本书是节能理论的基础性读物，核心内容是能源利用的单耗分析理论，包括不可逆性因素分析、产品燃料单耗构成计算、节能及能效评估等理论与方法。针对具有典型代表性的余热回收、燃煤火电机组、供热与制冷、海水淡化和高炉炼铁等，本书给出了详细的案例分析，并对能源输运损耗问题开展了初步的热力学分析。为便于读者理解和掌握现代节能理论，本书还简要介绍了热力学基础知识。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 能源简况 1
1.1.1 世界化石能源探明储量 1
1.1.2 中国能源简况 1
1.2 能量与能源 2
1.2.1 能量 2
1.2.2 能源 3
1.3 节能工作要点 4
1.3.1 管理节能 4
1.3.2 规划与设计节能 5
1.4 能效评价体系及评价基准 8
1.4.1 节能的理论限度 8
1.4.2 能源利用的分析决策与评价基准 8
1.4.3 建立统一化能源利用评价体系的重要性和紧迫性 9
第2章 热力学基础知识 12
2.1 热力状态与状态参数 12
2.1.1 状态参数的类型与性质 13
2.1.2 热力学第零定律 15
2.1.3 热力学第一定律——能量守恒定律 15
2.1.4 内能等其他状态参数 16
2.1.5 状态参数之间的关系——热力学一般关系式 17
2.1.6 比热容 18
2.1.7 状态参数的计算 19
2.2 理想气体及其热力学性质 20
2.2.1 理想气体状态方程 20
2.2.2 理想气体的内能和焓 20
2.2.3 理想气体熵 21
2.2.4 理想气体比热容及计算 21
2.2.5 理想气体混合物的热力学性质 22
2.3 湿空气及其热力学性质 25
2.4 热力学参考环境与状态参数 27
2.4.1 环境、参考环境及其热力学特性 27
2.4.2 物理和化学 29
2.4.3 工质的图示 32
2.5 热力过程 34
2.5.1 功的定义及其热力学意义 34
2.5.2 热力过程 35
2.5.3 热力过程的功量 38
2.5.4 热力过程的热量 39
2.5.5 热力过程的热量 39
2.5.6 理想气体热力过程 40
2.6 热力循环 41
2.6.1 卡诺循环 41
2.6.2 兰金循环 43
2.6.3 布雷顿循环及联合循环 44
2.6.4 斯特林循环 46
2.7 化学反应过程 47
2.7.1 化学反应的表示方法 47
2.7.2 化学反应的热力学分析 48
2.7.3 盖斯定律 51
2.7.4 绝热燃烧温度 51
2.8 化学势 52
2.8.1 吉布斯函数与化学势 52
2.8.2 化学势的定义 53
2.8.3 化学势的计算 55
2.9 热力学分析方法简介 59
2.9.1 热力学第一定律分析 59
2.9.2 分析方法 60
2.9.3 熵平衡方法 61
2.9.4 熵产与不可逆损失的关系 62
第3章 能源利用的单耗分析理论 63
3.1 能源利用与转化的化学背景 63
3.2 能源利用的单耗分析方法 63
3.2.1 能源利用的单耗分析模型 63
3.2.2 能源利用的第二定律效率 65
3.3 理论节能潜力与现实节能潜力 67
3.4 一般化节能量计算方法 68
3.5 燃料分析与能源利用效率评价 69
3.5.1 燃料分析的经典方法 69
3.5.2 能源利用系统效率评价及存在的主要问题 72
3.5.3 燃料的化学的确定 74
3.5.4 能源利用系统总熵产及能源利用第二定律效率 76
3.5.5 燃料的化学分析产生的余差 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 耗能产品的比及其理论最低燃料单耗 81
3.6.1 电的比及其理论最低燃料单耗 81
3.6.2 供热产品的比及其理论最低燃料单耗 81
3.6.3 物质性产品的比及其理论最低燃料单耗 82
3.7 能源利用单耗分析示例 83
第4章 典型不可逆过程的热力学分析 85
4.1 有限温差传热过程的不可逆性分析 85
4.1.1 有限温差传热过程的分析 85
4.1.2 有限温差传热过程的熵分析 87
4.2 节流过程的不可逆性分析 88
4.2.1 定焓过程的热力学实质 88
4.2.2 节流过程的熵产计算 90
4.3 余热排放及散热损失的不可逆性分析 90
4.3.1 余热排放的不可逆性分析 90
4.3.2 散热损失的不可逆性分析 92
4.4 实际传热过程的不可逆性分析 93
4.4.1 流动阻尼的影响 93
4.4.2 流动阻尼和散热损失的共同影响 95
4.5 考虑散热损失的节流过程 96
4.6 摩擦与扰动的不可逆性分析 98
4.7 扩散现象的不可逆性分析 98
4.8 压缩与膨胀过程的不可逆性分析 100
4.8.1 压缩过程的不可逆性分析 100
4.8.2 膨胀过程的不可逆性分析 102
4.9 流体混合动量传递过程的不可逆性分析 102
4.10 化学过程的第二定律分析 105
4.10.1 化学功与燃料电池 105
4.10.2 等温等压化学反应过程的不可逆性分析 106
4.10.3 绝热燃烧过程的熵产 108
4.11 非平衡热力学过程的解析与节能对策 109
第5章 能效评价基准及统一化能源利用指标体系 112
5.1 能源利用的评价原则 112
5.2 终端产品燃料单耗的统一化计算方法 114
5.2.1 火电机组的供电燃料单耗 114
5.2.2 基准电、电网网损与电网平均供电燃料单耗 114
5.2.3 耗电产品的燃料单耗 115
5.2.4 联产型产品生产的燃料单耗 116
5.2.5 直燃型产品生产的燃料单耗 118
5.2.6 热网网损问题 119
5.3 基于终端产品生产的节能评价方法 119
5.3.1 发电技术的节能评价 119
5.3.2 终端产品生产的节能评价 120
5.3.3 输配系统及其节能评价 120
5.4 供热成本与热价问题 121
5.5 能源利用之环境影响评价方法 122
5.5.1 发电设备的污染物排放强度指标 122
5.5.2 电驱动设备的污染物排放强度指标 122
5.5.3 联产型设备的污染物排放强度指标 123
5.5.4 直燃型设备的污染物排放强度指标 123
5.6 能效评价的基准问题 124
5.6.1 能源利用的三个层面与评价基准 124
5.6.2 热电联产机组的节能条件 124
5.6.3 能效评价基准的特性与选择 125
5.6.4 热电联产机组节能评价案例 126
第6章 燃煤火电机组的单耗分析 129
6.1 火电机组的供电燃料单耗构成分析方法 129
6.1.1 火电机组的平衡式 129
6.1.2 燃料比 129
6.1.3 不可逆损失导致的附加煤耗 129
6.1.4 不可逆损失导致的附加煤耗率 129
6.1.5 发、供电理论最低燃料单耗 130
6.1.6 机组供电燃料单耗及构成 130
6.2 火电机组主要性能指标 130
6.2.1 锅炉热负荷 130
6.2.2 锅炉热效率 130
6.2.3 热量的比及其理论最低燃料单耗 131
6.2.4 锅炉的第二定律效率 131
6.2.5 汽轮机热力系统的循环吸热量 132
6.2.6 汽轮机热力系统的循环热效率 132
6.2.7 汽轮机热力系统的内功率 132
6.2.8 汽轮机热力系统的循环吸热平均温度 132
6.2.9 机炉管道系统的第二定律效率 133
6.2.10 汽轮机热力系统的第二定律效率 134
6.2.11 机组的机械损耗和机械效率 134
6.2.12 发电机的电机损耗和电机效率 134
6.2.13 机组发电煤耗率(发电燃料单耗) 134
6.2.14 机组发电效率 135
6.2.15 机组厂用电量和厂用电率 135
6.2.16 机组供电效率 135
6.2.17 机组供电煤耗率(供电燃料单耗) 135
6.2.18 机组供电效率 135
6.3 火电机组供电燃料单耗(供电煤耗率)构成分析 136
6.3.1 锅炉系统熵产分析 136
6.3.2 汽轮机热力系统熵产分析 143
6.3.3 机炉管道系统熵产分析 147
6.3.4 机械损耗造成的熵产 148
6.3.5 电机损耗造成的熵产 148
6.3.6 厂用电造成的熵产 148
6.3.7 机组总熵产 149
6.4 火电机组单耗分析案例 149
6.4.1 1000MW超超临界机组概况 149
6.4.2 锅炉系统热平衡分析 151
6.4.3 汽轮机热力系统热平衡分析 157
6.4.4 机组的第二定律分析 163
6.4.5 机组的单耗分析 167
6.4.6 不同压力等级火电机组单耗分析 169
6.4.7 锅炉各受热面热(煤)耗分摊及分析 170
6.4.8 锅炉传递特性 174
6.5 锅炉省煤器的问题及三管制锅炉概念的提出 178
6.5.1 锅炉尾部热力学问题分析 178
6.5.2 省煤器概念的问题 180
6.5.3 三管制锅炉概念的提出 182
6.5.4 热风温度的设计选取问题 184
第7章 余热资源价值的定量分析方法 188
7.1 引言 188
7.2 余热资源的热力学定量分析方法 188
7.2.1 基于热力学第一定律的定量分析方法 188
7.2.2 基于热力学第二定律的定量分析方法 189
7.3 余热回收利用节煤量的定量计算方法及评价 191
7.3.1 基于热力学第一定律的方法及评价 191
7.3.2 基于热力学第二定律的方法及评价 191
7.4 余热发电效率 192
7.5 案例分析 193
7.5.1 燃气轮机排气余热资源的热力学分析 193
7.5.2 水泥窑炉烟气余热资源的热力学分析 193
7.5.3 电厂锅炉烟气余热资源的热力学分析 194
7.5.4 余热发电的节能评述 194
7.5.5 锅炉烟气余热引入电厂热力系统的热经济性分析 195
7.5.6 实际案例 200
7.6 结论与建议 201
第8章 制冷及其单耗分析 203
8.1 制冷过程的基础热力学分析 203
8.1.1 制冷过程及其分析 203
8.1.2 制冷传热过程的不可逆损失分析 204
8.1.3 制冷产品及其理论最低燃料单耗 205
8.2 压缩式制冷系统的单耗分析 208
8.2.1 实际压缩式制冷循环的熵产分析 208
8.2.2 压缩式制冷系统的平衡及效率 213
8.2.3 压缩式制冷系统耗电量所携带的不可逆损失及熵产 214
8.2.4 压缩式制冷系统的燃料单耗构成分析 215
8.2.5 案例分析 216
8.3 直燃型吸收式制冷系统的单耗分析 224
8.3.1 吸收式制冷循环 224
8.3.2 吸收式制冷循环的熵产分析 226
8.3.3 吸收式制冷系统的平衡分析 229
8.3.4 直燃型吸收式制冷系统的燃料单耗构成分析 230
8.3.5 直燃型吸收式制冷系统的当量性能指标 232
8.3.6 案例分析 232
8.4 热电联产吸收式制冷系统的平衡分析与单耗分析 239
8.4.1 热电联产吸收式制冷系统的平衡分析 239
8.4.2 热电联产吸收式制冷系统的燃料单耗构成分析 240
8.5 制冷系统的统一化性能评价指标体系及案例分析 242
8.5.1 制冷系统的统一化性能评价指标体系 242
8.5.2 案例分析 244
8.6 制冷的“热效率”问题及效率 246
第9章 供热及其单耗分析 248
9.1 供热过程的分析 248
9.2 压缩式热泵系统的单耗分析 251
9.2.1 压缩式热泵系统的熵产分析 251
9.2.2 压缩式热泵系统的平衡分析 255
9.2.3 压缩式热泵系统耗电量所携带的不可逆损失 257
9.2.4 压缩式热泵系统的燃料单耗构成分析 257
9.2.5 压缩式热泵系统性能评价示例 258
9.3 锅炉供热系统的单耗分析及案例分析 259
9.3.1 锅炉供热燃料单耗构成分析 259
9.3.2 案例分析 265
9.4 热电联产机组供热系统的单耗分析 268
9.4.1 热电联产机组供热燃料单耗构成分析 268
9.4.2 热电联产低品位供热 273
9.5 热电联产吸收式热泵供热系统的单耗分析 276
9.5.1 吸收式热泵供热的第二定律分析 278
9.5.2 热电联产吸收式热泵供热燃料单耗构成分析 284
9.5.3 案例分析 288
9.6 小结 295
第10章 能源输运特性的热力学分析 297
10.1 引言 297
10.2 能源输运的能耗统计方法 298
10.2.1 电网输运能耗的统计计算方法 298
10.2.2 燃料管道输运能耗的统计计算方法 299
10.2.3 煤炭铁路输运能耗的统计计算方法 299
10.2.4 单位输运距离的一次能源消耗率 299
10.3 基于单耗分析理论的输运能耗估算方法 300
10.4 管道输运能耗计算方法及存在的问题 301
10.4.1 管道流动阻尼压降及输运能耗的计算方法 301
10.4.2 管内不可压缩流体流动阻尼特性分析存在的问题 303
10.5 流体输运特性的热力学分析 308
10.5.1 节流过程的热力学分析 308
10.5.2 考虑散热损失的节流过程不可逆性分析 309
10.5.3 一些气体燃料的管道输运特性 310
10.5.4 天然气远距离管道输运特性的热力学分析 314
10.6 热网输配系统的影响 318
10.6.1 热网供热系统终端产品燃料单耗的计算 318
10.6.2 供热系统的传递特性分析 321
10.6.3 案例分析 324
第11章 高炉炼铁过程的单耗分析 328
11.1 高炉炼铁的单耗分析模型 328
11.1.1 炼铁理论最低燃料单耗 328
11.1.2 炼铁过程的热平衡和平衡 329
11.1.3 产品燃料单耗 330
11.1.4 炼铁过程的能源利用效率 330
11.1.5 考虑铁水余热利用的效率修正 331
11.2 炼铁化学反应过程及其热力学分析 332
11.3 高炉热平衡分析 336
11.4 高炉炼铁过程的熵产分析 342
11.4.1 热风炉熵产分析 342
11.4.2 高炉本体熵产 346
11.4.3 炉渣热损失熵产 350
11.4.4 富余高炉煤气排放造成的熵产 350
11.4.5 铁水显热散失造成的熵产 352
11.4.6 高炉炼铁总熵产 352
11.4.7 高炉炼铁总平衡及能源利用效率 354
11.5 案例分析 355
11.5.1 高炉热平衡分析 355
11.5.2 高炉炼铁的第二定律分析 373
11.5.3 高炉炼铁的燃料单耗构成分析 377
11.5.4 单耗分析理论视角下的高炉炼铁能效评价 379
11.6 小结 380
第12章 热电联产多效蒸馏海水淡化的单耗分析 381
12.1 海水淡化过程的常规性能指标及存在的主要问题 381
12.2 海水淡化的最小分离功及理论最低燃料单耗 382
12.3 海水淡化的统一化评价指标体系 384
12.3.1 电驱动海水淡化的电耗率及能源利用效率 384
12.3.2 锅炉直供或低温核反应堆海水淡化的当量电耗量 385
12.3.3 热电联产海水淡化的当量电耗量 385
12.3.4 单位淡水产量的当量电耗率 386
12.3.5 海水淡化的产品燃料单耗计算方法 386
12.3.6 海水淡化的能源利用第二定律效率 387
12.3.7 海水淡化的单耗构成 387
12.4 TVC低温多效蒸馏海水淡化系统的平衡分析 387
12.5 蒸汽喷射器的热力学分析及熵产计算 398
12.5.1 蒸汽喷射器工作原理及主要性能参数 399
12.5.2 理想蒸汽喷射引射压缩过程及其热力学分析 400
12.5.3 实际蒸汽喷射引射压缩过程的热力学分析 405
12.5.4 实际蒸汽喷射器性能评估 409
12.6 产TVC低温多效蒸馏海水淡化的燃料单耗构成分析 412
12.7 案例分析 415
12.7.1 TVC低温多效蒸馏海水淡化系统的第二定律分析示例 415
12.7.2 TVC低温多效蒸馏海水淡化系统的单耗计算 422
12.8 海水淡化的热效率问题 423
参考文献 426
后记 431
京公网安备 11010102004214号