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Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,第,3,章 能量平衡,3.1,概述,热平衡的基础：热力学第一定律。即：,输入能量,=,有效利用能量,+,损失能量,能量的数量平衡式为：,3.1.2,平衡,3.1.1,能量平衡,能量平衡首先研究是热平衡。,能效率,：,就是收益能与代价能之比，即：,系统的平衡方程为：,第3章 能量平衡3.1 概述热平衡的基础：热力学第一定律。,效率：,收益,与代价,之比。,平衡两种方法,：,（,1,）,以热力学第一定律为基础的能量数量平衡法；（,2,）以热力学第二定律为基础的能量质量平衡法。,E,1,、,E,2,：工质带入和带出的,，,W,为系统对外做功，,W,Q,表示系统向环境的散热，它退化为，是由各项不可逆过程造成的损失。,3.2,热平衡,3.2.1,基本概念,1,、分类：,1,）设备热平衡,：,是以一台设备或装置为对象的热平衡。,2,）企业热平衡：,是以车间、企业为对象的热平衡。,第,3,章 能量平衡,效率：收益与代价之比。平衡两种方法：（1）以热力学,第,3,章 能量平衡,2,、燃料的发热量及热值：,燃料的发热量：,燃料在完全燃烧的条件下发出的热量。,燃料的热值：,单位燃料的发热量。,热值法定单位为：,kJ/kg,，或“公斤标准煤”。,转换关系为：,1kg,标准煤,=29270kJ/kg,。,高热值,：,单位燃料完全燃烧且燃烧产物中的水蒸气凝结为水时放出的热量。,低热值,：,不计入燃烧产物中水蒸气凝结放热。,3,、等价热量和当量热量：,1,）等价热量：,在进行能量平衡计算中，一次能源直接用热值带入，二次能源及耗能工质都必须折合为它们所消耗的一次能源计算，其折算系数就称之为等价热值。,第3章 能量平衡2、燃料的发热量及热值：3、等价热量和当量热,第,3,章 能量平衡,计算公式为：,例如：,如果焦炭的转换效率为,0.85,，而焦炭的热值是,28890kJ/kg,，则焦炭的等价热值为：,即：,1kJ,焦炭的热值相当于,1,0.85,0.987=1.161Kg,标准煤发出的热量。,名称,低位发热量,(kJ/Kg),折合标煤,(Kg),名称,低位发热量,(kJ/Kg),折合标煤,(Kg),标准煤,29270,1.000,煤油,43070,1.471,原油,20910,0.714,柴油,38730,1.333,焦炭,28890,0.987,天然气,39770,1.359,汽油,43070,1.471,液化气,50180,1.714,第3章 能量平衡计算公式为：例如：如果焦炭的转换效率为0.8,第,3,章 能量平衡,2,）当量热量：,用能过程中所使用的二次能源在工艺过程中实际完全转换成的能量。,例如：,1kW.h,的电完全转换为热时产生,1,1000,3600,=3600000(J)=3600(kJ),。,热平衡计算时,等价热量：,计算系统二次能源输入热量时。,当量热量：,计算实际放出的热量时。,3.2.2,热平衡技术指标,热平衡技术指标,进行热平衡计算的尺度,1,、用能系统热量的分类：,有效利用热,：,加入系统的被利用的那部分能量。,损失热：,加入系统的未被利用的那部分能量。,第3章 能量平衡2）当量热量：用能过程中所使用的二次能源在工,第,3,章 能量平衡,回收热,(,余热,),：,损失热中可回收利用那部分能量。,2,、热平衡技术指标：,1,）能耗：,单耗：,单位产量或单位产值所消耗的某种能量折算为标准煤的数量。,综合能耗：,企业消耗的各种能源的总耗量。,2,）能量利用效率：,设备热效率：,反映设备的能量利用程度。表示为：,装置能量利用率：,表示为：,第3章 能量平衡回收热(余热)：损失热中可回收利用那部分能量,第,3,章 能量平衡,企业能源利用率：,用于考察整个企业用能水平的指标，表示为：,3,）回收率：,反映企业由于余热回收所带来的节能效益指标。表示为：,3.2.3,热平衡模型及类型,1,、热平衡模型：,回收热,Q,hs,排出热,Q,p,外界供给热,Q,gg,物料带入热,Q,r,回收热,Q,hs,工质带出热,Q,c,根据热力学第一定律，有：,第3章 能量平衡企业能源利用率：用于考察整个企业用能水平的,第,3,章 能量平衡,2,、热平衡类型：,供入热平衡、全入热平衡、净入热平衡三类。,1),供入热平衡：,以供给体系的热为基础的热平衡。表示为：,2),全入热平衡：,以进入系统的全部热量为基础的热平衡。,3),净入热平衡：,实际加给体系的热量为基础的热平衡。,3.2.4,热平衡时各种热量的计算,1,、供入热计算：,供入热量包括下列各项中的一项或数项,：,（,1,）燃料燃烧时供给的热量。,（,2,）外界供给系统的电量,P,和功量,W,。,第3章 能量平衡2、热平衡类型：供入热平衡、全入热平衡、净入,第,3,章 能量平衡,（,3,）外界向系统的传热量。,（,4,）载热体带入系统的热量,。,2,、有效能概念及计算,有效能：,已经被利用的能量。,有效能包括下列诸项中的一项或数项：,（,1,）一般加热工艺。,（,2,）有化学反应的工艺。,（,3,）在蒸汽、干燥工艺中。,（,4,）产品中包含部分燃料时。,（,5,）系统向外界输出电、功时。,（,6,）未包括在以上各项中的其他有效能。,3,、损失能量：,系统的供给热量中未被利用的部分。主要为散发于环境中的热量。,第3章 能量平衡（3）外界向系统的传热量。,第,3,章 能量平衡,3.3,设备热平衡,3.3.1,锅炉热平衡方程,锅炉热平衡方程式为：,式中：,Q,r,为燃料供给热；,Q,1,Q,6,分别为有效利用热、排烟损失热、化学不完全燃烧损失热、机械不完全燃烧损失热、为散热损失、灰渣物理损失；单位：,kJ/kg,。,3.3.2,锅炉热效率,1,）正平衡热效率：,通过锅炉试验求得,Q,r,、,Q,1,所得的热效率。它反映了有效热占锅炉总吸热量的百分比。,1,）反平衡热效率：,反平衡热效率计算公式为：,第3章 能量平衡3.3 设备热平衡锅炉热平衡方程式为：式,第,3,章 能量平衡,3,）燃烧效率：,实际生成热与低位发热量之比。即：,4,）毛效率与净效率：,毛效率：扣除设备自用的能量损耗。,净效率：将锅炉自用能量作为损失计入得到的效率。,即：,3.3.3,锅炉各项热损失的确定,1,、机械不完全燃烧热损失：,1,）燃煤锅炉机械不完全燃烧热损失：,1kg,燃料的机械不完全燃烧热损失：,第3章 能量平衡3）燃烧效率：实际生成热与低位发热量之比。即,第,3,章 能量平衡,例,1,：,某锅炉所用燃料的,A,y,=21.3%,其中,a,hz,=15%,，,a,fz,=2%,，,a,lm,=4.37%,，,C,hz,=10%,，,C,fh,=8%,，,C,lm,=91%,，求,q,4,。,解：根据：代入公式,(3.33),：,2,）燃油锅炉机械不完全燃烧热损失,用公式计算：,例,2,：,已知某燃油锅炉的干烟气容积为,V,gy,=11.5Nm,3,，测得烟气中的碳黑浓度,M,th,=1477mg/Nm,3,，燃油的热值,Qr=41474kJ/kg,，求其机械不完全燃烧缺失。,第3章 能量平衡例1：某锅炉所用燃料的Ay=21.3%,其中,第,3,章 能量平衡,解：根据公式：,代入：,2,、化学不完全燃烧热损失：,1,）燃煤、燃油锅炉的化学不完全燃烧热损失：,可简化为：,2,）燃气锅炉的化学不完全燃烧热损失：,第3章 能量平衡解：根据公式：2、化学不完全燃烧热损失：,第,3,章 能量平衡,例,3,：,设某燃油锅炉的排烟中,CO=0.28%,，,H,2,=0.002%,，排烟处空气过剩系数为,1.05,，干烟气容积,V,gy,=11.5Nm/kg,，求,q,3,。,解,：,由例,2,计算结果,q,4,=1.3%,，而,CH,2,=0,，代入公式,(3.38),：,2,）燃气锅炉的化学不完全燃烧热损失：,在没有元素分析仪时，用经验公式计算：,代入公式,(3.40),：,第3章 能量平衡例3：设某燃油锅炉的排烟中CO=0.28%，,第,3,章 能量平衡,3,、排烟与散热损失：,1,）排烟热损失：,燃油、燃烧锅炉排烟热损失计算式为：,燃气锅炉排烟热损失计算公式,：,例,4,：,设燃烧,1kg,油的排烟量,V,py,=12.1Nm,3,，空气入炉温度,T,0,=20,，排烟温度,T,py,=180,，烟气比热,C,py,=1.4(kJ/Nm,3,.),，求排烟损失。,解：由公式,(3.42),：,第3章 能量平衡3、排烟与散热损失：燃油、燃烧锅炉排烟热损,第,3,章 能量平衡,2,）散热损失：,按经验选取。,借用例,2,计算结果,q4=1.3%,，代入：,满负荷运行时，按表,3.3,查出。,4,、燃烧炉灰渣物理热损失：,灰渣物理损失值计算公式：,其近似计算公式：,系数,K,取,134,。,非满负荷运行时，按下式计算：,蒸发量,(t/h),4,6,10,15,20,35,60,无尾部受热面,2.1,1.5,有尾部受热面,2.9,2.4,1.7,1.5,1.3,1.0,0.8,第3章 能量平衡2）散热损失：按经验选取。借用例2计算结,第,3,章 能量平衡,3.4 ,平衡,3.4.1 ,的分类,表达了能量转化过程中能的可用性，余热回收的可能性，以及过程中能的贬值性。所以进行,平衡，可帮助评价的合理程度。,1,）系统与环境之间的平衡可以分为：物理,和化学,。,2,）根据能量可分为：热量,、冷量,和机械能,。,3,）按工艺过程可分为：输入,、输出,、燃料,和排烟,。,3.4.2 ,的计算,1,、热量,：,热量由,和组成。,从热源吸取的热量可能作的最大有用功,，用微元过程表示为：,卡诺循环效率,第3章 能量平衡3.4 平衡3.4.1 的分类表达,第,3,章 能量平衡,对一般的热力过程，热量,为：,系统为：,热量,Q,的能质系数为：,热量,和热量的,T-s,图为,：,0,6,A,E,1,2,S,1,S,2,5,3,4,s,T,0,T,T,2,、冷量,：,仍由,和组成。,冷量,是温度低于环境温度时的热量,。,对于可逆卡诺循环有,:,第3章 能量平衡对一般的热力过程，热量为：系统为：热量Q,第,3,章 能量平衡,消耗外界的有用功就是冷量,，即,:,冷量可表示为：,则冷量的能质系数为：,系统冷量,和冷量的,T-s,图为：,0,6,Q,E,1,2,s,1,s,2,5,3,4,s,T,T,3,、稳定流动开口系统工质的,:,单位工质流入系统的能量由,工质焓,、,动能,和,位能,三部分组成,。,根据能量守恒方程可得：,第3章 能量平衡消耗外界的有用功就是冷量，即:冷量可表,第,3,章 能量平衡,在可逆过程中因,，,故：,稳定流动系统，因 ，故：,略去工质的动能和位能，则系统单位工质的,为：,常用水和蒸汽为工质，且在定压下工质,经验计算公式：,或,4,、封闭系统的,：,任一封闭系统从给定状态可逆的转变到环境状态，并只与环境交换热量时所作的最大功。,第3章 能量平衡在可逆过程中因,第,3,章 能量平衡,可逆的转换过程能量方程为：,给定状态到环境状态时系统的,为：,相应的为：,5,、理想气体的,：,由温度和压力两部分组成。,温度为：,压力为：,因此，理想气体的表示为：,6,、燃料,：,主要是化学,和物理,。,第3章 能量平衡可逆的转换过程能量方程为：给定状态到,第,3,章 能量平衡,1,）燃料的物理显,：,1,）燃料的化学,：,近似公式计算。,固体,燃料的化学,-,信泽式计算,：,液体燃料的化学,-,信泽式计算,：,-,朗特式计算,：,-,朗特式计算,：,液体燃料的化学,已知气体燃料组分时：,第3章 能量平衡1）燃料的物理显：1）燃料的化学：近似公,第,3,章 能量平衡,其近似计算公式：,7,、燃料产物,：,在理论燃烧温度下，燃料生
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