供熱設(shè)備與節(jié)能技術(shù)

1、供熱設(shè)備與節(jié)能技術(shù)俞建洪集美大學(xué),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),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,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

2、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)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題，是能量在質(zhì)上的特性。所謂能的質(zhì)量是指能的品

3、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(gè)特性。,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),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

4、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）。,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

5、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 ;,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 + q

6、4 + 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７０％；　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(shí)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；　

7、　　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(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 ?！?) 用節(jié)能爐排片。（已制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）,,２.1.2 循環(huán)流化床（CFB）鍋爐,概述 　

8、　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： 1) 設(shè)計(jì)時(shí)選擇合適的

9、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)。,2.1.3 油、氣鍋爐,傳統(tǒng)的油、氣爐為三回程濕背爐?！　　　?duì)于油爐：由于先進(jìn)的燃燒器和成熟的本體設(shè)計(jì)，柴

10、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(duì)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)

11、,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１000mm　H2O 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。

12、,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)

13、； （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CH

14、4，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 .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(duì)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

15、 0.1367 2.0062 0.0002 1.0,2.2.4 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(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

16、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，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(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）,,2.2 熱電聯(lián)產(chǎn)和集中

17、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)獾臒帷㈦?、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)狻羝?lián)合循環(huán),燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)

18、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-Integrated Gasification Combined Cycle）發(fā)電系統(tǒng)，是將煤氣化技術(shù)和

19、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。,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(jiǎn)稱DES)，又稱第二代能源系統(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

20、；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。,,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

21、，簡(jiǎn)稱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。,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)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

22、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)。,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 CCH

23、P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

24、想辦法),1) 降低漏風(fēng)（即降低q2）一個(gè)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(shí)著火延長燃燒時(shí)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(duì)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

25、排煙溫度通常超過200 -250ºC要考慮余熱回收?！∫陨弦乐故軣崦娴蜏馗g。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

26、高效率 　油的發(fā)熱量是其分子中C和H完全燃燒放出來的，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(jí)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(hào)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/Nm

27、3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?！　　　　　　≈赜吞砑由倭康驼扯容p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?！　　∵@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),

28、4.1 節(jié)能的意義降低成本合理利用資源，可減緩能源耗竭速度降低污染物排放，利于環(huán)境保護(hù)降低溫室氣體排放,4.2 廈門市企業(yè)節(jié)能的幾點(diǎn)看法,提高設(shè)備能效仍然有潛力，提高管理人員素質(zhì)和管理運(yùn)行水平是進(jìn)一步提高能效的關(guān)鍵。液化天然氣（LNG）是優(yōu)質(zhì)潔凈低碳燃料 。使用燃?xì)忮仩t時(shí)，可利用其排煙中水蒸氣汽化潛熱。CFB鍋爐是潔凈燃燒設(shè)備，是熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱的好爐型。,廈門市熱企業(yè)的余熱資源多為中低溫余熱，可通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，考