第二部分-能源有效利用的分析方法.pdf

第二篇第二篇能源有效利用与分析能源有效利用与分析能源的有效利用能源的有效利用通常能源的有效利用是指消耗同样的能源获得较多的收益通常能源的有效利用是指消耗同样的能源获得较多的收益，或者获得同样的效益，消耗较少的能源。，或者获得同样的效益，消耗较少的能源。能量有效利用的分析评价方法能量有效利用的分析评价方法（3 3种）种）1 1、热平衡法；热平衡法；2 2、平衡法；平衡法；3 3、总能系统总能系统热平衡及平衡结果的表示方法热平衡及平衡结果的表示方法1.热流图；热流图；2.能流图；能流图；3.能源网络图；能源网络图；4.火用火用流图；流图；5.能量平衡表能量平衡表。第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析热平衡分析热平衡分析火用分析火用分析总能系统分析总能系统分析主要内容主要内容第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析热平衡热平衡（能量平衡能量平衡）企业能量平衡企业能量平衡企业能量平衡表企业能量平衡表能流图能流图能源网络图能源网络图第一节第一节 热平衡分析热平衡分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析热平衡热平衡（能量平衡能量平衡）2.12.1 热平衡分析热平衡分析能量平衡法，是按照能量守恒的法则，采用所谓“黑能量平衡法，是按照能量守恒的法则，采用所谓“黑箱方法”，在指定时期内，对能量利用系统输入能量箱方法”，在指定时期内，对能量利用系统输入能量和输出能量在数量上的平衡关系进行考察，以定量分和输出能量在数量上的平衡关系进行考察，以定量分析用能的情况，为提高能量利用水平提供依据；析用能的情况，为提高能量利用水平提供依据；能量平衡既包括一次能源和二次能源所提供的能量，能量平衡既包括一次能源和二次能源所提供的能量，也包括工质和物料所携带的能量，以及在工艺过程、也包括工质和物料所携带的能量，以及在工艺过程、发电、动力、照明、物质输送等能源转换和传输过程发电、动力、照明、物质输送等能源转换和传输过程的各种能量的输入和输出；的各种能量的输入和输出；热平衡热平衡在考察系统的能量平衡时，通过将其他各种形式的能量在考察系统的能量平衡时，通过将其他各种形式的能量（如电能、机械能、辐射能等）都折算成等价热能，并（如电能、机械能、辐射能等）都折算成等价热能，并以热能为基础来进行能量平衡的计算，因此又将能量平以热能为基础来进行能量平衡的计算，因此又将能量平衡称为热平衡。衡称为热平衡。能量平衡能量平衡对于一个有明确边界的系统有：对于一个有明确边界的系统有：输入能量输入能量=输出能量输出能量+体系内能量的变化体系内能量的变化 或或输入能量输入能量=有效利用能量有效利用能量+损失能量损失能量2.12.1 热平衡分析热平衡分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析热平衡热平衡（能量平衡能量平衡）第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析热平衡热平衡（能量平衡能量平衡）热平衡计算法（黑箱法）热平衡计算法（黑箱法）1 1、确定热平衡分析的范围；、确定热平衡分析的范围；2 2、根据热力学第一定律对所、根据热力学第一定律对所选定范围进行热平衡测试；选定范围进行热平衡测试；3 3、不能有漏计、重计和错计；、不能有漏计、重计和错计；4 4、热平衡测试结果用表格或、热平衡测试结果用表格或热流图反映，以便于分析；热流图反映，以便于分析；5 5、分析的重点是各种损失能、分析的重点是各种损失能量的去向、比重，以便采取量的去向、比重，以便采取措施，减小损失。措施，减小损失。2.12.1 热平衡分析热平衡分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析企业能量平衡企业能量平衡能量平衡具体应用在设备和装置时，称为设备的能量平衡。应能量平衡具体应用在设备和装置时，称为设备的能量平衡。应用在车间、企业时则称为企业能量平衡；设备的能量平衡是企业用在车间、企业时则称为企业能量平衡；设备的能量平衡是企业能量平衡的基础能量平衡的基础有时为了考察企业中某一类能源形式的输入、输出关系，还可有时为了考察企业中某一类能源形式的输入、输出关系，还可以有所谓蒸汽平衡、油平衡、电平衡等；以有所谓蒸汽平衡、油平衡、电平衡等；企业能量平衡是提高企业能源管理水平，推动企业节能技术改企业能量平衡是提高企业能源管理水平，推动企业节能技术改造的一项基础性的技术工作；技术指标包括单位能耗、单位综合造的一项基础性的技术工作；技术指标包括单位能耗、单位综合能耗、设备效率和企业能量利用率等。能耗、设备效率和企业能量利用率等。2.12.1 热平衡分析热平衡分析设备效率设备效率a.正平衡法：正平衡法：b.反平衡法：反平衡法：第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析2.12.1 热平衡分析热平衡分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析企业能量平衡表企业能量平衡表能量平衡测试的结果常绘制成表能量平衡测试的结果常绘制成表-能量平衡表；能量平衡表；企业能量平衡表有多种形式，主要有按车间计的能量企业能量平衡表有多种形式，主要有按车间计的能量平衡表、按不同能源计的企业能源平衡表；平衡表、按不同能源计的企业能源平衡表；通过企业能量平衡表可以获得如下信息：通过企业能量平衡表可以获得如下信息：企业的能耗情况企业的能耗情况-能源消耗构成、数量、分布与流向；能源消耗构成、数量、分布与流向；企业的用能水平企业的用能水平-能源利用与损失情况，主要设备和能源利用与损失情况，主要设备和耗能产品的效率等；耗能产品的效率等；企业的节能潜力企业的节能潜力-可回收的余热、余压、余能的种类、可回收的余热、余压、余能的种类、数量、参数等；数量、参数等；企业的节能方向企业的节能方向-主要耗能设备环节和工艺的改进方主要耗能设备环节和工艺的改进方向，余热、余能的利用途径。向，余热、余能的利用途径。2.12.1 热平衡分析热平衡分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析企业能量平衡表企业能量平衡表2.12.1 热平衡分析热平衡分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析企业能量平衡表企业能量平衡表2.12.1 热平衡分析热平衡分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析能流图能流图常用的有热流图、能流图和能源网络图；常用的有热流图、能流图和能源网络图；通过能流图可以形象直观地表示能量的来龙去脉、能通过能流图可以形象直观地表示能量的来龙去脉、能量的分布、利用程度和损失大小；量的分布、利用程度和损失大小；在能流图中应明显地表示各项输入能量、输出能量、在能流图中应明显地表示各项输入能量、输出能量、有效利用能量、损失能量和回收利用的能量；有效利用能量、损失能量和回收利用的能量；各项能量均以供给能的百分数表示，并按一定比例，各项能量均以供给能的百分数表示，并按一定比例，用不同宽度的能流带来表示百分数的大小。用不同宽度的能流带来表示百分数的大小。2.12.1 热平衡分析热平衡分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析能流图能流图2.12.1 热平衡分析热平衡分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析能流图能流图2 2）某炼铁厂的能流图）某炼铁厂的能流图2.12.1 热平衡分析热平衡分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析能源网络图能源网络图是一种能源应用图。按照绘制的规定，将企业的能源是一种能源应用图。按照绘制的规定，将企业的能源系统分为购入储存、加工转换、输送分配、终端利用系统分为购入储存、加工转换、输送分配、终端利用四个环节。有关能源网络图的绘制细节可参看相关的四个环节。有关能源网络图的绘制细节可参看相关的国家标准。国家标准。2.12.1 热平衡分析热平衡分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析2.12.1 热平衡分析热平衡分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析火用分析原理火用分析原理能量平衡只能反映系统的外部损失（如排热、散热等能量平衡只能反映系统的外部损失（如排热、散热等损失），而不能揭示能量转换和利用过程中的内部损损失），而不能揭示能量转换和利用过程中的内部损失（即不可逆损失）。能量平衡不能适用于不同品位失（即不可逆损失）。能量平衡不能适用于不同品位能源同时存在的综合系统。能源同时存在的综合系统。火用分析法是从“质”和“量”两方面来综合评价能火用分析法是从“质”和“量”两方面来综合评价能源系统的新方法源系统的新方法火用分析法的基本原理是以对平衡状态（基准态）的火用分析法的基本原理是以对平衡状态（基准态）的偏离程度作为火用，或者作为做功能力的度量。通常偏离程度作为火用，或者作为做功能力的度量。通常采用周围环境作为基准态。采用周围环境作为基准态。2.22.2 火用分析火用分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析火用的含义及其表达式火用的含义及其表达式2.22.2 火用分析火用分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析火用平衡火用平衡任何不可逆过程都必定会引起火用损失，只有可逆过程任何不可逆过程都必定会引起火用损失，只有可逆过程才没有火用损失才没有火用损失一个实际的系统或过程，各项火用的变化是不满足平衡一个实际的系统或过程，各项火用的变化是不满足平衡关系的，需要附加一项火用损失，才能给一个实际系统或关系的，需要附加一项火用损失，才能给一个实际系统或过程建立火用平衡方程式过程建立火用平衡方程式能源利用中有如下目的：能源利用中有如下目的：获取功获取功-热能转换成机械能（内燃机、蒸汽轮机、燃气热能转换成机械能（内燃机、蒸汽轮机、燃气轮机等）；轮机等）；增加工质的火用增加工质的火用-机械能变成焓（水泵、空气压缩机机械能变成焓（水泵、空气压缩机等）；等）；改变工质的物态，以增加工质的火用改变工质的物态，以增加工质的火用-化学能转变为热化学能转变为热能（锅炉等）。能（锅炉等）。2.22.2 火用分析火用分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析能源被利用过程中（某工艺或能量转换过程中）火用能源被利用过程中（某工艺或能量转换过程中）火用的总损耗有以下三种情况：的总损耗有以下三种情况：（1 1）火用被转移：例如把原料的火用转移到产品上）火用被转移：例如把原料的火用转移到产品上（2 2）火用被消耗：火用被消耗能推动生产或能量转）火用被消耗：火用被消耗能推动生产或能量转化中各种过程的进行，如流体的流动、热量的传递、化中各种过程的进行，如流体的流动、热量的传递、物质的扩散和混合、化学反应所消耗的火用等物质的扩散和混合、化学反应所消耗的火用等（3 3）火用被散失：指未产生实际效益而自发转变为）火用被散失：指未产生实际效益而自发转变为火无，如各种炉窖中燃料的不完全燃烧，锅炉和热机火无，如各种炉窖中燃料的不完全燃烧，锅炉和热机的排烟和排热损失等。的排烟和排热损失等。2.22.2 火用分析火用分析消耗的总火用功工质火用的增加输出火用的目的效率传递的火用由此设备（或过程）来）的传递而得到的火用通过某些设备（或过程入口火用总和出口火用总和火用的传递效率消耗的火用各项火用损耗之和消耗的火用（净）收益的火用火用效率-1第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析2.22.2 火用分析火用分析火用效率是收益火用与消耗火用之比，火用效率是收益火用与消耗火用之比，分为两种：火用的传递效率和火用的目的效率分为两种：火用的传递效率和火用的目的效率对节流阀、齿轮箱、换热器等装置常采用火用的传递效对节流阀、齿轮箱、换热器等装置常采用火用的传递效率；率；通常能源利用中为了达到某种目的时，多采用火用的目通常能源利用中为了达到某种目的时，多采用火用的目的效率的效率火用效率火用效率第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析总能和总能系统总能和总能系统总能是指同时利用能源的数量和质量总能是指同时利用能源的数量和质量总能系统的指导思想是先做功后用热总能系统的指导思想是先做功后用热按质用能，减少由于不可逆过程所引起的损失。如：按质用能，减少由于不可逆过程所引起的损失。如：热、电、冷联供系统，联合循环系统。热、电、冷联供系统，联合循环系统。2.3 2.3 总能系统分析总能系统分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析总能和总能系统总能和总能系统2.3 2.3 总能系统分析总能系统分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析按质用能原则按质用能原则2.3 2.3 总能系统分析总能系统分析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析能量流能量流、物质流物质流、信息流的协同信息流的协同2.3 2.3 总能系统分析总能系统分析2.3 2.3 总能系统分析总能系统分析能量流能量流、物质流物质流、信息流的协同信息流的协同第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析第第二二篇篇能能源源有有效效利利用用与与分分析析能量流能量流、物质流物质流、信息流的协同信息流的协同2.3 2.3 总能系统分析总能系统分析任何一个系统（生态的、自然的、生产过程的、社会的、任何一个系统（生态的、自然的、生产过程的、社会的、市场的），在其内部各个环节之间及与外部环境之间都在市场的），在其内部各个环节之间及与外部环境之间都在不断地进行着物质、能量和信息的交换，在时间上和空间不断地进行着物质、能量和信息的交换，在时间上和空间中形成物质流、能量流和信息流。能量流、物质流和信息中形成物质流、能量流和信息流。能量流、物质流和信息流之间在时间上和空间中的密切和有机的协调，称为协同，流之间在时间上和空间中的密切和有机的协调，称为协同，其相互影响和相互依存的关系，称为协同原理。其相互影响和相互依存的关系，称为协同原理。合理利用能量的原则合理利用能量的原则要求能量系统中能量在数量上保持平衡，在质要求能量系统中能量在数量上保持平衡，在质量上合理匹配。从能量利用经济性指标的角度量上合理匹配。从能量利用经济性指标的角度考虑，就是要尽量使系统的热效率和考虑，就是要尽量使系统的热效率和火火用效率用效率接近接近100%。第二章作业第二章作业1.1.什么是总能系统？举例说明。什么是总能系统？举例说明。2.2.什么是能量流、物质流和信息流的协同原理？什么是能量流、物质流和信息流的协同原理？3.3.合理利用能量的原则是什么？合理利用能量的原则是什么？4.4.能源的有效利用通常指的是什么能源的有效利用通常指的是什么?5.5.对能量有效利用的分析评价方法有哪三类对能量有效利用的分析评价方法有哪三类?热平衡及平衡热平衡及平衡结果的表示方法有哪些？结果的表示方法有哪些？6.6.能量平衡的表达式？能量平衡的表达式？7.7.什么是设备能量平衡？什么是企业能量平衡？什么是设备能量平衡？什么是企业能量平衡？8.8.如何计算设备效率？如何计算设备效率？9.9.什么是火用效率？什么是火用效率？