节能技术论文

节能技术论文姓名：班级：学号：武汉工程大学热力学定律在节能中的应用摘要：本文介绍了讨论了热力学第一、第二定律在节能研究以及节能技术中的应用。把节能和热学、热力学紧密相连，阐明了热能作为一种能源的本身的特性；而且自始至终，贯穿于热学的发展全过程，无论在深度和广度上，都紧扣能源节约这个核心，它无时不刻地在指导和影响着我们周边的生产、工作和生活。本文就以日常所见的生产、工作、生活为例，揭示节能的理论系统，展开课题，抛砖引玉，共同探讨深入。关键词：热力学第一定律、热力学第二定律、节能、能得质量、能得数量引言：近年来，能源问题日益为人们所关注。如何有效合理利用能源成为节能措施中重点关注的对象。节能技术是一门科学，有它完整的理论和规律，是研究能源利用完善程度的定性和定量分析的一个学科。认为面对各行各业而无能为力的观点、对能源的浪费熟视无睹的状态、或者伪科学——都是不对的。节能的内涵，可以这样划分：1.从范畴分：有广义节能和狭义节能。广义节能，包括所有材料的节约，因为任何一种材料也都以消耗一定数量的能源而取得的；本课题是指“节能技术”，称为狭义节能，仅指各种能源、能量的节约，也包含材料制造过程中的能源、能量的节约。2.能而称为量，就有数量和质量之分：显然需要节约能量的数量和质量，只有这两方面都节约了才能称为能量的利用完善了。严济慈老先生的“所费多于所当费”，就是指数量的节能；而“所得少于所可得”，就是指质量的节能——这就从本质上指明了完善的、全面的、而且是定量的节能方向。理论是指导节能工作的基础：节约能的质量——可得必得，是宏观节能，是系统节能。理论基础是：“工程热力学”。节约能的数量——当费则费，是微观节能，主要是设备节能。理论基础是：“传热理论”、“燃烧理论”、“传质（干燥）理论”及其基础理论（物理学、流体力学等）；还有“工质特性理论”、“热机原理”等。其中，工质是以地球上最易取得、无害的水和空气为主的物质特性理论；热机主要是指，汽油机、柴油机、汽轮机等，以热学、机械学、流体力学相结合的理论，本文重点介绍“工程热力学”中的热力学第一、第二定律。热力学第一定律世界是运动的，运动就必然需要有推动力。热而称为力，显然，热力学在某种意义上来说，是揭示自然界运动的规律、揭示事物发展的方向和揭示人类活动可能范围的一门科学。热力学的核心由热力学第零、第一、第二和第三四大定律组成。1.热力学第一定律是在18世纪，瓦特发明蒸汽机后，人类发现自身可以有这么大的创造力，于是各种发明、创造风起云涌，其中包括占比例不小的各类永动机。大量的现象、问题放在科学家面前需要解释、需要正确引导；需要说明什么是功？什么是能？如何转换？有什么关系？于是热力学第一定律，即能量转换和守恒定律应运而生。热力学第一定律可以用一个很简单的公式表达：功=常数×热量即W=A×Q它说明:功和热都是能量；能量必有它的由来，必然由其他能量转换而来；能量可以互相转换，转换前后是相等的，也就是说转换前后是平衡的；不同能量间的转换，只需乘上一个经理论和大量试验证明的系数，就可以相互换算，这个系数称为当量值。式中常数A就是功的当量值——功热当量。第一定律指明了：第一类永动机，即不需要输入能量，就能连续作功或能连续产生某种能量，及其它伪科学的不可能性。2.热力学第一定律还可写为：输入能量＝输出有用能量＋损失能量说明任何一个过程（从单台设备，到一个系统，一个企业，一个地域）在取得有效部分的同时，也必然伴随有某种能量或功的损耗，寻找这些损耗，就是节能和节能工作；效率＝输出有用能量/输入能量%；能量的多次转换：总效率＝效率1×效率2×效率3×…；研究这些等式的方法，就是热平衡和能量平衡方法——提高转换效率的方法，或者减少损失的方法。尽可能提高有用能量和尽可能减少损失能量——就是节能——热力学第一定律指明了节约能量数量的方向。能量转换与节能的关系：在锅炉燃煤产生蒸汽的体系中，煤燃烧产生的能量一部分转移到蒸汽中，这是我们所希望的；另一部分能量通过多种形式转移到了环境中去ΔE（体系的能量）-ΔE（环境的能量）=0Δ【E（体系的能量）＋E（环境的能量）】=0节能的方向：尽量减少那些转移到体系之外（即环境中）的能量3.应用举例各种设备、系统、企业的热平衡和能平衡工作。越是大型设备越有可能做得更完善，转换效率越高。如集中供热、煤气化、坑口电站、大型发电站等。各种能量可以互相转换，转换过程也都存在效率问题：如：火力发电站、三峡水电站，核电站；其他新能源——风力发电、潮汐发电、太阳能发电、垃圾发电等等。热力学第二定律热力学第一定律没有进一步说明：能量的自生不可能，还有些那些不可能？热能里的“温度”这一重要概念为什么没有出现，没有被描述；能量有转换方向吗？高温到低温，低温到高温；热能到电能，电能到热能都可逆吗？功和热能完全等同描述吗？功转变为热能，或热能变为热能的过程，可以用热力学第一定律的效率来描述；那么热能转变为功，用热力学第一定律的效率来描述，为什么往往不如人意？有序运动可方便的转变为分子无序的热运动，反之可以自由进行吗？从瓦特发明热能到机械能的蒸汽机，推动了第一次工业革命；这时电和它的机理，电和磁的关系也正在被很多科学家孜孜不倦、前赴后继地揭示出来，电加入到能量的大家庭，电能几乎无所不能。赶快发电吧，但发电又是一个怎么样的能量的转换过程呢？效率又可以多少呢？人类又将进入一个新的时代，当然又有大量问题摆在了人们面前。技术发展的需要和人类认识的深入，产生了热力学第二定律：1、开尔文描述：“不能制造出只与单一温度热源交换热量，对外作功，又不引起其它变化的热力发动机”。即仅从单一温度热源取得热量，就可以不断做功，热可以完全转化为功，是不可能的；必须同时还要向另一个低温热源排出一部分热量，才可以取得功。即热能转换为功（机械能），存在另一个转换效率问题。2、克劳修斯描述：“热不可能从低温物体传向高温物体，而不引起其它任何变化”。即，要使低温物体转变为高温物体，必须另外加入能量。第二定律需要定量，这就是卡诺循环及其效率的计算——指明热转化为功的最高可能性：η=1-T低/T高锅炉、汽机、发电厂厂用电部分，实际上是人们平时关注的重点。明显仅是节约的一部分,这是第一定律的范畴，但并非是节能的全部；而卡诺循环效率所揭示的是节能的另外一个大部份。可见：第一定律指明了：从能源的下游节约，量的节约——“所费多于所当费”的问题；而第二定律指明了从能源的源头节约，质的节约——“所得少于所可得”的问题。第二定律指明了：1.超卡诺循环效率η不可能、第二类永动机不可能、所得多于所可得不可能；2.能量转换不仅有数量问题，还有方向性问题、品位问题，数量不能体现能量转换的全部，也就是说能量还具有有质量问题。能量取得的难易程度、消耗能源资源的多少和它的功能、功用代表了能量的品位和质量。电能、机械能比热能品位高；温度愈高的热能，愈可以获得更多的高品位的电能、机械能，因此也质量愈高；品位问题也揭示了能源利用完善性的另一面。温度越高，卡诺循环效率越高，利用越多，即可得的越多。集中供热比小锅炉效益高；热电联供效益更高，利用了高端能量，白白回收了电能；热电联供也是参数越高越好；联合循环发电效率更高。这里说大型化，又高参数化，才获益越大。而一种新的理念，甚至称为是第二代能源系统，即分布式能源系统。它是以燃气（或其它新能源）、燃气-蒸汽联合循环、热电冷联供为核心的小型系统。关键是：大小型，对于燃气系统（或其它新能源）效率相差不大，接近负荷又减少了损失，这两者抵消；而联供的效益远高得多，所以被推崇。燃煤则有粉碎问题、除尘问题等，还是一定的大型化为好。3.按第一定律计算的是当量热值，反映能量的数量；反映能量质量的是被第二定律所决定的等价热值，它反映的是能量取得的难易程度，是能源的品位，是对于能源资源的消耗量的计量。如：电1kwh=3600kj=电加热放出的热量(这是当量值)，而取得1kwh电，发电厂效率30～40%，需10550kj，即0.360kg标煤的热量，才产生1度电，这就是电的等价值；而如有蒸汽3600kj(这是当量值)，锅炉效率80～90%，需4500kj的热量的煤才能产生，即0.15kg标煤，这是蒸汽的等价值。上述计算，显然不能说锅炉效率高于发电厂效率的2倍；同时，可以看到等价值是折算到能源消耗的计算，电的等价值高，功能也远非蒸汽所可比，因此品位高——等价值揭示了能量的品位本质——揭示能耗与国家资源的关系，节能对于国家资源的责任；4.从统计学看：热能是分子的无序运动，而电能是原子的有序运动。从有序到无序很容易，而从无序到有序不容易。有序性代表能源等级。可见普遍意义上讲：第一定律的热平衡已不能作为评价能量利用完善性的可比尺度。5.第二定律和卡诺循环的进一步推导，可以更完善各种过程的关于能量质量的：质量的转换、质量的损失、质量转换的效率的计算。这就是“火用”和“火用”平衡计算，这是对于能量的质量、内部损失的计算评价方法；而热平衡计算只考虑外部损失。6.工作和日常生活中常见关于的所得少于所可得的问题:阀的节流，热量没有损失，但压力下降了，可用能减少了，能量的质量损失了，质量代表品位，代表更多的数量；燃煤取暖，可以做到没有热损失，但燃烧温度达1200℃只为取暖的50℃服务，如能发过电再供热，这部分电能岂非白白取得了？高低品位能量的区别、权衡利用；电解制氢——为了清洁能源，用高级能源，取得低等级的热能，氢仅作为燃料用，不甚合理。但如果能利用低谷电，倒可以权衡。吸收式（溴化锂）制冷——利用低温热源以热代电是合理的，等等。热泵问题是反向的卡诺循环（制冷循环），效率很高，；主要用于空调节能等，有利于低温热源的利用（包括地热、太阳能等）。例：空调制冷的两端温差越小，当然能耗越小。如夏季空调运行时，室内26℃，室外38℃，温差12℃；如果想办法使室外温度为26℃以下，原则上可以不耗能了；而冬季空调运行时，室内20℃，室外0℃，温差20℃；如果想办法使室外温度为10℃，温差10℃原则上可以节能一半，利用井水也可以做到。这就是低温热源的利用，同样还可广泛考虑太阳能、工厂低温热源的利用等等，效果良好。与热电联产、联合循环等性质不同。7.应用的关注点：必须既从能源的下游节约，量的节约；又从能源的源头多利用，质的节约，两方面并举才是对能源利用完善了；热电联供及其高参数化、需要有序有规划地发展；压力能的分级利用；联合循环发电——最大可能地可得必得；能源的源头利用或能源的分级合理利用，是企业领导级、地域区域级、甚至国家级的事，必须有远见卓识的统筹规划——这是一个节能巨大潜力的领域；新上项目能源评估应该有区域、地域性的用能评估，等等。节能的实施——关于技改节能的实施——技改和优化运行两大方面。关于技改：一.两大方向节约能的质量—宏观节能、系统节能。节约能的数量—微观节能、设备节能。二.关于能量质量的节约核心是“所得等于所可”，燃料的理论燃烧温度可达2000℃以上，而目前的利用，大多都远远达不到。当今世界上最高参数的蒸汽轮机发电机组，蒸气温度达620℃，燃气轮机达1400℃，这些都是佼佼者，普遍水平还远达不到，有些是认识不到，甚至连一般合理参数的热电联供、联合循环发电还达不到。潜力是巨大的，但需要资金、科技、远见、规划和决心。对于一个区域，甚至国家，体现政府行为。需要有一个“节能规划设计”或“可持续发展规划设计”的部门——这是全局能源利用完善程度的体现。对于一个企业、一个系统，体现决策、规划和社会责任感。特点也是层次深，需要技术、需要资金、工作重度大，需要逐步突破。工作是大量和具体的，例如：能源审计工作，建立能源的数据库；区域能源数字地图的制作；区域和企业的“火用”平衡、热平衡；制订区域和企业的能源中远期规划；新建项目与区域和企业整体的能源利用完善性评估——能源的区域区域性评估；实现能源综合利用——热冷电气联供系统、电热煤气联供系统、联合循环发电系统；低温热源规划利用系统；最新节能理念、观念、发展势态的吸收引进。例如逐步向建立更合理配置、合理参数、合理充分用能的：“产品—热电冷”联产的一体化