能量品质的分析与介绍.ppt

吉林建龙钢铁专业基础培训 之 能量品质的分析与介绍 主讲人：能源处 作业规划室 胡冬冬 自热力学理论确立后，人们虽然从理论上认识到，热力过程中能量的交换(传递和转换)及其利用，应根据热力学第一定律和第二定律对能量的“数量”及“质量”两方面进行分析研究。但是，在实际热能工程技术的设计、管理和改进上，主要还是依据热力学第一定律，即能量守恒与转换定律。也就是说，只是单一地从能量的“数量”角度出发，以焓为基础的“热平衡”计算分析方法(或称“能量分析法”)。诚然，此法仅弄清楚进行热力过程的热工设备或整个装置的能量(一般为热量)“数量”上的损失，仅能从“数量”上采取相应的措施来改进设备及其运行方式，以减少“能量”损失，然而，由于此法未考虑到热力学第二定律所表明的“质量”，因为人们生活在地球表面的一定客观环境中，供给人们所需的能量有“可以利用”的部分(称“可用能”或“”)和“受环境限制无法利用”的部分(称“无用能”或“”)，即相同数量的不同形式的能量所合的“”和“”的数量是不一定相同的，或者说能量还具有另一方面的问题——“质量”。因此，在认识所谓“能量损失”上就产生一定程度的混淆，由此在确定“能量损失”的分布及采取提高能量利用效率的技术措施时，就难免在热力学上作出错误的结论，达不到预期的效果。 例如，以一座新型的火力发电站来说，在凝汽器中通过冷却水排往环境损失的热量约占总输入燃料所产生的热量的50％，但是，当按这份能量的“可用”和“无用”部分加以澄清的话，其中“可用”的能量只不过占总输入燃料的“可用能”的2％一3％。如果由此认为要较大地提高火力发电厂热效率的主要措施在于改进凝汽器的话，则肯定达不到预期的效果。 为此，近二三十年来，国内外有关专家学者在热力学的理论领域内和工程技术的管理上大力提倡把热力学第一定律和第二定律综合起来(能量＝十)考虑，并以第二定律为主，即从热力过程不可逆性引起“可用能”损失变成“无用能”的角度出发，以用为基准的分析方法来评价能量利用的科学性和合理性。由于此“分析”法中的“效率”或“损失系数”更能准确地反映各热力设备或整个装置系统技术上或热力学的完善程度，可以从中明确提高能源利用故率的正确目标，并采取相应约措施。 一、 及分析的基本概念 二、能量分析法与分析法 三、常用热工设备装置的效率 四、典型案例分析举例 五、能量的合理利用与节能常识 一、热力学基本定律 1、热力学第一定律：当热能与其他形式的能量相互转换时，能的总量保持不变。 2、热力学第二定律： （1）克劳修斯表述：不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其他变化。 （2）开尔文——普朗克表述：不可能从单一热源取热，并使之完全变为有用功而不引起其他变化。 3、能的形态和性质 能量是物质运动的量度．由于物质的运动有多种形式，如机械运动、热运动、电磁运动、化学变化及核裂变或聚变等，因而能量也就有相应不同形态的机械能、热能、电磁能(台辐射能)、化学能及核能等．此外，在热力过程中经常牵涉到的热量和功也是一种能量形态，功是以作功方式(或者说除温差以外的各种势差作用下)传递的能量；热量是在温差作用下传递的能量，属热能。 上述几种形态的能量之间．除了迄今未发现机械能可以直接转换为化学能和核能的方法外，其他的都可以相互转换，而且在转换时数量上道循“能量守恒及转换”规律．若牵涉到热能的转换时，就具体表现为“热力学第一定律”，即不同形态的 能量转换时，能的总量保持不变． 但是，在人类生活和生产的地球表面环境条件下(即在环境的参与和限制下，后同)，不是任意形态的能量都能全部无条件地转换成任一其他形态的能量．例如，其他形态的能量(机械能、电能、化学能等)可以通过审擦、电阻或燃烧反应等方法全部连续地转换为热能．但反过来要将热能连续地全部转换成其他形态的能量是不可能的． 从人类利用能量代替人们的劳动、操作(主要的是利用机械能及电能或称“能的动力利用”)来看，在人类所处环境条件下，同样数量的热能可供人们利用的部分就比其他形态的能量少．也可以说，热能的“质量”比其他形态的能量的“质量”低．另外，依据热力学第二定律，在环境条件下，同祥数量的热能处在较高温反下的比处在较低温度下的在理论上能转换为功(机械能)的部分更多，温度相差越大，能转换为功的部分相差也越大．因此，同样是热能，其“质量”也有高低的不同． 综上所述，在人类活动的环境条件下，从人们利用能量的情况来看，能量在转换时具有“量的守桓性”和“质的差异性”两重性． 4、能的转换能力 所谓“能量的转换能力”是指某种形态的能量转换为其他形态能量的能力．因为任一种有序能都可以全部转换为无序能(热能)或其他形