作者：黄素逸
页数：252
出版社：华中科技大学出版社
出版日期：2008
ISBN：9787560943985
电子书格式：pdf/epub/txt
节选
nbsp; 言
能源是国民经济的命脉，与人民生活和人类的生存环境休戚相关，在社会可持续发展中起
着举足轻重的作用。经过几十年的努力，我国能源发展成就显著，基本满足了国民经济和社会
发展的需要，特别是在“十五”时期，能源发展更为迅速，为“十一五”及今后更长时期的能源发
展奠定了坚实基础。面向未来，我国能源工业已经站在新的历史起点上。．
“十一五”是我国全面建设小康社会的关键时期，新时期、新阶段能源发展既有新的机遇，
也面临更为严峻的挑战。其挑战主要表现在：消费需求不断增长，资源约束日益加剧；结构矛
盾比较突出，可持续发展面临挑战；国际能源价格剧烈波动，安全隐患不断增加；能源效率亟待
提高，节能降耗任务艰巨；科技水平相对落后，自主创新任重道远；体制约束依然严重，各项改
革有待深化；农村能源问题突出，滞后面貌亟待改观。
节能，从能源的角度顾名思义就是节约能源，即从能源生产开始，一直到最终消费为止，在
开采、运输、加工、转换、使用等各个环节上都要减少损失和浪费，提高其有效利用程度。节能，
从经济的角度则是指通过合理利用、科学管理、技术进步和经济结构合理化等途径，以最少的
能耗取得最大的经济效益。显然，节能时必须考虑环境和社会的接受能力，因此，我国节约能
源法给节能赋予了更科学的定义，即节能“是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以
及环境和社会可以承受的措施，减少能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合
理地利用能源。”
我国是最大的发展中国家，节能对我国经济和社会发展更有着特殊的意义。概括而言：节
能是实现我国经济持续、高速发展的保证；节能是调整国民经济结构、提高经济效益的重要途
径；节能将缓解我国运输的压力；节能将有利于我国的环境保护。
节能已是我国的一项国策。节能工作应执行六个坚持：坚持把节能作为转变经济增长方
式的重要内容；坚持节能与结构调整、技术进步和加强管理相结合；坚持发挥市场机制作用与
政府宏观调控相结合；坚持依法管理与政策激励相结合；坚持突出重点、分类指导、全面推进；
坚持全社会共同参与。
节能涉及各行各业，对节能工作还应采取以下保障措施：坚持和实施节能优先的方针；制
定和实施统一协调、促进节能的能源和环境政策；制定和实施促进结构调整的产业政策；制定
和实施强化节能的激励政策；加大依法实施节能管理的力度；加快节能技术的开发、示范和推
广；推广以市场机制为基础的节能新机制；加强重点用能单位的节能管理；强化节能的宣传、教
育和培训J；加强组织领导，推动规划实施。
目前，国内还缺少有关节能的教材。本书的编写目的就是为广大读者介绍有关节能的知
识。在对能源科学的内涵进行阐述的基础上，书中详细地介绍了节能所涉及的诸多问题，包括
节能的目标和途径、节能的技术经济评价、能源有效利用的分析方法、通用的节能技术、节约热
能和电能、工业锅炉和窑炉的节能、建筑节能和交通节能等。
由于节能和其他工程项目一样，都需要从技术和经济两方面来进行分析和评价，其目的是
要求在技术可行的前提下，获得经济上的合理性。为此，书中花了一定的篇幅来介绍技术经济
分析以及能源有效利用的分析方法。又由于节能涉及的面太广，限于篇幅书中仅介绍了带共
性的节能技术，如高效低污染燃烧技术、强化传热技术、余热回收技术、隔热保温技术、热泵技
术、热管技术等，以及主要耗能领域的节能问题。此外，在取材上，本书力求资料新颖、涉猎面
广、叙述简洁，以达到为读者提供更多新的节能信息。
鉴于作者水平有限，且能源科学发展迅速，创新不断，书中错误和不妥之处，诚恳欢迎读者
批评指正。
黄素逸王晓墨
2007年9月于华中科技大学
第5章 通用的节能技术
5．1 高效低污染燃烧技术
5．1．1 燃烧概述
燃料燃烧是获取热能的最主要方式。燃料燃烧过程是一个很复杂的化学、物理过程，燃料
燃烧必须具备的条件有：
必须有可能燃烧的可燃物(燃料)；
必须有使可燃物着火的能量(或称热源)，即使可燃物的温度达到燃点温度以上；
e必须供给足够的氧气或空气(因为空气中也含有助燃的氧气)。
缺少任何一个条件，燃烧就无法进行。此外，为了维持燃烧过程，还必须保证：
必须把温度维持在燃烧的着火温度以上；
必须把适当的空气量以正确的方式供应给燃料，使燃料能充分地与空气接触；
必须及时、妥善地排走燃烧后的产物；
必须提供燃烧所必需的足够空问(燃烧室)和时间。
根据燃烧状况的好坏，可以把燃烧分为完全燃烧和不完全燃烧。完全燃烧是指燃料中的可
燃成分全部燃尽，不完全燃烧则是指燃烧产物中仍含有一些可燃物质，如游离碳、炭黑、一氧化
碳、甲烷、氢等。为衡量燃烧的完善程度，引入了燃烧效率的概念。燃烧效率是指燃料燃烧时，实
际所产生的热量与燃料标准发热量之比。由于燃烧燃料不同，如煤、油和气体燃料等，它们的燃
烧也各有特点。
(1)气体燃料的燃烧
气体燃料的燃烧方式可以分为容器内燃烧和燃烧器燃烧，它们和油的两种燃烧方式相近。
气体燃料的燃烧过程包括三个阶段，即混合、着火和正常燃烧。
(2)油的燃烧
油的燃烧有内燃和外燃两种方式。内燃是指在发动机气缸内部极为有限的空间进行高压
燃烧，是一种瞬间的燃烧过程。外燃是指不在气缸内部燃烧，而是在燃烧室内燃烧，并直接利用
燃烧发出的热量，如锅炉、窑炉内进行的燃烧。
油燃烧的全过程包含着传热过程、物质扩散过程和化学反应过程。
(3)煤的燃烧
煤的燃烧方式基本上有两种：第一种是煤粉悬浮在空间燃烧，称为室燃或粉状燃烧；第二
种是煤块在炉排上燃烧，称为层燃或层状燃烧。其他燃烧方式，如旋风燃烧只是空间燃烧的一
种特殊形式，流化床燃烧则是介于第一种和第二种方式之间，它既有空间燃烧又有层状燃烧。
煤从进入炉膛到燃烧完，一般要经过三个过程，即着火前的准备阶段(水分蒸发、挥发分析
出、温度升高到着火点)、挥发分和焦炭着火与燃烧阶段、残碳燃尽形成灰渣阶段。
根据不同燃料燃烧的特点，采用各种措施提高燃料的燃烧效率是节能的重要途径。此外，
燃料燃烧时会产生严重的环境污染问题，因此发展和推广高效低污染的燃烧技术既是节能的
需要，也是保护环境实现可持续发展的重要措施。
5．1．2 气体燃料的燃烧技术
气体燃料便于储存、运输，且燃烧方便，因此随着天然气的开发和煤的气化，其应用越来越
广。气体燃料燃烧的效率主要取决于气体燃烧器。对气体燃烧器的基本要求是：
不完全燃烧损失小，燃烧效率高；
燃烧速率高，燃烧强烈，燃烧热负荷高；
着火容易，火焰稳定性好，既不回火，又不脱火；
燃烧产物中有害物质少，对大气污染小；
操作方便，调节灵活，寿命长，能充分利用炉膛空间。
常用的气体燃烧器有扩散式燃烧器，对这类燃烧器，可燃气体与助燃空气不需预先混合，
燃烧所需空气由周围环境或相应管道供应、扩散而来。图5—1(a)、(b)所示为简单的扩散式燃
烧器。还有一种是预混式燃烧器。其特点是燃烧前可燃气体与氧化剂已经混合均匀，燃烧时这
种燃烧器通常无焰，故也称无焰燃烧器。此外还有一种部分预混 式燃烧器，这种燃烧器的特点
是，在燃烧器头部设预混段，可燃气体与空气进行部分预混，其余空气靠扩散供应，目前家庭用
的煤气灶大多属此类。
气体燃料的燃烧效率通常都很高。在气体燃料的燃烧技术中，应将注意力放在以下几个方
面。
(1)正确选用燃烧器
各种燃烧器的特点均不相同，在选用时应充分掌握其特点。例如扩散式燃烧器，其安全性
较好，不会回火，因此没有回火爆炸的危险，但其火焰较长，仅适合于高热值燃料的燃烧。预混
式燃烧器，燃烧强度高，而且不会产生炭黑，其缺点是燃烧不稳定，可能出现回火或脱火，它主
要适用于低热值燃料的燃烧。又如对某些供热量很大的工业炉，以天然气作燃料时所需流量很
大，此时采用部分预混式燃烧器不但可以提高燃烧热负荷，而且还能控制火焰的发光程度，有
利于改善炉内辐射传热。
(2)正确选择燃烧器的参数
燃烧器的参数包括结构参数和流动参数。结构参数的改变会对燃烧情况(如火焰长度)产
生明显的影响。例如扩散式燃烧器，如果助燃空气喷口和燃气喷口相邻平行布置，其火焰长度
就明显长于燃气喷口位于空气喷口内并彼此同心布置的情况。此外，燃气喷口放在空气喷口
内，当两喷口均为不收缩的圆形时，火焰长度也明显长于同样结构但两喷口收缩为扁形时的情
况。流动参数对燃烧的影响也是很明显的。例如对预混火焰，一方面当燃烧器喷出的气流速度
小于火焰传播速度时，火焰可能传到燃烧器内部，产生回火，而回火有引起爆炸的危险。另一方
面如果燃烧器喷出的气流速度大于火焰传播速度，火焰有可能被吹熄，产生脱火。因此应控制
好燃烧器的流动参数。
(3)提高火焰的稳定性
火焰的稳定性是指火焰能够连续稳定地维持在某个空间位置上，既不熄火，又不随意移动
位置。火焰稳定性是高效低污染燃烧的关键，因此在燃烧过程中应采取各种措施提高火焰的稳
定性。提高火焰的稳定性，必须针对各种不同的情况采取不同的措施。例如对层流火焰，为提高
火焰的稳定性防止回火，可以将单喷口改成许多小喷口，以加强散热。又如喷口气流速度过大
有可能脱火时，可在喷口外加障碍物，以降低气流速度，保持火焰稳定。
在工程应用中，通常喷口气流速度都较高，呈湍流状态，如不采取措施，火焰很难稳定，甚
至会被吹熄。为避免这一问题，工程上常利用回流的高温烟气或用小火焰不断地向可燃气体提
供足够的热量，以保证火焰连续稳定地燃烧。产生高温烟气回流有很多方法，其中最简单的方
法是在湍流火焰后放置一钝体，在钝体后将形成高温烟气的回流区，可持续地向可燃气体提供
热量，维持火焰稳定燃烧，因此钝体又称为稳焰器。除了钝体稳焰器外，还有其他形式的稳焰
器，如船形稳焰器、多孔板稳焰器(它相当于多个小钝体)等。此外旋转射流、复杂射流(如射流
突然扩张、突然转弯等)也都能产生高温烟气回流区。小股高速射流和主流气体之间形成的大
速差，也会造成高温烟气回流。另一种维持火焰稳定的简捷方法是采用点火火焰，通常将此火
焰又称为值班火焰。
(4)燃烧器的改进和开发
燃烧器的改进和开发一直是高效低污染燃烧技术的一个主要方面，在这方面发展非常迅速。
例如气流旋转将有利于可燃气体和助燃空气的混合和燃烧，根据这一原理设计的旋流式燃烧器，
燃烧热负荷高，火焰稳定性好。如进一步提高气流的旋转强度，燃烧时将形成燃烧漩涡，此时燃
烧更加激烈，热负荷更高，此种燃烧器则称为旋风燃烧器。此外还有所谓高速燃气燃烧器，它是
提高燃气和空气从各自喷口喷出的速度，使它们喷出后能迅速混合燃烧，不但燃烧室热负荷
高，而且高速烟气对强化传热十分有利，这种燃烧器适合于加热炉，炉腔升温快，效率高。
