第一章-节能技术绪论

时间：2014年9月1日过程节能技术与装备绪论（3学时）过程节能的基本原理（3学时）热泵技术（2学时）热管（2学时）余热利用与蒸汽回收（2学时）夹点技术（4学时）工业锅炉节能（3学时）蒸汽蓄热技术（2学时）强化传热技术（3学时）保温和保温工程（2学时）节能技术的评价（4学时）课程介绍及安排课程考核方式课程期末成绩主要由以下两部分组成：（1）平时成绩（40%）：出勤、课堂纪律；（2）期末提交一篇论文（60%）；第一章绪论1.1能源概论1.2节能的概念及必要性1.3化学工业节能的潜力与途径1.1能源概论1.1.1能源定义1.1.2能源分类1.1.3能源评价1.1.1能源定义《简明英汉百科辞典》对能源一词的解释为“能源是燃料、流水、阳光、风等可转变为人类所需要的能量的资源《现代汉语辞典》中，对能源的注解是“能产生能量的物质，如燃料、水力、风力等”能源，energysources，能量的源泉，能量的载体。到目前为止，人类认识的能量主要有机械能、热能、电能、辐射能、化学能、核能。由于能量形式的多样性，能源也有多种形式，人们对于能源也常有不同的表述。原油开采煤炭开采广东LNG项目投入商业运营后，不仅能缓解珠三角能源紧缺局面，而且为中国能源消费带来“清洁高效”理念。厌氧消化池浓缩池沼气发电机房沼气柜沼气锅炉房大型生物质能工程三峡工程福清核电站太阳能热利用太阳能光伏电站大型风电场西藏羊八井地热电站页岩气2020/7/9能源问题与燃气轮机的发展页岩气：是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集，是一种重要的非常规天然气资源。地表煤层甲烷含气页岩层传统甲烷传统甲烷储量：456万亿方技术可以开采量：189万亿方美国：24.4万亿方中国：26万亿方储量大，开采寿命长（中国储量可供200年）采收率低，开采难度大5%～6%深度约1000～3000m水平钻井技术1.1.2能源分类能源的分类地球上的能量来源使用类型能否再生获得的方法能否作为燃料对环境的污染情况能否流入商品流通领域形态特征或转换与应用的层次由于能源形式多样，人们通常按其来源、形态、特性、转换、利用程度等进行分类。不同的分类方法都是从不同的侧重面反映了各种能源的特征。（一）按地球上的能量来源对能源分类1.来自地球外部天体的能源。有直接来自太阳直接照射到地球的光和热能，还有间接地来自太阳的能源,常见的煤炭、石油、天然气，以及生物质能、水能、海洋热能和风能等。2.地球本身蕴藏的能量。其中一种是地球内部蕴藏着的地热能，常见的地下蒸汽、温泉、火山爆发的能量都属于地热能。另一种是地球上存在的铀、钍、锂等核燃料所蕴有的核能。3.地球和其他天体相互作用而产生的能量。太阳和月亮等星球对大海的引潮力所产生的涨潮和落潮所拥有的巨大潮汐能。1.常规能源（传统能源）已被人类利用多年，目前仍在大规模使用的能源。如水能、生物能、煤炭、石油、天然气等。占全部能源生产消费总量的90％以上。2.新能源（非常规能源、替代能源）近若干年来开始被人类利用（如太阳能、核能）或过去已被利用现在又有新的利用方式（如风能）的能源。（二）按使用类型对能源分类1.可再生能源。可长期提供或可再生的能源（10%左右）例：水能、风能、太阳能、地热能、潮汐能等。2.不可再生能源。一旦消耗就很难再生的能源（90%左右）例：煤炭、石油、天然气等。（三）按能否再生对能源分类能源分布图一再生能源非再生能源（四）按获得的方法对能源分类1.一次能源（天然能源）是指直接取自自然界、而不改变它的形态的能源。它又分为可再生能源和非再生能源。例：泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤、石油、天然气、植物秸杆、水能、风能、太阳能、地热能、核能、海洋能等。2.二次能源（人工能源）是指一次能源经人为加工成另一种形态的能源。例：汽油、水电、蒸汽、煤气、焦炭、沼气等。（五）按能否作为燃料对能源分类1.燃料型能源。包括煤炭、石油、天然气、泥炭、木材等。2.非燃料型能源。包括水能、风能、地热能、海洋能等。（六）按对环境的污染情况对能源分类1.清洁能源。使用时对环境没有污染或污染小的能源。例：水能、风能、太阳能以及核能等。2.非清洁能源。对环境污染较大的能源。例：煤炭、石油等。1.商品能源。凡能进入市场作为商品销售的能源。例：煤、石油、天然气和电等。2.非商品能源。主要指薪柴、秸秆等农业废料和人畜粪便等就地利用的能源。（七）按能否进入商品流通领域对能源分类（八）按形态特征或转换与应用的层次对能源分类世界能源委员会推荐的能源类型分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物能、风能、核能、海洋能和地热能。前三类统称化石燃料或化石能源。按使用类型分按性质分按一、二次能源分一次能源二次能源常规能源燃料型能源泥煤（化学能）、褐煤（化学能）、烟煤（化学能）、无烟煤（化学能）、石煤（化学能）、油页岩（化学能）、油砂（化学能）、原油（化学能）、天然气（化学能、机械能）、生物燃料（化学能）、天然气水合物（化学能）煤气（化学能）、焦炭（化学能）、汽油（化学能）、煤油（化学能）、柴油（化学能）、重油（化学能）、液化石油气（化学能）、丙烷（化学能）、甲醇（化学能）、酒精（化学能）、苯胺（化学能）、火药（化学能）非燃料型能源水能（机械能）电（电能）、蒸汽（热能、机械能）、热水（热能）、余热（热能、机械能）新能源燃料型能源核燃料（核能）沼气（化学能）、氢（化学能）非燃料型能源太阳能（辐射能）、风能（机械能）、地热能（热能）、潮汐能（机械能）、海洋温差能（热能、机械能）、海流、波浪动能（机械能）激光（光能）表1-1能源的分类1.1.3能源评价•储量•能量密度•储能的可能性•功能的连续性•能源的地理分布•开发费用和利用能源的设备费用•运输费用和损耗•能源的可再生性•能源的品味•对环境的影响1.2节能的概念及必要性1.2.1节能的定义1.2.2节能的必要性1.2.3节能的相关概念1.2.1节能的定义狭义定义：就是节约石油、天然气、电力、煤炭等能源。广义定义：是节约一切需要消耗能量才能获得的物质，如自来水、柴油、水、粮食、布料、纸张等。节能含义：节能并不是不用能源，而是善用能用，巧用能源，充分提高能源的使用效率，在维持目前的工作状态、生活状态、环境状态的前提下，减少能量的使用。《中华人民共和国节约能源法》第三条对节能的定义节能是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。《化工节能节能技术手册》对节能定义在满足相同需求或达到相同生产条件下使能源消耗减少（即节能），能源消耗的减少量即为节能量。在这个定义中，必须注意到在化学工业中节能中必须满足两个前提条件中的其中一个，否则就不是节能。SAEDGNFE对节能定义节“省”能源（管理节能）节能提高设备用能效率（技术节能）①节“省”能源------在现有设备条件下，在保证不影响人员正常的工作、生活的情况下，采用人为的管理手段减少不必要的能源浪费。如：随手关灯，各部门应制定出相应的“以人为本”,按需照明的节能模式,达到最佳最经济的运行效果；办公室空调工作时段温度控制在24度至28度之间；办公用电脑,做到人走开时关闭显示屏电源，下班时关闭显示屏电源和主机电源。加强工场寻查,排查。每一个气源的泄漏。争当节水节电宣传员和监督员。等等。②提高设备用能效率------在不影响（或甚至优化）设备正常工作的前提下，采用先进的节能技术、节能设备等手段，使原设备工作效率提高或用能效率提高，从而达到节能的目的。如：马达变频技术利用，废热回收利用，用高效低耗设备淘汰旧的低效高耗能设备，等等。1.2.2节能的必要性及意义1、不可再生能源总有枯竭据《BP世界能源统计（2006版）》资料介绍，以目前探明储量计算，全世界石油还可以开采40.6年，天然气还可以开采65.1年，煤炭还可以开采155年。即使以最乐观的态度，再过200年，地球上可开采的矿石资源将消耗殆尽，到时人类如何面对，将是一个关乎全人类生存的严峻问题。能源结构及消耗人类的能源利用经历了从薪柴时代到煤炭时代，再到油气时代的演变，在能源利用总量不断增长的同时，能源结构也在不断变化随着人类使用能源特别是化石能源的数量越来越多，能源对人类经济社会发展的制约和对资源环境的影响也越来越明显。能源消耗情况2、目前能源利用率低，节能潜力巨大目前，我国的能源整体利用率约为30%左右，节能的潜力非常巨大。如按中等发达国家的能源利用效率来计算，我国现在完全可以在能源消费零增长的条件下实现经济增长，逐步达到发达国家的经济发展水平，这是何等令人鼓舞的消息。我国能源总利用率33%02000400060008000100001200014000GDP/toe印度墨西哥法国德国意大利英国加拿大日本美国巴西俄罗斯西班牙澳大利亚中国世界世界主要国家能源利用经济效率世界平均水平是中国的2.6倍日本是中国的6.1倍据国际能源署(InternationalEnergyAgency，IEA)预测，从2006～2030年．全球能源需求总量将以年均1.2％～1.6％的速度增长，其中70％的需求增长来自发展中国家3.能源安全事关经济安全和国家安全能源安全中最重要的是石油安全．20世纪70年代发生的两次世界石油危机，导致主要发达国家经济减速和全球经济波动．本世纪以来，石油价格不断攀升，2008年初原油期货价格超过100美元，油价上涨对全球经济特别是石油进口国经济产生较大影响，一些国家甚至因石油涨价引发社会动荡。4.能源消耗对生态环境的影响日益突出能源资源的开发利用促进了世界的发展，同时也带来了严重的生态环境问题．化石燃料的使用是CO2等温室气体增加的主要来源．科学观测表明，地球大气中CO2的浓度已从工业革命前的280ppmv上升到了目前的379ppmv；全球平均气温也在近百年内升高了0.74℃节能工作三个方面的积极意义1、节能是解决能源供需矛盾的重要途径2、节能是从源头治理环境污染的有力措施3、节能降耗是经济可持续发展的重要保证1.3.2节能有关的概念标准当量是以该物质的燃烧热值为基准。利用标准当量作为能源消耗的单位，一方面可以将不同的能源折算成某一种能源，同时又将该种能源的不同品种折算成理论上的标准能源，如标准煤当量，标准油当量，方便了人们的节能工作。1Kg标准煤当量=7000大卡：1Kg标准油当量=10000大卡1大卡=1000卡一般情况下：1卡=4.186焦耳工程中使用：1卡=4.1868焦耳在热力学中：1卡=4.184焦耳《化工节能节能技术手册》：1卡=4.1816焦耳，可简化为1卡=4.182焦耳Mtce：表示百万吨煤当量Mtoe：表示百万吨油当量tce：表示吨煤当量toe：表示吨油当量1、标准当量能源2、发热量发热量是指单位重量（固体、液体）或体积（气体）物质在完全燃烧，且燃烧产物冷却到燃烧前的温度时发出的热量，也称热值，单位为KJ/Kg或KJ/m3。在具体应用上，又将发热量分为高位发热量和低位发热量。高位发热量是指燃料完全燃烧，且燃烧产物中的水蒸气全部凝结成水时所放出的热量；低位发热量是燃料完全燃烧，而燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时所放出的热量。固体燃料热值/103kJ·kg-1液体燃料热值/103kJ·kg-1气体燃料热值/103kJ·m-3木材13．8原油41．82天然气37．63泥煤15．89汽油45．99焦炉煤气18．82褐煤18．82液化石油气50．18高炉煤气3．76烟煤27．18煤油45．15发生炉煤气5．85木炭29．27重油43．91水煤气10.45焦炭28．43焦油37．22油气37.65焦块26．34甲苯40．56丁烷气126.45开采效率中间环节效率和终端利用效率3、能源效率能源系统的总效率由三部分组成：开采效率，中间环节效率和终端利用效率。我国1992年能源系统的总效率为9.3%，其中开采效率仅为32％，中间环节效率70％，终端利用效率41％。通常将中间环节效率和终端利用效率的乘积通