現(xiàn)代節(jié)能原理

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 能源簡況 1
1.1.1 世界化石能源探明儲量 1
1.1.2 中國能源簡況 1
1.2 能量與能源 2
1.2.1 能量 2
1.2.2 能源 3
1.3 節(jié)能工作要點 4
1.3.1 管理節(jié)能 4
1.3.2 規(guī)劃與設(shè)計節(jié)能 5
1.4 能效評價體系及評價基準 8
1.4.1 節(jié)能的理論限度 8
1.4.2 能源利用的分析決策與評價基準 8
1.4.3 建立統(tǒng)一化能源利用評價體系的重要性和緊迫性 9
第2章 熱力學(xué)基礎(chǔ)知識 12
2.1 熱力狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù) 12
2.1.1 狀態(tài)參數(shù)的類型與性質(zhì) 13
2.1.2 熱力學(xué)第零定律 15
2.1.3 熱力學(xué)第一定律——能量守恒定律 15
2.1.4 內(nèi)能等其他狀態(tài)參數(shù) 16
2.1.5 狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系——熱力學(xué)一般關(guān)系式 17
2.1.6 比熱容 18
2.1.7 狀態(tài)參數(shù)的計算 19
2.2 理想氣體及其熱力學(xué)性質(zhì) 20
2.2.1 理想氣體狀態(tài)方程 20
2.2.2 理想氣體的內(nèi)能和焓 20
2.2.3 理想氣體熵 21
2.2.4 理想氣體比熱容及計算 21
2.2.5 理想氣體混合物的熱力學(xué)性質(zhì) 22
2.3 濕空氣及其熱力學(xué)性質(zhì) 25
2.4 熱力學(xué)參考環(huán)境與狀態(tài)參數(shù) 27
2.4.1 環(huán)境、參考環(huán)境及其熱力學(xué)特性 27
2.4.2 物理和化學(xué) 29
2.4.3 工質(zhì)的圖示 32
2.5 熱力過程 34
2.5.1 功的定義及其熱力學(xué)意義 34
2.5.2 熱力過程 35
2.5.3 熱力過程的功量 38
2.5.4 熱力過程的熱量 39
2.5.5 熱力過程的熱量 39
2.5.6 理想氣體熱力過程 40
2.6 熱力循環(huán) 41
2.6.1 卡諾循環(huán) 41
2.6.2 蘭金循環(huán) 43
2.6.3 布雷頓循環(huán)及聯(lián)合循環(huán) 44
2.6.4 斯特林循環(huán) 46
2.7 化學(xué)反應(yīng)過程 47
2.7.1 化學(xué)反應(yīng)的表示方法 47
2.7.2 化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)分析 48
2.7.3 蓋斯定律 51
2.7.4 絕熱燃燒溫度 51
2.8 化學(xué)勢 52
2.8.1 吉布斯函數(shù)與化學(xué)勢 52
2.8.2 化學(xué)勢的定義 53
2.8.3 化學(xué)勢的計算 55
2.9 熱力學(xué)分析方法簡介 59
2.9.1 熱力學(xué)第一定律分析 59
2.9.2 分析方法 60
2.9.3 熵平衡方法 61
2.9.4 熵產(chǎn)與不可逆損失的關(guān)系 62
第3章 能源利用的單耗分析理論 63
3.1 能源利用與轉(zhuǎn)化的化學(xué)背景 63
3.2 能源利用的單耗分析方法 63
3.2.1 能源利用的單耗分析模型 63
3.2.2 能源利用的第二定律效率 65
3.3 理論節(jié)能潛力與現(xiàn)實節(jié)能潛力 67
3.4 一般化節(jié)能量計算方法 68
3.5 燃料分析與能源利用效率評價 69
3.5.1 燃料分析的經(jīng)典方法 69
3.5.2 能源利用系統(tǒng)效率評價及存在的主要問題 72
3.5.3 燃料的化學(xué)的確定 74
3.5.4 能源利用系統(tǒng)總熵產(chǎn)及能源利用第二定律效率 76
3.5.5 燃料的化學(xué)分析產(chǎn)生的余差 77
3.5.6 能源利用第二定律效率正反平衡核算示例 79
3.6 耗能產(chǎn)品的比及其理論最低燃料單耗 81
3.6.1 電的比及其理論最低燃料單耗 81
3.6.2 供熱產(chǎn)品的比及其理論最低燃料單耗 81
3.6.3 物質(zhì)性產(chǎn)品的比及其理論最低燃料單耗 82
3.7 能源利用單耗分析示例 83
第4章 典型不可逆過程的熱力學(xué)分析 85
4.1 有限溫差傳熱過程的不可逆性分析 85
4.1.1 有限溫差傳熱過程的分析 85
4.1.2 有限溫差傳熱過程的熵分析 87
4.2 節(jié)流過程的不可逆性分析 88
4.2.1 定焓過程的熱力學(xué)實質(zhì) 88
4.2.2 節(jié)流過程的熵產(chǎn)計算 90
4.3 余熱排放及散熱損失的不可逆性分析 90
4.3.1 余熱排放的不可逆性分析 90
4.3.2 散熱損失的不可逆性分析 92
4.4 實際傳熱過程的不可逆性分析 93
4.4.1 流動阻尼的影響 93
4.4.2 流動阻尼和散熱損失的共同影響 95
4.5 考慮散熱損失的節(jié)流過程 96
4.6 摩擦與擾動的不可逆性分析 98
4.7 擴散現(xiàn)象的不可逆性分析 98
4.8 壓縮與膨脹過程的不可逆性分析 100
4.8.1 壓縮過程的不可逆性分析 100
4.8.2 膨脹過程的不可逆性分析 102
4.9 流體混合動量傳遞過程的不可逆性分析 102
4.10 化學(xué)過程的第二定律分析 105
4.10.1 化學(xué)功與燃料電池 105
4.10.2 等溫等壓化學(xué)反應(yīng)過程的不可逆性分析 106
4.10.3 絕熱燃燒過程的熵產(chǎn) 108
4.11 非平衡熱力學(xué)過程的解析與節(jié)能對策 109
第5章 能效評價基準及統(tǒng)一化能源利用指標體系 112
5.1 能源利用的評價原則 112
5.2 終端產(chǎn)品燃料單耗的統(tǒng)一化計算方法 114
5.2.1 火電機組的供電燃料單耗 114
5.2.2 基準電、電網(wǎng)網(wǎng)損與電網(wǎng)平均供電燃料單耗 114
5.2.3 耗電產(chǎn)品的燃料單耗 115
5.2.4 聯(lián)產(chǎn)型產(chǎn)品生產(chǎn)的燃料單耗 116
5.2.5 直燃型產(chǎn)品生產(chǎn)的燃料單耗 118
5.2.6 熱網(wǎng)網(wǎng)損問題 119
5.3 基于終端產(chǎn)品生產(chǎn)的節(jié)能評價方法 119
5.3.1 發(fā)電技術(shù)的節(jié)能評價 119
5.3.2 終端產(chǎn)品生產(chǎn)的節(jié)能評價 120
5.3.3 輸配系統(tǒng)及其節(jié)能評價 120
5.4 供熱成本與熱價問題 121
5.5 能源利用之環(huán)境影響評價方法 122
5.5.1 發(fā)電設(shè)備的污染物排放強度指標 122
5.5.2 電驅(qū)動設(shè)備的污染物排放強度指標 122
5.5.3 聯(lián)產(chǎn)型設(shè)備的污染物排放強度指標 123
5.5.4 直燃型設(shè)備的污染物排放強度指標 123
5.6 能效評價的基準問題 124
5.6.1 能源利用的三個層面與評價基準 124
5.6.2 熱電聯(lián)產(chǎn)機組的節(jié)能條件 124
5.6.3 能效評價基準的特性與選擇 125
5.6.4 熱電聯(lián)產(chǎn)機組節(jié)能評價案例 126
第6章 燃煤火電機組的單耗分析 129
6.1 火電機組的供電燃料單耗構(gòu)成分析方法 129
6.1.1 火電機組的平衡式 129
6.1.2 燃料比 129
6.1.3 不可逆損失導(dǎo)致的附加煤耗 129
6.1.4 不可逆損失導(dǎo)致的附加煤耗率 129
6.1.5 發(fā)、供電理論最低燃料單耗 130
6.1.6 機組供電燃料單耗及構(gòu)成 130
6.2 火電機組主要性能指標 130
6.2.1 鍋爐熱負荷 130
6.2.2 鍋爐熱效率 130
6.2.3 熱量的比及其理論最低燃料單耗 131
6.2.4 鍋爐的第二定律效率 131
6.2.5 汽輪機熱力系統(tǒng)的循環(huán)吸熱量 132
6.2.6 汽輪機熱力系統(tǒng)的循環(huán)熱效率 132
6.2.7 汽輪機熱力系統(tǒng)的內(nèi)功率 132
6.2.8 汽輪機熱力系統(tǒng)的循環(huán)吸熱平均溫度 132
6.2.9 機爐管道系統(tǒng)的第二定律效率 133
6.2.10 汽輪機熱力系統(tǒng)的第二定律效率 134
6.2.11 機組的機械損耗和機械效率 134
6.2.12 發(fā)電機的電機損耗和電機效率 134
6.2.13 機組發(fā)電煤耗率(發(fā)電燃料單耗) 134
6.2.14 機組發(fā)電效率 135
6.2.15 機組廠用電量和廠用電率 135
6.2.16 機組供電效率 135
6.2.17 機組供電煤耗率(供電燃料單耗) 135
6.2.18 機組供電效率 135
6.3 火電機組供電燃料單耗(供電煤耗率)構(gòu)成分析 136
6.3.1 鍋爐系統(tǒng)熵產(chǎn)分析 136
6.3.2 汽輪機熱力系統(tǒng)熵產(chǎn)分析 143
6.3.3 機爐管道系統(tǒng)熵產(chǎn)分析 147
6.3.4 機械損耗造成的熵產(chǎn) 148
6.3.5 電機損耗造成的熵產(chǎn) 148
6.3.6 廠用電造成的熵產(chǎn) 148
6.3.7 機組總熵產(chǎn) 149
6.4 火電機組單耗分析案例 149
6.4.1 1000MW超超臨界機組概況 149
6.4.2 鍋爐系統(tǒng)熱平衡分析 151
6.4.3 汽輪機熱力系統(tǒng)熱平衡分析 157
6.4.4 機組的第二定律分析 163
6.4.5 機組的單耗分析 167
6.4.6 不同壓力等級火電機組單耗分析 169
6.4.7 鍋爐各受熱面熱(煤)耗分攤及分析 170
6.4.8 鍋爐傳遞特性 174
6.5 鍋爐省煤器的問題及三管制鍋爐概念的提出 178
6.5.1 鍋爐尾部熱力學(xué)問題分析 178
6.5.2 省煤器概念的問題 180
6.5.3 三管制鍋爐概念的提出 182
6.5.4 熱風(fēng)溫度的設(shè)計選取問題 184
第7章 余熱資源價值的定量分析方法 188
7.1 引言 188
7.2 余熱資源的熱力學(xué)定量分析方法 188
7.2.1 基于熱力學(xué)第一定律的定量分析方法 188
7.2.2 基于熱力學(xué)第二定律的定量分析方法 189
7.3 余熱回收利用節(jié)煤量的定量計算方法及評價 191
7.3.1 基于熱力學(xué)第一定律的方法及評價 191
7.3.2 基于熱力學(xué)第二定律的方法及評價 191
7.4 余熱發(fā)電效率 192
7.5 案例分析 193
7.5.1 燃氣輪機排氣余熱資源的熱力學(xué)分析 193
7.5.2 水泥窯爐煙氣余熱資源的熱力學(xué)分析 193
7.5.3 電廠鍋爐煙氣余熱資源的熱力學(xué)分析 194
7.5.4 余熱發(fā)電的節(jié)能評述 194
7.5.5 鍋爐煙氣余熱引入電廠熱力系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性分析 195
7.5.6 實際案例 200
7.6 結(jié)論與建議 201
第8章 制冷及其單耗分析 203
8.1 制冷過程的基礎(chǔ)熱力學(xué)分析 203
8.1.1 制冷過程及其分析 203
8.1.2 制冷傳熱過程的不可逆損失分析 204
8.1.3 制冷產(chǎn)品及其理論最低燃料單耗 205
8.2 壓縮式制冷系統(tǒng)的單耗分析 208
8.2.1 實際壓縮式制冷循環(huán)的熵產(chǎn)分析 208
8.2.2 壓縮式制冷系統(tǒng)的平衡及效率 213
8.2.3 壓縮式制冷系統(tǒng)耗電量所攜帶的不可逆損失及熵產(chǎn) 214
8.2.4 壓縮式制冷系統(tǒng)的燃料單耗構(gòu)成分析 215
8.2.5 案例分析 216
8.3 直燃型吸收式制冷系統(tǒng)的單耗分析 224
8.3.1 吸收式制冷循環(huán) 224
8.3.2 吸收式制冷循環(huán)的熵產(chǎn)分析 226
8.3.3 吸收式制冷系統(tǒng)的平衡分析 229
8.3.4 直燃型吸收式制冷系統(tǒng)的燃料單耗構(gòu)成分析 230
8.3.5 直燃型吸收式制冷