节能原理与方法 节能技术讲座.ppt

3.节能原理与方法 3.1 热力学第一定律分析法 3.2 热力学第二定律分析法 3.3 热经济学 3.4 用能的本质认识 3.5 节能方法 掌握节能原理 科学找出节能潜力与部位 制定节能措施的指导原则 规划长短期节能目标 不掌握节能原理 提出不恰当的节能指标 制定出不合理的节能决策 批准不合理的节能方案 3.1 第一定律分析法 热力学第一定律即能量守恒定律：能量是物质运动的量度，当任何一种形式的能量被转移或转化为另一种形式的能量时，数量不变。 该分析法得到了广泛应用，它主要是用热效率的高低来估计节能潜力，热效率越高说明节能潜力越大。 能量平衡工作正是基于这一定律，把能量的来龙去脉搞清楚，确定多少能量被利用，多少能量损失掉。 优点：简单直观，容易理解和掌握，运用得当对节能工作能起到重要作用。 缺点：由于它所依据的仅是能量数量上的守恒性，在挖掘节能潜力时有较大的局限性和不合理性。 3.2 第二定律分析法 20世纪50年代以后，热力学第二定律的理论开始在节能实践中广泛应用。它的表述方法很多，其中之一是：当任何一种形式的能量被转移或转化为另一种形式的能量时，其品位只可能降低或改变，绝不可能提高。这样能量在数量的守恒性和质量上的贬值性，就构成了能量的全面本性。 现代节能原理是同时依据热力学第一、第二定律，并通过直观实用的方式，来体现能的全面本性，由此建立的节能理论和方法，称为第二定律分析法。这种方法有两大类，熵分析法和火用分析法。由于熵分析法比较抽象，不能评价能量的使用价值，且本身也不是一种能量，现在已被火用分析法取代。 火用分析法认为：能量=火用+火无 火用是这样一种能，在给定环境的作用下，可以完全连续地转化为任何一种其它形式的能量，而火无是一种不可能转化的能量形式。 火用主要是针对热提出的，即热量中最大能转化为功的部分。 采用火用分析法，能从本质上找出能量损失。 3.3 热经济学 20世纪60年代以来，在节能领域产生了将火用分析法与经济因素及优化理论有机结合的热经济学，即除了研究体系与自然环境之间的相互作用外，还要研究一个体系内部的经济参量与环境经济参量之间的相互作用。 一般来说，第一定律和第二定律分析法，在方案比较中仅能给出一个参考方向，而不能得出具体结论。而热经济学分析法可以直接给出结果，这种方法特别适用于解决大型、复杂的能量系统分析、设计和优化。 3.4 用能的本质认识 按能量的作功能力，将其分为三大类： 高级能量：理论上可以完全转化为功的能量，如机械功、电能、 水能等； 低级能量：理论上不能全部转化为功的能量，主要是热能； 僵态能量：完全不能转化为功的能量。 可逆过程是热力学中的一种理想过程，在这个过程中，如为机械运动则没有摩擦阻力，如为传热过程则没有温差，如对常减压蒸馏装置，如达到可逆过程，其能耗就可能仅为2~3的程度。因此可以看出：真正的可逆过程是不存在的，事实上，自然界的任何过程都不是可逆过程。节能工作就是要在现有的经济合理条件下，接近可逆过程。 用能的本质： 大部分能量是过客； 能量是完成过程中不发生化学变化的“催化剂”； 能量是完成过程的推动力。 3.5 节能方法 （1）使用用能量小的先进工艺过程和高效设备； （2）减少过程。由于凡有过程，就有不可逆性，因此应尽可能减少过程，减少不可逆性。如装置之间的热进出料；从整个系统的角度使用能量，抓住优化匹配的机会，减少不可逆性。 （3）多次使用能量。如对传热过程，就是要减少传热温差，目前的经济传热平均温差（不包括加热炉）已经达到达20～30℃ ，随着强化传热技术的发展，传热系数提高后，经济传热过程可能进一步减小。炼油过程中，最常见最典型的过程为传热过程，各个装置均有大量的换热器。凡是传热温差很大或较大的地方，也即是用不合理的地方。 （4）高级高用，低能低用。 烧开水的例子 将100kg水从15 ℃ 加热到100 ℃ ，需能量8500kcal，按数量折为0.85kg标油。 （1）用电加热 ：2.5kg标油； （2）LPG加热： 1kg标油； （3）用燃料发生中压蒸汽，通过凝汽机的排汽加热：0.7kg标油。此时，所需的一次能源已小于水本身升温所需的热量0.85kg标油。 能量多次使用的例子 如有八个物理过程，分别从起始温度加热至终止温度后，即需将热量排掉，每个过程的需热量为10kg标油。 （1）1200~14