热能转换与利用资料课件.ppt
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1、1/43M.A. Khalighi一、概述一、概述 能源分类能源分类一次能源二次能源再生资源非可再生资源蒸汽、电能、石油、液化气等能源结构能源结构生产结构:是指各种能源的生产量在这整个能源工业总产量中所占比重。消费结构:是指国民经济各部分所消费的各种能源量占能源总消费量的比重。 通过对能源结构的分析,可以使我们从能源生产和消费的平衡关系中,看出能源结构的特点和结构是否合理,以及能源有效利用情况。通过分析能源结构的变化,还可以预测能源能源发展方向、趋势。为今后确定能源发展方向,规划能源生产提供依据。能源有效利用程度指标能源有效利用程度指标单位能耗=该产品总耗能量产品总产量能源利用率有效利用的能量
2、能源消费量能源主要形式:能源主要形式:热能作用作用2/43M.A. Khalighi工业企业中的热能利用工业企业中的热能利用钢铁企业购入的能源钢铁企业购入的能源重油天然气电力煤炭洗精煤:占50%。用于炼焦无烟煤:用于烧结和高炉喷吹动力煤:自备电厂发电、工业锅炉、蒸汽机其它窑炉占总能耗的70%能耗指标能耗指标工序能耗=耗能量/产品产量整个企业能耗耗能量=购入量库存量变化外销量3/43M.A. Khalighi吨钢综合能耗吨钢综合能耗=耗能量/钢产量良锭量+良连铸坯量+良铸钢水量钢铁企业的能源利用与节能途径:增加产量、提高生产率、改进生产工艺过程、提高设备效率、改善能源管理、加强余热余热回收80%
3、以上是燃料的热能消耗余热余热:属于二次能源,凡是具有一定温度的排气、排液和高温待冷却的物料所包含的 热能、衡量余热不仅要看它的数量、还要看它的质量(火用)利用途径直接利用预热空气或煤气预热或干燥物料生产蒸汽或热水或制冷供热泵用对不能直接利用的低温余热,可以将它作为热泵系统的低温热源,通过热泵提高其温度水平,然后加以利用。动力回收余热发电1)利用余热锅炉首先产生蒸汽,再通过汽轮发电机组,按凝气循环或被压供热循环发电。2)以高温余热作为燃气轮机工质的热源经加热的工质推动汽轮机做功。在带动压力机工作的同时,带动发电机发电。3)采用低沸点工质回收中低温余热产生的蒸汽按郎肯循环再透平中膨胀做功,带动发电
4、机发电。4/43M.A. Khalighi余热回收原则余热回收原则:(1)回收效率尽可能高 (2)回收成本尽可能低、或投资回收期尽可能短 (3)适应负荷变化的能力强 高温 气体:200C以上液体:80C以上固体: 500C以上(固体一般只回收高温大量)余热回收优先顺序余热回收优先顺序:1、气体高温大量 2、气体高温小量 3、液体高温大量 4、固体高温大 5、气体低温大量 6、液体高温小量 7、气体低温小量 8、液体低温大量 9、液体低温小量各种余热回收基本途径各种余热回收基本途径:气体余热烟气空气余热器内部循环炉子排气热风直接利用热重新利用水蒸气热泵蒸气重新利用冷却水液体余热冷凝水间接冷却水直
5、接冷却水冷凝水回收有机热媒体冷却汽化冷却热水热水蒸气蒸汽热水、蒸气、冷水热泵锅炉给水直接利用或发电空调5/43M.A. Khalighi产品、副产品显热固体余热余热锅炉蒸气直接利用或发电热媒副产气体化学潜热燃烧回收重新利用利用热燃料工艺余压余压能燃气透平电力利用高炉炉顶气压能的回收 气体通过透平绝热膨胀时,具有的最大做功能力为进口与出口火用之差即 Wmax=(h1-h2)-T0(S1-S2t)=h1-h2t 如果把高炉视为理想气体,则 Wmax=h1-h2t=CP(T1-T2t) 对绝热膨胀过程,实际对外作的功仍可根据进出口的实际焓值计算。因此,实际作出的功 可表示为 W=(h1-h2t)n,
6、T 6/43M.A. Khalighi工业炉烟气余热回收系统1、工业炉烟气焓值的计算 Hy=VytyCy=Bhy hy= VntyCy Hy为工业炉烟气焓值 Vy为烟气量 ty为烟气温度 Cy为烟气平均定压比热 B为工业炉燃料消耗量 hy为单位燃料的烟气焓 Vn为单位燃料产生的烟气量2、工业炉烟气余热回收量 Qyr=(Hy-H2y)sr=Hyyr =VyCy(ty-t2y)sr Hy、H2y为烟气进、出余热设备的总焓 sr为回收设备的散热损失系数 yr为余热设备的热效率,即余热的回收率 ty、t2y为进、出余热回收设备时的温度3、工业炉烟气余热回收方法 回收工业炉烟气余热的最简单、最有效的方法
7、是设置预热器。助燃空气或燃料将热量带回到炉内,起到直接节约燃料的目的(1)预热器的燃料节约率 B0Ql=Qx+Qs+Bo VntyCy B0为工业炉在未设置预热器时的燃料消耗量 Ql为燃料低发热量 Bo= Qx+QsQl- VntyCyQx为有效利用的热量为Qs为散热等损失为Vn为单位燃料的烟气量为 ty为出炉膛的烟气温度7/43M.A. Khalighi 在设置预热器后,设预热器回收的热量为Qr ,此时的燃料消耗量为B,则热平衡关系是 B(Ql+ Qr)= Qx+ -Qs+ BVntyCy B=Qx+ QsQl+ Qr -VntyCy设置预热器后燃料节约量为B=B0-B=B0QrQl+ Qr
8、 -VntyCy燃料的节约率为Sf= BB0 由此可见,空气预热温度越高,节约燃料效果越显著;发热量低的燃料采用空气预热效果比发热量高时要显著(2)燃料转化率 采用预热器节约的燃料量将超过预热器回收热量相当的燃料量。这是因为预热空气或煤气返回到炉内的 热量,可在炉内得到充分地有效利用,没有再变成废气的显热而从炉内排出。而向炉内投入同样热量的 燃料时,随着燃料量增加,相应地烟气量也增加,一部分热被烟气带走,只有一部分在炉内被有效利用 预热器节约的燃料发热量与回收的热量之比称为燃料转换率,用表示,则 =(Bo-B) QlBQr=Qx+QsBo Ql=QlQl-VntyCy燃料的发热量越低,炉尾烟气
9、温度越高,空气系数越大时,采用预热器回收热量的燃料转换率越高。8/43M.A. Khalighi余热锅炉蒸汽利用系统分析余热锅炉回收的热量为:QKL=D(hq-hs)3600实际可提供给热用户的热量Q为: Q=x QKL余热锅炉代替供热锅炉可节约的燃料量为x供热系统热效率 g供热锅炉的效率B1=3600Q70004.186g燃料转换率为= B1 70004.186QKL3600=x g 余热锅炉回收热量的燃料转换率也是大于1.但是,由于锅炉比加热炉的效率要高,所以,它的转化率低于采用预热器时的转换率。同时,锅炉一般可采用质量较低的燃料,而加热炉需用优质燃料,所以,它们替代的燃料质量也不同。这些
10、理由进一步说明了为什么要优先考虑采用预热器回收工业余热的原因。当蒸汽的热用户有限,余热锅炉产生的蒸汽有富裕时,可以考虑将蒸汽用来发电,或供给被压汽轮机,在发电的同时进行供热。余热蒸汽经凝汽式汽轮机组所能发出的电量为: N=D(hq-h2t)n,Tjd36009/43M.A. Khalighi如果凝气式电站的总效率为n,d,则余热蒸汽发电替代凝气式电站发电所能节约的燃料为:B2=3600N70004.186 n,d燃料转换率为2=B2 70004.186QKL=NQKL n,d冷却介质余热回收系统 在冶金生产过程中,多数是在高温下进行。处在高温下的金属构件、高温产品均需进行冷却。最常用的冷却介质
11、是水。此外,还可用空气惰性气体或有机介质。冷却介质带走的热可以分别采用适当的方式和系统再加以回收利用。工业炉金属构件的冷却一般是采用冷却水。 气化冷却的优点: (1)节约冷却水消耗量 (2)提高了冷却水能级 (3)延长了水冷构件的寿命干熄焦余热回收系统 由焦炉推出的炽热的焦炭产品,温度在1000C左右。需要迅速冷却熄焦,以免热焦被空气氧化。通常用水作为冷却介质,喷淋水气化后,蒸汽夹带粉尘扩散到大气,不但余热没有回收,还污染了环境。最有效的方法是用惰性气体作为冷却介质,将热焦炭在密封的熄焦塔内进行冷却,被加热的气体再作为余热锅炉的热源,用来生产蒸汽。 干熄焦装置的节能效果显著,但设备的初投资费高
12、,约占焦化厂的14%,其中一半是热力设施费用。回收的蒸汽所节省的能源费,约在10年内可补偿投资。此外,干熄焦可改善环境,提高焦炭质量,从而降低冶炼焦比,起到间接的节能效果。因此,干熄焦是一项有发展前途的节能措施。10/43M.A. Khalighi热媒式余热回收系统 在烟气的余热回收中,也有采用一种液态化学物质作为传递热量的中间介质,叫做“热媒”。高温废气流经一高温换热器,热媒在这里起到冷却介质的作用。它吸热后温度升高,用泵将它供至低温换热器。热媒起到供热介质的做用,将热传给另一种受热流体。热媒本身不断循环,只起到携带和传递热量的作用。采用热媒方式传热,虽然要经过2次传热过程,会增加冷热流体间
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