煤层气田地面集输工艺技术

王荧光

( 中油辽河工程有限公司 辽宁盘锦 124010)

摘 要: 由于煤层气田“低产、低压、低渗”和地区地形复杂，相对高差较大的特点，不同程度地加大了工程设计与建设的难度，开采与输送成本相当较高。如继续沿用传统技术和石油天然气工程相关标准，将无法大幅度降低工程投资、减少操作成本、节省土地，无法实现煤层气田的效益开发。根据煤层气田集输工艺特点，坚持地面与地下充分结合的原则，研究出了一套先进合理、经济适用并符合中国煤层气特点的煤层气田地面集输技术 “枝上枝‘阀组布站’”工艺技术。并从集输半径、压缩机的选型、管材的选择、节能和水力学等方面进行了研究。结果表明新技术的应用极大地改善了流体流动环境，简化了流程。

关键词: 煤层气 地面集输 低压 低产 低渗 节能

基金项目: 国家科技重大专项项目 39 ( 20092 ×05039) 资助。国家高技术发展项目 “沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程”资助。

作者简介: 王荧光，男，工程师，2005 年毕业于辽宁石油化工大学，化学工程与工艺专业，硕士学位，现主要从事石油天然气工程设计及研究工作。地址: ( 124010) 辽宁省盘锦市兴隆台区石油大街 93 号。电话: ( 0427)7806753，15842701850; E mail: wangyingguang7@ 126 com

Ground Gathering and Transportation Technology of Coal bed Methane ( CBM)

WANG Yingguang

( PetroChina Liaohe Petroleum Engineering Co ，Ltd ，Panjin 124010，Liaoning ，China)

Abstract: Exploitation and construction of CBM field has just started up stage in china Neither specification nor successful experience can be learnt for design of CBM field yet It is inevitable that copying indiscriminately the Petrleum Industial Standards leads to increase project investment，which Lowers the whole economic benefit of the CBM field Technologies of independent Innovation are formed in Panhe CBM field in the South Qinshui basin in accordance with the characteristics of low yield，low pressure，low permeability，relative complicated topography and large height difference，etc The main contribution includes the following aspects: diamond well spacing，run- ning in tandem between two wells，simple measurement at valve block，gas collection under low pressure，cent ral- ized turbocharged，which is called“multi branch manifold”disposal station to own its special ground const ruc- tion style The new technology is character by low investment，quick results，convenient for managing and maintai- ning，fewer operators ＆ equipments and less energy consumed，active organization，environmental protection and less land occupation，etc

Keywords: coal bed methane，ground gathering and transportation，low pressure，low production，low per- meability，energy saving

引言

我国油气资源短缺，2010年中国天然气供需缺口达到(210～250)×108m3，而成分、热值与常规天然气相似，且资源丰富的煤层气自然是目前最现实的天然气接替资源。目前，煤层气地面已实现大规模商业化开采的国家仅为美国和加拿大，其中美国是煤层气商业化开发最为成功、煤层气产量最高的国家。我国由于煤层气田“低产、低压、低渗”和地区地形复杂，相对高差较大的地势特点，如继续沿用传统的集输技术，将无法实现煤层气田的效益开发，减慢了我国煤层气产业进入实质性商业化生产的进程。所有这一切，都说明，要达到煤层气田高效低成本的规模性开发，实现我国煤层气工业自主创新的要求，就必须研究出一套先进的全新工艺技术来指导目前及今后的煤层气田的地面工程建设。因此根据国内煤层气资源和开发情况，以实现大幅度降低煤层气田地面建设工程投资、减少操作成本、节省土地和煤层气田的效益开发为目标。通过对煤层气田集输工艺特点的详尽分析，坚持地面与地下充分结合的原则，紧紧围绕煤层气集输工艺技术开展大量的创新、研究、比选等工程技术攻关工作，研究出了一套先进合理、经济适用并符合我国煤层气特点的煤层气田地面集输技术———“枝上枝'阀组布站'”工艺技术。新技术突破了从我国解放到现在的60多年间标准规范中一直规定的采气管道长度不宜大于5km的限制，极大地降低了投资、能耗和操作复杂程度，多项指标均处于国际先进水平。

1 煤层气地面集输工艺新技术

11 “枝上枝'阀组布站'”工艺技术的原理［1］

图1“枝上枝'阀组布站'”工艺技术原理图

11 “枝上枝'阀组布站'”工艺技术的原理［1］

“枝上枝'阀组布站'”工艺技术(图1)是对传统的布站技术的挑战，它将集气计量站改为阀组，而阀组在天然气集气干管与大量采气支线之间形成了结点，通过这个节点将若干条采气管道中的天然气集中到集气干管中。集气站的外输管道就像是树干，阀组到集气站的集气支线就像是树枝，每一个阀组又像树枝上的结点，而所有与结点连接的采气管道就像是小的树枝。新技术与传统技术之间的本质区别在于:传统技术是用一个站(有值班间、仪表、电气、设备、门卫、维修、围墙及大门等有人值守的站)，把10～20口采气管道汇集在一起;新技术是用一个阀组(通常位于采气井口周边，相当于一个普通管件)把大量的采气管道汇集在一起，理论上讲，新技术的应用取消了传统技术中需要建设的无数个有人值守的站，最重要的是极大地简化了流程和投资。

12 “枝上枝'阀组布站'”工艺技术的理论验证

121 按允许压降计算出的采气半径

采用国内公认的《油气集输设计规范》中规定使用的威莫斯(Weymouth)公式，根据实际压降计算得:“枝上枝”阀组布站中采气井口至阀组部分长度83km，阀组至集气站235km，采气管道总长318km;传统布站中采气管道总长113km(图2)。

图2 不同布站方式采气半径计算示意图

122 “枝上枝”阀组布站采气半径较传统布站方式增加的原因分析

(1)阀组布站与传统分散增压布站非共有管段的采气管道长度之比Y/Z的理论推导。管道共有段根据《油气集输设计规范》的威莫斯(Weymouth)公式:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

将其两侧平方并变形得到如下公式:

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在本计算中两种布站方法管道共有段的5033112(P12－P22)/△ZT可看成常数，因此根据实际计算数据得“枝上枝”阀组布站(d8/3)1/传统布站(d8/3)2为

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“枝上枝”阀组布站(1/qv)1/传统布站(1/qv)2得

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最后得［(d8/3/qv)1/(d8/3/qv)2］2=(3563/12)2=88，即Y/Z=88。

(2)“枝上枝”阀组布站阀组至集气增压站采气管道长度与共有段采气管道长度之比Y/X的理论推导。

管道共有段根据《油气集输设计规范》的威莫斯(Weymouth)公式:

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将其两侧平方并变形得到如下公式:

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在本计算中取决于(d8/3/qv)2与(P12－P22)/T。将实际数据带入得

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得Y/X=33

解方程组:

图3“枝上枝”阀组布站与传统分散增压布站采气半径计算示意图

Y/X=33，Y/Z=88得(X+Y)/(X+Z)=313

即“枝上枝”阀组布站采气管道长度是传统分散增压采气管道长度的313倍。

(3)“枝上枝”阀组布站与传统的集中增压布站之间的比较。

图4“枝上枝”阀组布站与传统集中增压布站采气半径计算示意图

管道共有段根据《油气集输设计规范》的威莫斯(Weymouth)公式:

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将其两侧平方并变形得到如下公式:

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在本计算中取决于(d8/3/qv)2与(P12－P22)/T。将实际数据带入得

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得Y/X=33。

则得(Y+X)/X=43，即“枝上枝”阀组布站采气管道长度是传统集中增压采气管道长度的43倍。

13 “枝上枝”阀组布站工艺技术的创新点

(1)新技术极大地简化了流程。与传统的三级布站或二级布站相比，一步简化成一级布站;

(2)由节点技术取代了集气计量站，使得工艺得到实质性的简化，取消了所有建筑、容器设备、值班人员，阀组占地小于井口占地，投资得到大幅度降低，新技术与传统技术相比投资降低了55%;

(3)采气半径由规范规定的小于5km，延长到3倍以上，不仅进一步简化了采集气系统，投资得到进一步降低，而且产能规模成倍扩大;

(4)新技术使气田能耗仅为543156MJ/104m3，远低于国内6949MJ/104m3能耗先进指标;

(5)新技术使气田占地面积由678亩减少到423亩，减幅达376%;

(6)操作人员由63人减少到21人，减幅达667%。

14 井口集输工艺

煤层气井采用排水降压采气工艺(图5)，通过抽油机把地下煤层里的水从油管里抽出，直接排放到井场附近的晾水坑，进行晾晒，自然蒸发;煤层气随地下水的采出地层压力降低而不断的析出，当套管压力被节流到02mPa(G)时，通过采气管道，进入煤层气采集系统。

图5 井口采气原理示意图

15 集气阀组工艺

由于目前煤层气中含水量很少，故阀组不设分离器，既节约了占地又节省了投资。

井口来的煤层气到达集气阀组后压力为015MPa(G)，进入集气阀组的生产汇管，经总计量后进入集气管道;在集气阀组设置单井轮换计量，可以根据需要轮换计量每口井的产气量。每口井的采气管道在集气阀组都有放空流程，当采气管道检修时，打开放空阀，进入放空汇管，经放空管排入大气;阀组的总流量以及温度、压力参数通过RTU利用无线传输系统传输至增压站。生产阀组汇管上设有安全阀，当采、集气管道压力达到04MPa(G)安全阀起跳，将超压部分气体排放至放空管(图6)。

图6 阀组工艺原理示意图

16 集中增压站工艺

在进站汇管上设有紧急关断和紧急放空阀，当出现事故时立即关闭紧急关断阀，同时打开紧急放空阀，进入火炬系统。在进、出站煤层气管道上设有温度、压力等参数以及压缩机的运行等参数进入仪表间的过程控制系统，进行检测、显示。在集气站的外输管道上设有流量计量装置，煤层气的外输气量进入仪表间的过程控制系统，进行检测、显示。在压缩机的进、出口分离器设有液位计及液体自动排污装置，进入仪表间的过程控制系统，进行检测、显示(图7)。

图7 集气增压站工艺流程示意图

2 煤层气田地面集输其他配套技术

21 互换式烟气节能转换技术研究［2］

对燃气发电机的废热利用是通过烟气采集、废热锅炉换热，再配以驱动泵，让水在换热系统中循环来吸收烟气热能这一途径来达到废热利用的目的。完成换热后的热水或者水蒸汽用来采暖或者做功，其实质就是提高燃气的利用率，以达到节约燃气的目的。

互换式烟气节能转换系统主要由两部分组成。第一，采热装置:热交换器。第二，动力设备:循环水驱动泵(如果集气站比较大，可增设能量转换装置，如蒸汽发电机及乏汽回收装置冷凝塔)。将上述设备利用管路连接，循环水在其间循环流动，构成废热利用系统。完成热交换后的烟气还可以送入吸收式空调(溴化锂空调)，完成供暖或制冷。

发动机烟气和循环水同时通过热交换器，进行热交换，达到温度要求后的循环水在动力泵的作用下进入循环，提供采暖和生活用水，在水源缺乏的地区，废水回收处理后可进入系统进行循环利用。换热器内设有换热管，水在换热管内循环，发动机排放的烟气通过换热管间隙，在对流过程中完成换热，对烟气的热能进行利用。

22 煤层气增压设备的优选［2］

压缩机的种类有很多、分类的方法各异，按工作原理的不同可分为两大类:容积式压缩机和速度式压缩机。在容积式压缩机中，气体压力的提高是由于压缩过程中气体的体积密度增加所造成的;而速度型压缩机是先使气体在动力作用下达到很高的速度(动能)，然后在扩散器中急剧降速，使气体的动能转化为压力能(势能)，提高被压缩气体的动力。在煤层气矿场集输中，一般经常采用的是容积型的往复式压缩机或速度型的离心式压缩机。

221 压缩机的比较

从表1可以看出，往复式压缩机与离心式压缩机相比，其特点为:

(1)压力适用范围广:从低压到超高压都可适用，目前工业上使用到350MPa，实验室中使用的压力更高。

(2)效率高:由于活塞两侧高、低压流体间的密封性好，往复式压缩机的效率比离心式压缩机高得多。

(3)适应性强:往复式压缩机的排气量可在大范围内变动，气体的密度变化对压缩机工作的影响不如速度型的显著，对负荷变动和气质变化的适应能力都强。

目前煤层气矿场增压的处理量小，压比波动幅度大，因此多采用往复式压缩机。为了适应矿场的实际工作环境的条件，以天然气为燃料，由燃气发动机提供的一体化活塞式压缩机组在矿场增压中得到了广泛应用。

表1 压缩机优缺点对比表

222 压缩机原动机的比较

在煤层气田上使用的往复式压缩机，以燃气发动机和电动机为驱动力为宜。

最终采取何种驱动方式应作技术经济对比后才能确定。方案对比应包括设备自身投资、供电线路投资、管理方便等方面。如果外供电条件好，应优先选用电机驱动，电机驱动具有操作简单、管理方便的优点。燃气驱动更适用于无外供电条件或外供电条件差的情况(表2)。

表2 压缩机机驱动方式综合对比表

23 管道材质的选用［3］

由于煤层气井产出的煤层气节流后的压力为02MPa(最大04MPa)、温度≤20℃，因此，合理的选用采气管道的材料对降低工程造价，提高施工速度起着关键的作用，根据目前生产实际情况，采用PE管道和钢制管道在技术上均是可行的。我们在经济上对两种管道材料进行了对比，由PE管、钢管管道投资对比表及管径与管道总投资关联曲线看出，当采、集气管道的公称直径DN≤250，采用PE管道材料等级为PE100更为经济，当公称直径DN>300采用钢制管道更为经济。

24 水力学计算的优化选择

(1)根据大量研究数据发现，由于油气集输设计规范(GB503502005)中所用Weymouth公式的管内壁粗糙度较大(00508mm)，且忽略了管线起伏变化过程中压降的加速成分，因此，计算结果较保守。同时，由于管道使用一段时间后，其粗糙度较新管道越来越大，计算结果也会较符合实际情况。

(2)对于计算软件，PIPELINESTUDIO是专业计算调峰和水击计算的，其优势是动态分析，尽管内部具有压降计算方法，但方法有限，且有使用限制。而PIPEPHASE是专业进算管道压降，段塞流和水合物的软件，内置公式较多，通用性较强，且具有经过大量工程验证的校正系数，故本研究最终确定选用PIPEPHASE作为煤层气田水力学计算软件。

(3)对于水力学计算方法，根据上述对比表明Mukherjee-Brill，Dukler-Eaton，Beggs，Brill ＆ Moody，Beggs ＆ Brill计算结果一样，均可作为煤层气田的水力学计算方法。但使用过程建议首选Beggs，Brill ＆ Moody公式，因为其具有经大量工程验证和被行业普遍采用的管道起伏校正因子，可使结果更接近实际情况，其次在不知道选择何种计算方法时可以选择Mukherjee-Brill，因为该方法适合使用到山区地形变化起伏的管道上，该水力学计算方法是唯一适合所有流体构造的计算流体状态的模型。

3 煤层地面集输工艺技术的应用效果

31 应用情况

“枝上枝'阀组布站'”工艺技术已应用推广到我国两大煤层气产业基地建设中，如:沁南煤层气开发高技术产业化示范工程、山西沁水盆地南部煤层气直井开发示范工程、山西柿庄南项目2011年集输系统、柿庄南区块总体开发规划、鄂东气田韩城区块5亿产能建设工程、韩城市煤层气集输工程(二期)。推广速度较快，推广范围较大。其中“十一五”期间国家重大科技专项示范工程项目———沁南煤层气开发高技术产业化示范工程于2009年9月28日全部建成，一次投产成功，年创收入16亿元，经济效益显著。通过实际生产运行，各项参数均表明:该工程所采用的“多点接入，柔性集输”地面集输工艺技术已达到国际水平，为国内今后煤层气田的大规模开发提供了良好的经验，同时也对大型天然气气田的开发建设有着十分重要的指导意义。

32 经济效益

沁南煤层气开发高技术产业化示范工程及韩城市煤层气集输工程(二期)分别于2009年和2010年建成投产。沁南煤层气开发高技术产业化示范工程年创收入16亿元，应用新技术后，节省工程投资197亿元，使建设工期提前了6个月，提前投产带来的销售收入达08亿元。韩城市煤层气集输工程(二期)应用新技术后节省工程投资008亿元，使建设工期提前了3个月，提前投产带来的销售收入达0063亿元。

4 结论

煤层气“枝上枝'阀组布站'”工艺技术地面技术工艺技术就在经济和社会效益中取得如此成效，其技术优势特别明显［4］，为煤层气田实现规模化开发提供了技术保障，在具有明显的经济效益的同时，具有显著的社会效益。此外，煤层气田及页岩气田在我国属于刚刚起步阶段。煤层气田资源总量约为3146×1012m3，与陆上常规天然气资源量相当;页岩气田在我国分布广泛，总资源量可达100×1012m3，相当于天然气储量的3倍。“枝上枝'阀组布站'”工艺技术完全可以在上述各类气田开发建设中发挥作用，应用前景十分广阔。

参考文献

［1］裴红，刘文伟2010“枝上枝”集输工艺在大型低渗、低产天然气田及煤层气田建设中的应用，石油规划设计，21(2)，12～15

［2］王荧光，裴红，刘文伟等2010煤层气田地面集输技术研究辽宁:中油辽河工程有限公司(研究报告)

［3］裴红，刘文伟2008煤层气集输工程设计思想及在潘河项目中的实践北京:2008年煤层气学术研讨会论文集

［4］王荧光2009苏里格气田苏10井区地面建设优化方案，天然气工业，29(4)，89～92

余热资源在钢铁、石油、化工、建材行业大量存在，也普遍存在于其他行业。轻工和食品等行业的生产过程中，都存在着丰富的余热资源，被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的第五大常规能源，所以充分利用余热资源也是企业节能的主要内容之一。

在各种生产过程中，往往会生成具有热能、压力能或具有可燃成分的废气、废汽、废液等产物，在不少化学工艺过程中，还会有大量化学反应热释放出来。有些产品还可能会大量的物理显热。这些带有能量的载能体都称为余能，俗称余热。这些余热资源可用于发电、驱动机械、加热或制冷等，从而减少一次能源的消耗，并减轻对环境的热污染。

能量有品位的高低，而热能是属低品位的能，它也可以从它转换为高品位能和直接利用时的难易程度或作用大小来区分其量的高低。通常评价热能品位最简单和直观的方法是用温度的高低。获得热量的温度高，则利用方便；温度低的热量利用就困难。当温度低到环境温度时，它就无法利用了。

我国工业企业的余热利用潜力很大，余热利用在当前节约能源中占重要地位。余热资源的回收利用可不是件容易的事，它要求工艺上、技术上可行，经济上合理，而且还要保护环境。如何应用当代最新科学技术，充分利用余热资源是摆在科研工作者和企业一线生产人员面前的重要任务和研究课题。

余热资源是指在目前条件下有可能回收和重复利用而尚未回收利用的那部分能量。它不仅决定于能量本身的品位，还决定于生产发展情况和科学技术水平，也就是说，利用这些能量在技术上应是可行的，在经济上也必须是合理的。

例如，欲回收100℃以下的低温余热，就要有解决相应技术难题的能力；要从高温高腐蚀性介质中回收余热，首先必须有耐热耐蚀性很强的材料等。

所以，生产和科学技术的发展水平是决定余热资源的数量。

必须指出，余热回收固然很重要，但最根本的问题还在于尽量减少余热的排出，这方面的主要措施是降低排烟温度，减少冷却介质带走的热量，减少散热损失，提高热工设备本身的效率等。

余热资源的主要来源

余热资源的来源主要有如下六个方面。

高温烟气的余热

这是一种数量大分布范围广的余热。高温烟气余热分布在冶金、化工、建材、机械、电力等行业，如各种冶炼炉、加热炉、石油化工装置、燃气轮机、内燃机和锅炉的排汽排烟，某些工业窑炉的高温烟气余热甚至高达炉窑本身燃料消耗量的30％～60％。它们不仅温度高、数量多，而且回收容易，约占余热资源总量的50％。

高温产品和炉渣的余热

许多工业生产都要经过高温加热这一过程，经高温加热过程生产出来的产品如金属的冶炼、熔化和加工，煤的汽化和炼焦，石油炼制以及烧制水泥、砖瓦、陶瓷、耐火材料和熔化玻璃等，它们最后出来的产品及其炉渣废料都具有很高的温度，达几百至1000摄氏度以上，通常产品又都要冷却后才能使用，在冷却时散发的热量就是余热。这部分余热往往占设备燃料消耗量的比重较大，如炼钢炉渣热量占冶炼燃料热的2％～6％，有色金属冶炼炉渣占10％～14％。

我国每年由冶金炉渣带走的热量相当于2兆吨标准煤。从每吨热焦炭中可回收的热量相当于40千克标准煤，每吨热钢坯可回收热量67兆焦耳(229千克标准煤)，相当于加热量的1/4。

现在炼钢工业中采用的干法熄焦、连铸、热装连轧等新工艺，就是回收这部分余热。高温产品和炉渣的余热约占余热资源总量的4％～6％。

冷却介质的余热

冷却介质是保护高温生产设备和生产工艺不可缺少的东西。常用的介质是水、空气和油。它们的温度受设备要求的限制，通常较低，如电厂汽轮机冷凝器的冷却水，不能超过25℃～30℃，内燃动力机械的冷却水大约为50℃～60℃；温度最高的是冶金炉和窑炉冷却水，也不过80℃～90℃。

因此，对这部分低温余热的利用比较困难，需要较大的设备投资，如利用热泵或低沸点工质动力设备等。不过，这部分余热量还是相当多的，约占余热资源总量的15％～23％。如冶金炉的冷却介质余热占燃料消耗量的10％～25％，高炉占2％～3％，凝汽式发电厂各种冷却介质带走的热量约占其燃料消耗量的50％。

可燃废气、废液和废料的余热

生产过程的排气、排液和排渣中，往往含有可燃成分。这种余热约占余热资源总量的8％。如转炉废气。炼油厂催化裂化再生废气，炭黑反应炉尾气、造纸生产中的纸浆黑液，以及煤焦油蒸馏残渣等。下表表示它们的发热量。

可燃废气、液、料的发热量

废气、废液、废料可燃成分/%一氧化碳氢气甲烷低位发热量

［千焦/立方米(标)］炼焦煤气5～855～6023～2716300～17600高炉煤气27～301～203～083770～4600转炉煤气56～61156280～7540铁合金冶炼炉气7068400合成氨甲烷排气1514600化肥厂焦结煤球干馏汽6519354200～4600电石炉排气8014110900～11700造纸黑液6000～12000千焦/千克甘蔗渣6300～11000千焦/千克

废汽、废水余热

这是一种低品位蒸汽及凝结水余热，凡是使用蒸汽和热水的企业都有这种余热，这部分包括蒸汽动力机械的排汽(其余热占用汽热量的70％～80％)和各种用汽设备的排汽，在化工、食品等工业中由蒸发，浓缩等过程产生的二次蒸汽，还有蒸汽的凝结水、锅炉的排污水以及各种生产和生活的废热水。废水的余热约占余热资源的10％～16％。

化学反应余热

这种余热主要存在于化工行业，是一种不用燃料而产生的热能，它占余热总量的10％以下。例如硫酸制取过程中利用焚硫炉或硫铁矿石沸腾炉产生的化学反应热，使炉内温度为850℃～1000℃，可用于余热锅炉产生蒸汽，约可回收60％。

由上面我们可以看出余热的分布之广，来源各异，而且不同工业行业中产生的余热性质和数量相差很大。据估计，冶金部门总余热资源占其燃料消耗量的50％以上，机械、化工、玻璃、搪瓷、造纸等企业占25％以上。

余热资源的温度类型

高温余热

这是一种温度高于500℃的余热资源。属于高温范围的余热大部分来自工业炉窑。其中有的是直接燃烧燃料产生的，如熔炼炉、加热炉、水泥窑等。有的主要靠炉料自身燃烧产生的。如沸腾焙烧炉、炭黑反应炉等，国外城市垃圾热值为3349～10465千焦／千克，离开焚烧炉的烟温达到840℃～1100℃，可以回收利用。

中温余热

温度在200℃～500℃之间的余热资源。各种热能动力装置及某些炉窑设备中的高温气体在燃烧室或炉膛中做功或传热后排出的气体一般在中温范围内。这挡温度比较适中，有些可继续做功，有些可产生蒸汽或预热空气等，利用前景十分良好。

低温余热

温度低于200℃的烟气及低于100℃的液体属于低温余热资源。

低温余热的来源有两个方面：一方面是有些余热在排放时本身的温度就是低的；另一方面是在高温、中温余热回收中仍然会有剩余的低温余热排放出，由于低温余热回收时温差小，换热设备庞大，经济效益不太明显，回收技术也较复杂，因此过去对此不予重视。但是如果面广量大，回收总量也是非常大的。由于能源短缺和科技的进步，对低温余热的回收利用也日益重视，而且取得了很大的进展。

钢铁冶金工业余热资源

我国的可资利用余热资源非常丰富。据不完全统计，主要行业工业余热约占工业总能耗的15％。

其中钢铁工业可回收的余热资源约为总能耗的50％。一座现代化的钢铁厂所排放出来的能量，有40％存在于各种介质的高温气体中，15％是低温蒸汽和热水，还有10％为辐射损失，可见其节能潜力很大，具体的余热种类、温度及来源见下表。

钢铁企业余热的种类、温度及来源(单位：℃)

余热种类成品放热/℃废气蒸汽或热水熔融物烧结

炼焦

炼铁

炼钢

连续铸造

分块压延

压延线材600～700

1000～1200

1200～1400

1200～1500

600～800

1100～1200

600～1200100～450

100～800

150～400

1000～1400

——

500～800

500～800——

——

40～60

40～60

40～60

40～60

40～60——

——

1300～1500

1300～1500

——

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石油工业余热资源

石油加工过程中需消耗燃料、蒸汽、电力等各种能源。据统计，每加工1吨原油平均消耗燃料4242千克，蒸汽570千克，电力345度。将它们统一折算相当于358104千焦，其中50％以上的能源消耗是通过各种油加热炉和蒸汽锅炉的烟气热、空气冷却器和水冷却器被排放而损失掉的，而且相当一部分还比较集中，可以利用。例如一座年产250万吨的炼油厂，通过空冷、水冷和烟道三方面排走的热量每小时高达480106千焦，其温度都在100℃～550℃范围内。

18化工工业余热资源

虽然化工企业所消耗的能量约占总能耗的20％，但其能量利用率却不高。主要由于工序车间操作条件的改变，部分能量由于工艺物流的降温、降压而释放出来，成为废热和废功散失于周围环境中。以轻柴油和石脑油为原料的大型乙烯装置中，裂解气温度高达800℃左右。可以用来产生高压蒸汽。以重油为原料的合成氨厂中，汽化炉里进行强化放热反应，裂解气温度高达1350℃，也可以用来产生高压蒸汽。一套年处理量为240万吨的大型催化裂化装置，可供回收的能量达2万千瓦，除了可满足本装置主风机需要的巨大动力(15万千瓦)以外，尚有余力发电，供全厂使用。

由于世界性能源危机的冲击以及化工生产向大型化发展，促使将动力系统引入化工生产并和工艺系统密切结合。例如大型合成氨厂中由于采用了高压余热锅炉、蒸汽轮机及离心压缩机，可以达到基本上不需外供电，能量利用率从20世纪50年代的大约30％一下子提高到60％以上。

机械工业余热资源

机械行业中的加热设备和炉窑各种各样。余热资源也相当丰富，例如锻件加热炉的烟气温度高达1000℃以上。可利用余热锅炉产生蒸汽。蒸汽锻锤的排汽压力在大气压以上，而且数量也很大。如某汽车制造厂的锻造分厂锻锤排汽每小时就达13吨以上，每年损失热量折合标准煤5000多吨。又如各种热处理炉的排气温度达425℃～650℃，干燥炉和烘炉的排气温度达230℃～600℃，这些都是很好的余热资源。

其他工业余热资源

其他行业也有不少的余热资源，例如各类工厂供热系统产生的凝结水，以往多数不回收，由此造成的燃料浪费达8％。又如一些设备和部件的工业冷却水，水温为35℃～90℃，是极为广泛而大量的低温余热资源。下表为我国主要行业的余热资源情况。

我国主要行业的余热资源情况

行业余热资源来源占燃料耗

量的比例冶金轧钢加热炉、均热炉、平炉、转炉高炉、焙烧窑等33%以上化工化学反应热，如造气、变换气、合成气等的物理显热可燃化学热，如炭黑尾气、电石气等燃料热15%以上建材高温烟气、窑顶冷却、高温产品等约40%玻搪玻璃熔窑、搪瓷窑、坩埚窑等约20%造纸烘缸、蒸锅、废气、黑液等约15%纺织烘干机、浆纱机、蒸煮锅等约15%机械锻造加热炉、冲天炉、热处理炉及汽锤乏汽等约15%21利用余热的一般方法

余热的回收利用方法，随余热源的形态(固体、液体、气体、蒸汽、反应热)和温度水平(高温、中温、低温)等各不相同。

尽管余热回收方式各种各样，但总体可分为热回收(直接利用热能)和动力回收(转变为动力或电力后再用)两大类。从回收技术难易程度看，利用余热锅炉回收气、液的高温余热比较容易，回收低温余热则比较困难。在回收余热时，首先应考虑到所回收余热要有用处和在经济上必须合算。如为了回收余热所耗费的设备投资甚多，而回收后的收益又不大时，就得不偿失了。通常进行回收余热的原则如下。

(1)对于排出高温烟气的各种热设备，其余热应优先由本设备或本系统加以利用。如预热助燃空气、预热燃料或被加热物体(工质、工件)，以提高本设备的热效率，降低燃料消耗。

(2)在余热余能无法回收用于加热设备本身，或用后仍有部分可回收时，应用来生产蒸汽或热水，以及产生动力等。

(3)要根据余热的种类、排出的情况、介质温度、数量及利用的可能性，进行企业综合热效率及经济可行性分析，决定设置余热回收利用设备的类型及规模。

(4)应对必须回收余热的冷凝水，高、低温液体，固态高温物体，可燃物和具有余压的气体、液体等的温度、数量和范围制定利用的具体管理标准。

污泥处理-污泥处理利用的技术

　　1污泥处理利用的一般技术　

（1）污泥的堆肥化处理技术　

（2）污泥的建材化技术　

（3）污泥的燃料化技术　

（4）污泥的厌氧消化（制沼气）技术　

2污泥的电离辐射处理技术　

3 微波技术在污泥处理中的应用　

（1）微波辐照污泥处理技术　

（2）微波化学分析技术　

4 超声波处理污泥技术　

5 重金属的生物有效性及植物脱除技术　

6 污泥的微生物处理技术　

（1） 微生物淋滤技术　

（2） 微生物吸附处理法　

（3） 微生物脱臭技术　

7新兴污泥热化学处理技术　

（1） 湿式氧化技术　

（2） 活性污泥作黏结剂　

（3） 剩余污泥制可降解塑料　

（4） 污泥制活性炭　

（5） O3/H2O2氧化技术　

（6） UV/O3氧化技术　

（7） UV/H2O2氧化工艺　

（8） 其他热化学处理技术简介　

　　随着环保力度的加强和人们对已有污泥处理处置技术局限性的进一步认识，世界各国都在投入重金研发新技术，争取找到更经济、更合理的污泥处理方案。　

石灰投加技术　

脱水后的污泥进入料斗，料斗中加入石灰和氨基璜酸，石灰投量为湿泥量的10％一15％，氨基璜酸的投量约为石灰投量的1％。由于氨基璜酸在反应过程中产生氨气，增强了整个工艺的杀菌效果，降低了反应温度。污泥、生石灰和氨基璜酸在料斗中搅拌后，由双螺旋进料机推入柱塞泵进料口，通过柱塞泵送入反应器，在70℃下停留30 min，输出的产品可达到美国EPA PART503 CLASS A标准。反应后的污泥泵送至料仓，密封容器中产生的气体经洗涤塔处理后排放。　

该工艺的特点：　

pH>12，延续时间长，杀菌彻底；高pH使大部分金属离子沉淀，降低了其可溶性和活跃程度；污泥的含固率可提高至30％；去除了污泥中的臭气，系统全密封，无环境污染；系统全自动，操作维护简单：加入少量氨基璜酸，减少了石灰用量和反应时间，降低了运行成本。　

污泥碳化技术　

所谓污泥碳化，就是通过一定的手段，使污泥中的水分释放出来，同时又最大限度地保留污泥中的碳值，使最终产物中的碳含量大幅提高的过程

(1)高温碳化。碳化时不加压，温度为649—982℃。先将污泥干化至含水率约30％，然后进入碳化炉高温碳化造粒。碳化颗粒可以作为低级燃料使用，其热值约为8 360—12 540 kJ／kg(日本或美国)。技术上较为成熟的公司包括日本的荏原、三菱重工、巴工业以及美国的IES等。该技术可以实现污泥的减量化和资源化，但由于其技术复杂，运行成本高，产品中的热值含量低，目前尚未有大规模地应用，最大规模的为30删湿污泥。　

(2)中温碳化。碳化时不加压，温度为426—537℃。先将污泥干化至含水率约90％，然后进入碳化炉分解。工艺中产生油、反应水(蒸汽冷凝水)、沼气(未冷凝的空气)和固体碳化物。该技术的代表为澳大利亚ESI公司。该公司在澳洲建设了1座100t／d的处理厂。该技术可以实现污泥的减量化和资源化，但由于污泥最终的产物过于多样化，利用十分困难。另外，该技术是在干化后对污泥实行碳化，其经济效益不明显，除澳洲一家处理厂外，目前尚无其他潜在的用户。

(3)低温碳化。碳化前无需干化，碳化时加压至6—8 MPa，碳化温度为315℃，碳化后的污泥成液态，脱水后的含水率50％以下，经干化造粒后可作为低级燃料使用，其热值约为15 048～20 482 kJ／kg(美国)。

该技术通过加温加压使得污泥中的生物质全部裂解，仅通过机械方法即可将污泥中75％的水分脱除，极大地节省了运行中的能源消耗。污泥全部裂解保证了污泥的彻底稳定。污泥碳化过程中保留了绝大部分污泥中热值，为裂解后的能源再利用创造了条件14t。　

污泥水解热干化技术污泥水热干化技术通过将污泥加热，在一定温度和压力下使污泥中的粘性有机物水解，破坏污泥的胶体结构，可以同时改善脱水性能和厌氧消化性能。随水热反应温度和压力的增加，颗粒碰撞增大，颗粒间的碰撞导致了胶体结构的破坏，使束缚水和固体颗粒分离。经过水热处理的污泥在不添加絮凝剂的情况下机械脱水的含水率大幅度降低。污泥的水解宏观上表现为挥发性悬浮固体浓度减少和COD、BOD以及氨氮等浓度增加。水热干化技术采用浆化反应器，通过闪蒸乏汽返混预热浆化、蒸汽与机械协同搅拌，提高了系统的处理效率；在水热反应器中，采用蒸汽逆向流直接混合加热的方式，强化了传质传热过程，可以避免局部过热结焦碳化：在连续闪蒸反应器中，实现了系统能量的有效回收旧。

污泥处理-污泥处理步骤

1首先，原污泥通过污泥泵由二沉池打到另一个池子中从而和上清液分离。因为原污泥的含水率通常能达到995%，所以污泥必须浓缩，有多种可行的方法用于减少污泥的体积。例如真空过滤和离心等机械处理的方法通常用于将污泥以半固体形式处置之前。通常这些方法是污泥焚烧处理的准备工作。如果计划采用生物处理，则多数才用重力沉降或者是气浮的方法进行浓缩。这两种情况所对应的污泥仍然是流态的。

重力浓缩池的设计和运行类似于污水处理中的二沉池。浓缩功能是主要的设计参数，为了满足更大的浓缩能力，浓缩池基本上比二沉池要深。一个设计正确，运行良好的重力浓缩池至少能提高两倍的污泥含泥量。也就是说，污泥的含水率可以有995%减少到98%，或者更少。这里值得一提的是，重力浓缩池的的设计要尽量基于中式结果的分析，因为合适的污泥负荷率与污泥的属性的有很大关系的。

　　如果采用溶气气浮浓缩，需要有一小部分的水，通常是二沉池出水，在400kPa的压力下充气。这种过饱和的液体通入罐底，而污泥在大气压下通过。气体以小气泡的形式和污泥中的固体颗粒黏附，或则是被包围，从而带动固体颗粒上浮到表面。浓缩了的污泥的上部被除去，而液体由底部流回溶气罐充气。　

体积减少后，污泥中含有大量的有害成分，在处置之前需要将之转化为惰性成分。最常用的方法是生物降解稳定。因为这个过程目的在于将物质转化为最终无菌产物，所以常应用消化的方法。污泥消化既能进一步的减少污泥体积也能使所含固体转化为惰性物质并且大体的上没有病菌。通过厌氧消化或好养消化都能达到污泥消化目的。

　　污泥含有多种有机物，因此需要多种微生物来分解。有关资料将厌氧消化中的微生物分为两类：产酸菌和甲烷菌。所以，我们也能把厌氧消化分为两步。第一步，由兼性厌氧菌和厌氧菌组成的产酸菌通过水解作用溶解有机固体。接着溶解质由发酵作用转化为酒精和低分子量分子。第二步，有严格厌氧菌组成的甲烷菌将乙酸、酒精、水和二氧化碳转化为甲烷。因为两种菌群只能在无氧的环境下存活，所以厌氧消化的反应器必须是密闭的。设计容器的时候同时也要考虑另外的一些因素，例如：温度、pH值和混合物搅拌。 污泥也可以通过好氧消化稳定。这种消化基本上只能用于可生化污泥而不能用于初沉池污泥，伴随着二沉池和污泥浓缩池中污泥体积的减少，这个工艺需要不断的鼓气。好氧消化多应用于深度曝气系统。再者，好氧消化对环境条件不敏感，也不局限有流行变化。

2污泥消化以后，污泥中的有机物能被去除并且能进一步的减少污泥体积。接下来，污泥需要处置。多种方法可以用来有效的处置污泥。其中包括焚烧、卫生填埋和用作化肥以及土壤改良剂。原污泥可以用来焚烧，可以有效地减少含水率。添加燃料可以用来引起和维持燃烧，城市垃圾也可能用来达到这个目标。原污泥和消化污泥也可以用卫生填埋来处置。污泥的土地应用实践了好几年，而现在只限于处理消化污泥。污泥的营养成分有利于植物成长，而其颗粒特性可用于土地改良。这些应用局限有饲料作物和非人类消费，而运用于支持可食用植物的可能性正在研究中。污泥土地应用的主要限制因素为植物富集金属毒性和水体富营养污染。污泥的应用可通过在流态时由喷淋器喷淋、沟渠导流或直接注入土壤。去水污泥可以由传统农用机械铺设在土地之上在和培养土壤。　

上述文字指的是一般污泥的处理。因为污泥能造成环境的污染，所以我们需要尽最大的努力使之无害化。现在，很多导致类型污染的具有不同特性污泥正在研究中。在本文中，我将叙述一种来自于人类产油和石油工业的污泥，这个代表性污泥称之为含油污泥。

大量的污泥产生，而这种污泥中含有相当大量的油，必须在最终处置之前将之去除。炼油厂产生的污泥不能被安全的处置，除非将其含油量去除到一定程度。此外，在炼油厂的油水分离系统和储油罐中因为含油原料的累积而产生的污泥的处理费用很高，并且对环境造成很严重的污染。石油是一种疏水混合物例如：烷烃，芳香烃，树脂和沥青。许多化合物是有毒性的，致突变的和致癌的。它们的排放的受到严格控制的，因为它们对人体健康和环境的负面影响，它们被美国环保部门分类并列为环境污染物优先。　

有很多种方法可以用来处理含油污泥。化学和物理的方法例如：焚烧、氯氧化、臭氧氧化和燃烧，生物的处理方法例如：生物修复、传统堆肥法等等。现在，随着技术的发展，含油污泥的低温冷处理和生物修复成为了两条有效的处理途径。　

低温冷处理技术作为一种物理的处理方法能有效地增加污泥的脱水性质，改变絮凝剂的结构形式并减少污泥周围的水含量。比较那种“初沉降”，冷处理能够除掉溶液中的杂质，因此达到更好浓缩目的，最近就是在讨论冷处理的这种好处。据我们所知，现在的资料中没有讨论冷处理技术来分离油泥中的油的可行性。但是，如果在自然条件允许的许多国家里，冷处理技术提供了一种有效的处理含油污泥的处理和处置的方法。

　通过比较常规方法处理和冷处理之后污泥，我们可以发现，冷处理之后的样品上面浮了一层油。最后我们可以发现试管中分三层：最上面的一层是清的浮油，底层是一层深色的沉降物，中间一层是清水。原始的污泥经过24小时的沉降，可以看见上浮液和底部沉降物，但是没有可见的油相。通过上面的叙述的现象揭示了简单的冷处理能有效分离油泥中的油。　

物理化学的方法可以用来处理油泥，但是费用却是很高的。堆肥和通过接种降解油类菌种或激活原有生物进行生物修复被看为两种经济的方法来对付油污染。堆肥有些看得见的优点例如：基建和维护费用低、设计和运行简单并能去处部分的油。然而，堆肥处理基本上不能达到现在环境的标准了。　

油泥中含有的大部分油是难于生物降解的。很多研究证明了生物修复对含油土壤的高效处理，但是只是针对含油量高的污染物。大部分实验在实验室中进行，而行业应用的很少。生物修复才刚刚开始，这个意味着先进的处理技术。

例如煤火力电厂原理：先将煤输送到磨煤机，把煤磨成粉状，喷洒到锅炉里燃烧，锅炉里的循环水管散发蒸汽，蒸汽带动汽轮机，汽轮机带动发电机，即可发电。（发出来的电很恐怖的，离他近的话头发都要站起来了，我经历过的）锅炉里的循环水管是有凉水塔来冷却，循环使用。这些都是主要设备，辅助设备很多。

（锅炉启动时是喷洒柴油）

详细：

燃煤，用输煤皮带从煤场运至煤斗中。大型火电厂为提高燃煤效率都是燃烧煤粉。因此，煤斗中的原煤要先送至磨煤机内磨成煤粉。磨碎的煤粉由热空气携带经排粉风机送入锅炉的炉膛内燃烧。煤粉燃烧后形成的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动，放出热量，最后进入除尘器，将燃烧后的煤灰分离出来。洁净的烟气在引风机的作用下通过烟囱排入大气。助燃用的空气由送风机送入装设在尾部烟道上的空气预热器内，利用热烟气加热空气。这样，一方面使进入锅炉的空气温度提高，易于煤粉的着火和燃烧外，另一方面也可以降低

排烟温度，提高热能的利用率。从空气预热器排出的热空气分为两股：一股去磨煤机干燥和输送煤粉，另一股直接送入炉膛助燃。燃煤燃尽的灰渣落入炉膛下面的渣斗内，与从除尘器分离出的细灰一起用水冲至灰浆泵房内，再由灰浆泵送至灰场。

火力发电厂在除氧器水箱内的水经过给水泵升压后通过高压加热器送入省煤器。在省煤器内，水受到热烟气的加热，然后进入锅炉顶部的汽包内。在锅炉炉膛四周密布着水管，称为水冷壁。水冷壁水管的上下两端均通过联箱与汽包连通，汽包内的水经由水冷壁不断循环，吸收着煤受燃烧过程中放出的热量。部分水在冷壁中被加热沸腾后汽化成水蒸汽，这些饱和蒸汽由汽包上部流出进入过热器中。饱和蒸汽在过热器中继续吸热，成为过热蒸汽。过热蒸汽有很高的压力和温度，因此有很大的热势能。具有热势能的过热蒸汽经管道引入汽轮机后，便将热势能转变成动能。高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形成机械能。

汽轮机的转子与发电机的转子通过连轴器联在一起。当汽轮机转子转动时便带动发电机转子转动。在发电机转子的另一端带着一台小直流发电机，叫励磁机。励磁机发出的直流电送至发电机的转子线圈中，使转子成为电磁铁，周围产生磁场。当发电机转子旋转时，磁场也是旋转的，发电机定子内的导线就会切割磁力线感应产生电流。这样，发电机便把汽轮机的机械能转变为电能。电能经变压器将电压升压后，由输电线送至电用户。

释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出，称为乏汽。乏汽在凝汽器内被循环水泵送入凝汽器的冷却水冷却，重新凝结成水，此水成为凝结水。凝结水由凝结水泵送入低压加热器并最终回到除氧器内，完成一个循环。在

循环过程中难免有汽水的泄露，即汽水损失，因此要适量地向循环系统内补给一些水，以保证循环的正常进行。高、低压加热器是为提高循环的热效率所采用的装置，除氧器是为了除去水含的氧气以减少对设备及管道的腐蚀。

以上分析虽然较为繁杂，但从能量转换的角度看却很简单，即燃料的化学能→蒸汽的热势能→机械能→电能。在锅炉中，燃料的化学能转变为蒸汽的热能；在汽轮机中，蒸汽的热能转变为转子旋转的机械能；在发电机中机械能转变为电能。炉、机、电是火电厂中的主要设备，亦称三大主机。与三大主机相辅工作的设备成为辅助设备或称辅机。主机与辅机及其相连的管道、线路等称为系统。火电厂的主要系统有燃烧系统、汽水系统、电气系统等。

除了上述的主要系统外，火电厂还有其它一些辅助生产系统，如燃煤的输送系统、水的化学处理系统、灰浆的排放系统等。这些系统与主系统协调工作，它们相互配合完成电能的生产任务。大型火电厂的保证这些设备的正常运转，火电厂装有大量的仪表，用来监视这些设备的运行状况，同时还设置有自动控制装置，以便及时地对主辅设备进行调节。现代化的火电厂，已采用了先进的计算机分散控制系统。这些控制系统可以对整个生产过程进行控制和自动调节，根据不同情况协调各设备的工作状况，使整个电厂的自动化水平达到了新的高度。自动控制装置及系统已成为火电厂中不可缺少的部分。

热力学第二定律

开放分类： 化学、科学、物理、定律、热力学

(1)概述

①热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。(不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化,这是按照热传导的方向来表述的)

②不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响

(2)说明

①热力学第二定律是热力学的基本定律之一。它是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。

上述(1)中①的讲法是克劳修斯在1850年提出的。②的讲法是开尔文于1851年提出的。这些表述都是等效的。

在①的讲法中，指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条件下，这个转变过程是不可逆的。要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现。

在②的讲法中指出，自然界中任何形式的能都会很容易地变成热，而反过来热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能，从而说明了这种转变在自然条件下也是不可逆的。热机能连续不断地将热变为机械功，一定伴随有热量的损失。第二定律和第一定律不同，第一定律否定了创造能量和消灭能量的可能性，第二定律阐明了过程进行的方向性，否定了以特殊方式利用能量的可能性。 ．

②人们曾设想制造一种能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器，这种空想出来的热机叫第二类永动机。它并不违反热力学第一定律，但却违反热力学第二定律。有人曾计算过，地球表面有10亿立方千米的海水，以海水作单一热源，若把海水的温度哪怕只降低O25度，放出热量，将能变成一千万亿度的电能足够全世界使用一千年。但只用海洋做为单一热源的热机是违反上述第二种讲法的，因此要想制造出热效率为百分之百的热机是绝对不可能的。

③从分子运动论的观点看，作功是大量分子的有规则运动，而热运动则是大量分子的无规则运动。显然无规则运动要变为有规则运动的几率极小，而有规则的运动变成无规则运动的几率大。一个不受外界影响的孤立系统，其内部自发的过程总是由几率小的状态向几率大的状态进行，从此可见热是不可能自发地变成功的。

④热力学第二定律只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程。而不适用于少量的微观体系，也不能把它推广到无限的宇宙。

⑤根据热力学第零定律，确定了态函数——温度；

根据热力学第一定律，确定了态函数——内能和焓；

根据热力学第二定律，也可以确定一个新的态函数——熵。．可以用熵来对第二定律作定量的表述。

第二定律指出在自然界中任何的过程都不可能自动地复原，要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用，由此可见，热力学系统所进行的不可逆过程的初态和终态之间有着重大的差异，这种差异决定了过程的方向，人们就用态函数熵来描述这个差异，从理论上可以进一步证明:

可逆绝热过程Sf=Si，

不可逆绝热过程Sf>Si，

式中Sf和Si分别为系统的最终和最初的熵。

也就是说，在孤立系统内对可逆过程，系统的熵总保持不变；对不可逆过程，系统的熵总是增加的。这个规律叫做熵增加原理。这也是热力学第二定律的又一种表述。熵的增加表示系统从几率小的状态向几率大的状态演变，也就是从比较有规则、有秩序的状态向更无规则，更无秩序的状态演变。熵体现了系统的统计性质。

第二定律在有限的宏观系统中也要保证如下条件：

1、该系统是线性的；

2、该系统全部是各向同性的。

另外有部分推论很有意思：比如热辐射：恒温黑体腔内任意任意位置及任意波长的辐射强度都相同，且在加入任意光学性质的物体时，腔内任意位置及任意波长的辐射强度都不变

气球，汽球的汽是别字，用的比较少。

气球是充满空气或某种别的气体的一种密封袋。气球不但可作为玩具，也可作为运输工具。

1、气，象形。甲骨文、小篆字形。象云气蒸腾上升的样子。“气”是汉字部首之一。本义是云气。

相关组词有六气、气筒、气力、气功、患气、气短、秀气、气质、月气、气矜、则气、侠气、霜气、胎气、勇气，等等。

2、汽，指蒸气，液体或固体变成的气体。

相关组词有汽车、蒸汽、汽水、汽油、汽艇、汽暖、汽酒、汽锤、汽缸、乏汽，等等。

扩展资料：

一、字源解析

1、汽

2、气

二、词语解析

1、胎气[tāiqì]

道教谓自然的正气。

2、气力[qìlì]

力气，体力，精力，功夫。

3、汽水[qìshuǐ]  

充入二氧化碳气体的软饮料。

4、汽油[qìyóu]

外观为透明液体，可燃，馏程为30℃至220℃，主要成分为C5～C12脂肪烃和环烷烃类，以及一定量芳香烃。

5、气质[qìzhì]

表现在心理活动的强度、速度、灵活性与指向性、等方面的一种稳定的心理特征。

－气

－气球

－气球

热源，热力学指的是具有很大热容量的物系。它既可以作为取出热量的热源，又可以作为投入热量的热阱，并且向它放热或取热时温度不变，因此热源里进行的过程可视为可逆过程。安全工程认为凡是一定热能的物系或能够产生一定热能的过程都可以认为是热源。热源往往使系统或物系温度升高、压力升高，或直接引起燃烧爆炸。

基本介绍 中文名 ：热源 外文名 ：heat reservoir 定义 ：供热之源 产生 ：锅炉房供热和热电厂供热等 种类 ：热电厂、区域锅炉房、核能供热等 套用学科 ：建筑科学 概述,供热热源种类,热电厂,区域锅炉房,工业与城市余热,地热水供热,核能供热,热泵热源,太阳能热源,热源选择, 概述 城市供热可分为分散供热和集中供热两种。分散供热包括单户、单幢楼房和小单位自供等形式；集中供热根据负荷性质、数量、供应对象和范围、地形和地势以及周围条件等分区分片，集中数个、数十个单位和居民区实行区域供热。 在热能供应范畴中，凡是将天然或人造的含能形态转化为符合供热系统要求参数的热能设备与装置，统称为热源。热源分为集中供热热源和建筑物独立热源。 集中供热的热源主要有如下几种：热电厂、区域锅炉房、工业与城市余热、核能、地热等。建筑物独立热源主要有如下几种：燃气炉、燃油炉、热泵、太阳能等。由于集中供热具有热源容量大、热效率高、燃料消耗少、有利于环保、节约劳动力和占地面积小等优点，因此在城市供热中，普遍以集中供热为主。 在现代建筑中，需要大量的热水或蒸汽，以便为用户提供供热采暖、生活热水的热源。就一个供热系统而言，通常是利用锅炉及锅炉房设备生产出蒸汽（或热水），尔后通过热力管道，将蒸汽（或热水）输送至用户，以满足生产工艺或生活采暖等方面的需要。因此，锅炉是供热之源。锅炉及锅炉房设备的任务，在于安全可靠、经济有效地把燃料的化学能转化为热能，进而将热能传递给水，以生产热水或蒸汽。 通常，我们把用于动力、发电方面的锅炉，叫做动力锅炉；把用于工业及采暖方面的锅炉，称为供热锅炉，又称工业锅炉。 根据锅炉制取的热媒形式，锅炉可分为蒸汽锅炉和热水锅炉两大类。在蒸汽锅炉中，蒸汽压力小于或等于70kPa的，称为“低压锅炉”；大于70kPa的，称为“高压锅炉”。 按锅炉燃用的燃料不同，又分为燃气锅炉、燃油锅炉、汽油两用锅炉以及燃煤锅炉等。随着我国经济建设的迅速发展，城市高层民用建筑的快速崛起，油气资源的大力开发，以及国家对环保工作提出了更高要求，燃油燃气锅炉套用逐年上升，燃油燃气锅炉房建设进入一个新的发展时期。 锅炉本体的最主要设备是汽锅与炉子。汽锅的基本构造包括锅筒、管束、水冷壁、集箱和下降管等组成的汽水系统。炉子包括煤斗、炉排、炉膛、除渣板、送风装置等组成的燃烧设备。燃料在炉子中燃烧，放出大量的热量，这些热量以辐射和对流两种方式传给汽锅里的水，使水汽化。为了提高锅炉运行的经济性，设定了蒸汽过热器、省煤器与空气预热器。这些也都是锅炉本体的组成部分。除此之外，为了使锅炉能安全可靠地工作，还必须配备水位表、压力表、温度计、安全阀、给水阀、止回阀、主汽阀和排污阀等配件。 由于供暖系统不使用过热蒸汽，因此供暖锅炉通常不装蒸汽过热器。 我们常用锅炉蒸发量（或产热量）、蒸汽（或热水）参数、受热面蒸发率（或发热率）以及锅炉效率来表示锅炉的基本特性。 锅炉蒸发量即蒸汽锅炉每小时的蒸汽产量，单位是t/h。但有时不用蒸发量而用产热量来表示锅炉的容量，产热量是指锅炉每小时生产的热量，单位是kW。 蒸汽（或热水）参数是指蒸汽（或热水）的压力及温度。对于生产饱和蒸汽的锅炉，由于饱和压力和饱和温度之间有固定的对应关系，因此通常只标明蒸汽的压力就可以了。对于生产热水的锅炉，则压力与温度都要标明。 受热面蒸发率(或发热率)是指每平方米受热面每小时生产的蒸汽量(或热量)，单位是 （或 )。 锅炉效率是指锅炉中被蒸汽或热水接受的热量与燃料在炉子中应放出的全部热量的比值。 根据锅炉监督机构的规定：低压锅炉可装置在供暖建筑物内的专用房间或地下室中；而高压锅炉则必须装置在供暖建筑物以外的独立锅炉房中。 供热热源种类 热电厂 热电厂是联合生产电能和热能的发电厂。热电厂供热系统是以利用汽轮机同时生产电能和热能的热电合供系统作为热源。联合生产电能和热能的方式，取决于供热汽轮机的型式。 供热汽轮机主要分为两大类型： 背压式汽轮机：排汽压力高于大气压力的供热汽轮机称为背压式汽轮机。利用背压式汽轮机的排汽进行供热，热电厂的热能利用效率高，但由于热、电负荷相互制约，它只适用承担带基本热负荷的供热量。 抽汽式汽轮机：从汽轮机中间抽汽供热的汽轮机称为抽汽式汽轮机。它又可分为两大类。第一类是抽汽量大小都不影响额定发电功率的机组，即热、电负荷不相互制约，这种类型的机组，有带低压可调节抽汽口的机组，和带高、低压可调节抽汽口的机组两种。第二类是热电负荷相互受一定制约的抽汽式机组。当机组按纯冷凝工况运行时，电功率达到最大值。但随着抽汽量增加时，电负荷下降，当供热抽汽量达到最大时，电功率减小到仅为纯凝汽工况的75%左右。 以热电厂作为热源，实现热电联产，不仅热能利用效率高，同时利于环保。它是目前发展城镇集中供热，节约能源的主要推广方式和最有效措施。但建设热电厂的投资高，建设周期长；同时，还必须注意应根据外部热负荷的大小和特征，合理地选择供热汽轮机的型式和容量，或采用凝汽式电厂改造为热电厂的方案，才能充分发挥其优点。 区域锅炉房 区域锅炉房是城镇集中供应热能的热源。虽然区域锅炉房的热效率低于热电厂的热能利用效率，但区域锅炉房中使用燃煤锅炉的热效率一般都在80%以上，比分散的小型锅炉房的热效率（50%—60%）高得多。此外，区域锅炉房与热电厂相比，其投资低，建设周期短，厂址选择容易。因此，区域锅炉房也是城镇集中供热的主要热源形式之一。区域锅炉房根据其制备热媒的种类不同，分为蒸汽锅炉房和热水锅炉房。 （1）蒸汽锅炉房 工矿企业中，通常为满足生产工艺需要，以蒸汽作为热媒。因此，在锅炉房内设定蒸汽锅炉作为热源，同时满足工艺和供热所需热负荷。目前最常用的有以下几种型式：向集中供热系统的所有热用户供应蒸汽；采用并行的蒸汽和热水供热系统。厂区生产工艺和热水供应等常年性热负荷由蒸汽系统供热，而供暖、通风等季节性热负荷则由热水系统供热。 根据在蒸汽锅炉房集中制备热水的方式不同，有采用集中热交换站的形式；采用蒸汽喷射装置的形式；采用淋水式换热器等三种主要形式。 （2）热水锅炉 在锅炉房内装设热水锅炉及其附属设备，直接制备热水，特别是以高温水作为热媒的集中供热系统，近年来在国内发展较快，它多用于城市区域或街区的供暖或用于工矿企业中供暖通风热负荷较大的场合。 热水锅炉与蒸汽锅炉相比较具有如下优点：热损失少，节约能量、便于调节；因压力、温度较低，所以安全性较高；对水处理的要求较低；锅炉结构简单，制造方便，不需要特殊钢材，同时钢材耗量少。 工业与城市余热 （1）工业余热热源 所谓工业余热，通常是指生产工艺过程中所产生的工业本身不能直接再利用的热量。其余热热源可分为；高温排烟余热，可燃废气、废液、废料的余热，高温产品和炉渣的余热。冷却介质的余热，化学反应余热，废汽、废水的余热。 工业余热大多具有如下几个特点： ①大多数生产工艺过程的余热，它的数量和参数直接受生产工艺影响，波动较大，与外界的热负荷无直接关系。所以，利用工业余热应首先考虑用于自身的生产工艺流程上，用以提高工艺流程或设备的热能利用效率，然后再考虑向外供热或转换为电能外送。 ②大多数工业余热的载能体(如可燃气体、高温烟气、乏汽、工艺产品的物理热等)，都属于高温和非洁净的载能体，利用这些热能时，往往需要加添热能转换装置，或直接利用时，应考虑对载能体适当洁净的问题。 ③工业余热在较大工矿企业中较大量地存在、多种多样，因此，要针对载能体的特点，设定合适的余热利用装置。 （2）城市余热热源 城市余热热源是城市公共设施中所回收的热量。比如城市垃圾处理场、地下铁路、污水处理场、地下变电所及地下送电线路等所产生的余热。如何利用这些城市余热作为城市集中供热的热源，是现代城市中的很大的课题。如能有效地利用这些余热，不仅能达到节能的目的。而且解决了城市的废弃物处理问题和环境污染问题。目前国外城市垃圾焚烧供热，污水热泵供热等已较普遍。 地热水供热 地热通常是指陆地地表以下5000m深度内的热能。这是目前技术条件可能利用的一部分地热能。地热能按其在地下的贮存形式，一般分为五种类型：蒸汽、热水、干热岩体、地压和岩浆。目前开采和利用最多的地热能是地热水。利用地热水供热与其他热源供热相比，它具有节省矿物燃料和不造成城市大气污染的特殊优点。作为一种可供选择的新能源，其开发和利用日益受到重视。 根据地热水温度的不同。地热水可分为；低温水（t<40℃）、中温水（t=40-60℃）和高温水（t=60-100℃）、过热水（t>100℃）。根据化学成分不同，可分为碱性水和酸性水；根据矿物质含量，地热水又可分为从超淡水（含盐量低于001g/L）至盐水（含盐量大于35g/L）的系列。 作为供热的热源，地热水具有如下的一些特点： （1）在不同条件下，地热水的参数(温度、压力)及成分会有很大的差别。地热水往往是有腐蚀性的，因而必须注意预防在传热表面和管路上发生腐蚀或沉积。 （2）地热水的参数与热负荷无关。对于一个具体的地热井，其井水温度几乎是全年不变的，地热水的参数不能适应热负荷变化的特性，使得利用地热能的供热系统变得复杂。 （3）一次性利用。地热水热能被利用后，通常就要被废弃。为了最大限度地利用其能位，就要采用分级利用地热水热能的方式，使系统复杂和费用增大。 目前地热水利用主要采用直接利用和间接利用两种方式。 核能供热 核能供热是以核裂变产生的能量为热源的城市集中供热方式。它是解决城市能源供应，减轻运输压力和消除烧煤造成环境污染的一种新途径。 核能供热目前有核热电站供热和低温供热堆供热两种方式，核热电站与火力热电站工作原理相似，只是用核反应堆代替矿物燃料锅炉。核热电站反应堆工作参数高，必须按照核电厂选址规程建在远离居民区的地点，从而使其供热条件在一定程度上受到限制。另一种专为城市集中供热的低温供热堆，它的压力参数较低，一般为1—2MPa，从安全形度，它有可能建造在城市近郊，因而，低温核供热堆，用作城市集中供热的热源，今后在我国将得到发展套用。 世界各国研究的低温核供热堆的堆型很多，我国推荐的堆型主要有两种；自然循环微沸腾式低温核供热堆和池式低温核低热堆。清华大学核能技术研究所成功地试制了5MW的自然循环微沸腾式低温核供热试验堆，向周围五万多平方米建筑物连续供暖，取得了很好的运行效果。 热泵热源 热泵是以低温热源排出的热量作为供热热源。采用热泵供热热源具有明显的节能效果。与锅炉房供热系统相比，（对热泵系统，设发电效率为η=035，热泵效率系数COP：35；对锅炉房系统，锅炉效率η=09。)其节能效果约为26%，减少向城市的排热量约为74%。总之，热泵供热系统不仅节能，而且能改善环境具有显著的经济效益和社会效益。热泵系统已逐步地被人们接受。今后开发和利用热泵供热系统热源用于集中供热具有广阔的前景。 太阳能热源 太阳能与常规能源相比较，太阳能资源的优点很多，同时又都是一般常规能源所不能比拟的，概括起来有以下四个方面。 （1）数量巨大：每年到达地表面的太阳辐射能约为130万亿吨标准煤，即为目前全世界所消费的各种能量总和的 倍。 （2）时间长久：根据天文学的研究结果可知，太阳系已存在大约150亿年左右。根据目前太阳辐射的总功率以及太阳上氢的总含量进行估算，尚可继续维持1000亿年之久：对于人类存在的年代来说可以认为是“取之不尽，用之不竭”的。 （3）普照大地：太阳辐射能“送货上门”，既不需要开采和挖掘，也不需要运输；普天之下，无论大陆或海洋，无论高山或岛屿，开发和利用都极为方便。 （4）清洁安全：太阳能素有“洁净能源”和“安全能源”之称。它不仅毫无污染，远比常规能源清洁；也毫无危险，远比原子核能安全。 虽然太阳能也存在分散性、间断性和不稳定性以及效率低和成本高等缺点，致使目前还不能或至少是不容易与常规能源相竞争。但是由于太阳能资源具有上述诸多优点，特别是太阳能是“取之不尽，用之不竭”，而且是洁净的优质可再生能源，如能合理的利用，必将取得巨大的社会效益和经济效益。 国内外实践证明，太阳能热利用中最先实用化的是太阳能供热水和太阳能供暖。其原因之一是它们所需的集热温度不太高（40-60t），另一重要原因是：近年来，随着工农业的发展，全国总能耗量的增加十分迅速，其结果导致环境的严重污染和常规能源的短缺。因此，节约常规能源和开发利用可再生能源势在必行。目前从工程实用来看，太阳能主要用于单栋建筑物供暖或热水供应上。 热源选择 （1）小城镇供热方式可分集中供热和分散供热，并应结合用户分布、供热条件和使用的燃料等相关因素确定，有条件采用集中供热的范围，应选择集中供热的方式，镇区边缘分散住宅可采用分散供热方式。 （2）选择小城镇供热热源可包括热电厂、供热锅炉房、工业余热、地热、太阳能、风能、电力、垃圾焚化厂余热等。 （3）大中城市规划区范围的小城镇热源应按城市总体规划统一考虑，城镇密集区的小城镇供热热源宜与相关区域统筹规划，联建共享。 （4）有一定常年工业热负荷的城镇密集区小城镇和较大规模小城镇，宜选择热电厂集中供热，有条件地区的县城镇、中心镇供热规划可采取三联供模式。 （5）附近无热电厂，以采暖热负荷为主的小城镇宜选择区域热水锅炉房供热。 （6）只有较小工业蒸汽热负荷的小城镇工业园区宜建蒸汽锅炉房供汽、供热。 （7）有条件的小城镇应尽可能采用工业余热、地热、太阳能、垃圾焚化厂等热源。