节能技术关于热能部分第一节 概述第二节工程热力学一一能量质量的节能第三节关于量的节能理论第四节节能的实施一一关于技改第五节节能的实施一一关于优化运行第六节 结束语第一节 概述一 .节能是一门科学“国家节约能源法”新草案关于节能的定义是：“加强管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以 承受的措 施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗，减少损失，制止浪费，更加有效、 合理的利用能源”。（1970年世界能源委员会） 什么样是可行，什么样是合理， 什么样是可承受，好像需要一个定量的尺度、限度。我国老一代最德高望重的科学家严济慈老先生在上世纪六十年代说过：“所费多于所当费；所得少于所可得 就是浪费。”这句话揭示了节能的本质问题，“当费”和“可得”点明了节能需要定 性和定量的内涵，一一这就是节能这门学科的核心。能源是万物运动的动力之源， 因此这句话，甚至可以说是指明了：（节约能源这个）事物发展的方向和人类（依 赖于能源）活动可能的范围。节能技术是一门科学，有它完整的理论和规律，是研究能源利用完善程 度的定性和定量分析的一个学科。认为面对各行各业而无能为力的观点、对能源的浪费熟视无睹的状态、 或者伪科学一一都是不对的。二 .节能的范畴和方向节能的内涵，可以这样划分：1 .从范畴分：有广义节能和狭义节能。广义节能，包括所有材料的节约， 因为任何一种材料也都以消耗一定数量的能源而取得的；本课题是指“节能技 术”，称为狭义节能，仅指各种能源、能量的节约，也包含材料制造过程中的 能 源、能量的节约。2 .能而称为量，就有数量和质量之分：显然需要节约能量的数量和质量， 只有这两方面都节约了才能称为能量的利用完善了。 严济慈老先生的“所费多于 所当费”，就是指数量的节能；而“所得少于所可得”，就是指质量的节能一一这 就从本质上指明了完善的、全面的、而且是定量的节能方向。三 . 节能技术的理论体系理论是指导节能工作的基础：节约能的 质量 可得必得，是宏观节能， 是 系统节能。理论基础是：“工程热力学”。节约能的 数量 当费则费 ，是微观节能，主要是设备节能。理论基础是： “传热理论”、 “燃烧理论”、 “传质 （干燥）理论”及其基础理论（物理学、流体力学等） ；还有“工质特性理论”、 “热机原理”等。其中，工质是以地球上最易取得、无害的水和空气为主的物质特性理论；热机主要是指，汽油机、柴油机、汽轮机等，以热学、机械学、流体力学相结合的理论，本文重点介绍前三个基础理论。、二注意：1. 把节能和热学、 热力学紧密相连， 是因为热学、 热力学不仅只阐明了热能作为一种能源的本身的特性；而且自始至终，贯穿于热学的发展全过程，无论在深度和广度上，都紧扣能源节约这个核心，甚至还有斗争；这门学科既古老，又因为节能成为人类关注的焦点而生机勃勃，不紧跟甚至会很快会落伍，催人奋进。很有意义。2. 称为理论， 但一点也不抽象， 它无时不刻地在指导和影响着我们周边的生产、工作和生活。本文就以日常所见的生产、工作、生活为例，揭示节能的理论系统，展开课题，抛砖引玉，共同探讨深入。第二节 工程热力学一一能量质量的节能世界是运动的，运动就必然需要有推动力。热而称为力，显然，热力学在某种意义上来说，是揭示自然界运动的规律、揭示事物发展的方向和揭示人 类活动可能范围的一门科学。热力学的核心由热力学第零、第一、第二和第三四 大定律组成。一.热力学第一定律1 .热力学第一定律是在18世纪，瓦特发明蒸汽机后，人类发现自身可 以有这么大的创造力，于是各种发明、创造风起云涌，其中包括占比例不小的各 类永动机。大量的现象、问题放在科学家面前需要解释、需要正确引导；需要说 明什么是功？什么是能？如何转换？有什么关系？于是热力学第一定律，即能量转换和守恒定律应运而生。热力学第一定律可以用一个很简单的公式表达：功二常数X热量即 W=A Q它说明：功和热都是能量；能量必有它的由来，必然由其他能量转换而来；能量可以互相转换， 转换前后是相等的，也就是说转换前后是平衡的；不同能量间的转换，只需乘上 一个经理论和大量试验证明的系数， 就可以相互换算，这个系数称为当量值。式 中常数A就是功的当量值一一功热当量。第一定律指明了：第一类永动机，即不需要输入能量，就能连续作功 或能连续产生某种能量，及其它伪科学的不可能性。2 .热力学第一定律还可写为：输入能量=输出有用能量+损失能量说明任何一个过程（从单台设备，到一个系统，一个企业，一个地域）在取得有效部分的同时，也必然伴随 有某种能量或功的损耗，寻找这些损耗，就是节能和节能工作；效率=输出有用能量/输入能量;能量的多次转换：总效率=效率1X效率2X效率3X；研究这些等式的方法，就是热平衡和能量平衡方法一一提高转换效 率的方法，或者减少损失的方法。尽可能提高有用能量和尽可能减少损失能量 就是节能一一热力学第一定律指明了节约能量数量的方向。3 .应用举例：各种设备、系统、企业的热平衡和能平衡工作。越是大型设备越有可能做得更完善， 转换效率越高。如集中供热、煤 气化、坑口电站、大型发电站等。各种能量可以互相转换，转换过程也都存在效率问题：如：火力发电 、三峡水电站，核电站；其他新能源一一风力发电、潮汐发电、太阳能发电、 垃圾发电等等。关于能源资源的节约：世界上的一切能源的来源都是太阳能，因此必 须关心不可再生能源和可再生能源问题。太阳能转化矿物质能不可再生能 源，诸如：煤炭、石油等，这是多少万年太阳能的积累。燃烧这些能源后产生二 氧化碳，排入大气后，还造成温室效应，威胁人类的生存条件，必须限制和制定 世界的公约；太阳能转化为生物质能一一可再生能源，即生物质能源，如：作物 秸秆、其他植物等，绿色植物生长过程中要吸收二氧化碳， 因此国际社会公认燃 用生物质能源作为二氧化碳的零排放。可见节能和减排之间的关系密不可分。当然环境科学，又是一门专门的 学科，不能一一。可见热力学第一定律在这发面建立了不可磨灭的功勋。二.热力学第二定律热力学第一定律没有进一步说明：能量的自生不可能，还有些那些不可能？热能里的“温度”这一重要概念为什么没有出现，没有被描述;能量有转换方向吗？高温到低温，低温到高温；热能到电能，电能到热能都可逆吗？功和热能完全等同描述吗？功转变为热能，或热能变为热能的过程，可以用热力学第一定律的效率来描述； 那么热能转变为功， 用热力学第一定律的效率来描述， 为什么往往不如人意？有序运动可方便的转变为分子无序的热运动，反之可以自由进行吗？从瓦特发明热能到机械能的蒸汽机，推动了第一次工业革命；这时电和它的机理， 电和磁的关系也正在被很多科学家孜孜不倦、 前赴后继地揭示出来，电加入到能量的大家庭， 电能几乎无所不能。 赶快发电吧， 但发电又是一个怎么样的能量的转换过程呢？效率又可以多少呢？人类又将进入一个新的时代， 当然又有大量问题摆在了人们面前。技术发展的需要和人类认识的深入，产生了热力学第二定律：1. 开尔文 描述： “不能制造出只与单一温度热源交换热量，对外作功，又不引起其它变化的热力发动机” 。即仅从单一温度热源取得热量，就可以不断做功， 热可以完全转化为功， 是不可能的； 必须同时还要向另一个低温热源排出一部分热量，才可以取得功。即热能转换为功（机械能） ，存在另一个转换效率问题。2. 克劳修斯 描述： “热不可能从低温物体传向高温物体，而不引起其它任何变化” 。即，要使低温物体转变为高温物体，必须另外加入能量。第二定律需要定量，这就是卡诺循环及其效率的计算指明热转化为功的最高可能性：4=1-T低/T高举例：火焰温度T1=1200 可产生的蒸汽温度T2=200（1.6MPa）环境温度 T3=30 充分利用火焰（ 1200） :=1- (30+273) / ( 1200+273) =79.4 而如果利用蒸汽(200 C):4=1- (30+273) / (200+27=35.9 %效率相差这样大，指明了另一个 节能潜力的方向和最高可能性。E IJ 如有运行于如下参数的发电厂:压力MPa温度C卡诺4锅炉4汽机4发电、厂用电 4发电41.018033.185808018.03.534050.688838330.710.054062.790858540.7发电“=卡诺T X锅炉7 X汽机4X电厂”锅炉、汽机、发电厂厂用电部分，实际上是人们平时关注的重点。明显仅是节约的一部分，这是第一定律的范畴，但并非是节能的全部；而卡诺循环 效率所揭示的是节能的另外一个大部份。可见：第一定律指明了从能源的下游 节约，量的节约一一“所费多于所当费” 的问题；而第二定律指明了从能源的源头 节约，质的节约一一“所得少于所可得” 的问题。第二定律指明了：1 .超卡诺循环效率“不可能、第二类永动机不可能、所得多于所可得 不可能；2 .能量转换不仅有数量问题，还有方向性问题、品位问题，数量不能 体现能量转换的全部，也就是说能量还具有有 质量问题。能量取得的难易程度、 消耗能源资源的多少和它的功能、 功用代表了能量的品位和质量。 电能、机械能 比热能品位高；温度愈高的热能，愈可以获得更多的高品位的电能、机械能，因 此也质量愈高；品位问题也揭示了能源利用完善性的另一面 。温度越高，卡诺循环效 率越高，利用越多，即可得的越多。集中供热比小锅炉效益高；热电联供效益更 高，利用了高端能量，白白回收了电能；热电联供也是参数越高越好；联合循环 发电效率更高。这里说大型化，又 高参数化，才获益越大。而一种新的理念，甚至称为是第二代能源系统，即分布式能源系统。它 是以燃气（或其它新能源）、燃气-蒸汽联合循环、热电冷联供为核心的小型系统。 关键是：大小型，对于燃气系统（或其它新能源）效率相差不大，接近负荷又减 少了损失，这两者抵消；而联供的效益远高得多，所以被推崇。燃煤则有粉碎问 题、除尘问题等，还是一定的大型化为好。3 .按第一定律计算的是当量热值，反映能量的数量；反映能量质量的 是被第二定律所决定的等价热值，它反映的是能量取得的难易程度，是能源的品 位，是对于能源资源的消耗量的计量。如：电1kwh=3600kj二电加热放出的热量（这是当量值），而取得1kwh电， 发电厂效率3040%需10550kj ,即0.360kg标煤的热量，才产生1度电，这 就是电的等价值； 而如有蒸汽3600kj （这是当量值）,锅炉效率8090%需 4500kj的热量的煤才能产生，即0.15kg标煤，这是蒸汽的等价值。上述计算，显然不能说锅炉效率高于发电厂效率的2倍；同时，可以看到等价值是折算到能源消耗的计算，电的等价值高，功能也远非蒸汽所可比，此品位高一一等价值揭示了能量的品位本质一一揭示能耗与国家资源的关系，节能对于国家资源的责任；统计部门用当量值，是为了避免重复计算，这是两回事。4 .从统计学看：热能是分子的无序运动，而电能是原子的有序运动。从有序到无序很容易，而从无序到有序不容易。有序性代表能源等级。可见普遍意义上讲：第一定律的热平衡已不能作为评价能量利用完善性的可比尺度。5 .第二定律和卡诺循环的进一步推导，可以更完善各种过程的关于能 量质量的：质量的转换、质量的损失、质量 转换的效率的计算。这就是