，可根据燃烧如果本体设计有缺陷，排烟温度过高，可根据燃烧如果本体设计有缺陷，排烟温度过高，可根据燃烧器背压余量布置热管省煤器。器背压余量布置热管省煤器。器背压余量布置热管省煤器。器背压余量布置热管省煤器。n n对于气炉：大量水蒸气携带着可观的汽化潜热离开锅炉。对于气炉：大量水蒸气携带着可观的汽化潜热离开锅炉。
10、对于气炉：大量水蒸气携带着可观的汽化潜热离开锅炉。对于气炉：大量水蒸气携带着可观的汽化潜热离开锅炉。这部分热量约占天然气低位发热量的这部分热量约占天然气低位发热量的这部分热量约占天然气低位发热量的这部分热量约占天然气低位发热量的14 %14 % 。它等于燃料。它等于燃料。它等于燃料。它等于燃料高低位发热量之差。高低位发热量之差。高低位发热量之差。高低位发热量之差。尽可能多地通过锅炉受热面或特殊换热器把排烟中尽可能多地通过锅炉受热面或特殊换热器把排烟中尽可能多地通过锅炉受热面或特殊换热器把排烟中尽可能多地通过锅炉受热面或特殊换热器把排烟中的水蒸气凝结下来，回收其热量，就能较大幅度地提高的水蒸气凝
11、结下来，回收其热量，就能较大幅度地提高的水蒸气凝结下来，回收其热量，就能较大幅度地提高的水蒸气凝结下来，回收其热量，就能较大幅度地提高锅炉热效率。锅炉热效率。锅炉热效率。锅炉热效率。 重油燃烧技术目的：提高雾化质量，降低目的：提高雾化质量，降低q4和颗粒物排放和颗粒物排放n n雾化技术雾化技术:转杯雾化和气泡雾化转杯雾化和气泡雾化n n降低黏度降低黏度:预热或掺适量轻油预热或掺适量轻油n n掺水燃烧掺水燃烧:合理掺水率可降低合理掺水率可降低q4和烟气黑度和烟气黑度(见结构图见结构图)转杯雾化技术n n6500/min高速旋转的转杯高速旋转的转杯-离心力作用导致油膜越来越薄离心力作用导致油膜越来
12、越薄n n高压高压(由高速旋转叶片升压至由高速旋转叶片升压至000mmH2O以上，风速达以上，风速达100m/s)的一次风的一次风(风量的风量的10%)把薄油膜粉碎至几十微米颗粒。把薄油膜粉碎至几十微米颗粒。气泡雾化喷嘴技术 气泡雾化喷嘴技术是用气泡作为雾化的动力，利用气泡气泡雾化喷嘴技术是用气泡作为雾化的动力，利用气泡 的产生、运动、变形直到出口爆破来产非常细小的液雾。的产生、运动、变形直到出口爆破来产非常细小的液雾。 主要特点为主要特点为: : （1 1）液雾颗粒粒度小）液雾颗粒粒度小( (索太尔平均直径索太尔平均直径SMD40mSMD40m) )，尺寸尺寸 分布均匀分布均匀( (尺寸分布
13、指数尺寸分布指数N2N2) )； （2 2）雾化效果基本不受燃油粘度大小的影响雾化效果基本不受燃油粘度大小的影响, ,粘度使用范围粘度使用范围 宽，为宽，为70E70E( (即燃油需具有流动性即燃油需具有流动性) )； （3 3）燃烧完全，不冒黑烟）燃烧完全，不冒黑烟, ,燃烧效率达燃烧效率达99.5%99.5%以上，燃烧产以上，燃烧产物物 中污染物低于国家环保局规定的各项指标；中污染物低于国家环保局规定的各项指标； （4 4）火焰长度、火焰锥角、火焰形状及喷油量可按用户要求）火焰长度、火焰锥角、火焰形状及喷油量可按用户要求 设设 计；计； （5 5）燃烧器不结焦、不堵塞；）燃烧器不结焦、不堵
14、塞； （6 6）火焰刚性强，喷射速度高；）火焰刚性强，喷射速度高； （7 7）雾化效果不随流量大小影响，流量调节比大，可达）雾化效果不随流量大小影响，流量调节比大，可达1:51:5天然气是优质低碳燃料天然气是优质低碳燃料a.a.天然气主要成分为天然气主要成分为天然气主要成分为天然气主要成分为CHCH4 4，氢与炭重量比大约为氢与炭重量比大约为氢与炭重量比大约为氢与炭重量比大约为1:3;1:3;b.b.氢发热量为氢发热量为氢发热量为氢发热量为125.6MJ/kg125.6MJ/kg，炭发热量为炭发热量为炭发热量为炭发热量为33.7MJ/kg33.7MJ/kg氢的发热量是炭发热量的氢的发热量是炭发
15、热量的氢的发热量是炭发热量的氢的发热量是炭发热量的3.73.7倍；倍；倍；倍；结论：结论：结论：结论： 在在在在CHCH4 4中，氢对天然气热值的贡献大于炭。中，氢对天然气热值的贡献大于炭。中，氢对天然气热值的贡献大于炭。中，氢对天然气热值的贡献大于炭。天然气是低炭燃料。（见下表）天然气是低炭燃料。（见下表）天然气是低炭燃料。（见下表）天然气是低炭燃料。（见下表）例： 陕北天然气成分 （）CHCH4 4 C C2 2HH6 6 CC3 3HH8 8 CC4 4HH1010 HH2 2S S N N2 2 9595. .949494940.90750.9075 0.13670.13672.006
16、22.0062 0.00021.00.00021.0冷凝式锅炉n n将排烟温度降到足够低，以使烟气中的水蒸气将排烟温度降到足够低，以使烟气中的水蒸气将排烟温度降到足够低，以使烟气中的水蒸气将排烟温度降到足够低，以使烟气中的水蒸气凝结下来，凝结水的汽化潜热得以回收利用，凝结下来，凝结水的汽化潜热得以回收利用，凝结下来，凝结水的汽化潜热得以回收利用，凝结下来，凝结水的汽化潜热得以回收利用，甚至按低位发热量甚至按低位发热量甚至按低位发热量甚至按低位发热量QQnetnet，v v为基准计算的热效率为基准计算的热效率为基准计算的热效率为基准计算的热效率可能达到或超过可能达到或超过可能达到或超过可能达到或
17、超过100%100%的锅炉称为冷凝式锅炉。的锅炉称为冷凝式锅炉。的锅炉称为冷凝式锅炉。的锅炉称为冷凝式锅炉。n n根据陕北天然气的定量计算可得，每凝结根据陕北天然气的定量计算可得，每凝结根据陕北天然气的定量计算可得，每凝结根据陕北天然气的定量计算可得，每凝结10%10%的水，锅炉热效率可提高约的水，锅炉热效率可提高约的水，锅炉热效率可提高约的水，锅炉热效率可提高约1.2%1.2%。n n冷凝式锅炉分为接触式和非接触式两种冷凝式锅炉分为接触式和非接触式两种冷凝式锅炉分为接触式和非接触式两种冷凝式锅炉分为接触式和非接触式两种n n冷凝式锅炉的腐蚀问题及其对策冷凝式锅炉的腐蚀问题及其对策冷凝式锅炉的
18、腐蚀问题及其对策冷凝式锅炉的腐蚀问题及其对策2.2 余热利用2.2.1余热资源余热资源2.2.2余热利用方式余热利用方式2.2.3热管和热泵技术热管和热泵技术2.2.4热能的贮存系统热能的贮存系统2.2.1 余热资源n n余热资源属于二次能源。余热资源属于二次能源。n n衡量余热资源不仅要看数量，还要看质量。衡量余热资源不仅要看数量，还要看质量。n n按余热温度范围可分：高温余热（按余热温度范围可分：高温余热（500）；）；中温余热（中温余热（250500）；低温余热）；低温余热（250）2.2.2余热利用方式n n直接利用直接利用（1）预热空气或煤气）预热空气或煤气（2）预热或干燥物料）预热
19、或干燥物料（3）生产蒸汽或热水）生产蒸汽或热水（3）余热制冷，作为吸收式制冷机的热源）余热制冷，作为吸收式制冷机的热源n n余热发电余热发电（1）利用余热锅炉产生蒸汽，按凝汽式机组循）利用余热锅炉产生蒸汽，按凝汽式机组循环或背压式供热机组循环发电环或背压式供热机组循环发电（2）以高温余热作为燃气轮机工质的热源）以高温余热作为燃气轮机工质的热源（3）采用低沸点工质回收中低温余热）采用低沸点工质回收中低温余热2.2.3热管技术1热管热管2.热管换热系数热管换热系数热管换热器n n钢水热管的特点：很高的传热能力；很强钢水热管的特点：很高的传热能力；很强的热流密度变换能力；传热效率高；工作的热流密度变
20、换能力；传热效率高；工作可靠等。可靠等。n n余热回收中的应用举例：余热回收中的应用举例：（1）热管开水器）热管开水器（2）热管空气预热器或热管省煤器）热管空气预热器或热管省煤器n n分离式热管换热器分离式热管换热器 返回返回返回返回2.2.4 热能的贮存系统n n对蒸汽能量进行贮存的设备称为蓄热器。实用的蓄热对蒸汽能量进行贮存的设备称为蓄热器。实用的蓄热对蒸汽能量进行贮存的设备称为蓄热器。实用的蓄热对蒸汽能量进行贮存的设备称为蓄热器。实用的蓄热器是以热水作为载热体，将热能贮存在高压饱和热水器是以热水作为载热体，将热能贮存在高压饱和热水器是以热水作为载热体，将热能贮存在高压饱和热水器是以热水作
21、为载热体，将热能贮存在高压饱和热水中，然后利用降压闪蒸产生蒸汽。中，然后利用降压闪蒸产生蒸汽。中，然后利用降压闪蒸产生蒸汽。中，然后利用降压闪蒸产生蒸汽。n n变压式蓄热器：工作压力变压式蓄热器：工作压力变压式蓄热器：工作压力变压式蓄热器：工作压力0.50.52.0MPa2.0MPa；工作温度工作温度工作温度工作温度200200300300n n针对许多工业部门（例如造纸、印染、食品、化工、针对许多工业部门（例如造纸、印染、食品、化工、针对许多工业部门（例如造纸、印染、食品、化工、针对许多工业部门（例如造纸、印染、食品、化工、橡胶等）的用汽设备对蒸汽的需用量往往是不均衡的，橡胶等）的用汽设备对
22、蒸汽的需用量往往是不均衡的，橡胶等）的用汽设备对蒸汽的需用量往往是不均衡的，橡胶等）的用汽设备对蒸汽的需用量往往是不均衡的，波动很大，因此供汽锅炉负荷也会变动，蒸汽压不稳，波动很大，因此供汽锅炉负荷也会变动，蒸汽压不稳，波动很大，因此供汽锅炉负荷也会变动，蒸汽压不稳，波动很大，因此供汽锅炉负荷也会变动，蒸汽压不稳，造成锅炉工况不稳，效率下降，则最适用与采用蓄热造成锅炉工况不稳，效率下降，则最适用与采用蓄热造成锅炉工况不稳，效率下降，则最适用与采用蓄热造成锅炉工况不稳，效率下降，则最适用与采用蓄热器。器。器。器。n n设置蓄热器后，其经济效益的大小是取决于用汽负荷设置蓄热器后，其经济效益的大小是
23、取决于用汽负荷设置蓄热器后，其经济效益的大小是取决于用汽负荷设置蓄热器后，其经济效益的大小是取决于用汽负荷波动的幅度及频繁程度。波动的幅度及频繁程度。波动的幅度及频繁程度。波动的幅度及频繁程度。2.2.蓄冷技术n n意义意义n n冰蓄冷冰蓄冷n n水蓄冷水蓄冷2.2. 载热体加热炉n n优势优势:高温低压，不用水处理；高温低压，不用水处理；n n载热体介质：矿物油，盐；载热体介质：矿物油，盐；n n运行注意点：介质析碳，受热面结焦（例）运行注意点：介质析碳，受热面结焦（例）运行时要监控盘管进出口压差和温度运行时要监控盘管进出口压差和温度.此此外，矿物油要过滤和补充外，矿物油要过滤和补充2.3热
24、电联产和集中供热目的：提高能源利用率，达到目的：提高能源利用率，达到目的：提高能源利用率，达到目的：提高能源利用率，达到COCO2 2减排。减排。减排。减排。n n国家规定国家规定国家规定国家规定5 5万万万万kWkW以下小型火电机组要关闭；但以下小型火电机组要关闭；但以下小型火电机组要关闭；但以下小型火电机组要关闭；但热电联产可以上（只要总效率大于热电联产可以上（只要总效率大于热电联产可以上（只要总效率大于热电联产可以上（只要总效率大于45%45%，热电，热电，热电，热电比比比比大于大于大于大于1 1）。改造或新建可选择）。改造或新建可选择）。改造或新建可选择）。改造或新建可选择CFBCFB
25、锅炉锅炉锅炉锅炉n n 集中供热：可选择大容量高效率的锅炉替代众集中供热：可选择大容量高效率的锅炉替代众集中供热：可选择大容量高效率的锅炉替代众集中供热：可选择大容量高效率的锅炉替代众多低效高污染的小型锅炉。多低效高污染的小型锅炉。多低效高污染的小型锅炉。多低效高污染的小型锅炉。n n在热电联产的建设中，从以燃煤为主的热电厂在热电联产的建设中，从以燃煤为主的热电厂在热电联产的建设中，从以燃煤为主的热电厂在热电联产的建设中，从以燃煤为主的热电厂向燃气的向燃气的向燃气的向燃气的热、电、气三联供热、电、气三联供热、电、气三联供热、电、气三联供热电厂发展；分布式热电厂发展；分布式热电厂发展；分布式热电
26、厂发展；分布式热电冷联产也得到迅猛发展。热电冷联产也得到迅猛发展。热电冷联产也得到迅猛发展。热电冷联产也得到迅猛发展。n n热、电、煤气三联供热、电、煤气三联供热、电、煤气三联供热、电、煤气三联供 （整体煤气化联合循环）（整体煤气化联合循环）（整体煤气化联合循环）（整体煤气化联合循环）2.4 燃气蒸汽联合循环n n燃气燃气燃气燃气蒸汽联合循环利用了燃气侧高温吸热和蒸汽侧蒸汽联合循环利用了燃气侧高温吸热和蒸汽侧蒸汽联合循环利用了燃气侧高温吸热和蒸汽侧蒸汽联合循环利用了燃气侧高温吸热和蒸汽侧低温放热的特点低温放热的特点低温放热的特点低温放热的特点, ,使得联合动力装置的总效率比常规的使得联合动力装
27、置的总效率比常规的使得联合动力装置的总效率比常规的使得联合动力装置的总效率比常规的高参数纯蒸汽动力装置的效率高参数纯蒸汽动力装置的效率高参数纯蒸汽动力装置的效率高参数纯蒸汽动力装置的效率( (最高约为最高约为最高约为最高约为40%)40%)高得多。高得多。高得多。高得多。n n由于联合循环热效率达由于联合循环热效率达由于联合循环热效率达由于联合循环热效率达55%55%和天然气中含有大约和天然气中含有大约和天然气中含有大约和天然气中含有大约25%25%(重量比重量比重量比重量比) )的氢气这两个因素，使得天然气联合循环发电的氢气这两个因素，使得天然气联合循环发电的氢气这两个因素，使得天然气联合循
28、环发电的氢气这两个因素，使得天然气联合循环发电厂单位发电量所产生的温室气体厂单位发电量所产生的温室气体厂单位发电量所产生的温室气体厂单位发电量所产生的温室气体COCO2 2减小了减小了减小了减小了5050。 n n整体煤气化联合循环（整体煤气化联合循环（整体煤气化联合循环（整体煤气化联合循环（IGCC-IntegratedGasificationIGCC-IntegratedGasificationCombinedCycleCombinedCycle）发电系统，是将煤气化技术和高效发电系统，是将煤气化技术和高效发电系统，是将煤气化技术和高效发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动
29、力系统。它由两大部分组的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气成，即煤的气化与净化部分和燃气成，即煤的气化与净化部分和燃气成，即煤的气化与净化部分和燃气- -蒸汽联合循环发电蒸汽联合循环发电蒸汽联合循环发电蒸汽联合循环发电部分。部分。部分。部分。 2.5 分布式能源利用系统1、概述概述2、特点、特点3、分布式区域冷热电联供系统、分布式区域冷热电联供系统 分布式能源利用系统概述n n当前，全世界都在推动第二代能源系统的建设。第二代能源当前，全世界都在推动第二代能源系统的
30、建设。第二代能源当前，全世界都在推动第二代能源系统的建设。第二代能源当前，全世界都在推动第二代能源系统的建设。第二代能源系统具有系统具有系统具有系统具有6 6个方面的主要特征：一是燃料的多元化；二是设个方面的主要特征：一是燃料的多元化；二是设个方面的主要特征：一是燃料的多元化；二是设个方面的主要特征：一是燃料的多元化；二是设备的小型化、微型化；三是冷热电联产化；四是网络化；五备的小型化、微型化；三是冷热电联产化；四是网络化；五备的小型化、微型化；三是冷热电联产化；四是网络化；五备的小型化、微型化；三是冷热电联产化；四是网络化；五是智能控制和信息化管理；六是高标准的环保水平。是智能控制和信息化管
31、理；六是高标准的环保水平。是智能控制和信息化管理；六是高标准的环保水平。是智能控制和信息化管理；六是高标准的环保水平。n n分布式能源系统分布式能源系统分布式能源系统分布式能源系统(DistributedEnergySystem(DistributedEnergySystem，简称简称简称简称DES)DES)是是是是相对于传统的集中式能量系统相对于传统的集中式能量系统相对于传统的集中式能量系统相对于传统的集中式能量系统(ConcentratedEnergy(ConcentratedEnergySystem,System,简称简称简称简称CES)CES)而言的。在这个系统中而言的。在这个系统中而
32、言的。在这个系统中而言的。在这个系统中, ,集合了分布式供电、集合了分布式供电、集合了分布式供电、集合了分布式供电、制冷、采暖、生活卫生水以及其他形式的热能于一体制冷、采暖、生活卫生水以及其他形式的热能于一体制冷、采暖、生活卫生水以及其他形式的热能于一体制冷、采暖、生活卫生水以及其他形式的热能于一体, ,将发将发将发将发电系统以小规模、分散式布置在用户附近电系统以小规模、分散式布置在用户附近电系统以小规模、分散式布置在用户附近电系统以小规模、分散式布置在用户附近, ,可独立地输出电、可独立地输出电、可独立地输出电、可独立地输出电、热和冷能的系统热和冷能的系统热和冷能的系统热和冷能的系统, ,此
33、系统中的主要部分就是分布式供电和冷此系统中的主要部分就是分布式供电和冷此系统中的主要部分就是分布式供电和冷此系统中的主要部分就是分布式供电和冷热电联产系统（热电联产系统（热电联产系统（热电联产系统（ C Coolingooling- -heatingheating- -powerpowerCogenerationCogeneration，简称简称简称简称CCHPCCHP）。）。）。）。同时同时同时同时, ,应用最新的信息化和智能化技术管理和控制应用最新的信息化和智能化技术管理和控制应用最新的信息化和智能化技术管理和控制应用最新的信息化和智能化技术管理和控制系统系统系统系统, ,以实现系统化、智
34、能化、经济最优的目的。以实现系统化、智能化、经济最优的目的。以实现系统化、智能化、经济最优的目的。以实现系统化、智能化、经济最优的目的。n n“ “高参数、大机组、大电网高参数、大机组、大电网高参数、大机组、大电网高参数、大机组、大电网” ”集中式供电将仍然集中式供电将仍然集中式供电将仍然集中式供电将仍然长期是我国电力发展的主要方向，小微型分布式长期是我国电力发展的主要方向，小微型分布式长期是我国电力发展的主要方向，小微型分布式长期是我国电力发展的主要方向，小微型分布式电源是集中式电源系统的重要补充。它增加了电电源是集中式电源系统的重要补充。它增加了电电源是集中式电源系统的重要补充。它增加了电
35、电源是集中式电源系统的重要补充。它增加了电网的质量和可靠性。网的质量和可靠性。网的质量和可靠性。网的质量和可靠性。n n 小小小小型型型型或或或或微微微微型型型型燃燃燃燃气气气气轮轮轮轮机机机机CCHPCCHP分分分分布布布布式式式式电电电电源源源源总总总总能能能能效效效效高高高高；总总总总投投投投资资资资（含含含含输输输输变变变变电电电电设设设设备备备备等等等等）与与与与大大大大型型型型集集集集中中中中式式式式电电电电源源源源相相相相当当当当或或或或略略略略低低低低；燃燃燃燃机机机机性性性性能能能能好好好好，运运运运行行行行可可可可靠靠靠靠，大大大大修修修修期期期期长长长长；具有很好的经济性
36、。具有很好的经济性。具有很好的经济性。具有很好的经济性。 n n天然气是比轻柴油还要洁净、低炭的优质燃料，且天然气是比轻柴油还要洁净、低炭的优质燃料，且天然气是比轻柴油还要洁净、低炭的优质燃料，且天然气是比轻柴油还要洁净、低炭的优质燃料，且可比价格与轻柴油相当，通过综合梯级利用可获得可比价格与轻柴油相当，通过综合梯级利用可获得可比价格与轻柴油相当，通过综合梯级利用可获得可比价格与轻柴油相当，通过综合梯级利用可获得更高经济效益。小型或微小型更高经济效益。小型或微小型更高经济效益。小型或微小型更高经济效益。小型或微小型燃气轮机燃气轮机燃气轮机燃气轮机CCHPCCHP分布分布分布分布式电源系统正是天
37、然气利用的最好模式之一。式电源系统正是天然气利用的最好模式之一。式电源系统正是天然气利用的最好模式之一。式电源系统正是天然气利用的最好模式之一。n n欧美国家小微型燃气轮机产品成熟，性能好；与同欧美国家小微型燃气轮机产品成熟，性能好；与同欧美国家小微型燃气轮机产品成熟，性能好；与同欧美国家小微型燃气轮机产品成熟，性能好；与同容量柴油机分布式电源相比，小微型燃气轮机分布容量柴油机分布式电源相比，小微型燃气轮机分布容量柴油机分布式电源相比，小微型燃气轮机分布容量柴油机分布式电源相比，小微型燃气轮机分布式电源还具有结构紧凑、运行可靠性高、低噪音、式电源还具有结构紧凑、运行可靠性高、低噪音、式电源还具
38、有结构紧凑、运行可靠性高、低噪音、式电源还具有结构紧凑、运行可靠性高、低噪音、低振动等多方面优势。它是分布式电源的首选主机。低振动等多方面优势。它是分布式电源的首选主机。低振动等多方面优势。它是分布式电源的首选主机。低振动等多方面优势。它是分布式电源的首选主机。n n冷热电联产冷热电联产冷热电联产冷热电联产(CCHP)(CCHP)是一种建立在能量梯级利用是一种建立在能量梯级利用概念基础上概念基础上, ,通过能量梯级利用原理通过能量梯级利用原理, ,使锅炉使锅炉( (或其他热工设备或其他热工设备) )产生的具有高品位的热能蒸产生的具有高品位的热能蒸汽通过汽轮机发电汽通过汽轮机发电, ,同时冬季利
39、用燃汽轮机抽同时冬季利用燃汽轮机抽汽或排汽向用户供热汽或排汽向用户供热, ,夏季利用吸收式制冷机夏季利用吸收式制冷机向用户供冷以及全年提供卫生热水或其它用途向用户供冷以及全年提供卫生热水或其它用途的热能的一体化多联产系统的热能的一体化多联产系统 。n n冷热电联产系统冷热电联产系统冷热电联产系统冷热电联产系统是以下系统的集成是以下系统的集成: :发电设备、发电设备、热工系统、锅炉或蓄热系统、通风热工系统、锅炉或蓄热系统、通风/ /室内空气室内空气品质系统以及建筑控制和系统集成技术。品质系统以及建筑控制和系统集成技术。 发展CCHP系统的优点(1)(1)发展发展发展发展CCHPCCHP系统有助于
40、提高能源利用率系统有助于提高能源利用率系统有助于提高能源利用率系统有助于提高能源利用率CCHPCCHP系统可大幅度提高能源利用率系统可大幅度提高能源利用率系统可大幅度提高能源利用率系统可大幅度提高能源利用率, ,其能其能其能其能源综合利用率可达到源综合利用率可达到源综合利用率可达到源综合利用率可达到80%80%90%90%。 (2)(2)发展发展发展发展CCHPCCHP系统有助于环境的保护系统有助于环境的保护系统有助于环境的保护系统有助于环境的保护CCHPCCHP系统系统系统系统COCO2 2排放仅为传统能源系统的排放仅为传统能源系统的排放仅为传统能源系统的排放仅为传统能源系统的30%30%5
41、0%50%。 (3)(3)发展发展发展发展CCHPCCHP系统有助于缓解电力高峰负荷系统有助于缓解电力高峰负荷系统有助于缓解电力高峰负荷系统有助于缓解电力高峰负荷(4)(4)发展发展发展发展CCHPCCHP系统可以提高供电安全性系统可以提高供电安全性系统可以提高供电安全性系统可以提高供电安全性分布式区域冷热电联供系统n n分布式区域冷热电联供系统的功能与传统冷热电联供相同，分布式区域冷热电联供系统的功能与传统冷热电联供相同，分布式区域冷热电联供系统的功能与传统冷热电联供相同，分布式区域冷热电联供系统的功能与传统冷热电联供相同，均可向周边区域提供冷、热和电力，但由于其相对独立，因均可向周边区域提
42、供冷、热和电力，但由于其相对独立，因均可向周边区域提供冷、热和电力，但由于其相对独立，因均可向周边区域提供冷、热和电力，但由于其相对独立，因此又称为此又称为此又称为此又称为“ “能源岛系统能源岛系统能源岛系统能源岛系统” ”（简称（简称（简称（简称“ “能源岛能源岛能源岛能源岛” ”）。在能源岛中，）。在能源岛中，）。在能源岛中，）。在能源岛中，发电系统以小规模（数千瓦至数兆瓦），分散布置的方式建发电系统以小规模（数千瓦至数兆瓦），分散布置的方式建发电系统以小规模（数千瓦至数兆瓦），分散布置的方式建发电系统以小规模（数千瓦至数兆瓦），分散布置的方式建在用户附近，独立地输出电、热或冷。在用户附近
43、，独立地输出电、热或冷。在用户附近，独立地输出电、热或冷。在用户附近，独立地输出电、热或冷。n n天然气能源岛系统的核心是天然气能源岛系统的核心是天然气能源岛系统的核心是天然气能源岛系统的核心是热电转换装置热电转换装置热电转换装置热电转换装置与热冷转换装置，与热冷转换装置，与热冷转换装置，与热冷转换装置，就我国现有的技术条件看，关键技术在于小型或微型的热电就我国现有的技术条件看，关键技术在于小型或微型的热电就我国现有的技术条件看，关键技术在于小型或微型的热电就我国现有的技术条件看，关键技术在于小型或微型的热电转换装置。如前所述，国际上现已投入商业化运用的能源岛。转换装置。如前所述，国际上现已投
44、入商业化运用的能源岛。转换装置。如前所述，国际上现已投入商业化运用的能源岛。转换装置。如前所述，国际上现已投入商业化运用的能源岛。 微型燃气轮机CCHP经济性分析 相同热功率相同热功率Bowman TG80Bowman TG80型微型燃机型微型燃机CHPCHP与燃气锅炉比较与燃气锅炉比较设设备备项项目目BowmanTG80型微型燃机型微型燃机燃气锅炉燃气锅炉前置循环前置循环回热循环回热循环提供热功率提供热功率kW420150420设备供暖面积设备供暖面积m2840030008400设备利用小时设备利用小时h650065006500年供热收入年供热收入元元/年年451,526.72161,259
45、.54451,526.72燃机发电效率燃机发电效率%14260燃机发电量燃机发电量kW80800发电系统净出力发电系统净出力kW72.976.20年供电收入年供电收入(电价以电价以0.52元元/kWh)246,402.00元元/年年257,556.00元元/年年0天然气消耗量天然气消耗量m3/h59.031.848.17年燃料费用年燃料费用(天然气价按天然气价按1.4元元/m3)536,900.00元元/年年289,380.00元元/年年438,381.65千瓦运行费千瓦运行费元元/kW0.050.050运行维护费运行维护费元元/年年23,692.5024,765.0025,000.00收收益
46、益元元/年年137,336.22104,670.54-11,854.93(亏亏)千瓦造价千瓦造价元元/kW6,972.005,162.60/设备投资回收周期设备投资回收周期年年4.063.95-2.6 建筑节能1、我国建筑能耗现状2、我国建筑节能工作现状3、建筑节能技术我国建筑能耗现状n n我国建筑能耗高首先体现在耗量大。我国建筑能耗高首先体现在耗量大。年前我国建筑能耗总量达年前我国建筑能耗总量达亿吨亿吨亿吨亿吨标准煤，标准煤，占全社会总能耗的占全社会总能耗的。n n建筑能耗高的另一个原因是能效低。整个供热建筑能耗高的另一个原因是能效低。整个供热系统综合效率远低于发达国家系统综合效率远低于发达
47、国家的水平。的水平。公共建筑中央空调系统的综合运行效率也较低。公共建筑中央空调系统的综合运行效率也较低。特别是我国建筑围护结构保温隔热性能普遍较特别是我国建筑围护结构保温隔热性能普遍较差，与气候条件接近的发达国家相关指标对比，差，与气候条件接近的发达国家相关指标对比，我国建筑外墙、屋顶、门窗传热系数和空气渗我国建筑外墙、屋顶、门窗传热系数和空气渗透率要高出几倍。透率要高出几倍。 我国建筑节能工作现状n n目前我国的建筑节能工作主要围绕提高建筑物围护结构的保温隔热性能和提高供热制冷系统效率两个方面展开。 n n近几年又在太阳能、风能、地热、生物质能等新能源和可再生能源的利用方面开展了一些工作。
48、建筑节能技术n n围护结构节能成套技术围护结构节能成套技术围护结构节能成套技术围护结构节能成套技术重点发展适用于不重点发展适用于不同气候条件的各种节能墙体、屋顶以及门窗，同气候条件的各种节能墙体、屋顶以及门窗，特别是外墙外保温技术和高效节能窗技术，包特别是外墙外保温技术和高效节能窗技术，包括用粘贴、钉挂、浇入和涂抹等方法固定高效括用粘贴、钉挂、浇入和涂抹等方法固定高效保温材料的多种外墙外保温技术，以及采用中保温材料的多种外墙外保温技术，以及采用中空密封玻璃、低发射率玻璃、充惰性气体玻璃空密封玻璃、低发射率玻璃、充惰性气体玻璃以及断桥合金窗框、复合塑料窗框和活动外遮以及断桥合金窗框、复合塑料窗框
49、和活动外遮阳帘等多种节能窗技术。开发各种新型高效节阳帘等多种节能窗技术。开发各种新型高效节能墙体材料、保温隔热材料和高性能能墙体材料、保温隔热材料和高性能 建筑玻建筑玻璃及其应用技术。璃及其应用技术。 2.7 清洁、高效新型燃料n n清洁燃料型二甲醚清洁燃料型二甲醚n n甲醇及醇醚燃料甲醇及醇醚燃料 清洁燃料型二甲醚n n二甲醚简称二甲醚简称DME(DimethyEther),DME在常温常压下为无色无味气体。因其良好的理化性质,可广泛地应用于化工、日化、医药和制冷等行业。近几年更因其燃烧性能好、清洁、辛烷值高、动力性能好污染少等特性,用于车用替代燃料,具有天然气、甲醇、丙烷、丁烷、柴油等不可
50、比拟的综合优势。甲醇及醇醚燃料n n甲醇及醇醚燃原料来源丰富，有害排放物少，机动好，正甲醇及醇醚燃原料来源丰富，有害排放物少，机动好，正在逐步进入现有的车用燃料市场。在逐步进入现有的车用燃料市场。n n甲醇可由合成气合成，煤炭、石油、天然气、沼气、生物甲醇可由合成气合成，煤炭、石油、天然气、沼气、生物质等均可转化为合成气，因此，甲醇原料来源十分广泛。质等均可转化为合成气，因此，甲醇原料来源十分广泛。甲醇可由甲醇可由 2 2 2 2 合成，在使用时，又可利用发动机合成，在使用时，又可利用发动机余热重整为余热重整为2 2 2 2 。利用核能或太阳能，二氧化碳。利用核能或太阳能，二氧化碳和氢气合成为
51、甲醇，在发动机中，甲醇先重整为二氧化碳和氢气合成为甲醇，在发动机中，甲醇先重整为二氧化碳和氢气，氢气可以作为发动机的燃料。和氢气，氢气可以作为发动机的燃料。 n n甲醇的抗爆震性能好，其辛烷值超过甲醇的抗爆震性能好，其辛烷值超过110110，甲醇可以部分地，甲醇可以部分地代替芳烃作为汽油的辛烷值增进剂，从而降低汽油中芳烃代替芳烃作为汽油的辛烷值增进剂，从而降低汽油中芳烃的含量。的含量。3. 可再生能源3.1太阳能太阳能3.2地热能地热能3.3海洋能海洋能3.4沼气沼气太阳能及其利用方式n n目前对太阳能的利用主要是通过两条途径: 光热利用和光电利用光热利用和光电利用。 n n光热利用光热利用包
52、括太阳能热水器和热水工程以及太阳能的吸附式制冷等。 n n光电利用光电利用现阶段主要是直接利用,即采用太阳能电池进行光电的直接转换。n n利用太阳能加热工质,驱动热力机械循环做功发电,是太阳能光电转换的第二种方式。 地热能利用方式n n直接利用温泉或热水井的热水供温室或供暖用直接利用温泉或热水井的热水供温室或供暖用直接利用温泉或热水井的热水供温室或供暖用直接利用温泉或热水井的热水供温室或供暖用n n建立地热电站转换成电能建立地热电站转换成电能建立地热电站转换成电能建立地热电站转换成电能 （1 1）利用干燥的过热蒸汽和高温水发电）利用干燥的过热蒸汽和高温水发电）利用干燥的过热蒸汽和高温水发电）利
53、用干燥的过热蒸汽和高温水发电 （2 2）利用中等温度（）利用中等温度（）利用中等温度（）利用中等温度（100100）水通过双流体循）水通过双流体循）水通过双流体循）水通过双流体循环发电设备发电环发电设备发电环发电设备发电环发电设备发电 3.3 海洋能n n海洋能海洋能海洋能海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在于海洋之波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在于海洋之中。中。n n海水温差能海水温差能海水温差能海水温差能是
54、热能，低纬度的海面水温较高，与深层是热能，低纬度的海面水温较高，与深层冷水存在温度差，而储存着温差热能，其能量与温差冷水存在温度差，而储存着温差热能，其能量与温差的大小和水量成正比。的大小和水量成正比。n n潮汐、潮流，海流、波浪能潮汐、潮流，海流、波浪能潮汐、潮流，海流、波浪能潮汐、潮流，海流、波浪能都是机械能都是机械能。 4. 辨别节能技术中的伪科学4.14.1依据依据依据依据: :能量守恒与转换定律能量守恒与转换定律能量守恒与转换定律能量守恒与转换定律; ;物质不灭定律物质不灭定律物质不灭定律物质不灭定律; ;4.24.2例子例子例子例子: :1)1)纳米油或纳米油添加剂可大大提高效率纳
55、米油或纳米油添加剂可大大提高效率纳米油或纳米油添加剂可大大提高效率纳米油或纳米油添加剂可大大提高效率油的发热量是其分子中油的发热量是其分子中油的发热量是其分子中油的发热量是其分子中C C和和和和HH完全燃烧放出来完全燃烧放出来完全燃烧放出来完全燃烧放出来的，是可以精确算出的。现代燃烧器燃烬率已很的，是可以精确算出的。现代燃烧器燃烬率已很的，是可以精确算出的。现代燃烧器燃烬率已很的，是可以精确算出的。现代燃烧器燃烬率已很高，额外热量哪里来！？高，额外热量哪里来！？高，额外热量哪里来！？高，额外热量哪里来！？纳米：纳米：纳米：纳米：1nm=101nm=10 99m,m,是原子或分子级大小，加入是原
56、子或分子级大小，加入是原子或分子级大小，加入是原子或分子级大小，加入后能源使单位发热量提高吗？后能源使单位发热量提高吗？后能源使单位发热量提高吗？后能源使单位发热量提高吗？2） 关于重油掺水燃烧技术 200号重油,掺水率率8.1%,燃烧效率提高0.257%(已扣除0.484%水蒸气热损失)，不可能提高15%之类的谎言。 掺水后有719mg/Nm3焦碳粒子被进一步燃烬,使烟尘排放改善。详见文献详见文献: : 俞建洪俞建洪, ,W.SmitW.Smit, , 劣质重油掺水燃烧工业性实验劣质重油掺水燃烧工业性实验研究研究, ,工业锅炉工业锅炉,1998(3),1998(3)3） 重油添加剂添加少量轻
57、油，可大大降低重油黏添加少量轻油，可大大降低重油黏度，提高雾化质量。如前所述，可使燃烧度，提高雾化质量。如前所述，可使燃烧效率略有提高，但不可能有大大提高。效率略有提高，但不可能有大大提高。(见下图见下图)5. 总结5.1节能的意义节能的意义n n降低成本降低成本n n合理利用资源，可减缓能源耗竭速度合理利用资源，可减缓能源耗竭速度n n降低污染物排放，利于环境保护降低污染物排放，利于环境保护n n降低温室气体排放降低温室气体排放我国CO2排放的严峻形势n n化石燃料（煤，石油和天然气）的消费是化石燃料（煤，石油和天然气）的消费是COCO2 2最主要的排放最主要的排放源，它占我国源，它占我国C
58、OCO2 2排放总量的排放总量的95%95% 。19901990年排放量为年排放量为20.5320.53亿吨亿吨亿吨亿吨，占世界，占世界10%10% 。n n我国经济快速发展，我国经济快速发展，20102010年将是年将是19901990年的年的5 5倍，那时要消倍，那时要消费费2020亿吨亿吨亿吨亿吨标准煤，即使采取比标准煤，即使采取比8080年代更大的节能力度，年代更大的节能力度，COCO2 2排放量也将达排放量也将达47.2247.22亿吨亿吨亿吨亿吨。n n20102010至至20202020年期间我国年期间我国COCO2 2排放总量将超过美国，成为世排放总量将超过美国，成为世界第一排
59、放大国。界第一排放大国。 5.2厦门市企业节能的几点看法n n提高设备能效仍然有潜力；提高设备能效仍然有潜力；提高设备能效仍然有潜力；提高设备能效仍然有潜力；n n天然气是优质洁净低碳燃料天然气是优质洁净低碳燃料天然气是优质洁净低碳燃料天然气是优质洁净低碳燃料 。可以试点燃气轮。可以试点燃气轮。可以试点燃气轮。可以试点燃气轮机的分布式电源；此外，充分利用燃烧天然气机的分布式电源；此外，充分利用燃烧天然气机的分布式电源；此外，充分利用燃烧天然气机的分布式电源；此外，充分利用燃烧天然气排烟中水蒸气汽化潜热（冷凝式锅炉或换热器）排烟中水蒸气汽化潜热（冷凝式锅炉或换热器）排烟中水蒸气汽化潜热（冷凝式锅
60、炉或换热器）排烟中水蒸气汽化潜热（冷凝式锅炉或换热器）也十分重要。这可把能效明显提高，使供热成也十分重要。这可把能效明显提高，使供热成也十分重要。这可把能效明显提高，使供热成也十分重要。这可把能效明显提高，使供热成本降低，得到用户欢迎。本降低，得到用户欢迎。本降低，得到用户欢迎。本降低，得到用户欢迎。n nCFBCFB锅炉是洁净燃烧设备，是热电联产和集中锅炉是洁净燃烧设备，是热电联产和集中锅炉是洁净燃烧设备，是热电联产和集中锅炉是洁净燃烧设备，是热电联产和集中供热的好炉型，有发展前景。供热的好炉型，有发展前景。供热的好炉型，有发展前景。供热的好炉型，有发展前景。n n厦门市热企业的余热资源多为中低温余厦门市热企业的余热资源多为中低温余热，可采用热管或热泵技术回收余热，热，可采用热管或热泵技术回收余热，提高能效。提高能效。n n厦门太阳能、地热能、沼气厦门太阳能、地热能、沼气、风能等可、风能等可再生能源丰富，应大力发展其高效利用再生能源丰富，应大力发展其高效利用技术。技术。n n提高管理水平和运行人员素质。提高管理水平和运行人员素质。
