浙江工业大学节能原理总复习

LOGO节能原理热力系统（火用）分析3节能的概念1工业企业中的热能利用4热回收用换热设备5能源系统工程6节能直接节能间接节能结构节能技术节能工艺节能提高用能设备的能源利用效率，直接减小能耗和能源消费系数。采用新工艺降低产品的有效能耗加强组织管理，减少原材料消耗，提高产品质量，减少间接能耗。调整工业结构和产品构成，发展能耗少的产业，以降低E/M值。=Ex+An自然界的一切过程总是自发的、不可逆的朝着使孤立系熵增加的方向进行。一定形式的能量或一定状态的物质，经过完全可逆的变化过程后，最后达到与环境完全平衡的状态，这个过程中该能量或物质所能做的最大功称为。某种能量在理论上能够可逆的转换为功的最大数量，称为该能量具有的可用能，用Ex表示。本质：是一种能量。所占的比例，称为“能级”，也叫“有效度”。EEx恒温热源的热量Q，具有的能级为：cTTQTTQ001)1(QExQQ等价性是能量中质和量统一的部分，提供了正确评价不同形态的能量价值的统一标尺；相对性以给定的环境为基准，受转换条件（可逆）的影响；非守恒性孤立系的(火用)不可能增加，只可能减少，最多不变。热量(火用)温度(火用)压力(火用)潜热(火用)化学(火用)火用热量是一个过程量，是系统通过边界以传热的形式传递的能量。这部分能量在给定的环境条件下，以可逆的方式所能做出的最大功，称为该热量的Ex。121ct,1TTQW)1(0TTQWEx影响因素：环境温度和热源温度。简言之，热量能转换为功的那部分能量。是工质沿流动方向向前传递的总能量中取决于热力状态的那部分能量，它等于热力学能和推动功的总和。这部分能量在给定的环境条件下，以可逆的方式所能做出的最大功，称为焓火用。对流动工质，焓代表能量；对静止工质，焓不代表能量。大多数热工设备在正常工作时，都可以看作是工质在其内部稳定流动的开口系统。当忽略宏观运动的动能和位能时，工质具有的能量为焓。PVUH的表达式110QWHH021QWQ0210QWWHH能量平衡方程：焓所具有的火用值为：0021maxQHH孤立系熵增原理：0000TQSS)(000SSTHHEx)(000SSTQ焓火用的一般表达式：的计算)(000ssThhexTchpddTchhTTpd00ppRTTcspdddg工质视为理想气体：0g0lnd0ppRTTcssTTp00g0lndd00ppTRTTcTTceTTpTTpxH000ln)(TTcTTTcpp0000ln1)(TTTTTTTcpCP为常数时：0000ln1)(TTTTThh0pp0pp时，0,pxHe时，0,pxHe开口系压力火用相当于工质在稳定流动时由于膨胀做出的机械功；对压力低于环境压力的工质，流入环境状态时必须消耗外功，所以压力火用为负。)(000ssThhex为环境状态下饱和水或饱和水蒸气对应的数值00sh单位质量的物质发生相变所需的热量，记为r相变潜热物质在相变前后的变化潜热12xxxeee)(000ssThhex)()(12012ssThh)1(00TTrTrTr假设混合前各组分气体具有相同的温度和压力，混合后的温度和总压力保持不变，各组分的摩尔数为ni。混合后各组分气体的温度不变，压力（分压力）发生了变化，从而引起压力火用的改变。因而混合后总火用的计算可以采用混合前总火用，加上压力变化引起的火用值之和来计算。niiixiniixmxxRTexe101ln混合是一个不可逆过程，体系的总熵增加，可用能（火用）将减少当成份和组成与环境不同而具有的火用，称为扩散火用niiiixmxxxRTe100ln例：求氧含量为30%的富氧空气（其余为氮气）的火用值0006299.0)7557.07.0ln7.02034.03.0ln3.0(RTRTexm由于与环境存在化学不平衡而具有的火用，称为化学火用在环境状态下，燃料与氧气一起稳定的流经化学反应系统时，以可逆方式转变到完全平衡的环境状态所能做出的最大可用功燃料的化学wQeSQeLQeGdwfgwfgwf2438][975.0][95.0][损失平衡平衡能量平衡能量中的可用能部分的平衡。shwzzgcchhq)()(21)(12212212twhhq)(12wuuq)(12intIEExoutxin外部(火用)损失——未利用内部(火用)损失——不可逆平衡分析步骤初期示范阶段写出损失的表达式，计算损失。第二步第一步第三步首先选取分析的热力系统，写出能量平衡方程。将能量平衡方程中的各项能量改写为的部分，加上损失项，建立平衡方程。混合过程)(000ssThhex)1(0TTQExQ321HHHint321IEEExxx321xxxEEE能量平衡方程：(火用)平衡方程：(火用)损失：xoutxinEEIintQ+Q+ExQ-ExQ000ln)(TTmcTTTmcExppQ燃烧损失燃烧器的能量平衡方程：gafHHHgafHHH单位（1kg）燃料能量平衡方程：ggaafdwhVhVhQ)()()(000ttcVttcVttcQadpggapaafpfdwrxgxaxfIEEE化学(火用)焓(火用)温度(火用)(火用)平衡方程：理论燃烧温度：pggapaafpfdwadcVttcVttcQtt)()(000燃烧火用损失：（燃料和空气均未预热）xggxaaxffreVeVeeI)ln1)((00000TTTTTTTcVsTQadadadpggdw)ln1(0000TTTTTQsTQadaddwdw0000lnTTTTTQsTadaddwggdwhVQ指导意义：选择合适的一次风温和过量空气系数。理论燃烧温度1影响因素：烟气量和预热温度过量空气系数0000lnTTTTTQsTIadaddwr2损失率：一般约为32%，预热温度比过量空气系数的影响明显。温差传热是不可逆过程，产生(火用)损失。换热器中传热损失能量平衡方程：)()(3421hhmhhmQLH（忽略散热）传热分析热流体减少的(火用))(21xxHHeemEx冷流体增加的(火用))(34xxLLeemEx传热的(火用)损失：)]()[()]()[(3403421021ssThhmssThhmLHLHcExExI)(000ssThhex)(0LLHHsmsmTsT0不计换热器的流动阻力时，流体的焓(火用)可视为温度(火用)：0000,ln1)(TTTTThheTxH)()(3421xxLxxHceemeemI34340342121021ln1)(ln1)(LLLLLHHHHHTTTTThhmTTTTThhm212134340ln1ln1HHHHLLLLTTTTTTTTQT)11(0HLTTQT传热计算分析（火用）效率：能量转换系统或设备，在进行转换的过程中，被利用或收益的（火用）与支付或消费的（火用）之比分析步骤2评判指标3分析目的1（1）定量计算能量的各项收支、利用及损失情况（2）通过计算效率，确定能量转换的效果和有效利用的程度（3）分析能量损失的部位和原因,提出节能措施pgeExEx1122outininoutpgeExExExExExEx一般效率1目的效率2传递效率32121ininoutoutpgeExExExExExEx出口热流体未被利用出口热流体进一步被利用评价装置本身（火用）的损失率，适用于能源网络系统的各个节点分析目的（1）定量计算能量的各项收支、利用及损失情况（2）通过计算效率，确定能量转换的效果和有效利用的程度（3）分析能量损失的部位和原因,提出节能措施分析能量平衡和（火用）平衡4计算各项的数值，确定损失大小5计算（火用）效率和（火用）损失6评价与分析结果7三进两出燃料+空气+给水烟气+蒸汽锅炉和外界的能量交换3散蒸汽烟气燃料QQQQ利用燃料燃烧产生的热量加热冷水获得高品质的蒸汽分析能量平衡和（火用）平衡4燃料燃烧产生的热量：dwBQQ燃料烟气带走的热量：)(0ttcBVQypyy烟气蒸汽吸收的热量：)(水蒸汽蒸汽hhDQ烟气蒸汽燃料散QQQQ不完全燃烧及散热等：1能量平衡分析燃烧过程+传热过程+散热过程+排烟过程rxggxaaxffIeVeVeecrxyxqxsxaxfIIEEEEEcxyxqxgxsIEEEEsI燃料提供的：化学)2438(wQBEdwxf给水的：蒸汽的：)]([000ssThhDEssxS)]([000ssThhDEqqxq烟气的：]ln)[(000TTT