【正文】 況進(jìn)行分析，才能找出企業(yè)用能的主要問(wèn)題，并從中尋找解決的辦法，確定最為合理的用能方案，減少能量在“量”的方面和“質(zhì)”的方面的損失，提高能量的利用率，利用能源創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。（2）對(duì)于該廠煉鐵部1號(hào)鍋爐房采用減溫減壓裝置制取二次蒸汽。合理使用蒸汽不但應(yīng)著眼于蒸汽熱量的利用，更應(yīng)注重蒸汽火用的充分利用。(kWh)計(jì)算，104元/a，改造工程造價(jià)約900104元。由式（14）計(jì)算可得，汽輪機(jī)組輸出的電功率=。由式（13）計(jì)算得到，汽輪機(jī)實(shí)際排汽比焓=，℃（此溫度高于工藝設(shè)備要求的溫度，可增減減溫裝置進(jìn)行減溫）。由式（11）、（12）計(jì)算可得，蒸汽有效比焓降=。① 蒸汽理想比焓降 （11）式中，——蒸汽理想比焓降，kJ/kg；——汽輪機(jī)進(jìn)汽比焓，；——汽輪機(jī)排汽比焓。在煉鐵部1號(hào)鍋爐房中溫中壓鍋爐改造過(guò)程中，選擇1臺(tái)背壓式汽輪機(jī)代替減溫減壓裝置，、435℃。節(jié)能措施為了有效利用工質(zhì)的做功能力，避免高品質(zhì)能源的浪費(fèi)，將一次蒸汽先通入背壓式汽輪機(jī)發(fā)電，再將排汽供工藝設(shè)備使用，即余壓發(fā)電。③ 一次蒸汽火用損失率 （10）式中，——一次蒸汽火用損失率。② 一次蒸汽的比火用 （9）式中，——一次蒸汽的比火用，kJ/kg。（4）一次蒸汽火用損失率① 單位時(shí)間一次蒸汽實(shí)際火用降 （8）式中，——單位時(shí)間一次蒸汽實(shí)際火用降，KJ/h。③ 單位時(shí)間減溫水火用升 （7）式中，——單位時(shí)間減溫水火用升，KJ/h。K)。② 減溫減壓后減溫水的比火用 （6）式中，——減溫水生成的二次蒸汽的比火用，kJ/kg；——環(huán)境狀態(tài)下蒸汽的比焓，；——環(huán)境狀態(tài)下蒸汽的比熵，(kgK)。① 減溫減壓前減溫水的比火用 （5）式中，——減溫減壓前減溫水的比火用，kJ/kg；——環(huán)境狀態(tài)下的減溫水比焓，；——減溫減壓前減溫水的比熵， kJ/(kg由式（4）計(jì)算得到，減溫減壓過(guò)程單位時(shí)間的一次蒸汽火用降=。由式（3）計(jì)算可得到，減溫減壓過(guò)程一次蒸汽比火用降Δes,p=。K)；——二次蒸汽比熵，(kg（2）一次蒸汽火用降將減溫減壓過(guò)程的蒸汽流動(dòng)簡(jiǎn)化為穩(wěn)定流動(dòng)。分析：蒸汽在減溫減壓過(guò)程中的火用損失（1）減溫水及二次蒸汽流量① 能量平衡方程忽略減溫減壓過(guò)程中熱量損失，能量平衡方程為： （1）式中：——二次蒸汽比焓，；——二次蒸汽質(zhì)量流量，kg/h；——一次蒸汽比焓， kJ/kg；——一次蒸汽質(zhì)量流量，36000kg/h；——減溫水比焓，；——減溫水質(zhì)量流量，kg/h。為達(dá)到焦化廠工藝設(shè)備的用汽參數(shù)要求，一次蒸汽須經(jīng)減溫減壓后變?yōu)榉瞎に囋O(shè)備要求的二次蒸汽?，F(xiàn)計(jì)劃用這2臺(tái)鍋爐替代焦化廠鍋爐，向焦化廠輸送蒸汽，送風(fēng)機(jī)改用外網(wǎng)電力驅(qū)動(dòng)。例題5 蒸汽減溫減壓過(guò)程火用損失與余壓發(fā)電應(yīng)用實(shí)例分析某鋼鐵廠煉鐵部1號(hào)鍋爐房現(xiàn)有2臺(tái)燃用高爐煤氣的中溫中壓鍋爐，每臺(tái)鍋爐產(chǎn)汽(一次蒸汽)量為18 t/h， MPa，溫度為435℃。s)＝ kJ/s＝（25＋）K kJ/(kg（4）兩種方案的火用損方案Ⅰ的= kJ/(kgs))＝ kJ/(kgs)=＝ kJ/(kgK)(kgK)（）＝ kJ/s（2）=20kg/s(kg圖23 例題4的附圖求：（1）渦輪機(jī)的輸出功率PT；（2）冷卻器的放熱量qQ：（3）整個(gè)系統(tǒng)的熵增；（4）兩個(gè)方案的火用損失?，F(xiàn)改進(jìn)方案，以渦輪機(jī)代替節(jié)流閥，同樣起到降壓的作用。K) ln＝＝＝0該方案能夠?qū)崿F(xiàn)，是不可逆過(guò)程。（2）由控制體積、冷源、物質(zhì)源組成的一個(gè)孤立系，孤立系的熵變等于三者熵變的代數(shù)和，即穩(wěn)定流動(dòng)控制體積的，而＝20kg/s[ kJ/(kg又理想氣體的焓取決于溫度，所以T2＝T1冷卻器不對(duì)外作功，放熱量等于焓降，所以＝20kg/s(kg已知空氣的氣體常數(shù)Rg＝()，比熱容cp＝()，絕熱指數(shù)к＝。裝置示意圖見(jiàn)圖22。同時(shí)為了減少凝汽器的能量損失，可以通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)，將汽輪機(jī)排汽壓力提高作為供熱熱源用，才可使燃料能量得到充分利用。由此可見(jiàn)，提高蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)能量利用率的關(guān)鍵在于提高鍋爐的火用效率。鍋爐的火用損失主要是燃燒不可逆損失和燃燒產(chǎn)物與工質(zhì)的熱交換損失。例題2 某蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)流程如圖21所示，能量平衡與火用分析計(jì)算見(jiàn)表21。解：（1）TA=（420+273）K=693K，TB=（400+273）K=673K因?yàn)門(mén)A＞TB＞T0，熱量從A傳向B，故（2）TA=（70+273）K=343K，TB=（50+273）K=323K因?yàn)門(mén)A＞TB＞T0，熱量從A傳向B，故由此可以看出，同樣大小的傳熱溫差ΔT，低溫傳熱時(shí)火用損失更大。第二節(jié) 典型例題分析例題1 求解下列兩種情況下，由不可逆?zhèn)鳠嵩斐傻幕鹩脫p失，設(shè)Q=100kJ，環(huán)境溫度T0=23℃，見(jiàn)圖16。在可能的情況下，可采用功熱聯(lián)產(chǎn)利用燃料能量的方法。據(jù)各段及全爐火用效率的比較結(jié)果, 把火用效率作為目標(biāo)函數(shù), 找出薄弱環(huán)節(jié)，獲得優(yōu)化加熱爐的條件，制定出相應(yīng)的解決措施。另外，也使得煙氣向大氣排火用增加。降低該減壓爐的過(guò)?？諝庀禂?shù)。因?yàn)榭諝饬勘热剂狭看?，提高空氣的溫度可降低煙氣的升溫溫差，從而提高燃燒段的火用效率。該減壓爐的火用損部位主要在燃燒段和輻射段，這主要是由于燃燒過(guò)程為一種高度不可逆過(guò)程以及輻射段傳熱溫度太高造成的。從表11可以看出，%。加熱爐熱效率及火用效率的計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析下面對(duì)一常減壓裝置的減壓爐火用的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。雖說(shuō)也相應(yīng)采取了一些技術(shù)措施，但仍不能從根本上解決低火用效率的問(wèn)題。加熱爐的火用損和火用效率全爐的總供火用和總得火用之差即為全爐的火用損(ΔEX損) ；即表示為：ΔEX損= EX總供 EX總得；全爐的火用效率(ηE爐) 為全爐的總得火用與全爐的總供火用之比；即表示為：ηE爐= EX總得/EX總供；根據(jù)各段及全爐火用效率的計(jì)算結(jié)果，找出薄弱環(huán)節(jié)，從而采取各種節(jié)能措施。若輻射管中要注入蒸汽，注入位置應(yīng)適當(dāng)，注汽點(diǎn)盡量接近介質(zhì)氣化點(diǎn)，相應(yīng)降低注汽量，減少輻射段的供火用，這樣也可提高輻射段的火用效率。煙氣離開(kāi)輻射段的溫度越高，則輻射段供火用就越少，火用效率相應(yīng)提高；但是，這一溫度太高，輻射段中爐管燒穿和結(jié)焦的可能性就越大。（2）輻射段的火用分析輻射段火用效率計(jì)算式為：ηE輻= EX輻得/EX輻總 (3)式中：ηE輻——輻射段火用效率，%；EX輻得——輻射段總得火用，kcal/h；EX輻總——輻射段總供火用，kcal/h。提高空氣的入爐溫度有兩種措施：一是空氣和對(duì)流段排出的熱煙氣換熱：二是空氣和餾分熱油換熱。此外，提高燃料、空氣的入爐溫度，也可使燃燒段的熱力學(xué)平均溫度升高，就是說(shuō)， 使燃燒后生成的煙氣的得火用增加，這就使得燃燒段火用效率增大?！?。由式(1)可知：只有增大燃燒段煙氣的火用值，才能增大燃燒段的火用效率，而決定煙氣火用值的主要因素是燃燒段的熱力學(xué)平均溫度，即理論燃燒最高溫度和入爐平均溫度, 要提高燃燒段火用效率，就必須提高理論燃燒最高溫度和入爐平均溫度。按加熱爐的功能，加熱爐大體上可分為：燃料燃燒、輻射、對(duì)流三部分，下面就對(duì)這三部分進(jìn)行討論。所以，可將火用效率作為一項(xiàng)主要指標(biāo)，對(duì)生產(chǎn)方法、工藝流程的合理性及設(shè)備的優(yōu)劣進(jìn)行正確的評(píng)價(jià)。通過(guò)火用效率可以確定各單元過(guò)程火用效率對(duì)總過(guò)程火用效率的影響, 從而確定各單元過(guò)程在總過(guò)程中的節(jié)能地位。在一個(gè)過(guò)程或設(shè)備中, 被利用或獲得的火用與支付或耗費(fèi)的火用的比值, 就是所謂的火用效率, 即ηE=EX出/ EX入；在火用效率的計(jì)算式中，分子、分母屬于真正的同類項(xiàng), 不管過(guò)程中使用的各種能量的具體形式如何，它們具有的火用在理論上完全是同質(zhì)、等價(jià)的。所謂火用(EX)就是在給定環(huán)境條件下，能量中理論上能夠轉(zhuǎn)變?yōu)樽畲笥杏霉Φ哪遣糠帜芰俊；鹩眯?ηE)能夠正確地指出過(guò)程的用能情況，又能用以分析、考察過(guò)程中各種形式能量的傳遞、轉(zhuǎn)換、降級(jí)變質(zhì)情況的物理量。五、舉例分析以某煉油廠的加熱爐為例，進(jìn)行火用分析工藝過(guò)程的熱平衡、熱效率不能全面反映熱能轉(zhuǎn)換過(guò)程中熱能的利用情況，也不能用來(lái)分析、考察熱能轉(zhuǎn)換過(guò)程中各種熱能的傳遞、轉(zhuǎn)變和降級(jí)(能量變質(zhì))的情況。由于實(shí)際過(guò)程中，總有某種不可逆因素，不可避免地能量中的一部分火用將退化為火無(wú)，而且一旦退化為火無(wú)就將再也無(wú)法轉(zhuǎn)變?yōu)榛鹩?，因而火用損失是真正意義上的損失。圖16 一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵增和火用損假設(shè)：以A為熱源、環(huán)境為冷源，其間工作的可逆機(jī)作出的最大循環(huán)凈功Wmax(A)，即為體系A(chǔ)放出的熱量Q中的熱量火用，即：體系B放出的熱量，則它所包含的熱量火用為：由此可以看出，孤立系統(tǒng)發(fā)生了不可逆?zhèn)鳠岫鸬幕鹩脫p失：可以看出，熱量Q從A傳到B，熱量的數(shù)量并未減少，但是Q中的熱量火用減少了，熱量的“質(zhì)量”降低了，稱之為能量貶值。與此同時(shí)，任何的不可逆循環(huán)或者不可逆過(guò)程，必然會(huì)有機(jī)械能損失，體系的做功能力降低，必然有機(jī)械能損失，體系的做功能力降低，或者說(shuō)必然有火用損失，火無(wú)增量。冷量火用溫度低于環(huán)境溫度T0的系統(tǒng)（T＜T0），吸入的熱量Q0時(shí)所作出的最大有用功稱為冷量火用，用表示。不同形態(tài)的能量或物質(zhì)，處于不同狀態(tài)時(shí)，包含的火用和火無(wú)的比例也不一樣。任何能量（E）都是由火用（EX）和火無(wú)（AN）兩部分組成的?；蛘撸簾崃ο到y(tǒng)只與環(huán)境相互作用，從任意狀態(tài)可逆地變化到與外界相平衡的狀態(tài)時(shí)，做出最大的有用功稱之為該熱力系統(tǒng)的火用。由于由單一熱源提供的熱量是不能連續(xù)做功的，因?yàn)橛伤鼈兲峁┑臒崃繜o(wú)法轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，它們是不可轉(zhuǎn)換的能量，從動(dòng)力的觀點(diǎn)稱其為廢熱，或者火無(wú)。這類熱能屬于可有限轉(zhuǎn)換的能量。由高于（或低于）環(huán)境溫度的物體提供的熱量中，部分可轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。所以，從技術(shù)使用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值角度，前者的品味（質(zhì)量）更高、更為寶貴。這類可無(wú)限轉(zhuǎn)換的能量成為火用，機(jī)械能全部為火用。二、火用參數(shù)的基本概念、熱量火用能量的可轉(zhuǎn)換性熱力學(xué)第二定律限制了某些能量向另一種形態(tài)的轉(zhuǎn)變。 上式叫做孤立系統(tǒng)熵增原理。同時(shí)還應(yīng)指出，在進(jìn)行以上推論時(shí)，我們?cè)俣ú徽撌强赡孢€是不可逆過(guò)程，在熱量的傳遞中系統(tǒng)邊界處接受熱量的局部溫度是與熱源溫度相等的。當(dāng)系統(tǒng)完成一個(gè)可逆或不可逆循環(huán)時(shí)，系統(tǒng)熵的變化為零，于是可以得到這個(gè)公式稱為克勞修斯不等式。對(duì)于微元過(guò)程，熵的變化為上式可改為式中等號(hào)用于可逆過(guò)程，不等號(hào)用于不可逆過(guò)程?！D14 可逆與不可逆過(guò)程示意圖　假定圖中熱源為變溫?zé)嵩矗员ＷC在一個(gè)無(wú)限小的溫差下向系統(tǒng)供給熱量?，F(xiàn)在，我們可以利用狀態(tài)參數(shù)熵來(lái)研究過(guò)程的方向性，即不可逆性問(wèn)題。 只和單一熱源交換熱量的系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)一有限可逆過(guò)程后，熵的變化為 若系統(tǒng)X由穩(wěn)定狀態(tài)1可逆地變化到穩(wěn)定狀態(tài)2，可寫(xiě)出積分式為 系統(tǒng)X與可逆熱機(jī)一起構(gòu)成一個(gè)擴(kuò)大的系統(tǒng)Y。熱源的溫度Td 完全是任意的，在這里我們假定Td＞T。為了利用熱力學(xué)第二定律推論I的條件，設(shè)想熱量δQ是由一臺(tái)工作在系統(tǒng)X與熱源d之間的可逆機(jī)提供的。圖13 導(dǎo)出熵參數(shù)的示意圖設(shè)有一個(gè)如圖13所示的任意系統(tǒng)X。不過(guò)，迄今為止的所有有關(guān)論證都是定性的。卡諾定理：在不同溫度的恒溫?zé)嵩撮g工作的所有熱機(jī)，不可能有任何熱機(jī)的效率比可逆熱機(jī)的效率更高。開(kāi)爾文說(shuō)法：不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變成有用功而不產(chǎn)生其它影響。熱力學(xué)第二定律就是用來(lái)說(shuō)明過(guò)程進(jìn)行的方向、條件及限制。該熱機(jī)由兩個(gè)溫度不同的可逆定溫過(guò)程(膨脹和壓縮)和兩個(gè)可逆絕熱過(guò)程(膨脹和壓縮)構(gòu)成的循環(huán)過(guò)程——卡諾循環(huán)。能量從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體有兩種方式：做功和傳熱。熱力學(xué)第一定律是能量守恒和轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中的應(yīng)用，確定了熱力過(guò)程中熱力系統(tǒng)與外界進(jìn)行能量交換時(shí)，各種形態(tài)能量數(shù)量上的守恒關(guān)系。圖11 一個(gè)熱力系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖熱力工程中常見(jiàn)的熱力系統(tǒng)是由可壓縮流體（如水蒸氣、空氣、燃?xì)獾龋?gòu)成的，這類系統(tǒng)又稱作簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)。當(dāng)一個(gè)熱力系統(tǒng)和外界間無(wú)熱量交換時(shí)，該系統(tǒng)稱為絕熱系統(tǒng)。一個(gè)熱力系統(tǒng)如果和外界只有能量交換而無(wú)物質(zhì)交換，則該系統(tǒng)稱為閉口系統(tǒng)，又稱作控制質(zhì)量。一、基本概念熱力系統(tǒng)在對(duì)能量轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象或過(guò)程進(jìn)行分析的時(shí)候，需要從相互作用的物體中提取研究對(duì)象，該對(duì)象就是熱力系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱系統(tǒng)。第一節(jié) 節(jié)能的基本原理要搞好節(jié)能，就要了解造成能量損耗和損失的原因、能量損耗和損失的分布、科學(xué)用能的基本原則、技能的對(duì)策等。能源統(tǒng)計(jì)體系不完善、節(jié)能信息不暢，難以適應(yīng)節(jié)能工作的需要。目前，全國(guó)共有節(jié)能監(jiān)測(cè)（技術(shù)服務(wù)）中心145個(gè)，絕大部分受政府委托開(kāi)展節(jié)能執(zhí)法監(jiān)督和監(jiān)測(cè)。同時(shí)由于缺乏鼓勵(lì)節(jié)能技術(shù)推廣的政策和機(jī)制，多數(shù)企業(yè)融資困難，節(jié)能技術(shù)推廣應(yīng)用難。節(jié)能必須依靠技術(shù)進(jìn)步，改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)開(kāi)發(fā)、示范（引進(jìn)）和推廣了一大批節(jié)能新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備，節(jié)能技術(shù)水平有了很大提高。供熱體制改革滯后，受各種因素影響貫徹落實(shí)難度較大。在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下形成的節(jié)能管理體系已不適應(yīng)新形勢(shì)的要求。目前在財(cái)稅政策上對(duì)節(jié)能改造、節(jié)能設(shè)備研制和應(yīng)用以及節(jié)能獎(jiǎng)勵(lì)等方面，支持的力度不夠，沒(méi)有建立有效的節(jié)能激勵(lì)機(jī)制。缺乏有效的節(jié)能激勵(lì)政策。能效標(biāo)準(zhǔn)制定工作滯后，尚未頒布機(jī)動(dòng)車燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)，大部分工業(yè)用能設(shè)備（產(chǎn)品）沒(méi)有能效標(biāo)準(zhǔn)。節(jié)能法律法規(guī)不完善。六、節(jié)能工作中存在的問(wèn)題目前，我國(guó)節(jié)能存在