能源工程概論

前言

能源是人類文明賴以發(fā)展的重要物質基礎，也是人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要條件。在工業(yè)化和現代化進程中，人們越來越感受和認識到人類在獲取和利用能源的同時也幾乎是不可逆地傷害了自己生存的地球。盡管經常傳來油田、氣田、煤田等資源勘探的好消息，但自然資源總是有限的。為占有或爭奪能源資源引發(fā)沖突和戰(zhàn)爭、為獲得能源和生活資料而大量砍伐原始森林等人類行為在傷害人類賴以生存的地球的同時，也為自己后代的可持續(xù)生存和發(fā)展設置了艱難和障礙。 能源科技的一個重要方面就是高效和環(huán)境友好地利用能源并保證人類后代的可持續(xù)發(fā)展，新的、清潔的、安全和可靠的能源供應和利用能源系統已經成為各國政府追求的目標之一。各國相繼對常規(guī)能源實施技術完善（如不斷提供新的燃燒技術、不斷提高火力發(fā)電廠機組參數和容量），不斷開發(fā)和深化新能源和可再生能源，不斷加大能源工程的人力、物力和財力投入，依靠科技進步，將技術節(jié)能和政策節(jié)能緊密關聯起來，從整個社會的大角度建立可持續(xù)發(fā)展的能源系統。 隨著科技進步和人們對能源認識的加深，節(jié)能優(yōu)先、優(yōu)化能源結構、煤炭的多元開發(fā)和清潔利用、環(huán)境友好地利用化石燃料、保障能源安全、建立和執(zhí)行國家能源發(fā)展戰(zhàn)略等成為保證我國可持續(xù)能源系統最主要的政策措施。 本書由劉柏謙主編，全書分為常規(guī)能源和新能源兩篇。在常規(guī)能源篇里介紹了常規(guī)能源和中國能源工業(yè)概況、能源工程的環(huán)境評估、能量儲存系統、聯合發(fā)電工程、企業(yè)自備電廠、電廠投資評估等內容；新能源篇介紹煤炭清潔利用、新能源理論和技術、新能源促進政策等內容。本書編寫分工如下：第一篇由劉柏謙（第一章、第三章、第四章、第五章）、王立剛（第二章、第六章）編寫，第二篇由洪慧、劉柏謙編寫。清華大學姚強教授對本書第一稿進行了全面審閱，提出了許多寶貴意見和建議，在此對姚強教授的辛勤勞動表示衷心感謝。 近年來，能源和環(huán)保領域發(fā)展十分迅猛，新理論和新技術不斷出現，已經成為研究和投資的重要領域。由于作者時間和水平有限，不妥之處在所難免，敬請讀者不吝指正。

內容概要

　　《能源工程概論》是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材。 　　全書分為兩篇，在常規(guī)能源篇中介紹了常規(guī)能源、能量儲存技術、工業(yè)企業(yè)自備電廠及其蒸汽管道系統、聯合發(fā)電工程、火電廠投資評估和能源工程的環(huán)境評估；在新能源篇中介紹了潔凈煤技術和煤的潔凈料生產、新能源和可再生能源（包括太陽能、生物質能、地熱能、海洋能、風能及風力發(fā)電、氫能與燃料電池、氫能、燃料電池、核能、可燃冰）、清潔能源促進技術等內容。 　　《能源工程概論》可作為高等院校能源、環(huán)境、冶金、化工、等專業(yè)師生的教材，也可供相關專業(yè)技術人員、管理人員和政府部門管理人員參考使用。

書籍目錄

第1篇 常規(guī)概論第1章 常規(guī)能源和中國的能源工業(yè)1.1 煤炭1.1.1 煤的成分和煤質指標1.1.2 煤的分類1.1.3 中國的煤炭資源1.1.4 工業(yè)用戶對煤質的要求和主要煤質指標1.2 燃料油1.3 燃料氣1.4 能源利用設備——鍋爐1.5 中國能源發(fā)展狀況1.5.1 能源問題1.5.2 能源現實1.5.3 可持續(xù)的能源系統1.5.4 中國能源供應形勢第2章 能源工程的環(huán)境評價2.1 能源項目環(huán)境評價的依據2.1.1 國家法律法規(guī)、條例和地方政策、規(guī)劃2.1 2環(huán)評報告編制的規(guī)范和技術導則2.1.3 建設項目的有關批文2.1.4 項目可行性研究2.1.5 環(huán)評工作委托書及環(huán)評資料2.1.6 環(huán)境保護目標2.1.7 環(huán)境評價等級、范圍及評價標準2.1.8 能源項目的環(huán)保狀況2.1.9 主要污染物排放總量分析2.1.10 工程項目對區(qū)域環(huán)境的影響2.1.11 評價方法簡介2.2 環(huán)境空氣影響預測及評價2.2.1 各種污染物排放計算2.2.2 污染防治措施可行性論證2.2.3 環(huán)境風險評價2.3 環(huán)境評價案例2.2.1 環(huán)評依據2.3.2 環(huán)境敏感區(qū)域和保護對象2.3.3 環(huán)評標準2.3.4 環(huán)境評價因子2.3.5 工程概況第3章 能量儲存系統3.1 導言3.1.1 電力儲能3.1.2 熱力儲能3.2 能量儲存系統3.2.1 轉化成水壓頭儲能3.2.2 壓縮空氣儲能3.2.3 飛輪儲能3.2.4 電池儲能3.2.5 超導磁流體儲能3.2.6 顯熱儲能3.2.7 潛熱儲能3.2.8 化學儲能3.2.9 儲能技術發(fā)展第4章 聯合發(fā)電工程及其設計4.1 基本熱力循環(huán)4.1.1 基本熱力循環(huán)的熱經濟性4.1.2 典型不可逆過程的做功損失4.2 凝汽式熱電廠的熱經濟指標4.2.1 汽輪發(fā)電機組的熱經濟指標4.2.2 鍋爐設備的熱經濟指標4.2.3 管道效率4.2.4 全廠熱經濟指標4.2.5 發(fā)電廠的技術經濟比較4.3 聯合發(fā)電循環(huán)4.3.1 高效低污染的超.臨界凝汽式發(fā)電4.3.2 大型循環(huán)流化床電站4.3.3 燃氣輪機發(fā)電4.3.4 燃煤燃氣－蒸汽聯合循環(huán)4.3.5 燃料電池清潔發(fā)電第5章 工業(yè)企業(yè)自備電廠及其蒸汽系統5.1 工業(yè)企業(yè)的供汽參數5.1.1 過程耗汽5.1.2 參數選擇5.2 動力機械的驅動方式5.2.1 泵和壓縮機的驅動5.2.2 汽動泵的選擇5.3 蒸汽平衡和平衡追蹤5.3.1 蒸汽平衡5.3.2 設計基礎檢驗5.3.3 典型的蒸汽平衡工況5.3.4 復位時的母管控制5.3.5 蒸汽平衡追蹤5.3.6 商務投資5.4 蒸汽管網5.4.1 設計考慮5.4.2 蒸汽壓力分級5.4.3 蒸汽系統控制總述5.4.4 管網大小5.4.5 凝結水收集5.4.6 替代蒸汽源5.4.7 動態(tài)模擬第6章 火電廠投資——評估和使用6.1 火力發(fā)電廠的投資要素6.1.1 電廠投資要素6.1.2 一次投資6.2 影響電廠投資的主要因子6.2.1 機組容量6.2.2 燃料種類6.2.3 電廠復雜程度6.2.4 蒸汽參數對汽輪機投資的影響6.2.5 壓頭對水輪機投資的影響6.2.6 冷卻塔6.2.7 建筑時間6.3 建筑期間的主要投資項目和資金追加6.3.1 主要一次投資項目的相對份額6.3.2 每周工作時間延長的影響6.3.3 新型電廠的一次投資6.3.4 某電廠擴建工程投資簡介第7章 緒論7.1 能源危機導致常規(guī)能源變革7.2 中國清潔能源發(fā)展現狀第8章 潔凈煤技術及煤的清潔燃料生產8.1 潔凈煤技術及煤的清潔燃料生產8.1.1 煤炭洗選與加工8.1.2 煤炭轉換8.1.3 潔凈煤發(fā)電技術8.2 煤基生產清潔燃料8.2.1 煤直接液化制燃料8.2.2 煤間接液化制燃料8.3 未來煤炭能源系統8.3.1 煤基多聯產能源系統8.3.2 美國“前景21”多聯產系統8.3.3 Shell合成氣園新概念第9章 新能源與可再生能源9.1 新能源和可再生能源含義和分類9.2 太陽能及其利用9.2.1 概述9.2.2 太陽能基苯特性9.2.3 太陽能利用分類9.2.4 太陽能熱發(fā)電9.2.5 太陽能制冷、空調動力系統9.2.6 太陽能光伏發(fā)電9.3 生物質能及其利用9.3.1 生物質能含義9.3.2 植物能源9.3.3 石油植物9.3.4 生物質轉化的能源形式9.3.5 生物質能的轉化技術9.4 地熱能9.4.1 地熱資源分類9.4.2 中國地熱資源9.4.3 戶國地熱資源的開發(fā)9.4.4 地熱發(fā)電技術9.4.5 地熱井9.4.6 世界地熱發(fā)電現狀與發(fā)展前景9.5 海洋能及其發(fā)電技術9.5.1 潮汐能9.5.2 波浪能9.5.3 冷熱交替海洋溫差熱能9.5.4 海水鹽差能9.6 風能及風力發(fā)電9.6.1 風的產生與風能定義9.6.2 風能特征及風能估算9.6.3 風力發(fā)電9.6.4 中國的風能資源9.6.5 風能政策設計和主要風能政策9.7 氫能與燃料電池9.7.1 氫的基本性質及氫能特點9.7.2 氫的制取9.7.3 氫的儲存9.7.4 氫能利用9.7.5 氫安全9.8 燃料電池概述9.8.1 燃料電池的主要特點9.8.2 燃料電池的分類9.8.3 燃料電池應用9.8.4 燃料電池的發(fā)展前景9.9 核能9.9.1 概述9.9.2 核電站9.9.3 核反應堆9.9.4 核供熱技術9.9.5 核廢棄物處理與核安全9.9.6 核能利用的未來9.10 可燃冰9.10.1 可燃冰的形成9.10.2 可燃冰的分布9.10.3 可燃冰的性質9.10.4 可燃冰開采第10章 清潔能源促進政策10.1 清潔能源政策類型和特點10.1.1 政策和清潔能源政策10.1.2 政策的法律基礎10.1.3政策的基本類型和特點10.2 清潔能源政策的決策步驟和分析方法10.2.1 政策決策原則10.2.2 政策決策分析步驟10.2.3 政策決策的分析方法10.3 各類政策在清潔能源行動中的應用10.3.1 在能源替代方面的應用10.3.2 在熱電聯產、集中供熱方面的應用10.3.3 在潔凈煤技術推廣中的應用10.3.4 在可再生能源方面的應用10.3.5 試點城市的政策類型匯總10.4 政策實施效果和評價10.4.1 衡量標準10.4.2 政策實施效果評價附錄附錄1 中國能源中長期發(fā)展規(guī)劃附錄2 節(jié)能減排專項行動附錄3 有關名詞解釋參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：燃料利用設備是能量轉換裝置，決定著能源利用程度、能源利用經濟性和周邊地域的環(huán)境效應。能源利用設備的概念十分寬泛，既可以包含燃燒裝置(各種燃燒室)，也可以包括各種能源利用轉換設備(制冷空調、動力機械等)。本節(jié)以“量大面廣”的工業(yè)鍋爐為例，介紹能源利用設備。鍋爐是將燃料化學能轉變成熱能的裝置，通常分為鍋水系統和爐煙統。在鍋爐本體范圍內，鍋水系統通常包含汽包、吸熱管‘水冷壁、過熱器、省煤器等，、聯箱等承受壓力的部件。爐煙系統通常包括爐膛空間、煙氣通道、燃燒器和空氣預熱器等。圖1-4是常見的工業(yè)鍋爐主要結構示意圖。按照工質流程闡述，原水經過水處理后送到鍋爐省煤器中提高溫度，此時的水通常是欠飽和的。欠飽和熱水進入汽包后通過下降管進入水冷壁開始吸收燃料放出的熱量成為飽和水。由于吸熱，飽和水中不斷產生氣泡，加快汽水混合物的流動速度，含有一定蒸汽體積比的汽水混合物進入汽包后分成飽和水和飽和蒸汽兩部分。飽和水與來省煤器的欠飽和水混合后一起進入下降管開始下一個“鍋內循環(huán)”。飽和蒸汽在汽包中經過汽水分離機構脫水后進入主蒸汽管道。如果鍋爐有過熱器，飽和蒸汽會直接進入過熱器聯箱，吸收煙氣熱量變成過熱蒸汽，或者去汽輪機發(fā)電，或者到其他工業(yè)過程。按照煙氣流程闡述，燃料燃燒放出熱量的同時產生大量高溫煙氣。這些煙氣的第一個沖對象是爐膛水冷壁。通過縱向對流換熱，將下降管過來的欠飽和水加熱成飽和水并繼續(xù)加熱成汽水混合物。根據鍋爐用途和鍋爐大小，煙氣繼續(xù)沖刷的受熱面依次是過熱器、再熱器、省煤器和空氣預熱器。按照工程熱力學理論，再熱器主要是用來提高朗肯發(fā)電循環(huán)的循環(huán)效率廣所以如果不是發(fā)電鍋爐，通常不配備再熱器。在沒有做功要求的鍋爐用戶，通常也不配備過熱器。工業(yè)鍋爐是否配備過熱器，取決于鍋爐用途。1.5  中國能源發(fā)展狀況1.5.1 能源問題能源利用是一個涉及國計民生、家國福祉的基礎工程，同時也是國家資源、經濟程度和科技發(fā)展狀況的集中體現。能源利用涉及能源結構、能源效率、能源環(huán)境、能源安全等一系列問題。1.5.1.1 能源結構發(fā)展中國家如果煤炭較多則煤炭成為主要能源，如2002年煤炭占中國能源消費量的／66.5％，印度占55.6％，而美國只占24.2％。發(fā)達國家主要依賴石油，如2002年，美國能源結構中石油占39％，  日本占47.6％，德國占38.6％，法國占35.9％，英國占35％，韓國占51％。缺乏化石燃料的國家則去發(fā)展核電、水電。在能源消費前20位的國家中，煤炭為／第一能源的國家有5個，煤炭占第二位的國家有6個，占第三位的國家有9個。世界能源結構是石油占第一位(所占比例在緩慢下降)、煤炭占地二位(其比例也在下降)、天然氣占第三位(所占比例持續(xù)上升)。中國能源結構中煤炭占約2／3，中國能源結構還有一個不合理的地方，就是電力消耗所占的比例太小，國家電氣化程度不高。 1.5.1.2  能源效率   從長遠角度考慮，節(jié)約能源將成為工業(yè)界自我保護的措施，能源效率已經并將始終是能源裝置設計的重要評價標準。中國從能源開采、加工、運輸到終端利用的能源系統總效率不到10％，僅為歐洲的一半。

編輯推薦

《能源工程概論(劉柏謙)》可作為高等院校能源、環(huán)境、冶金、化工、等專業(yè)師生的教材，也可供相關專業(yè)技術人員、管理人員和政府部門管理人員參考使用。

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