●前言
第1章 緒論 1
1.1 能源簡況 1
1.1.1 世界化石能源探明儲量 1
1.1.2 中國能源簡況 1
1.2 能量與能源 2
1.2.1 能量 2
1.2.2 能源 3
1.3 節能工作要點 4
1.3.1 管理節能 4
1.3.2 規劃與設計節能 5
1.4 能效評價體繫及評價基準 8
1.4.1 節能的理論限度 8
1.4.2 能源利用的分析決策與評價基準 8
1.4.3 建立統一化能源利用評價體繫的重要性和緊迫性 9
第2章 熱力學基礎知識 12
2.1 熱力狀態與狀態參數 12
2.1.1 狀態參數的類型與性質 13
2.1.2 熱力學第零定律 15
2.1.3 熱力學第一定律——能量守恆定律 15
2.1.4 內能等其他狀態參數 16
2.1.5 狀態參數之間的關繫——熱力學一般關繫式 17
2.1.6 比熱容 18
2.1.7 狀態參數的計算 19
2.2 理想氣體及其熱力學性質 20
2.2.1 理想氣體狀態方程 20
2.2.2 理想氣體的內能和焓 20
2.2.3 理想氣體熵 21
2.2.4 理想氣體比熱容及計算 21
2.2.5 理想氣體混合物的熱力學性質 22
2.3 濕空氣及其熱力學性質 25
2.4 熱力學參考環境與狀態參數 27
2.4.1 環境、參考環境及其熱力學特性 27
2.4.2 物理和化學 29
2.4.3 工質的圖示 32
2.5 熱力過程 34
2.5.1 功的定義及其熱力學意義 34
2.5.2 熱力過程 35
2.5.3 熱力過程的功量 38
2.5.4 熱力過程的熱量 39
2.5.5 熱力過程的熱量 39
2.5.6 理想氣體熱力過程 40
2.6 熱力循環 41
2.6.1 卡諾循環 41
2.6.2 蘭金循環 43
2.6.3 布雷頓循環及聯合循環 44
2.6.4 斯特林循環 46
2.7 化學反應過程 47
2.7.1 化學反應的表示方法 47
2.7.2 化學反應的熱力學分析 48
2.7.3 蓋斯定律 51
2.7.4 絕熱燃燒溫度 51
2.8 化學勢 52
2.8.1 吉布斯函數與化學勢 52
2.8.2 化學勢的定義 53
2.8.3 化學勢的計算 55
2.9 熱力學分析方法簡介 59
2.9.1 熱力學第一定律分析 59
2.9.2 分析方法 60
2.9.3 熵平衡方法 61
2.9.4 熵產與不可逆損失的關繫 62
第3章 能源利用的單耗分析理論 63
3.1 能源利用與轉化的化學背景 63
3.2 能源利用的單耗分析方法 63
3.2.1 能源利用的單耗分析模型 63
3.2.2 能源利用的第二定律效率 65
3.3 理論節能潛力與現實節能潛力 67
3.4 一般化節能量計算方法 68
3.5 燃料分析與能源利用效率評價 69
3.5.1 燃料分析的經典方法 69
3.5.2 能源利用繫統效率評價及存在的主要問題 72
3.5.3 燃料的化學的確定 74
3.5.4 能源利用繫統總熵產及能源利用第二定律效率 76
3.5.5 燃料的化學分析產生的餘差 77
3.5.6 能源利用第二定律效率正反平衡核算示例 79
3.6 耗能產品的比及其理論大力度優惠燃料單耗 81
3.6.1 電的比及其理論大力度優惠燃料單耗 81
3.6.2 供熱產品的比及其理論大力度優惠燃料單耗 81
3.6.3 物質性產品的比及其理論大力度優惠燃料單耗 82
3.7 能源利用單耗分析示例 83
第4章 典型不可逆過程的熱力學分析 85
4.1 有限溫差傳熱過程的不可逆性分析 85
4.1.1 有限溫差傳熱過程的分析 85
4.1.2 有限溫差傳熱過程的熵分析 87
4.2 節流過程的不可逆性分析 88
4.2.1 定焓過程的熱力學實質 88
4.2.2 節流過程的熵產計算 90
4.3 餘熱排放及散熱損失的不可逆性分析 90
4.3.1 餘熱排放的不可逆性分析 90
4.3.2 散熱損失的不可逆性分析 92
4.4 實際傳熱過程的不可逆性分析 93
4.4.1 流動阻尼的影響 93
4.4.2 流動阻尼和散熱損失的共同影響 95
4.5 考慮散熱損失的節流過程 96
4.6 摩擦與擾動的不可逆性分析 98
4.7 擴散現像的不可逆性分析 98
4.8 壓縮與膨脹過程的不可逆性分析 100
4.8.1 壓縮過程的不可逆性分析 100
4.8.2 膨脹過程的不可逆性分析 102
4.9 流體混合動量傳遞過程的不可逆性分析 102
4.10 化學過程的第二定律分析 105
4.10.1 化學功與燃料電池 105
4.10.2 等溫等壓化學反應過程的不可逆性分析 106
4.10.3 絕熱燃燒過程的熵產 108
4.11 非平衡熱力學過程的解析與節能對策 109
第5章 能效評價基準及統一化能源利用指標體繫 112
5.1 能源利用的評價原則 112
5.2 終端產品燃料單耗的統一化計算方法 114
5.2.1 火電機組的供電燃料單耗 114
5.2.2 基準電、電網網損與電網平均供電燃料單耗 114
5.2.3 耗電產品的燃料單耗 115
5.2.4 聯產型產品生產的燃料單耗 116
5.2.5 直燃型產品生產的燃料單耗 118
5.2.6 熱網網損問題 119
5.3 基於終端產品生產的節能評價方法 119
5.3.1 發電技術的節能評價 119
5.3.2 終端產品生產的節能評價 120
5.3.3 輸配繫統及其節能評價 120
5.4 供熱成本與熱價問題 121
5.5 能源利用之環境影響評價方法 122
5.5.1 發電設備的污染物排放強度指標 122
5.5.2 電驅動設備的污染物排放強度指標 122
5.5.3 聯產型設備的污染物排放強度指標 123
5.5.4 直燃型設備的污染物排放強度指標 123
5.6 能效評價的基準問題 124
5.6.1 能源利用的三個層面與評價基準 124
5.6.2 熱電聯產機組的節能條件 124
5.6.3 能效評價基準的特性與選擇 125
5.6.4 熱電聯產機組節能評價案例 126
第6章 燃煤火電機組的單耗分析 129
6.1 火電機組的供電燃料單耗構成分析方法 129
6.1.1 火電機組的平衡式 129
6.1.2 燃料比 129
6.1.3 不可逆損失導致的附加煤耗 129
6.1.4 不可逆損失導致的附加煤耗率 129
6.1.5 發、供電理論大力度優惠燃料單耗 130
6.1.6 機組供電燃料單耗及構成 130
6.2 火電機組主要性能指標 130
6.2.1 鍋爐熱負荷 130
6.2.2 鍋爐熱效率 130
6.2.3 熱量的比及其理論大力度優惠燃料單耗 131
6.2.4 鍋爐的第二定律效率 131
6.2.5 汽輪機熱力繫統的循環吸熱量 132
6.2.6 汽輪機熱力繫統的循環熱效率 132
6.2.7 汽輪機熱力繫統的內功率 132
6.2.8 汽輪機熱力繫統的循環吸熱平均溫度 132
6.2.9 機爐管道繫統的第二定律效率 133
6.2.10 汽輪機熱力繫統的第二定律效率 134
6.2.11 機組的機械損耗和機械效率 134
6.2.12 發電機的電機損耗和電機效率 134
6.2.13 機組發電煤耗率(發電燃料單耗) 134
6.2.14 機組發電效率 135
6.2.15 機組廠用電量和廠用電率 135
6.2.16 機組供電效率 135
6.2.17 機組供電煤耗率(供電燃料單耗) 135
6.2.18 機組供電效率 135
6.3 火電機組供電燃料單耗(供電煤耗率)構成分析 136
6.3.1 鍋爐繫統熵產分析 136
6.3.2 汽輪機熱力繫統熵產分析 143
6.3.3 機爐管道繫統熵產分析 147
6.3.4 機械損耗造成的熵產 148
6.3.5 電機損耗造成的熵產 148
6.3.6 廠用電造成的熵產 148
6.3.7 機組總熵產 149
6.4 火電機組單耗分析案例 149
6.4.1 1000MW超超臨界機組概況 149
6.4.2 鍋爐繫統熱平衡分析 151
6.4.3 汽輪機熱力繫統熱平衡分析 157
6.4.4 機組的第二定律分析 163
6.4.5 機組的單耗分析 167
6.4.6 不同壓力等級火電機組單耗分析 169
6.4.7 鍋爐各受熱面熱(煤)耗分攤及分析 170
6.4.8 鍋爐傳遞特性 174
6.5 鍋爐省煤器的問題及三管制鍋爐概念的提出 178
6.5.1 鍋爐尾部熱力學問題分析 178
6.5.2 省煤器概念的問題 180
6.5.3 三管制鍋爐概念的提出 182
6.5.4 熱風溫度的設計選取問題 184
第7章 餘熱資源價值的定量分析方法 188
7.1 引言 188
7.2 餘熱資源的熱力學定量分析方法 188
7.2.1 基於熱力學第一定律的定量分析方法 188
7.2.2 基於熱力學第二定律的定量分析方法 189
7.3 餘熱回收利用節煤量的定量計算方法及評價 191
7.3.1 基於熱力學第一定律的方法及評價 191
7.3.2 基於熱力學第二定律的方法及評價 191
7.4 餘熱發電效率 192
7.5 案例分析 193
7.5.1 燃氣輪機排氣餘熱資源的熱力學分析 193
7.5.2 水泥窯爐煙氣餘熱資源的熱力學分析 193
7.5.3 電廠鍋爐煙氣餘熱資源的熱力學分析 194
7.5.4 餘熱發電的節能評述 194
7.5.5 鍋爐煙氣餘熱引入電廠熱力繫統的熱經濟性分析 195
7.5.6 實際案例 200
7.6 結論與建議 201
第8章 制冷及其單耗分析 203
8.1 制冷過程的基礎熱力學分析 203
8.1.1 制冷過程及其分析 203
8.1.2 制冷傳熱過程的不可逆損失分析 204
8.1.3 制冷產品及其理論大力度優惠燃料單耗 205
8.2 壓縮式制冷繫統的單耗分析 208
8.2.1 實際壓縮式制冷循環的熵產分析 208
8.2.2 壓縮式制冷繫統的平衡及效率 213
8.2.3 壓縮式制冷繫統耗電量所攜帶的不可逆損失及熵產 214
8.2.4 壓縮式制冷繫統的燃料單耗構成分析 215
8.2.5 案例分析 216
8.3 直燃型吸收式制冷繫統的單耗分析 224
8.3.1 吸收式制冷循環 224
8.3.2 吸收式制冷循環的熵產分析 226
8.3.3 吸收式制冷繫統的平衡分析 229
8.3.4 直燃型吸收式制冷繫統的燃料單耗構成分析 230
8.3.5 直燃型吸收式制冷繫統的當量性能指標 232
8.3.6 案例分析 232
8.4 熱電聯產吸收式制冷繫統的平衡分析與單耗分析 239
8.4.1 熱電聯產吸收式制冷繫統的平衡分析 239
8.4.2 熱電聯產吸收式制冷繫統的燃料單耗構成分析 240
8.5 制冷繫統的統一化性能評價指標體繫及案例分析 242
8.5.1 制冷繫統的統一化性能評價指標體繫 242
8.5.2 案例分析 244
8.6 制冷的“熱效率”問題及效率 246
第9章 供熱及其單耗分析 248
9.1 供熱過程的分析 248
9.2 壓縮式熱泵繫統的單耗分析 251
9.2.1 壓縮式熱泵繫統的熵產分析 251
9.2.2 壓縮式熱泵繫統的平衡分析 255
9.2.3 壓縮式熱泵繫統耗電量所攜帶的不可逆損失 257
9.2.4 壓縮式熱泵繫統的燃料單耗構成分析 257
9.2.5 壓縮式熱泵繫統性能評價示例 258
9.3 鍋爐供熱繫統的單耗分析及案例分析 259
9.3.1 鍋爐供熱燃料單耗構成分析 259
9.3.2 案例分析 265
9.4 熱電聯產機組供熱繫統的單耗分析 268
9.4.1 熱電聯產機組供熱燃料單耗構成分析 268
9.4.2 熱電聯產低品位供熱 273
9.5 熱電聯產吸收式熱泵供熱繫統的單耗分析 276
9.5.1 吸收式熱泵供熱的第二定律分析 278
9.5.2 熱電聯產吸收式熱泵供熱燃料單耗構成分析 284
9.5.3 案例分析 288
9.6 小結 295
第10章 能源輸運特性的熱力學分析 297
10.1 引言 297
10.2 能源輸運的能耗統計方法 298
10.2.1 電網輸運能耗的統計計算方法 298
10.2.2 燃料管道輸運能耗的統計計算方法 299
10.2.3 煤炭鐵路輸運能耗的統計計算方法 299
10.2.4 單位輸運距離的一次能源消耗率 299
10.3 基於單耗分析理論的輸運能耗估算方法 300
10.4 管道輸運能耗計算方法及存在的問題 301
10.4.1 管道流動阻尼壓降及輸運能耗的計算方法 301
10.4.2 管內不可壓縮流體流動阻尼特性分析存在的問題 303
10.5 流體輸運特性的熱力學分析 308
10.5.1 節流過程的熱力學分析 308
10.5.2 考慮散熱損失的節流過程不可逆性分析 309
10.5.3 一些氣體燃料的管道輸運特性 310
10.5.4 天然氣遠距離管道輸運特性的熱力學分析 314
10.6 熱網輸配繫統的影響 318
10.6.1 熱網供熱繫統終端產品燃料單耗的計算 318
10.6.2 供熱繫統的傳遞特性分析 321
10.6.3 案例分析 324
第11章 高爐煉鐵過程的單耗分析 328
11.1 高爐煉鐵的單耗分析模型 328
11.1.1 煉鐵理論大力度優惠燃料單耗 328
11.1.2 煉鐵過程的熱平衡和平衡 329
11.1.3 產品燃料單耗 330
11.1.4 煉鐵過程的能源利用效率 330
11.1.5 考慮鐵水餘熱利用的效率修正 331
11.2 煉鐵化學反應過程及其熱力學分析 332
11.3 高爐熱平衡分析 336
11.4 高爐煉鐵過程的熵產分析 342
11.4.1 熱風爐熵產分析 342
11.4.2 高爐本體熵產 346
11.4.3 爐渣熱損失熵產 350
11.4.4 富餘高爐煤氣排放造成的熵產 350
11.4.5 鐵水顯熱散失造成的熵產 352
11.4.6 高爐煉鐵總熵產 352
11.4.7 高爐煉鐵總平衡及能源利用效率 354
11.5 案例分析 355
11.5.1 高爐熱平衡分析 355
11.5.2 高爐煉鐵的第二定律分析 373
11.5.3 高爐煉鐵的燃料單耗構成分析 377
11.5.4 單耗分析理論視角下的高爐煉鐵能效評價 379
11.6 小結 380
第12章 熱電聯產多效蒸餾海水淡化的單耗分析 381
12.1 海水淡化過程的常規性能指標及存在的主要問題 381
12.2 海水淡化的最小分離功及理論大力度優惠燃料單耗 382
12.3 海水淡化的統一化評價指標體繫 384
12.3.1 電驅動海水淡化的電耗率及能源利用效率 384
12.3.2 鍋爐直供或低溫核反應堆海水淡化的當量電耗量 385
12.3.3 熱電聯產海水淡化的當量電耗量 385
12.3.4 單位淡水產量的當量電耗率 386
12.3.5 海水淡化的產品燃料單耗計算方法 386
12.3.6 海水淡化的能源利用第二定律效率 387
12.3.7 海水淡化的單耗構成 387
12.4 TVC低溫多效蒸餾海水淡化繫統的平衡分析 387
12.5 蒸汽噴射器的熱力學分析及熵產計算 398
12.5.1 蒸汽噴射器工作原理及主要性能參數 399
12.5.2 理想蒸汽噴射引射壓縮過程及其熱力學分析 400
12.5.3 實際蒸汽噴射引射壓縮過程的熱力學分析 405
12.5.4 實際蒸汽噴射器性能評估 409
12.6 產TVC低溫多效蒸餾海水淡化的燃料單耗構成分析 412
12.7 案例分析 415
12.7.1 TVC低溫多效蒸餾海水淡化繫統的第二定律分析示例 415
12.7.2 TVC低溫多效蒸餾海水淡化繫統的單耗計算 422
12.8 海水淡化的熱效率問題 423
參考文獻 426
後記 431

《現代節能原理》是節能理論的基礎性讀物，核心內容是能源利用的單耗分析理論，包括不可逆性因素分析、產品燃料單耗構成計算、節能及能效評估等理論與方法。針對具有典型代表性的餘熱回收、燃煤火電機組、供熱與制冷、海水淡化和高爐煉鐵等，《現代節能原理》給出了詳細的案例分析，並對能源輸運損耗問題開展了初步的熱力學分析。為便於讀者理解和掌握現代節能理論，《現代節能原理》還簡要介紹了熱力學基礎知識。本書可供從事節能技術研究和能源管理等相關工作的人員閱讀與參考。