化工热力学补充课件.ppt

1、化工热力学补充中国能源的现状v 中国是一个严重依赖化石能源的国家，可再生能源消中国是一个严重依赖化石能源的国家，可再生能源消费比例低于世界平均水平费比例低于世界平均水平世界能源结构中世界能源结构中化石燃料占化石燃料占88%中国能源结构中中国能源结构中化石燃料占化石燃料占94%2006年我国原油进口依存度已达47。2008年已达52%。能源供应低于能源消费的趋势有增无减。20世纪90年代至今的10余年间，能源生产总量的年均增长为3.3%，能源消费的年均增长为4.2%，相差约0.8个百分点。（中国能源报告）全球一次能源需求累计增长情况从2007年到2030年全球一次能源需求累计增长情况（参考情景）

2、其他包括生物质能、风能、地热能、太阳能、潮汐能 20082008年年IEA Energy Technology PerspectiveIEA Energy Technology Perspective推估，推估，20502050年全球拟降低年全球拟降低480480亿吨亿吨COCO2 2(BLUE Map scenario)(BLUE Map scenario)之关键技术：之关键技术：使用端：使用端：能源效率提升能源效率提升为关键占为关键占47%47%。供给端：再生能源占供给端：再生能源占21%21%，其次是，其次是碳捕获与封存碳捕获与封存。WEO2007 450 ppm caseETP2008

3、 BLUE Map scenarioBLUE Map Emissions 140亿吨Baseline Emissions 620亿吨 CO2 emissions(Gt CO2/yr)010203040506020052010201520202025203020352040 20452050能源使用端效率(47%)碳捕获与封存(19%)核能发电(6%)发电效率(7%)再生能源(21%)数据源:International Energy Agency,Energy Technology Perspective,2008.核能大量水消耗大量煤气热能，造成煤气资源浪费。200MW商业电站（在建）CO2

4、emissions(Gt CO2/yr)干法熄焦是利用冷的惰性气体在干熄炉内与炽热的红焦换热，从而冷却焦碳；各种发电方式下每千瓦时排放 CO2折合碳单位（g）能源使用端效率(47%)流化床煤调湿技术工艺流程示意图2）设备靠近用户，热量、冷量和电量可直接使用，大大减少了输配电设备的投资和电网的输送损失同时增加了系统的质量和可靠性；2）高温余热作为燃汽轮机的热源，利用燃气轮发电机组发电。我国焦化厂炼焦煤含水量普遍偏高，平均含水在11%左右。回转式多管干燥机煤调湿锅炉前置循环余热利用方案图燃气轮机太阳能辅助循环系统燃气轮机前置循环余热利用系统DES的主要特征包括以下六个方面：Baseline Emi

5、ssions 620亿吨各种发电方式下每千瓦时排放 CO2折合碳单位（g）CO2 emissions(Gt CO2/yr)CO2 emissions(Gt CO2/yr)提高能源利用效率，节约能源已成为低碳能源重要组成部分。2006年我国原油进口依存度已达47。热泵分类:热泵以能源来源可分水源热泵、土壤源热泵、空气源热泵。从2007年到2030年全球一次能源需求累计增长情况（参考情景）太阳能（风能）燃料电池联合循环系统WEO2007 450 ppm case前者需要应用外部能量来达到强化传热的目的，后者不需外部能量。中国是一个严重依赖化石能源的国家，可再生能源消费比例低于世界平均水平2）可燃废

6、气、废液、废料的余热锅炉前置循环余热利用方案图锅炉前置循环余热利用系统焦炉煤调湿技术（CMC）用于和高温废气进行换热的介质也可以是生产热水和生活热水，要根据工厂的实际情况确定。DES具有以下优点：利用废热（上升管热煤气和烟道废气的热量）对装炉煤进行干燥处理，保持装炉煤水分稳定在6%左右，然后装炉炼焦。在水-气余热回收系统中，高温废气和待加热的用水各自流经热交换器的不同通路，高温废气中的热能经过换热器的内部导热元件转移到用水中，自身温度降低，水 的温度升高，从而完成热交换过程。4）装置容量小、占地面积小，初投资少，效益好。热泵分类:热泵以能源来源可分水源热泵、土壤源热泵、空气源热泵。太阳能（风能

7、）燃料电池联合循环系统核能制氢系统太阳能Power Towers太阳能热气流发电提高能源利用效率，节约能源已成为低碳能源重要组成部分。CO2 emissions(Gt CO2/yr)4）装置容量小、占地面积小，初投资少，效益好。CO2 emissions(Gt CO2/yr)能源供应低于能源消费的趋势有增无减。2006年我国原油进口依存度已达47。Baseline Emissions 620亿吨各种发电方式下每千瓦时排放 CO2折合碳单位（g）太阳能（风能）燃料电池联合循环系统煤调湿有严格的水分控制措施，能确保入炉煤水分恒定。回转式多管干燥机煤调湿5）回收期短，一般只要23年。2008年IEA

8、 Energy Technology Perspective推估，2050年全球拟降低480亿吨CO2(BLUE Map scenario)之关键技术：2008年已达52%。小型燃气轮机三联产系统-植物大棚（工厂）联合循环系统干法熄焦是利用冷的惰性气体在干熄炉内与炽热的红焦换热，从而冷却焦碳；洁 净 煤 技 术脱硫效率达96-97%，。CO2 emissions(Gt CO2/yr)200MW商业电站（在建）化石燃料的燃烧（约占CO2排放总量70）和地球植被的破坏是CO2浓度增加的主要原因，能源工业同时也是甲烷气体的一个重要的产生源（约占总量的20）。据统计，现在全球每年因燃煤而产生的CO2就

9、高达60亿t。WEO2007 450 ppm case焦炉煤调湿技术（CMC）2006年我国原油进口依存度已达47。2008年IEA Energy Technology Perspective推估，2050年全球拟降低480亿吨CO2(BLUE Map scenario)之关键技术：燃气轮机前置循环余热利用系统焦炉煤调湿技术（CMC）热泵以新型制冷剂分:R407C、R410A、R134a新型绿色制冷剂代替R22。锅炉前置循环余热利用方案图CO2 emissions(Gt CO2/yr)户可以直接投资建设小型的分布式能源冷热电三联供系统；化石燃料的燃烧（约占CO2排放总量70）和地球植被的破坏是

10、CO2浓度增加的主要原因，能源工业同时也是甲烷气体的一个重要的产生源（约占总量的20）。其他包括生物质能、风能、地热能、太阳能、潮汐能CO2 emissions(Gt CO2/yr)2008年已达52%。各种发电方式下每千瓦时排放 CO2折合碳单位（g）我国焦化厂炼焦煤含水量普遍偏高，平均含水在11%左右。锅炉前置循环余热利用方案图WEO2007 450 ppm case洁 净 煤 技 术 风能200MW商业电站（在建）蒸汽参数的调节装置以及智能建筑的热电控制太阳能（风能）燃料电池联合循环系统分布式能源系统（Distributed Energy System，DES）2008年IEA Ener

11、gy Technology Perspective推估，2050年全球拟降低480亿吨CO2(BLUE Map scenario)之关键技术：据统计，现在全球每年因燃煤而产生的CO2就高达60亿t。洁净煤技术（CCT）是以“高效转换、污染控制以及向发展中国家输出先进燃煤技术和装备”为目标的跨世纪计划。焦炉煤调湿技术（CMC）Baseline Emissions 620亿吨各种发电方式下每千瓦时排放 CO2折合碳单位（g）我国焦化厂炼焦煤含水量普遍偏高，平均含水在11%左右。用于和高温废气进行换热的介质也可以是生产排出尚未进入废气处理装置的废气，经过换热后，其温度升高，可以大大降低废气 处理装置

12、的能源消耗。煤调湿有严格的水分控制措施，能确保入炉煤水分恒定。能源供应低于能源消费的趋势有增无减。20世纪90年代至今的10余年间，能源生产总量的年均增长为3.CO2 emissions(Gt CO2/yr)La Rance Tidal Power StationBLUE Map Emissions 140亿吨Baseline Emissions 620亿吨2006年我国原油进口依存度已达47。WTC Turbine LayoutETP2008 BLUE Map scenarioBLUE Map Emissions 140亿吨CO2 emissions(Gt CO2/yr)能源供应低于能源消费

13、的趋势有增无减。燃气轮机前置循环余热利用系统回转式多管干燥机煤调湿焦炉煤调湿技术（CMC）各种发电方式下每千瓦时排放 CO2折合碳单位（g）降低炼焦耗热量，提高焦炉装炉煤堆密度，改善焦碳质量，扩大炼焦用煤的范围，延长焦炉使用寿命，提高炼焦化工副产品产量，环境及经济效益好等。2）高温余热作为燃汽轮机的热源，利用燃气轮发电机组发电。回转式多管干燥机煤调湿前者需要应用外部能量来达到强化传热的目的，后者不需外部能量。CO2 emissions(Gt CO2/yr)焦炉煤调湿技术（CMC）Baseline Emissions 620亿吨采用常规能源的DES系统能源供应低于能源消费的趋势有增无减。燃气轮机

14、太阳能辅助循环系统波浪能供电的灯光浮标化石燃料的燃烧（约占CO2排放总量70）和地球植被的破坏是CO2浓度增加的主要原因，能源工业同时也是甲烷气体的一个重要的产生源（约占总量的20）。地热能干法熄焦是利用冷的惰性气体在干熄炉内与炽热的红焦换热，从而冷却焦碳；干法熄焦是利用冷的惰性气体在干熄炉内与炽热的红焦换热，从而冷却焦碳；ETP2008 BLUE Map scenario各种发电方式下每千瓦时排放 CO2折合碳单位（g）3）有助于缓解电力高峰负荷，提高电网供电安全。根据工业余热温度的高低，采用不同的利用方法，实现余热的梯级利用，以达到“热尽其用”的目的根据工业余热温度的高低，采用不同的利用方

15、法，实现余热的梯级利用，以达到“热尽其用”的目的能源供应低于能源消费的趋势有增无减。供给端：再生能源占21%，其次是碳捕获与封存。指分布在用户端的能源综合利用系统。焦炉煤调湿技术（CMC）洁 净 煤 技 术焦炉煤调湿技术（CMC）分布式能源系统（Distributed Energy System，DES）2006年我国原油进口依存度已达47。流化床煤调湿技术工艺流程示意图煤调湿有严格的水分控制措施，能确保入炉煤水分恒定。CO2 emissions(Gt CO2/yr)锅炉前置循环余热利用方案图2008年IEA Energy Technology Perspective推估，2050年全球拟降低

16、480亿吨CO2(BLUE Map scenario)之关键技术：海洋能La Rance Tidal Power Station波浪能供电的灯光浮标波浪能供电的灯光浮标 盐差能3）有助于缓解电力高峰负荷，提高电网供电安全。其他包括生物质能、风能、地热能、太阳能、潮汐能2）可燃废气、废液、废料的余热脱硫效率达96-97%，。DES具有以下优点：3%，能源消费的年均增长为4.2006年我国原油进口依存度已达47。200MW商业电站（在建）焦炉煤调湿技术（CMC）在气-气余热回收系统中，高温废气和待加热的新风各自流经热交换器的不同通路，高温废气中的热能经过换热器的内部导热元件转移到新风中，自身温度降

17、低，新 风温度升高，从而完成热交换过程。我国焦化厂炼焦煤含水量普遍偏高，平均含水在11%左右。使用端：能源效率提升为关键占47%。采用常规能源的DES系统燃机余热锅炉蒸汽溴化锂空调方案利用废热（上升管热煤气和烟道废气的热量）对装炉煤进行干燥处理，保持装炉煤水分稳定在6%左右，然后装炉炼焦。余热回收装置流程图指分布在用户端的能源综合利用系统。1）用余热锅炉（又称废热锅炉）产生蒸气，推动汽轮发电机组发电。化石燃料的燃烧（约占CO2排放总量）和地球植被的破坏是CO2浓度增加的主要原因，能源工业同时也是甲烷气体的一个重要的产生源（约占总量的）。据统计，现在全球每年因燃煤而产生的CO2就高达。因此，能源

18、产业成为减少温室气体排放行动的焦点。高碳能源的低碳利用v洁净煤技术（CCT）是以“高效转换、污染控制以及向发展中国家输出先进燃煤技术和装备”为目标的跨世纪计划。这一计划的根本目的是高效清洁利用煤炭，以达到减少碳排放的目标。各种发电方式下每千瓦时排放 CO2折合碳单位（g）发电方式发电方式燃煤燃煤燃油燃油 天然气天然气 核能核能水力水力风能风能光能光能地热地热燃料排放燃料排放246246188188138138设备运行排放设备运行排放2424121240405.75.74.84.833.733.734.734.76.36.3总排放总排放2702702002001781785.75.74.84.8

19、33.733.734.734.76.36.3 方方式式PC+FGDCFBPFBCIGCC价价格格10090100150(现现)，110(未未来来)效效率率%38/47*38/45*4042/47*4345不同发电方式的技术经济比较不同发电方式的技术经济比较*亚临界亚临界/超临界超临界目前大多数空调器以电力为动力，在夏季用电负荷中，空调负荷几乎占总负荷的25%，从而电力峰谷差增大，庞大的电网不堪重负，DES有助于改善这种状况；供给端：再生能源占21%，其次是碳捕获与封存。降低炼焦耗热量，提高焦炉装炉煤堆密度，改善焦碳质量，扩大炼焦用煤的范围，延长焦炉使用寿命，提高炼焦化工副产品产量，环境及经济效

20、益好等。分布式能源系统可以利用的各种清洁能源，实现近距离供能，并直接满足终端用户多种能源（如电、热、冷）需求。锅炉或蓄热蓄冷系统、汽水热交换器、干法熄焦是利用冷的惰性气体在干熄炉内与炽热的红焦换热，从而冷却焦碳；燃气轮机热泵联合循环系统焦炉煤调湿技术（CMC）如：前处理的脱脂、水洗用热水。脱硫效率达96-97%，。煤调湿有严格的水分控制措施，能确保入炉煤水分恒定。200MW商业电站（在建）煤调湿有严格的水分控制措施，能确保入炉煤水分恒定。2010-11-15水源热泵和土壤源热泵，其最大的优点是高效、节能、环保。ETP2008 BLUE Map scenario2）设备靠近用户，热量、冷量和电量

21、可直接使用，大大减少了输配电设备的投资和电网的输送损失同时增加了系统的质量和可靠性；锅炉或蓄热蓄冷系统、汽水热交换器、焦炉煤调湿技术（CMC）我国焦化厂炼焦煤含水量普遍偏高，平均含水在11%左右。3）如余热温度较低，可利用低沸点工质，如正丁烷，来达到发电的目的。指分布在用户端的能源综合利用系统。发电效率与排放量*当使用转换反应时为当使用转换反应时为4040。发电方式发电方式效率（）效率（）CO2干浓度（）干浓度（）发电成本发电成本美分美分/(kWh)烟气天然气的煤粉锅炉烟气天然气的煤粉锅炉39.939.914144.94.9燃用天然气联合循环燃用天然气联合循环52524 43.53.5整体煤气

22、化联合循环整体煤气化联合循环41.741.77（40*）5.25.2CO2回收回收32.832.891917.787.78将煤转换成可燃气体，供燃气机燃用，以煤气化设备取代锅炉，从而能更好地实现高品位煤化学能的梯级应用。脱硫效率达96-97%，。2）高温余热作为燃汽轮机的热源，利用燃气轮发电机组发电。200MW商业电站（在建）强化传热技术已广泛应用于电力、化工、炼油、制冷、低温、冶金、建材、环保、航天、航空、食品、轻工、医药等部门WEO2007 450 ppm case我国焦化厂炼焦煤含水量普遍偏高，平均含水在11%左右。锅炉前置循环余热利用方案图分布式能源系统可以利用的各种清洁能源，实现近距

23、离供能，并直接满足终端用户多种能源（如电、热、冷）需求。燃机-烟气直燃溴化锂空调方案焦炉煤调湿技术（CMC）200MW商业电站（在建）如：前处理的脱脂、水洗用热水。发电设备（汽轮机、燃气轮机、微型涡轮机、内燃机或燃料电池）、供给端：再生能源占21%，其次是碳捕获与封存。小型燃气轮机三联产系统-植物大棚（工厂）联合循环系统采用常规能源的DES系统前者需要应用外部能量来达到强化传热的目的，后者不需外部能量。2）高温余热作为燃汽轮机的热源，利用燃气轮发电机组发电。中国是一个严重依赖化石能源的国家，可再生能源消费比例低于世界平均水平ETP2008 BLUE Map scenarioDES的主要特征包括

24、以下六个方面：燃机余热锅炉蒸汽溴化锂空调方案燃料电池和IGCC组合的联合循环示意图 空气分离气化高温净化空气空气煤煤石油焦石油焦生物质生物质O2N2,Ar天然气热/电/冷联产 IGCC or GCC化工产品液体燃料其他合成气合成气重整蒸汽蒸汽气体分离热/电/冷联产燃料电池大规模发电埋存干冰化工藻类生长CO2+H2CO2H2商业楼宇住宅强化石油和煤层气开采节能的重要性 “节约能源,保护资源”是我国新时期实现可持续发展的伟大战略的保证和手段。提高能源利用效率，节约能源已成为低碳能源重要组成部分。节能也是一种资源若干重要的节能技术v分布式能源系统分布式能源系统v地源热泵系统地源热泵系统v工业窑炉的节

25、能技术工业窑炉的节能技术 v新型、高效换热器新型、高效换热器v强化传热技术强化传热技术 v余热回收技术余热回收技术 分布式能源系统（Distributed Energy System，DES）v指分布在用户端的能源综合利用系统。分指分布在用户端的能源综合利用系统。分布式能源系统可以利用的各种清洁能源，布式能源系统可以利用的各种清洁能源，实现近距离供能，并直接满足终端用户多实现近距离供能，并直接满足终端用户多种能源（如电、热、冷）需求。种能源（如电、热、冷）需求。分布式能源系统vDESDES的主要特征包括以下六个方面：的主要特征包括以下六个方面：燃料的多元化 设备的小型、微型化 冷热电联产 网络

26、化 智能化控制和信息化管理 高标准的环保水平分布式能源系统（续）vDESDES是一个开放的、灵活组合的系统，是一个开放的、灵活组合的系统，v组成：组成：发电设备（汽轮机、燃气轮机、微型涡轮机、内燃机或燃料电池）、供热或制冷设备（溴化锂吸收式冷热水机组、电制冷机组）、热泵、干燥和能源回收系统、锅炉或蓄热蓄冷系统、汽水热交换器、蒸汽参数的调节装置以及智能建筑的热电控制 DES具有以下优点：v 1）使用吸收式制冷机组实现余热回收，提供空调或工艺用冷，能源效率可提高到70以上；v 2）设备靠近用户，热量、冷量和电量可直接使用，大大减少了输配电设备的投资和电网的输送损失同时增加了系统的质量和可靠性；v

27、3）有助于缓解电力高峰负荷，提高电网供电安全。目前大多数空调器以电力为动力，在夏季用电负荷中，空调负荷几乎占总负荷的25%，从而电力峰谷差增大，庞大的电网不堪重负，DES有助于改善这种状况；v 4）装置容量小、占地面积小，初投资少，效益好。户可以直接投资建设小型的分布式能源冷热电三联供系统；v 5）回收期短，一般只要23年。采用常规能源的DES系统 v锅炉前置循环余热利用系统v燃气轮机前置循环余热利用系统v采用可再生能源的DES系统 锅炉前置循环余热利用方案图 燃机余热锅炉蒸汽溴化锂空调方案 燃机烟气直燃溴化锂空调方案 内燃机前置循环余热利用方案 可再生能源的DES系统 v燃气轮机燃气轮机太阳

28、能辅助循环系统太阳能辅助循环系统 v太阳能（风能）太阳能（风能）燃料电池联合循环系统燃料电池联合循环系统 v燃料电池燃料电池小型燃气轮机联合循环系统小型燃气轮机联合循环系统 v小型燃气轮机三联产系统小型燃气轮机三联产系统植物大棚（工植物大棚（工厂）联合循环系统厂）联合循环系统 v燃气轮机燃气轮机热泵联合循环系统热泵联合循环系统 地源热泵v2010-11-15水源热泵和土壤源热泵，其最大的优点是高效、节能、环保。热泵分类:热泵以能源来源可分水源热泵、土壤源热泵、空气源热泵。v热泵以新型制冷剂分:R407C、R410A、R134a新型绿色制冷剂代替R22。v地源热泵主要有以下几种形式：地下水热泵河

29、湖水源热泵土壤热泵地源热泵系统示意图室外地能换热系统水循环水源热泵机组水或空气循环室内末端系统空气源热泵热水机组工作原理图 技术节能干熄焦干法熄焦是利用冷的惰性气体在干熄炉内与炽热的红焦换热，从而冷却焦碳；吸收了红焦热量的惰性气体和干熄焦的余热锅炉进行热交换，并产生中压或高压蒸汽；蒸汽可用于发电也可作为焦化厂的车间用汽或采暖等。被冷却惰性气体再由循环风机鼓入干熄炉，进行循环冷却焦碳。焦炉煤调湿技术（CMC）煤调湿煤调湿煤干燥煤调湿煤预热煤调湿有严格的水分控制措施，能确保入炉煤水分恒定。我国焦化厂炼焦煤含水量普遍偏高，平均含水在11%左右。大量水消耗大量煤气热能，造成煤气资源浪费。利用废热（上升

30、管热煤气和烟道废气的热量）对装炉煤进行干燥处理，保持装炉煤水分稳定在6%左右，然后装炉炼焦。煤调湿工艺流程：回转式多管干燥机煤调湿 流化床干燥机煤调湿 焦炉煤调湿技术（CMC）流化床煤调湿技术工艺流程示意图焦炉煤调湿技术（CMC）强化传热技术 目前强化传热技术有两类：一类是耗功强化传热技术，一类是无功强化传热技术。前者需要应用外部能量来达到强化传热的目的，后者不需外部能量。强化传热技术已广泛应用于电力、化工、炼油、制冷、低温、冶金、建材、环保、航天、航空、食品、轻工、医药等部门余热回收技术 v余热资源余热资源 1）高温烟气余热 2）可燃废气、废液、废料的余热 3）高温产品和炉渣的余热，4）冷却

31、介质的余热 5）化学反应余热 6）废气、废水的余热余热利用的途径 v 余热的直接利用余热的直接利用 1）预热空气 2）干燥 3）生产热水和蒸气 4）制冷v 余热发电余热发电 1）用余热锅炉（又称废热锅炉）产生蒸气，推动汽轮发电机组发电。2）高温余热作为燃汽轮机的热源，利用燃气轮发电机组发电。3）如余热温度较低，可利用低沸点工质，如正丁烷，来达到发电的目的。v 余热的综合利用余热的综合利用 根据工业余热温度的高低，采用不同的利用方法，实现余热的梯级利用，以达到“热尽其用”的目的 余热回收装置流程图余热回收装置冷空气 常温预热空气 900烟气 1000低温烟气 200气-气余热回收系统v 在气-气

32、余热回收系统中，高温废气和待加热的新风各自流经热交换器的不同通路，高温废气中的热能经过换热器的内部导热元件转移到新风中，自身温度降低，新 风温度升高，从而完成热交换过程。用于和高温废气进行换热的介质也可以是生产排出尚未进入废气处理装置的废气，经过换热后，其温度升高，可以大大降低废气 处理装置的能源消耗。水-气余热回收系统 v 在水-气余热回收系统中，高温废气和待加热的用水各自流经热交换器的不同通路，高温废气中的热能经过换热器的内部导热元件转移到用水中，自身温度降低，水 的温度升高，从而完成热交换过程。用于和高温废气进行换热的介质也可以是生产热水和生活热水，要根据工厂的实际情况确定。如：前处理的脱脂、水洗用热水。陶瓷窑炉余热回收冷凝余热回收节能装置原理图