Сдано в производство 10.11.04

Подписано в печать 12.11.04

Москва 2004

Конспект лекций

И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЯХ

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ

Допущено к изданию

редакционно-издательским

советом университета

УДК 677.017.56:536.21

С 59

Соколовский Р.И. Энергосбережение в теплоэнергетике и тепло-

технологиях. Конспект лекций М., МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2004, с.95

В настоящем издании представлены основные направления энергосбережения в промышленной теплоэнергетике и теплотехнологиях. Рассмотрены термодинамические основы энергосбережения. Приведены примеры реализации принципов энергосбережения в энергетических установках.

Конспект лекций по курсу «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях» для инженеров по специальности 100700 «Промышленная теплоэнергетика».

Список литературы 9 наименований.

Ответственный редактор проф., д.т.н. Булеков А.П.

Рецензент: д.т.н. проф. кафедры ПАХТ и БЖД МГТУ им. А.Н.Косыгина Л.И. Гудим.

Подготовлено к печати на кафедре

Промышленной теплоэнергетики.

ИД № 01809 от 17.05.2000

Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ.

усл.печ.л. 5 Уч.- изд.л. 4,5

Заказ 293 Тираж 100

Электронный набор МГТУ, 119991, ул. Малая Калужская, 1

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение...............................................................................…………… 6

Часть 1 Проблемы современного производства

энергетической продукции……………………………………. 7

Раздел 1.1. Энергетические ресурсы и динамика их

потребления …………………………………………………… 7

1.1.1. Источники энергии, мера их измерения………………………... 7

1.1.2. Топливно-энергетический потенциал Земли…………………….. 8

1.1.3. Производство и потребление топливно-энергетических

ресурсов…………………………………………………………….. 10

1.1.4. Структура топливно-энергетических ресурсов…………………. 12

1.1.5. Динамика потребления энергетических ресурсов…………….. 14

1.1.6. Возобновляемые источники энергии……………………………. 16

1.1.7. Новые источники энергии……………………………………….. 20

Раздел 1.2. Энергетический анализ технологий

производства энергетической продукции…………………... 21

1.2.1. Топливные циклы…………………………………………………. 21

1.2.2. Энергетический анализ топливных циклов…………………….. 23

Раздел 1.3. Энергетика и экология………………………………………. 27

1.3.1. Место энергетики в антропогенных загрязнениях

окружающей среды………………………………………………….. 27

1.3.2. Структура вредных выбросов энергетики и их влияние

на здоровье населения…………………………………………….. 28

1.3.3. Экологические требования к объектам энергетики………….... 29

Раздел 1.4. Энергетика и экономика………………………………….. 30

1.4.1. Математические модели экономики………………………………30

1.4.2. Модель экономики, включающая энергетику…………………. 32

1.4.3. Роль научно-технического прогресса и энергосбережения

в развитии экономики………………………………………….. 34

Часть 2. Термодинамические основы энергосбережения…………… 36

Раздел 2.1. Основы теории преобразования тепловой энергии

в работу……………………………………………………… 36

2.1.1. Теоремы Карно...………………………………………………….. 36

2.1.2. Энтропия как физическая характеристика преобразования

тепла в работу. Неравенство Клаузиуса……………………….. 39

2.1.3. Свободная энергия…………………………………………………42

2.1.4. Термодинамический потенциал Гиббса…………………………. 43

2.1.5. Химический потенциал…………………………………………….. 44

2.1.6. Эксергия……………………………………………………………...46

Раздел 2.2. Необратимое преобразование химической энергии

топлива в работу……………………………………………. 48

2.2.1. Современное производство энергетической продукции

и химическая термодинамика…………………………………... 48

2.2.2. Тепловые эффекты химических реакций. Закон Гесса……….. 48

2.2.3. Тепловые эффекты образования веществ………………………... 52

2.2.4. Изменение тепловых эффектов химических реакций с

температурой. Уравнения Кирхгофа…………………………... 54

2.2.5. Основы теории горения………………………………………… 55

2.2.6. Преобразование энергии, выделяющейся при горении

топлива, в работу………………………………………………… 60

2.2.7. Основные направления совершенствования

энергетических установок………………………………………. 61

Раздел 2.3. Энергосбережение в энергосиловых установках…………..63

2.3.1. Регенерация тепла…………………………………………………… 63

2.3.2. Изотермический подвод и отвод теплоты…………………………. 67

2.3.2. Бинарные циклы…………………………………………………….. 68

2.3.3. Парогазовые установки……………………………………………... 70

Раздел 2.4. Преобразование химической в работу при

обратимом окислении топлив………………………….. 73

2.4.1 Константы равновесия химических реакций…………………… 73

2.4.2. Максимальная работа при обратимых процессах…………….. 75

2.4.3. Коэффициент использования топлива при обратимой

реакции окисления. …………………………………………….. 78

2.4.4. Идеальная машина для обратимого окисления топлив.

Ящик Вант-Гоффа………………………………………………. 79

2.4.5. Топливные элементы…………………………………………….. 81

Раздел 2.5. Энергосбережение в системах производства

низкопотенциального тепла………………………………... 82

2.5.1. Обратимое преобразование работы в теплоту. Цикл

Клаузиуса……………………………………………………………82

2.5.2. Обратимое преобразование теплоты. Термотрансформатор…... 84

2.5.3. Тепловые насосы…………………………………………………. 86

2.5.4. Энергосбережение при теплофикации…………………………… 87

2.5.5. Сравнительный анализ теплофикации и тепловых насосов

в автономной системе энергоснабжения…………………………. 89

2.5.6. Основные направления энергосбережения при

производстве низкопотенциального тепла………………….. 93

Приложение 1. Зависимости средних теплоемкостей газов от

температуры…………………………………………... 94

Приложение 2. Таблица термодинамических свойств веществ……….. 94

Литература…………………………………………………………………. 95

Введение

Постоянно растущая цена на энергоносители имеет в своей основе ряд объективных обстоятельств, некоторые из которых представляют серьезную проблему, стоящую на пути развития цивилизации. Прежде всего, как отметил в своем докладе академик С. Капица, между уровнем экономического развития общества и потреблением энергии на душу населения существует жесткая связь. В первом приближении можно считать, что эти показатели просто пропорциональны. Непрерывное улучшение жизни людей оказывается связанным с наращивание производства энергии, которое наталкивается на проблему истощения месторождений первичных энергоресурсов и на экологические ограничения, связанные с доминирующим положением энергетики в загрязнении окружающей среды отходами своего производства. В результате растущих выбросов углекислого и других парниковых газов в атмосферу Земли при современных темпах роста сжигания минерального топлива стала реальной глобальная катастрофа, связанная с резким изменением климата. Перед лицом надвигающейся опасности 164 страны единогласно договорились в 1997 году в г. Киото (Япония) сократить объем вредных выбросов до 2012 года. США отказались ратифицировать Киотский протокол, мотивируя свой отказ, что он является препятствием для развития их экономики. Россия в конце 2004 года этот протокол ратифицировала.

Ограничение в количестве потребляемой энергии ставит перед обществом задачу уменьшения энергоемкости выпускаемой промышленной продукции при одновременном росте ее производства. Снижение затрат энергии на единицу продукции является одной из приоритетных задач научно-технического прогресса на современном этапе развития человечества. Решение подобной задачи невозможно без широкого внедрения энергосбережения во все отрасли промышленности, в том числе и текстильной, и выделения этой области научных исследований в отдельное направление. Соответственно должны готовится и специалисты, знакомые с методами и приемами энергосбережения уже освоенными и применяемыми в энергетике и теплотехнологиях.

Настоящее издание представляет собой краткий конспект лекций, которые автор читает в МГТУ с 1994 года для студентов, специализирующихся в области теплоэнергетики (специальность 100700). В лекциях изложены проблемы развития современной теплоэнергетики и термодинамические основы энергосбережения, лежащие в основе современного производства энергии. Отмечены также перспективные направления развития тепловой энергетики так и проявляющиеся черты ее будущего облика

.

Часть 1 Проблемы современного производства

Дата добавления: 2015-06-27