本书坚持学以致用的基本宗旨,较系统地介绍喷射式大温差换热技术发展背景、强化传热原理、先进工艺系统优化设计理论、方法及流程,并结合案例进一步介绍喷射式大温差换热机组、工业余热或中深层地热大温差集中供热系统优化设计方法,分析其能源、经济与环保效益。

　　本书可作为高等学校能源动力类以及土建类专业的教科书或教学参考书,也可以供相关科研人员、供热工程规划及系统设计人员、供热设备研发及设计人员、供热企业运营管理人员自学或参考,以期提高我国低碳大温差集中供热技术水平,全面推动我国北方地区低碳大温差集中供热发展。

第1章 绪言  1

参考文献  3

第2章 喷射式大温差换热理论基础   5

2.1 工作原理   5

2.2 理论基础   7

2.1.1 热力学理论  8

2.1.2 传热学理论    14

2.1.3 科学用能理论   15

2.1.4 系统优化设计理论   18

2.3 性能评价  19

2.3.1 热力性能评价   19

2.3.2 传热性能评价   20

参考文献   21

第3章 喷射式大温差换热原理   22

3.1 喷射式大温差换热机组及其运行原理  22

3.1.1 第一代喷射式大温差换热机组    22

3.1.2 第二代喷射式大温差换热机组    37

3.2 喷射式换热机组与喷射热泵  46

3.2.1 喷射式换热机组    47

3.2.2 热驱动喷射热泵    50

参考文献   52

第4章 喷射式大温差换热机组优化   53

4.1 热力学模型    53

4.2 系统优化  57

4.3 制冷工质筛选  62

4.3.1 制冷工质发展   63

4.3.3 制冷工质综合评价   66

参考文献    74

第5章 喷射式大温差换热机组设计   77

5.1 喷射器设计     77

5.1.1 喷射器发展     77

5.1.2 喷射器设计方法    81

5.1.3 常规喷射器结构设计   84

5.2 常规换热器特点及应用   86

5.3 喷射式大温差换热机组设计  91

5.3.1 热力计算    91

5.3.2 传热计算    94

5.3.3 设计案例    96

参考文献    97

第6章 大温差集中供热案例分析   100

6.1 基于喷射式换热的热电联产集中供热   100

6.1.1 工程概述   100

6.1.2 供热系统工艺及运行原理   100

6.1.3 热力学模型及评价指标   104

6.1.4 效益分析   108

6.2 基于喷射式换热的中深层地热集中供热    111

6.2.1 工程概述   112

6.2.2 供热系统工艺及运行原理   112

6.2.3 热力学模型及评价指标   118

6.2.4 效益分析   120

6.3 基于喷射式换热的工业余热集中供热   130

6.3.1 工程概述   130

6.3.2 供热系统工艺及运行原理   130

6.3.3 热力学模型及评价指标   132

6.3.4 效益分析   132

参考文献   137

　　近40年来,我国工业化和城镇化进程得到快速推进,人民生活水平逐步提升,我国社会商品总能耗也逐年递增。2019年社会商品总能耗量约为45.6亿吨标准煤,其中工业能耗量约占社会商品总能耗量的70%。目前,我国工业工艺系统能源利用率平均约为35%。由此可见,我国工业废热总量较大,工业能源转换与利用系统的节能潜力巨大。此外,我国北方供暖地区拥有丰富的中深层地热资源,因此高效回收工业废热和开发中深层地热资源用于北方城镇采暖是我国当前节能减排工作的重点之一。

　　城镇化的快速发展致使我国北方城镇供热面积与供热能耗逐年剧增。2019年,我国北方城镇供热面积约为120亿平方米,其中集中供热面积约为87亿平方米,供热总能耗量约相当于2.1亿吨标准煤。在季,北方城镇供热系统排放的大气污染物进一步恶化大气环境质量。鉴于此,党中央和国务院相继制定并颁发一系列法律法规如《中华人民共和国大气污染防治法》,以打造青山绿水,建设生态文明。国务院印发的《关于大气污染防治行动计划》明确要求大气污染传输通道“2+26城市”结合当地资源条件因地制宜全面推进清洁供暖。回收工业余热和开发中深层地热等可再生能源用于北方城镇集中供热有助于开展大气污染防治行动,打赢蓝天保卫战。然而,高能耗、高污染工业企业因环保政策限制而远离城镇供热负荷区,从而导致工业废热长距离输送成本偏高。目前,长距离输热已成为工业余热集中供热发展瓶颈。

　　大温差输热技术能够大幅增大工业余热经济输送距离,是解决当前工业余热集中供热发展瓶颈问题的关键技术。喷射式大温差换热机组是一种基于逆卡诺循环的大温差复合换热新原理的高效换热装置,可用于替代热力站中的常规水水换热机组,以大幅降低一次热网回水温度,实现一次热网大温差输热。较低的一次回水温度不仅大幅增大一次输热温差,以增加工业废热经济输送距离,而且还有助于高效回收工业废热或开发中深层地热能,提高供热系统能效水平,降低供热成本。因此,喷射式大温差换热机组是实施低碳大温差集中供热的关键设备之一。

　　本书坚持学以致用的基本宗旨,较系统地介绍喷射式大温差换热技术发展背景、强化传热原理、先进工艺系统优化设计理论、方法及流程,并结合案例进一步介绍喷射式大温差换热机组、工业余热或中深层地热大温差集中供热系统优化设计方法,分析其能源、经济与环保效益。

　　本书可作为高等学校能源动力类以及土建类专业的教科书或教学参考书,也可以供相关科研人员、供热工程规划及系统设计人员、供热设备研发及设计人员、供热企业运营管理人员自学或参考,以期提高我国低碳大温差集中供热技术水平,全面推动我国北方地区低碳大温差集中供热发展。

　　作者在此衷心感谢:清华大学付林教授及其团队、天津大学马一太教授及其团队、丹麦技术大SvendSvendsen教授及其团队、北京建筑大学李德英教授、王瑞祥教授等的指导与支持;并感谢北京建筑大学低碳区域供热供冷科研团队成员为本书所述成果的辛勤劳动与无私奉献。本书的出版得到了北京市教委科技计划项目(KM201810016007)、国家留学基金(201909960004)和北京市建筑能源高效综合利用工程技术研究中心的资助与支持。

　　欢迎读者对本书提出改进意见,以期进一步完善大温差换热理论和低碳区域供热供冷技术体系,进而更好推动低碳区域供热供冷技术发展及应用。