天然气能源技术及其利用.ppt

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1、1,天然气能源技术及其利用,中澳天然气技术伙伴基金培训项目二一三年七月十七日,2,目 次（Contents）,3,燃气发展历史,公元前6000-2000年间，伊朗首先发现了从地表渗出的天然气。许多早期的作家都曾描述过中东有原油从地表渗出的现象。,4,燃气发展历史,特别是在今日阿塞拜疆的巴库地区（祖上为突厥人）。渗出的天然气刚开始可能用作照明，崇拜火的古代波斯人因而有了“永不熄灭的火炬”。,15世纪的希尔凡王宫,5,燃气发展历史,3000年前，四川成都的制盐者，已成熟地掌握用竹管输送天然气到盐锅熬制食盐的技术井火煮盐图。,1812年伦敦威斯敏斯特煤气公司将炼焦煤气通过凿空的圆木连接起来输送到大桥

2、两侧的路灯进行照明，这是第一条工业应用燃气管道。,6,燃气的分类,7,天然气的种类及其气质标准,8,9,（GB178201999)技术指标与行业分类标准,10,页岩气,页岩气（Shale Gas）特指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中中的非常规天然气。它以吸附态和游离态为主要方式存在并富集。,页岩气赋存方式与成藏过程示意图（据Ron McDonald，2002）,11,国外页岩气发展现状,美国能源署统计,全球已掀起“页岩气革命”，目前已有多个国家在进行页岩气前期评价和勘探开发先导试验，其中以美国页岩气勘探开发较为成熟。,12,世界油气资源统计,页岩气成分以甲烷为主，与“煤层气”、“致密气”同属一类

3、。中国的页岩气储量超过加拿大以外的任何一个国家，可采储量有36万亿立方米。按当前的消耗水平，这些储量足够中国使用300多年。,13,页岩气并不形成类似于常规油气的圈闭，具有自生自储、无气水界面、大面积低丰度连续成藏、低孔、低渗等特征，存在局部富集的“甜点”区。一般无自然产能或低产，需要大型水平井和水力压裂技术才能进行经济开采。,14,天然气水合物,天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate）是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气

4、冰”。,15,16,化学成份,(mCH4nH2O)高度压缩的固态天然气 外表上看它像冰霜 甲烷占80-99.9 密度比水轻（922Kg/m3）,17,水合物形成的条件,可燃冰可在0以上生成，但超过20便会分解。而海底温度一般保持在24左右。可燃冰在0时，只需30个大气压即可生成，而以海洋的深度，30个大气压很容易保证，并且气压越大，水合物就越不容易分解。海底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充足的气源。,18,最有可能形成甲烷水合物的区域是：（1）高纬度的冻土层(permafrost regions)如美国的阿拉斯加、俄罗斯的西伯利亚都已有发现，而且俄国已开采近20年。（2）海底大

5、陆架斜坡(deep-water regions)如美国和日本的近海海域，加勒比海沿岸及我国南海和东海海底均有储藏。,19,20,21,22,2009年9月中国地质部门公布，在青藏高原发现了一种名为可燃冰(又称天然气水合物)的环保新能源，预计十年左右能投入使用。这是中国首次在陆域上发现可燃冰，使中国成为加拿大、美国之后，在陆域上通过国家计划钻探发现可燃冰的第三个国家。初略的估算，远景资源量至少有350亿吨油当量。,23,气体水合物的类型,24,我国天然气水合物成藏远景区,我国天然气水合物成藏远景区：南海海区、青藏高原冻土区、东海部分海域。据推测，我国南海资源量可达700亿吨。,25,由于可燃冰在

6、常温常压下不稳定，因此开采可燃冰的方法设想有：热解法 降压法。二氧化碳置换法。,26,地质灾害,通常认为是由地震、火山喷发、风暴波和沉积物快速堆积等事件或因坡体过度倾斜而引起的。然而，近年来研究者不断发现，因海底天然气水合物分解而导致斜坡稳定性降低是海底滑坡产生的另一个重要原因。天然气水合物以固态胶结物形式赋存于岩石孔隙中，天然气水合物的分解会使海底岩石强度降低；另一方面因天然气水合物分解而释放岩石的孔隙空间，会使岩石中孔隙流体（主要是孔隙水）增加和岩石的内摩擦力降低，在地震波、风暴波或人为扰动下孔隙流体压力急剧增加，岩石强度降低，以至于在海底天然气水合物稳定带内的岩层中形成统一的破裂面而引起

7、海底滑坡或泥石流。,海底滑坡,27,28,海洋生态环境的破坏,如果在开采过中向海洋排放大量甲烷气体将会破坏海洋中的生态平衡。在海水中甲烷气体常常发生下列化学反应：CH4+2O2=CO2+2H2O CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2这些化学反应会使海水中O2 含量降低，一些喜氧生物群落会萎缩，甚至出现物种灭绝；另一方面会使海水中的CO2含量增加，造成生物礁退化，海洋生态平衡遭到破坏。,29,小结：,小结：,水合物分解产生的滑塌、滑坡和浊流则可能进一步引发新的地震和海啸。水合物分解引起的地质灾害还会导致海底生态环境恶化而殃及海洋生物。在里海和巴拿马北部近海还发现水合物分解产生的海底泥火

8、山。,全球冻土层退化，存在天然气水合物大量释放的危险。在高纬度永冻土带及极地地区，油井、油气管道等生产设施中水合物的形成会造成管路堵塞，而产生事故或灾害。,30,气候,CH4的温室效应比CO2要大21倍。在自然界，压力和温度的微小变化都会引起天然气水合物分解，并向大气中释放甲烷气体。据测算，甲烷的全球变暖的潜能在20年的期间内是二氧化碳的56倍。,31,很多科学家认为，天然气水合物中的甲烷最终将对全球气候产生稳定的影响。在冰期开始时，地球变冷，冰盖扩大而引起海平面下降，海平面的下降又引起对海底压力的下降，这样就引起了天然气水合物的离散和甲烷释放，增加大气的温室效应，从而阻止了全球继续变冷。这样

9、，天然气水合物可能是稳定全球温度的一个重要因子。,如果大量开发天然气水合物，人为破坏这 种自然调节的平衡，后果将怎样呢？,32,水合物储运技术,三井造船公司宣布2008 年造出世界首轮NGH运输船，目前该公司已经拥有运输能力达600 吨/天的技术，建造了一个日生产及气化能力达600kg/d的天然气水合物球运输链，来论证水合物的连续生产过程，它包括生成、制球、储存、运输和气化过程。,33,Reactor,34,pelletizer,35,Regasfication,36,Scene of Pellet Discharge,37,Scene of Pellet Storage,38,储气量大，1m

10、3的天然气水合物可储存150-180 m3的天然气；水合物的形成条件不苛刻，在010，26MPa即可生成，工业上很容易实现；天然气水合物在常压下大规模储存和运输是不必冷却到平衡温度以下，而是将水合物冷冻到水的冰点以下(-15-5)，保持完全绝热，水合物就可以保持稳定。,39,各环节的主要参数为：-气源：压力4MPa；-水合物合成：压力约5-6MPa，温度0-4；-汽车储罐：保温性能良好，温度-15-10。密闭储存，安全阀压力可设置为0.60.8MPa。-气化：用20-30的水使水合物气化，且要达到用户用气压力要求。,我国有大量零散的气田，LNG和管道输送一次性投资大，不经济适用，可考虑采用NG

11、H的方式输运。,40,41,LNG和NGH设备投资费用比较,42,43,44,能量的分类,(1)第一类型能量无限转换能：具有完全转换能力、完全有序、可以转化为技术功的能量 如：运动体系中的宏观动能、位能以及电能等,(2)第二类型能量有限转换能：具有部分转换能力、只有部分可以转化为技术功的能量 如：内能、热能等（显热的有效能随热输出温度降低而降低）,45,比有效能,体系具有的总有效能与其具有的总能量之比,(3)第三类型能量非转换能：完全不具有转换能力、不能转化为技术功的能量 如：处于环境状态下的热能，环境状态下物质具有的内能等,46,能源的品位,数量相同而形式不同的能量，做功本领不同。数量相同的

12、同种物系，若所处的状态不同，其所具有的能量做功的本领也不相同。任何自发过程都是由能量品位高的状态向能量品位低的状态的变化过程。,47,能源的品位,能量守恒性把不同形式的能量在数量上统一起来，却把其在质量上的差异掩盖了。,房间温度维持在27,电炉丝温度维持在927,电能（1kW）,1）高品位的电能直接转换成低品位的热能2）大温差传热过程 按放热1kw计，产生 0.75kw做功能力损失。有悖于科学用能的原则。,48,天然气余热回收利用,燃气燃烧会有余热排放，工业用户燃气排烟温度较高;工业天然气排烟温度可分为高品位余热（300OC以上),低品味余热（200 OC左右);高品位余热回收可以制冷、采暖、

13、除湿；低品味余热回收可以采暖、生产生活热水和除湿;北京年工业用气约2亿立方米，按照平均排烟温度280度计算，每年可回收72万GJ，折合约2000万立方米天然气的热量，约3600万元。,49,天然气余热回收利用,工业余热,50,燃气余热回收技术案例-印刷业,大型印刷设备4台，燃烧天然气对纸张进行烘干，然后采用电制冷冷却；排烟温度约400度；排烟量约14000立方米/小时；采用余热溴化锂吸收式制冷机两台，回收烟气制冷、替代原有电制冷机组；除满足工艺用冷外还可以满足部分办公制冷、采暖、生活热水需要；,51,燃气余热回收技术案例-印刷业,-余热回收系统投资约360万元，含设备及工程费用；-回收年限约3

14、年左右；-每年节能1658吨标煤；-减排CO2 4721吨、SO238.3吨、-NOX 11.67吨、减少粉尘排放15吨,52,主要温室气体来源与含量,53,以煤为主的能源结构,2007年主要国家的能源结构（%）,54,世界各国二氧化碳排放量：,单位：亿吨,55,主要国家的二氧化碳排放量：,56,2005年，自然杂志公布卫星遥感测得数据，称中国北京及东北部是世界上二氧化氮污染最严重的地方。欧洲航天局（ESA）据此发布新闻龙的呼吸，中国上空对流层二氧化氮的增加，暴露了经济增长对中国空气质量的冲击。,57,欧洲航天局(ESA)China MERIS卫星拍摄到的一张中国东部地区的照片一层灰蒙蒙的烟雾

15、笼罩在黄河附近的沿岸平原，并逐渐向黄海、东海地区扩散。,58,卫星遥感NO2浓度数据（全球）,59,NOx容易形成PM10/PM2.5,随着人的呼吸进入肺部,与CH化合物在强阳光作用下生成浅蓝色的有毒烟雾光化学烟雾,NOx还会在大气臭氧层与O3反应消耗O3，形成“臭氧洞”,NOX的影响与危害,60,主要能源的CO2排放量,中国应更注重低排放经济：关注化石能源特别是煤炭的清洁高效利用；同时大幅度提高天然气在一次能源供应中的比重。,61,中国要大力发展能大幅度改变能源结构的低排放能源，主要是天然气、核能和可再生能源。天然气目前占全球能源供应比例的24%，而在中国只有3.6%，其中还包括化肥生产用气

16、。欧洲主要城市在上世纪五六十年代曾经面临着目前困扰我国许多城市的大气污染。将天然气的比例提高到10%以上，中国各大城市的空气质量将会得到非常明显的改善。,62,胡锦涛主席2009年9月22日在联合国气候变化峰会开幕式上表示，中国已制定并实施了应对气候变化国家方案，并把应对气候变化纳入经济社会发展规划。具体措施包括：,加强节能、提高能效工作，争取到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年有显著下降；大力发展可再生能源和核能，争取到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右；,63,大力发展绿色经济，积极发展低碳经济和循环经济，研发和推广气候友好技术；大力增加森林碳汇，争取到2

17、020年森林面积比2005增加4000万公顷，森林蓄积量比2005年增加13亿立方米。,64,我国天然气利用政策,2007年9月国家发改委发布的我国天然气利用政策，将天然气利用分为优先类、允许类、限制类和禁止类。,优先类：除城市燃气外，还包括天然气汽车、分布式热电联产、热电冷联产用户；允许类：包括集中式采暖用气（指中心城区的中心地带），分户式采暖用气，重要用电负荷中心且天然气供应充足地区的天然气调峰发电项目。,65,我国分布式能源发展存在的问题,对天然气分布式能源的优越性认识不清；政策体系尚不完善，不利于引导产业规范发展。项目准入、核准、并网管理、后评价管理办法和流程不完善；缺乏由国家资金支持

18、的重大项目和领域及具有产业发展指导意义的示范工程等；尚未制定天然气分布式能源发展规划；缺乏天然气分布式能源系统能效标准指标；缺乏天然气分布式能源系统设计、施工、验收指标及运行规程。,66,发展天然气分布式能源的有关建议,以资源为依托，以提高能效为中心，以可持续发展为宗旨，以满足用户需求为目的，制订和完善天然气分布式能源发展规划。初步确定两阶段实施目标：2009-2011年为产业示范阶段，选择20个大中型城市，发展100个示范项目，总装机规模达到1000MW；2012-2020年为产业推广阶段，规划建设2000个项目，总装机规模20000MW。出台鼓励天然气分布式能源发展的产业政策，引导产业健康

19、发展。明确提出发电设备应达到的效率指标和项目建设有关控制性指标。,67,领域内几个常用的名词,DER:Distributed Energy Resources 分布式能源 DHC:District Heating and Cooling 区域冷热联供 CHP:Combined Heat and Power 热电联供 CCHP:Combined Cooling,Heating and Power 冷热电联供 BCHP:Building Cooling,Heating and Power 楼宇冷热电联供,68,冷热电联产定义,根据能量品位进行梯级利用的原则综合产、用能分布式系统。系统安装于最终用户

20、端附近，首先利用一次能源驱动各种发动机发电，再通,过各种余热利用设备（吸收式制冷机、吸附式制冷机、余热锅炉、干燥除湿设备、换热器等）对余热进行回收利用，同时向用户提供电力、制冷、采暖、生活热水等。,69,冷热电联供系统组成示意图,70,两个核心设备,热电转换装置,热冷转换装置,热气机,内燃机,微燃机,燃料电池,吸附式制冷机,蒸汽轮机,燃气轮机,吸收式制冷机,双效,单效,三效,71,动力设备特点,72,燃气轮机概述,燃气轮机的原理与中国的走马灯相同。走马灯的上方有一个叶轮，就像风车一样，当灯点燃时，灯内空气被加热，热气流上升推动灯上面的叶轮旋转，带动下面的小马一同旋转。燃气轮机是靠燃烧产生的高温

21、高压气体推动燃气叶轮旋转。,73,压气机,燃气轮机由三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，内部一排排叶片是压气机叶片；中间部分是燃烧器段，围绕一圈的是燃烧室；右边部分是燃机透平，其中有透平叶片，右侧是燃气排出口。,74,燃气轮机之压气机：,75,燃气轮机之压气机：,在每两级动叶之间有一组静止的叶片（简称静叶），一组动叶与后面相邻的静叶，称为压气机的一个级。多数燃气轮机的压气机有十几级，高速旋转的动叶把空气从进气口吸入压气机，经过一级又一级的压缩，变成高压空气。由于压气机内气体流动方向与旋转轴平行，称为轴流式压气机。燃气轮机启动时，先把发电机当作电动机带动压气机旋转，把空气压入燃烧区。燃机点

22、火后，则逐渐转变至由透平带动压气机旋转压气。,76,燃气轮机之燃烧室：,燃气轮机一般有十几个燃烧室，安装在燃机外围。燃烧室由外壳与火焰筒组成，在外壳端部有天然气入口，在火焰筒尾部联接过渡段，在燃烧室内装有燃料喷嘴。,天然气通过燃气入口进入燃烧室，与压气机压入的空气在燃烧室火焰筒里混合燃烧。燃烧使气体体积剧烈膨胀，生成高温高压燃气从燃烧室过渡段喷出，进入透平做功。,77,燃气轮机之透平：,燃气推动旋转的叶轮上的叶片称为动叶，在每级动叶的前方还安装一组静止的叶片（静叶），静叶起着喷嘴的作用，使气流以最佳方向喷向动叶。一组静叶加一组动叶为透平的一级。为了充分利用燃气的热能，透平一般为3级或4级。,7

23、8,79,压比和温比对效率的影响,何谓压比？,：压气机中空气出口压力与进口压力之比,何谓温比？,：燃气初温与大气温度之比,何谓燃气初温？,T3：燃烧室出口至透平进口的燃气温度,80,压比和温比对效率的影响,81,小结：,小结：,燃气轮机利用压气机近期导叶的开度来调节空气进气量，调节范围为100%-70%。负荷小于70%，只能通过控制燃料来控制燃气轮机的出来。燃气轮机低负荷运行时，效率大幅下降，带50%负荷时效率下降5-7个百分点。,燃气轮机的启动时间很短，一般从启动到带满负荷不到30min。加上联合循环的蒸汽部分，在热态下启动，也不超过70min。,82,主要的进气冷却技术,1-进气；2-低压

24、压气机；3-水；4-中间冷却器；5-温降(106)；6-高压压气机；7-温升(227)；8-旁通阀；9-燃烧室；10-燃料；11-回热器；12-高压涡轮；13-低压涡轮；14-可变面积导叶；15-排气(343)；16-动力涡轮,83,燃气轮机的主要特点,规格范围：一般为500KW到250MW；热能输出：燃气轮机输出的余热为高品质的热能，所以他能应用于大部分的热电联产项目；燃料的选择范围大：燃气轮机的燃料可选用天然气、合成燃料气体、沼气和燃料油。通常采用气体燃料并以液化气作为备用燃料；部分负荷运行：因为燃气轮机是靠降低燃烧温度来减少电输出的，所以部分负荷运行时效率将比满负荷时低很多；,84,燃气

25、轮机的主要特点,部分负荷运行：因为燃气轮机是靠降低燃烧温度来减少电输出的，所以部分负荷运行时效率将比满负荷时低很多；可靠性和寿命：燃气轮机的可靠性相当高，并且维护费用比内燃机少，设备大修周期一般为2万5千到5千小时；排放：大多数燃气轮机是燃烧天然气的，尤其是天然气，因此NOx排放很少，只有25ppm,实验数据更低至9ppm，同时CO的排放只有10-15ppm。,85,国际上通常将300kW-20000kW的燃气轮机归类为小型燃气轮机。燃气轮机的余热品质极佳，几乎全部是300-500左右的烟气流，非常便于回收利用，这是其他冷热电联供方式难以取代的。,86,微燃机,微型燃气轮机（Micro-tur

26、bine）单机功率为25-300 kW。基本技术特征是采用径流式叶轮机械（向心式透平和离心式压气机）以及回热循环。随着全球范围内能源与动力需求结构特别是电力系统放松控制以及环境保护等要求的变化，微型燃气轮机发展迅猛。,87,微型燃气轮机工作流程,微型燃气轮机采用布雷顿循环，主要包括压气机、燃烧室、透平、回热器、发电机和控制装置等，主要燃料为天然气、甲烷、汽油、柴油等。,88,（1）规格范围：目前市场上微型燃气轮机的占有率还不高，容量范围25300kW。（2）热能输出：微型燃气轮机所产生的热一般从400F到600F，适合供应各种大楼的热需求。（3）燃料选择范围大：微型冷热电联产可以用许多不同的燃

27、料：天然气，和液体燃料如汽油，煤油，柴油。（4）部分负荷运行：同燃气轮机一样，微型燃气轮机在部分负荷下的发电效率比满负荷时要低得多。,89,（5）模块化：各个模块单位可以被平行连接起来提供更大的负荷，并且能提供稳定的电力。（6）可靠性和寿命：因为微型燃气轮机进入市场的时间还不够长，所以还不能给出确切的寿命数据，根据设计时的寿命，微型燃气轮机的运行总时间估计在4-8万小时。（7）排放：低进口温度和高燃料空气比使得以天然气为燃料时燃烧排放的NOx小于10ppm。,90,蒸汽轮机工作原理,蒸汽轮机是由一个中央很厚的钢盘和钢盘外沿弧形叶片所组成，当蒸汽喷射到叶片上时，轮机就转动起来，而且蒸汽速度越大，

28、轮机转动得越快。利用蒸汽使叶轮转动的机器叫“蒸汽轮机”。当气体从高压流向低压时，压强差越大，流动速度越大。因此蒸汽轮机利用喷嘴，使锅炉过热管送来的过热蒸汽，从喷嘴喷出时，体积开始急剧膨胀，同时压强降低，速度增大，具有很大动能。蒸汽内能在喷嘴中转变为蒸汽动能。当蒸汽喷射到叶片上时，动能又转变为机轴旋转的机械能。,91,蒸汽轮机种类,凝汽式机组背压式机组抽凝式机组,92,热化发电率 Cogeneration level,热电厂热电联产发电量与汽轮机中做过功的蒸汽供热量之比。蒸汽供热量包括汽轮机抽汽或尾端排汽向外部供热系统的供热量和抽汽向热电厂内部加热锅炉补水给水的回热装置的供热量。热化发电率是评价

29、供热机组联产技术完善程度的指标。它将品位不等价的热电两种能量在热电联产的基础上统一起来，用以评价供热机组经济性。,93,内燃机,94,（1）规格齐全，价格低廉：在市场上内燃机的规格从几kW到几百MW以上都有销售，对用户来说有很大的选择余地。同样规格的内燃机比燃气轮机和热气机投资低。（2）热能输出：内燃机能够根据需要同时输出热水和低压蒸汽。（3）启动快：快速启动的特性使得内燃机能够从停止状态很快地恢复工作，在用电高峰或紧急情况下，内燃机能够很快地根据需求来供电。（4）启动耗能小：在突然停电地情况下，启动内燃机只需要很少辅助电力，通常只要蓄电池就足够了。,95,（5）部分负荷运行性能好：当内燃机在

30、50%负荷下运行时，其效率只比满负荷运行时低5-8%；而燃气轮机在50%负荷下运行时，效率通常要比满负荷运行时低15-25%。（6）可靠性和安全性：只要给予适当的维护，内燃机的运行可靠性还是相当高的。（7）排放：柴油机排放中NOx和微粒含量都相对较高。然而，燃气内燃机是相当环保的。燃气内燃机的排放主要是NOx。,96,热气机（Stirling，外燃机）,燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。,斯特林循环依次经历等温压缩、定容吸热、等温膨胀、定容放热四个过程。其结构一般由燃烧系统、热端部件（加热器，回热器）、冷端部件（冷却器，冷却系统）、传动系统及辅助

31、系统组成。,97,热气机是一种闭式循环往复活塞式外燃机，由一位叫罗伯特斯特林的苏格兰牧师于1816年发明的。在19世纪，由于受当时材料和工艺的限制，斯特林机效率很低而且相当笨重，逐渐的被内燃机所代替。现代斯特林机的研究和发展始于1938年，先驱者是荷兰的菲利浦公司。1978年，美国耗资1.07亿美元用于斯特林机发展。日本政府投资84亿日元，发展燃气热泵空调用斯特林机。这两项计划极大促进了斯特林机的发展。,98,l 凡是燃烧温度可达到450以上的任何种类燃料都可以作为燃气外燃机的驱动能源，如煤油、重柴油、煤炭、薪柴和秸秆、煤气、天然气、沼气、酒精和植物油等燃料都可使用。l 当采用载热系统（如热管

32、）间接加热时，几乎可以使用任何高温热源（太阳能、放射性同位素和核反应等），而发动机本身（除加热器外）不需要做任何更改。同时，斯特林机也可用来回收各种分散或低品位的热能。l 热气机是一种高效率的能量转换器。斯特林循环是由两等温、两等容过程组成的，其理论循环等于同温限下的卡诺效率，可以达到66%70%或更高。目前实际斯特林机的效率一般为25%35%，最高可达到47%，在部分负荷下斯特林机仍可达35%的发电效率。,99,良好的环境特性，排气污染少，噪音低。热气机气缸中的压力变化平稳，最大和最小压力之比一般为2.0左右，因此扭矩均匀，运转平稳。转速变化范围大，最大与最小转速的比值一般为810（内燃机为

33、35）。热气机的超负荷能力很大，能在超过额定负荷50%的情况下正常运转，而内燃机只能超载15%。机构简单，零件数比内燃机少40%。,100,吸收式制冷原理 与蒸气压缩式制冷比较,101,102,可以利用各种热能驱动;可以大量节约用电，平衡热电站的热电负荷，在空 调季节削减电网的峰值负荷;结构简单，运动部件少，安全可靠。除了泵和阀件外，绝大部分是换热器，运行时振动和噪声小;以水或氨等为制冷剂，其ODP、GWP值均为0，对环境和大气臭氧层无害;制冷性能系数COP值较低,103,104,吸附式制冷工作原理,以太阳能吸附式制冷机展示。组成部分主要包括吸附床/发生器、冷凝器、蒸发器、阀门、储液器。,当吸

34、附床被冷却时，蒸发器内制冷剂被吸附而蒸发制冷；待吸附饱和后，加热吸附床，使吸附床解吸，然后再冷却吸附床，如此反复完成循环制冷过程。它是由加热解吸冷凝与冷却吸附蒸发制冷两个过程交替进行。,105,总能系统的思想,总能系统（Total Energy System），也称整体化能量系统（Integrated Energy System），是对包括能量转换装置（动力设备）和能量利用装置在内的复杂系统进行总体节能优化设计的概念。,按照能量品位高低进行梯级利用，安排好功、热与物料内能等之间的配合关系，在系统高度上综合利用各种能源，取得有利的总效果，而不仅是着眼于提高单一生产设备或工艺的能源利用率。,106

35、,以锅炉为例。现代锅炉热效率高达90%以上，燃料煤化学能绝大部分都转变成蒸气的焓，但有效能效率很低，只有40%左右。占输入（火用）60%的先能损失掉了。一半是由于低温燃烧；另一半是由于炉气与蒸汽之间的大温差传热。,107,广义总能系统,即资源能源环境一体化的多功能能源系统，、它基于物理能与化学能综合梯级利用原理，同时考虑能源与环境的协调。广义总能系统可包容多种能源、资源输入，并具有多功能或联产输出的能源利用系统，它在接受多种不同的物料、能源等输入而完成发电供热等热工功能的同时，还生产出化工产品与清洁燃料，并对污染物进行有效地分离、回收与利用，使能源利用综合、合理和低污染。,108,把热工过程和

36、污染控制一体化，协调兼顾了能源动力、化工、石化、环境等诸领域问题，是新世纪能源动力系统发展的主流方向和前沿。,三个基本原理：化学能与物理能综合梯级利用原理、能量转换与温室控制一体化原理、多能源综合互补的机理。,109,燃气轮机（微型燃气轮机）驱动联供系统,110,燃气轮机（微型燃气轮机）驱动联供系统,111,燃气轮机（微型燃气轮机）驱动联供系统,112,燃气-蒸汽联合循环前置（topping）循环与后置（bottoming）循环,前置循环：为利用某一动力循环或动力系统的先能而附加另一个动力循环叫做前置，前置循环的工作温度应该更高，它以基本循环作为冷源。后置循环：为利用某一动力循环或系统的余热而

37、附加另一个动力循环称为后置，后置循环以基本循环的排放热量作为热源。两个循环结合在一起就构成联合循环，两者互为前置和后置。凡有先能和余热的地方都可以采用前置和后置，这是构成总能系统的重要措施。,113,燃气-蒸汽联合循环驱动联供系统,114,内燃机,余热锅炉,高温烟气,燃料,缸套冷却水,供热,排烟,吸收式制冷机,换热器,供电,供冷,供热,内燃机驱动联供系统示意图,发电机,换热器,400-600,85-95,给水,115,内燃机驱动联供系统示意图,116,内燃机驱动联供系统示意图,117,热气机热电联供示意图,与内燃机相似热电联产+吸收式冷热水机组,118,燃料电池冷热电联供系统,燃料电池高温排气

38、经过吸收式制冷机组放出热量，温度降为300，再通入换热器中预热锅炉给水，使得锅炉给水温度由25升至100。换热器排气温度约为150。系统输入能量约为378.51kW，回收余热167.34kW，发电效率约为42.27%，余热回收效率约为44.21%，因此热电总效率约为86.48%。,系统提供160kW电量和78kW冷量。其中，高温熔融碳酸盐燃料电池 MCFC的排气温度650，用来驱动吸收式制冷机组工作。,119,冷热电联供系统的发展趋势。,将冷热电联供系统应用于庞大的市场,运行控制,能量管理优化模型及先进控制策略,理论研究,提高部件的运行效率，实现系统的最佳匹配和最优控制,系统研制,小型化、微型化、一体化、智能化和网络化,实际应用,