能源与环境 -中南大学出版社

能源与环境

【作者】：周乃君
【出版时间】：2008-10
【字数】：522（千字）
【定价】：￥38.00（元）
【出版社】：中南大学出版社
【ISBN】：978-7-81105-799-7
【页码】：315（页）
【开本】：16开

“能源”与“环境”，是当今世界发展的两大主题。能源是人类社会赖以生存的重要物质基础，是工业的食粮，社会经济的命脉。随着社会生产力的发展，人类对能源的需求量日益增大。但是，当今世界所使用的能源，绝大多数仍取自地球，随着不断的开采和利用，各种能源资源日渐枯竭，能否满足未来世界不断增加的能源需求，是人类共同面临的问题。

本书前两章较为详细地讨论了能源的种类、能源与社会经济发展的关系，并介绍了煤炭、石油、天然气和水能资源这几种传统能源的资源量、生产和消费状况；第３章讲述了核能、太阳能、地热能、风能、海洋能、潮汐能、生物质能、氢能和天然气水合物等新能源的资源状况和开发利用技术，并指出，多种新能源的开发利用是解决未来世界能源需求问题的根本途径。

“节约与开发并重”是我国的基本能源政策，也是解决世界能源问题的根本出路。节约能源、提高能源利用率，涉及到各种技术原理和方法。本书第４、５、６章重点讨论了能量转换和储存的基本原理、能量系统的分析方法、工业过程节能的途径与方法，其中还介绍了一些节能新技术。

第１章　能源概论…………………………………………………………………………… （１）
１．１　能源的分类与评价………………………………………………………………… （１）
　　１．１．１　能源的定义………………………………………………………………… （１）
　　１．１．２　能源的分类………………………………………………………………… （１）
　　１．１．３　能源的评价………………………………………………………………… （３）
１．２　能源与社会经济发展的关系……………………………………………………… （５）
　　１．２．１　能源的更迭与社会发展的关系…………………………………………… （５）
　　１．２．２　能源与国民经济的关系…………………………………………………… （７）
　　１．２．３　能源与生活水平的关系…………………………………………………… （９）
１．３　能源资源概况…………………………………………………………………… （１０）
　　１．３．１　能源的计量……………………………………………………………… （１０）
　　１．３．２　能源资源………………………………………………………………… （１１）
１．４　能源结构………………………………………………………………………… （１３）
　　１．４．１　能源的生产结构………………………………………………………… （１３）
　　１．４．２　能源的消费结构………………………………………………………… （１４）
１．５　能源利用技术经济指标………………………………………………………… （１７）
　　１．５．１　能耗指标………………………………………………………………… （１７）
　　１．５．２　能源利用效率…………………………………………………………… （１９）
　　１．５．３　能量回收率……………………………………………………………… （２０）
１．６　能源政策………………………………………………………………………… （２０）
　　１．６．１　中国能源状况分析……………………………………………………… （２０）
　　１．６．２　能源政策………………………………………………………………… （２１）
第２章　常规能源…………………………………………………………………………… （２４）
２．１　煤炭……………………………………………………………………………… （２４）
　　２．１．１　煤的形成及特点………………………………………………………… （２４）
　　２．１．２　煤的成分、质量及其分类………………………………………………… （２５）
　　２．１．３　煤炭资源及开采………………………………………………………… （２７）
　　２．１．４　煤炭生产与消费………………………………………………………… （３０）
　　２．１．５　中国煤炭发展战略……………………………………………………… （３２）
２．２　石油……………………………………………………………………………… （３３）
　　２．２．１　石油的形成与特性……………………………………………………… （３３）
　　２．２．２　石油资源与开采………………………………………………………… （３４）
　　２．２．３　石油生产与消费………………………………………………………… （３６）
　　２．２．４　石油产品………………………………………………………………… （３９）
２．３　天然气…………………………………………………………………………… （４１）
　　２．３．１　天然气的形成及特性…………………………………………………… （４１）
　　２．３．２　天然气资源……………………………………………………………… （４２）
　　２．３．３　天然气生产与消费……………………………………………………… （４４）
２．４　电能……………………………………………………………………………… （４７）
　　２．４．１　电能的生产与消费……………………………………………………… （４７）
　　２．４．２　电力的生产方式………………………………………………………… （５１）
　　２．４．３　电力工业的发展趋势…………………………………………………… （５６）
第３章　新能源……………………………………………………………………………… （５７）
３．１　核能……………………………………………………………………………… （５７）
　　３．１．１　核裂变能生成原理与特点……………………………………………… （５８）
　　３．１．２　核聚变能………………………………………………………………… （５９）
　　３．１．３　核能的优点及用途……………………………………………………… （６２）
　　３．１．４　核电……………………………………………………………………… （６４）
３．２　太阳能…………………………………………………………………………… （６７）
　　３．２．１　能流密度………………………………………………………………… （６７）
　　３．２．２　中国太阳能资源分布…………………………………………………… （６８）
　　３．２．３　太阳能的利用方式……………………………………………………… （６９）
　　３．２．４　太阳能利用的进展……………………………………………………… （７０）
３．３　地热能、风能、海洋能、潮汐能………………………………………………… （７１）
　　３．３．１　地热能…………………………………………………………………… （７１）
　　３．３．２　风能……………………………………………………………………… （７４）
　　３．３．３　海洋能…………………………………………………………………… （７８）
３．４　生物质能、氢能和天然气水合物………………………………………………… （７９）
　　３．４．１　生物质能………………………………………………………………… （７９）
　　３．４．２　氢能……………………………………………………………………… （８２）
　　３．４．３　天然气水合物…………………………………………………………… （８３）
第４章　能量转换与储存…………………………………………………………………… （８４）
４．１　能量的形式与性质……………………………………………………………… （８４）
４．２　能量转换方式与效率…………………………………………………………… （８５）
４．３　化学能热电转换………………………………………………………………… （８７）
　　４．３．１　基本热力循环…………………………………………………………… （８７）
　　４．３．２　化学能－热能转换设备………………………………………………… （８８）
　　４．３．３　热机……………………………………………………………………… （８９）
　　４．３．４　发电机…………………………………………………………………… （９４）
　　４．３．５　热力系统………………………………………………………………… （９５）
４．４　核能发电………………………………………………………………………… （９７）
　　４．４．１　核电站分类……………………………………………………………… （９７）
　　４．４．２　压水堆核电站…………………………………………………………… （９８）
　　４．４．３　其他堆型核电站………………………………………………………… （１００）
４．５　电、热制冷……………………………………………………………………… （１０２）
　　４．５．１　蒸汽压缩式制冷………………………………………………………… （１０２）
　　４．５．２　吸收式制冷……………………………………………………………… （１０４）
４．６　太阳能的转换与利用…………………………………………………………… （１０６）
　　４．６．１　太阳能的特点及其利用方式…………………………………………… （１０６）
　　４．６．２　太阳能光－热转换……………………………………………………… （１０７）
　　４．６．３　太阳能制冷与空调系统………………………………………………… （１０８）
　　４．６．４　太阳能电池……………………………………………………………… （１０９）
　　４．６．５　太阳能制氢……………………………………………………………… （１１１）
４．７　燃料电池………………………………………………………………………… （１１２）
　　４．７．１　燃料电池的特点………………………………………………………… （１１３）
　　４．７．２　燃料电池的工作原理…………………………………………………… （１１４）
　　４．７．３　燃料电池的效率………………………………………………………… （１１６）
　　４．７．４　燃料电池分类及特性…………………………………………………… （１１７）
４．８　能量储存………………………………………………………………………… （１１９）
　　４．８．１　机械能的储存…………………………………………………………… （１１９）
　　４．８．２　电能的储存……………………………………………………………… （１２０）
　　４．８．３　热能的储存……………………………………………………………… （１２０）
第５章　能量系统分析…………………………………………………………………… （１２４）
５．１　能量平衡与热效率……………………………………………………………… （１２４）
５．２　热平衡测定与热平衡分析……………………………………………………… （１２５）
　　５．２．１　热平衡测算……………………………………………………………… （１２５）
　　５．２．２　热平衡测算实例………………………………………………………… （１２７）
５．３　热力学第二定律与熵、能级、(火用)………………………………………………… （１３１）
５．４　(火用)的计算………………………………………………………………………… （１３２）
　　５．４．１　热量(火用)…………………………………………………………………… （１３２）
　　５．４．２　开口体系(火用)（焓(火用)）……………………………………………………… （１３３）
　　５．４．３　压力(火用)…………………………………………………………………… （１３４）
　　５．４．４　气体混合物的(火用)（扩散(火用)）……………………………………………… （１３５）
　　５．４．５　化学(火用)…………………………………………………………………… （１３５）
５．５　(火用)损失…………………………………………………………………………… （１３８）
　　５．５．１　绝热节流过程(火用)损失…………………………………………………… （１３８）
　　５．５．２　绝热燃烧过程(火用)损失…………………………………………………… （１３９）
　　５．５．３　传热过程(火用)损失………………………………………………………… （１４０）
　　５．５．４　散热(火用)损失……………………………………………………………… （１４２）
　　５．５．５　燃烧产物(火用)损失………………………………………………………… （１４２）
５．６　(火用)效率…………………………………………………………………………… （１４３）
　　５．６．１　(火用)效率的定义…………………………………………………………… （１４３）
　　５．６．２　各种热工设备的(火用)效率………………………………………………… （１４４）
５．７　(火用)平衡分析……………………………………………………………………… （１４７）
　　５．７．１　(火用)平衡分析实例………………………………………………………… （１４７）
　　５．７．２　(火用)分析的意义…………………………………………………………… （１５２）
第６章　工业过程节能…………………………………………………………………… （１５５）
６．１　燃烧过程节能…………………………………………………………………… （１５５）
　　６．１．１　燃料与燃烧方法、燃烧装置的优化选择……………………………… （１５５）
　　６．１．２　富氧、低空气比和最佳炉膛压力燃烧………………………………… （１５６）
　　６．１．３　助燃空气的预热………………………………………………………… （１５９）
　　６．１．４　乳化燃烧与磁化燃烧…………………………………………………… （１６３）
　　６．１．５　水煤浆燃烧技术………………………………………………………… （１６４）
　　６．１．６　高风温低氧弥散燃烧技术……………………………………………… （１６４）
６．２　工业余热利用的基本原理……………………………………………………… （１６６）
　　６．２．１　工业余热资源概况……………………………………………………… （１６６）
　　６．２．２　余热利用的基本原理…………………………………………………… （１６７）
　　６．２．３　余热利用的一般方法…………………………………………………… （１７０）
６．３　工业余热回收系统……………………………………………………………… （１７２）
　　６．３．１　工业炉烟气余热回收系统……………………………………………… （１７２）
　　６．３．２　冷却介质余热回收系统………………………………………………… （１７６）
　　６．３．３　中低温余热动力回收系统……………………………………………… （１７９）
　　６．３．４　热泵系统………………………………………………………………… （１８３）
　　６．３．５　余热制冷系统…………………………………………………………… （１８８）
６．４　热回收用换热设备简介………………………………………………………… （１９１）
　　６．４．１　余热回收换热设备分类………………………………………………… （１９１）
　　６．４．２　换热器设计的制约因素………………………………………………… （１９２）
第７章　环境概论………………………………………………………………………… （１９５）
７．１　生态与环境……………………………………………………………………… （１９５）
　　７．１．１　生态圈与生态系统……………………………………………………… （１９５）
　　７．１．２　自然环境与生态环境…………………………………………………… （１９５）
７．２　环境污染………………………………………………………………………… （１９６）
　　７．２．１　环境污染及其分类……………………………………………………… （１９６）
　　７．２．２　几个重大的环境污染问题……………………………………………… （１９７）
　　７．２．３　能源开发利用与环境污染的关系……………………………………… （２０１）
　　７．２．４　环境污染的综合防治…………………………………………………… （２０４）
７．３　环境标准………………………………………………………………………… （２０５）
　　７．３．１　防止公害的环境标准…………………………………………………… （２０６）
　　７．３．２　我国几个重要的大气污染排放标准…………………………………… （２０７）
　　７．３．３　防止公害的法律措施…………………………………………………… （２１０）
　　７．３．４　环境监测与评价………………………………………………………… （２１１）
７．４　环境保护与可持续发展………………………………………………………… （２１５）
　　７．４．１　环境保护………………………………………………………………… （２１５）
　　７．４．２　我国环境保护的基本思路……………………………………………… （２１６）
　　７．４．３　可持续发展……………………………………………………………… （２１７）
第８章　燃烧污染防治…………………………………………………………………… （２２１）
８．１　硫氧化物的生成及治理………………………………………………………… （２２１）
　　８．１．１　硫氧化物的生成机制…………………………………………………… （２２１）
　　８．１．２　燃烧过程脱硫…………………………………………………………… （２２２）
　　８．１．３　排烟脱硫………………………………………………………………… （２２４）
８．２　氮氧化物的生成及治理………………………………………………………… （２２７）
　　８．２．１　氮氧化物的危害与生成机理…………………………………………… （２２７）
　　８．２．２　氮氧化物的燃烧抑制…………………………………………………… （２２９）
　　８．２．３　排烟脱氮………………………………………………………………… （２３４）
８．３　烟尘的生成与控制……………………………………………………………… （２３６）
　　８．３．１　浮游粒子及其危害……………………………………………………… （２３６）
　　８．３．２　烟尘的生成机理………………………………………………………… （２３７）
　　８．３．３　烟尘的燃烧抑制………………………………………………………… （２３８）
８．４　除尘方法与设备………………………………………………………………… （２３９）
　　８．４．１　除尘的基本原理………………………………………………………… （２３９）
　　８．４．２　除尘设备………………………………………………………………… （２４５）
第９章　大气污染控制…………………………………………………………………… （２５６）
９．１　大气污染物的产生……………………………………………………………… （２５６）
　　９．１．１　大气污染物……………………………………………………………… （２５６）
　　９．１．２　影响大气污染物生成的因素…………………………………………… （２５６）
　　９．１．３　大气污染的防治措施…………………………………………………… （２５７）
９．２　大气污染控制技术……………………………………………………………… （２６０）
　　９．２．１　降低燃料、原料消耗…………………………………………………… （２６０）
　　９．２．２　采用清洁燃料或原料…………………………………………………… （２６１）
　　９．２．３　发展无害技术（或工艺）………………………………………………… （２６２）
　　９．２．４　高烟囱排放……………………………………………………………… （２６３）
９．３　臭氧层的耗损及其控制………………………………………………………… （２６４）
　　９．３．１　臭氧层的耗损…………………………………………………………… （２６４）
　　９．３．２　臭氧层耗减的危害……………………………………………………… （２６６）
　　９．３．３　臭氧生成与分解机理…………………………………………………… （２６８）
　　９．３．４　臭氧层的修复…………………………………………………………… （２７２）
９．４　温室效应及温室气体…………………………………………………………… （２７４）
　　９．４．１　温室效应与全球气候变暖……………………………………………… （２７４）
　　９．４．２　温室气体………………………………………………………………… （２７７）
９．５　温室气体的排放与控制………………………………………………………… （２８２）
　　９．５．１　二氧化碳的排放与控制………………………………………………… （２８２）
　　９．５．２　氟氯烃（ＣＦＣｓ）的排放与控制…………………………………………… （２８４）
　　９．５．３　甲烷的排放与控制……………………………………………………… （２８７）
　　９．５．４　其他微量温室气体的排放与控制……………………………………… （２８９）
９．６　气溶胶及其排放控制…………………………………………………………… （２９２）
　　９．６．１　气溶胶的分类及特性…………………………………………………… （２９２）
　　９．６．２　气溶胶的来源与排放…………………………………………………… （２９２）
　　９．６．３　气溶胶的危害…………………………………………………………… （２９５）
　　９．６．４　气溶胶对气候的影响…………………………………………………… （２９６）
　　９．６．５　气溶胶的控制…………………………………………………………… （２９７）
附录………………………………………………………………………………………… （２９８）
附表１　各种能源折标准煤参考系数………………………………………………… （２９８）
附表２　中国煤炭分类总表（ＧＢ５７５１—８６） ………………………………………… （３００）
附表３　常用热工设备的热效率……………………………………………………… （３０１）
附表４　各种元素的化学…………………………………………………………… （３０２）
附表５　主要无机物质的化学……………………………………………………… （３０３）
附表６　主要有机物质的化学……………………………………………………… （３０５）
附表７　某些化学反应过程的反应………………………………………………… （３０６）
附表８　我国环境空气质量标准（ＧＢ３０９５—１９９６） ………………………………… （３０７）
附表９　工业炉窑大气污染物排放限值（ＧＢ９０７８—１９９６） ………………………… （３０８）
附表１０　点燃式发动机排气污染物排放限值（ＧＢ１４７６２—２００２） ………………… （３１２）
附表１１　车用压燃式、气体燃料点燃式发动机排气污染物排放限值
（ＧＢ１７９６１—２００５） ………………………………………………………… （３１３）
参考文献…………………………………………………………………………………… （３１４）

环境问题是关系到人类生存和发展的又一重大问题。当今世界环境污染已十分严重，而且还有进一步恶化的趋势。酸雨、臭氧层破坏、全球气候变暖，已构成世界各国需要共同面对和解决的环境灾难问题。调查研究表明，能源的开采、运输、加工、转换和利用过程中产生的污染，是造成环境污染的最主要因素。化石燃料的大量使用，导致硫氧化物（ＳＯｘ）、氮氧化物（ＮＯｘ）和烟尘的大量排放而污染环境，同时也导致了大量二氧化碳等“温室气体”的排放；制冷空调等能量转换设备的应用，在增加温室气体排放的同时，还是造成臭氧层破坏的罪魁祸首。

为了认识和了解各种污染物的生成机理并采用有效的措施加以防治，本书在第７章介绍环境与环境标准等知识之后，第８章重点讨论了ＳＯｘ、ＮＯｘ和烟尘的危害、生成机理、防治技术与相应设备，第９章则主要讨论了温室效应、臭氧层破坏的机理及其控制措施。

本书是在作者１９９７年编写的同名教材（由原中南工业大学教材科印刷）的基础上，结合作者多年的教学实践经验，扩充、改写而成。参加本书编写的有：

周乃君（第３、４、５、６、８章），马爱纯（第１、２章），涂福炳（第７章），马卫武（第９章）。全书由周乃君修改并总纂定稿。

知名热工专家梅炽教授审阅了全部书稿，并提出许多宝贵意见，中南大学能源科学与工程学院的领导和老师们为本书的编写提供了支持。另外，书中引用了许多作者的著述；很多资料引自网络资源。中南大学给予了教材建设专项经费支持。在此一并表示感谢！

“能源”与“环境”这两大主题，原本属于两个独立的学科，实际上是一个多学科交叉领域。因此，涉及的知识面广，且广度和深度也较难把握。本书主要为适应能源动力类专业教学新要求和结合大学生素质教育要求而编写的。内容上力求自成体系，难易结合，重点突出，体现多门专业知识的综合与应用，并在讲述基本理论的同时，尽量注重实用性。可供能源动力类专业教学用书。对内容进行取舍后，也可作为大学生素质教育用书。希望本书能成为大学生们的“良师益友”，并能对广大能源和环境科技工作者有所裨益，共同为我国的“节能减排”事业作出贡献。

由于作者水平有限，加之能源和环境科学发展迅速，数据更新很快，因此不足和错漏之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

最后，赋诗一首作为总结，并与读者共勉：

“节能减排”任务艰，“能源”“环境”紧相连。化石燃料临枯竭，节约开发谱新篇。控制污染须尽力，减少排放是关键。教学科研齐努力，和谐发展共明天!

能源是人类社会赖以生存的重要物质基础，是工业经济的命脉。环境问题是关系到人类生存和发展的重大问题。当今世界年能源消费量已达到１００亿吨石油当量，随着社会经济的发展，人类对能源的需求量仍在不断增大。然而，在现阶段以至今后数十年内，煤炭、石油、天然气等化石燃料能源仍然不得不占据能源消费的主导地位，人类主要利用这些能源中所贮存的化学能经过转换提供所需的各种能量。这就导致了如下两方面问题：一是这些化石能源属于不可再生资源，随着大规模的开采和利用，必然会走向枯竭。有数据表明，按照现有开采速度，石油仅够开采４０年，天然气仅够开采６０年，煤炭也将在２００年左右枯竭。二是在化石能源的开采、运输、加工、转换和利用过程中，产生大量硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳、烟尘、废水、重金属元素等污染物质，是造成环境污染的最主要因素。当今世界环境污染已十分严重，而且还有进一步恶化的趋势，酸雨、臭氧层破坏、全球气候变暖，已成为世界各国需要共同面对和解决的环境灾难问题。因此，世界各国必须行动起来，共同研究和解决能源与环境这两个涉及人类社会可持续发展的重大问题。 “节约与开发并重”是现阶段解决能源问题的重要途径。“节约”主要是指提高已探明储量的化石燃料能源的采收率和提高全社会的能源利用率，让其发挥出最大效益；“开发”则是指增加化石燃料能源的探明储量和不断寻找新的可替代能源及其利用方法，以满足社会经济发展对能源供应量的不断增大的需求。核能、太阳能、地热能、风能、海洋能、潮汐能、生物质能、氢能和天然气水合物等新能源将是解决未来世界能源短缺问题的出路所在。能源与环境污染密切相关。要解决环境问题，首先需要解决能源的开采、运输、加工、转换和利用过程中产生的污染排放，特别是减少化石燃料燃烧污染物的排放（即所谓“减排”），并通过开发利用清洁能源减少对化石燃料的依赖性，实现人与自然的和谐发展。无论是“节能减排”，还是“环境和谐”，都涉及到一些能源与环境的基本知识、原理和方法，这是未来能源科技工作者需要理解和掌握的基本理论和专业知识，也是有助于全面认识、深刻理解和自觉地贯彻执行科学发展观所必需的理论储备。本教材以能源和环境的关系为主线，内容可分为两部分。前一部分主要介绍能源的分类、能源和社会经济发展的关系，煤炭、石油、天然气和水能资源等传统能源的资源量、生产和消费状况，并介绍了核能、太阳能、地热能、风能、海洋能、潮汐能、生物质能、氢能和天然气水合物等新能源的资源状况和开发利用技术，进而重点讨论能量转换和储存的基本原理、能量系统分析方法和工业过程节能的途径与方法；后一部分则重点围绕能源转换和利用过程产生的环境污染治理问题展开讨论，详细介绍了燃烧污染防治技术和大气污染控制技术。本书作者以鲜明的时代感和高度的社会责任感，将广泛的知识和技术原理融会贯通，内容上自成体系、难易结合、重点突出，不仅在知识层面而且在政策层面突出了能源和环境问题的重要性和紧迫性。书中汇集了大量统计数据和国家标准，具有较好的实用性；是一本知识性、实用性都较好的教材。相信能成为大学生们的“精神能源”，并对广大能源和环境科技工作者极具参考价值。周乃君教授一直在热能与动力学科领域从事一线教学与科研工作，有许多工作积累和切身体会，在繁忙工作之余，率几位年轻教师结合多年教学实践和科学研究经验，历经数年，撰成此书，实属难得。在本书即将付梓之际，向几位作者表示由衷的祝贺！梅炽 2008年9月