节能原理与技术3

中国矿业大学动力工程系节能原理与技术(3)中国矿业大学机电学院动力工程系韩东太节能原理与技术中国矿业大学动力工程系第3章能量平衡1.概述2.热平衡3.设备热平衡4.企业热平衡5.火用平衡第3章能量平衡中国矿业大学动力工程系3.1概述能量平衡分两大类:国家和地区的能量平衡;企业和设备的能量平衡:目的从收支平衡出发得出两个指标:企业能量利用率和设备热效率最终降低产品的两大指标之一:成本输入能量=有效利用能量+损失能量3.1概述中国矿业大学动力工程系3.2热平衡3.2.1基本概念1.热平衡的分类:设备热平衡+企业热平衡;燃料发热量及热值:高位发热量和低位发热量,1KG标准煤的发热量为29270kJ/kg;2.等价热量和当量热量:①一次能源直接用热值带入,②二次能源包括:电力\蒸汽\石油制品\焦碳\煤气;③耗能工质:压缩空气、氧气、水后两者需折合为一次能源计算，折算系数称为等价热量3.2热平衡中国矿业大学动力工程系转换效率二次能源热值二次能源等价热量•当量热量是指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的能量，热、功、能的当量热量值都等于1；•对二次能源，在计算系统输入热量时，应使用等价热量，在计算实际放出的热量时，应使用当量热量；•耗能工质不是热源，在生产过程中，作为原料或消耗工质使用，只有等价热量而无当量热量。3.2热平衡中国矿业大学动力工程系3.2.2热平衡技术指标1能耗①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；②综合能耗：消耗的总能耗/产品总产量或总产值2能量利用效率①设备热效率锅炉：制冷机热泵%1001%100ggssggyxQQQQ%100)(ydwsqBQHHDxhLWQ11xhgcrWQ3.2热平衡中国矿业大学动力工程系②装置能量利用率（包含有热量回收，全入热）%100grhsscQQQ③企业能源利用率（整个企业的用能指标）%100gryxQQ3回收率（反映企业由于余热回收和利用所带来的节能效益指标%100hsgrhsQQQ2热平衡技术指标3.2热平衡中国矿业大学动力工程系3.2.3热平衡模型及类型1热平衡模型PQrQggQcQhsQhsQpcggrQQQQ根据热力学第一定律有3.2热平衡中国矿业大学动力工程系2热平衡类型（观察目的不同）类型含义供入热设备供入热平衡以供给体系的热为基础一次能源+二次能源锅炉、加热炉、干燥设备全入热平衡以进入系统的全部热量为基础燃料燃烧热+工质带入的显热、化学反应热、回收热化工系统净入热平衡以实际加给体系的热量为基础换热器3.2热平衡中国矿业大学动力工程系供入热平衡（外界供入热的情况）计算公式rpcggQQQQ根据热力学第一定律有psqydwQhhDBQBoiler)(:全入热平衡（余热利用情况）hspcqrQQQQ根据热力学第一定律有净入热平衡（加给体系的热量利用程度）drdcjrQQQ3.2热平衡中国矿业大学动力工程系3.2.4热平衡时各种热量的计算1.供入热计算燃料燃烧时供给的热量雾化用蒸汽带入热空气带入热燃料带入热zqkqrrQQQQ1量）到入口温度时所需的热显热（由基准温度加热低位发热量xrydwrQQQ1)(;;000hhDQHHQttBCQqrzqrkqrxr3.2热平衡中国矿业大学动力工程系外界供给系统的电量P和功W3.2.4热平衡时各种热量的计算外界向系统的传热量TKFQ载热体带入系统的传热量①如果为蒸汽②如果为空气、煤气、烟气高温气体)(0hhDQqrgr)(0hhmQrgr3.2热平衡中国矿业大学动力工程系2.有效能概念及计算概念：达到工艺要求时，理论上必须消耗的最小能量有效能种类：①一般加热工艺，从入口到出口载热体吸收的热量②有化学反应的工艺，有效能为化学反应热③蒸发干燥工艺，有效能等于蒸发物质所吸收的热量④产品中包含部分燃料时，有效能是这部分燃料的发热量rprcpcyxTCTCmQxryxmQQrTTCmQrcpyxydwyxBQQ3.2.4热平衡时各种热量的计算3.2热平衡中国矿业大学动力工程系3.2.4热平衡时各种热量的计算2.有效能概念及计算⑤系统向外输出电、功时⑥未包括在以上各项中的其他有效能采暖、照明、运输PWQyx3.损失能量：系统供给热量中未被利用的部分，主要为散失于环境中的热量如不完全燃烧、排烟损失、排水排气等损失热，散热、蓄热、泄漏损失热等中国矿业大学动力工程系3.3设备热平衡3.3.1锅炉热平衡方程00646654321654321QQQqqqqqqqQQQQQQQrr气体燃料：液体燃料：灰渣散热机械化学排烟有效3.3设备热平衡中国矿业大学动力工程系3.3.2锅炉热效率3.3设备热平衡1.正平衡热效率2.反平衡热效率3.燃烧效率4.毛效率与净效率%100%100ydw11BQhhDhhDQQqspshssqr%100)(1%1006543211qqqqqQQqr%100)ydw43ydwQQQQrj：自用电量汽化潜热；出口处蒸汽湿度，NbwBQNbrwhhDgsbsz:rkg/(kW.h)360.0:29270ydw中国矿业大学动力工程系3.3.3锅炉各项热损失的确定1.机械不完全燃烧热损失⑴燃煤锅炉%100111328661%1003286644lmlmlmfhfhfhhzhzhzrylmfhhzfhfhlmlmhzhzrCCCCCCQAqBCGCGCGQq3.3设备热平衡中国矿业大学动力工程系案例1某锅炉所用燃料应用基飞灰含量为21.3%，其中灰渣灰量份额46%，飞灰灰量含量49.63%，漏煤灰量份额4.37%。灰渣、漏煤、飞灰中碳的含量分别为10%，91%，8%，求q4%8.12%100128.0441.0043.005.024.0%10091.0191.00437.008.0108.04963.01.011.046.029270216.032866%100111328664lmlmlmfhfhfhhzhzhzryCCCCCCQAq3.3设备热平衡中国矿业大学动力工程系⑵燃油锅炉：碳黑粒子会污染受热面，引起尾部再燃烧%14q/hm:3.133760273273,mg/Nm::%10010328663364为每小时烟气量为压力，中灰量，为测得的油尘量，为取样时间，为标准状态下干烟气量：取样里碳黑量，为碳黑浓度气体积每千克燃油产生的干烟VpGGGpVtVGGGVGVGMMVMVQqychycbzhycmbzmbzmththgythgyr3.3.3锅炉各项热损失的确定中国矿业大学动力工程系某燃油锅炉干烟气容积为11.5标准立方米，测得烟气中碳黑浓度为1477毫克/标准立方米，燃油的热值为41474千焦/千克，求其机械不完全燃烧损失。案例2%3.1013.01014775.11414743286664q3.3.3锅炉各项热损失的确定中国矿业大学动力工程系2.化学不完全燃烧热损失燃料燃烧时，CO，H2，CH4未来得及燃烧随烟气排出所造成的热损失。4234342444423CH3580010800HCO12640CO2.31CO12640CHHCO1:1CH3580010800HCO12640rgypyrgygyrgyQVqqQVqqqVqQVq燃气锅炉：为体积百分比、、进行的修正有参加燃烧生成烟气而的存在，一部分燃料没是因为由于气体积每千克燃料产生的干烟燃煤、燃油锅炉3.3.3锅炉各项热损失的确定中国矿业大学动力工程系案例3某燃油锅炉干烟气容积为11.5标准立方米，测得烟气中碳黑浓度为1477毫克/标准立方米，燃油的热值为41474千焦/千克，排烟中CO=0.28%，H2=0.002%，排烟处空气过量系数为1.05，干烟气容积11.5标准立方米/千克，求化学不完全燃烧损失。0.94%0.00940.00281.053.2CO2.3%98.00098.0%3.110.002%10800%28.012640474.415.11110800HCO126403423pyrgyqqQVq另一种方法：3.3.3锅炉各项热损失的确定中国矿业大学动力工程系3.排烟与散热损失（20%以上）①排烟热损失%1100nm%1001402402qTTqQqTTCVqpypyrpypypy经验公式：燃煤和燃油锅炉：煤种重油无烟煤烟煤褐煤泥煤木材m0.50.20.40.71.71.4n3.453.653.553.93.93.83.3.3锅炉各项热损失的确定中国矿业大学动力工程系%10002rpypypyQTTCVq燃气锅炉：分析：排烟热损失取决于排烟温度和过量空气系数；排烟温度每升高12-15℃，排烟热损失增加1%；空气过剩系数每增加0.1，排烟热损失增加0.7%；10吨以上锅炉排烟温度应低于160℃3.3.3锅炉各项热损失的确定中国矿业大学动力工程系案例4设燃烧1千克油的排烟量为12.1标准立方米：空气入炉温度20℃，排烟温度180℃，烟气比热1.4，机械不完全燃烧损失1.3%，求排烟热损失。%45.60645.0%3.1120180414744.11.12%1001402rpypypyQqTTCVq3.3.3锅炉各项热损失的确定中国矿业大学动力工程系②散热损失：经验选取，一般在2%-3%当锅炉在满负荷工作时：按下表查出蒸发量/t.h-1461015203560无尾部受热面2.11.5有尾部受热面2.92.41.71.51.31.00.83.3.3锅炉各项热损失的确定中国矿业大学动力工程系当锅炉在非额定负荷工作时：按下式计算为非额定负荷ppDDDDqq553.3.3锅炉各项热损失的确定中国矿业大学动力工程系4.燃煤炉灰渣物理热损失（渣温600-800℃带走部分热量）134%1%1006KBQKGQAhqydwhzrhzhz3.3.3锅炉各项热损失的确定中国矿业大学动力工程系案例5设某燃油锅炉蒸发量为15t/h。过热蒸汽压力为2MPa,温度为400℃。给水温度105℃，压力为2.2MPa。燃料为重油，消耗量为1110kg/h，入炉温度100℃，环境温度20℃。根据案例2、3、4的结果，求正平衡效率及反平衡效率。kJ/kg4147415941315kJ/kg1592010099.1kJ/kg99.11000025.074.10025.074.1kg11:xrdwr0iQQttcitcrrxrrr输入热显热比热燃料的显热，而燃油的、计算解3.3.3锅炉各项热损失的确定中国矿业大学动力工程系%4.914147437901%100kJ/kg37901kJ/kg5.427107.851.324851.13kJ/kg6.48097.857.44151.13kJ/kg51.13111015000001011ryxqyxqqgsgsQQHHQhhDHhhDHBDD锅炉的正平衡热效率则有效热油焓过热蒸汽在锅炉出口的油给水带入锅炉的焓油单位燃料过热蒸汽产量3.3.3锅炉各项热损失的确定中国矿业大学动力工程系%9090.0)013.00645.00094.0013.0(115432qqqq锅炉的反平衡热