节能原理与技术3

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,CUMT,节能原理与技术,第3章能量平衡,概述热平衡设备热平衡企业热平衡火用平衡,第3章能量平衡,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,3.2热平衡,3.2.1基本概念,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;等价热量和当量热量:一次能源直接用热值带入,二次能源包括:电力蒸汽石油制品焦碳煤气;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,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,3.2.2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：消耗的总能耗/产品总产量或总产值2能量利用效率设备热效率锅炉：制冷机热泵,3.2热平衡,装置能量利用率（包含有热量回收，全入热）,企业能源利用率（整个企业的用能指标）,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,2热平衡技术指标,3.2热平衡,3.2.3热平衡模型及类型,1热平衡模型,3.2热平衡,2热平衡类型（观察目的不同）,3.2热平衡,供入热平衡（外界供入热的情况）,计算公式,全入热平衡（余热利用情况）,净入热平衡（加给体系的热量利用程度）,3.2热平衡,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,3.2热平衡,外界供给系统的电量P和功W,3.2.4热平衡时各种热量的计算,外界向系统的传热量,载热体带入系统的传热量如果为蒸汽如果为空气、煤气、烟气高温气体,3.2热平衡,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：一般加热工艺，从入口到出口载热体吸收的热量有化学反应的工艺，有效能为化学反应热蒸发干燥工艺，有效能等于蒸发物质所吸收的热量产品中包含部分燃料时，有效能是这部分燃料的发热量,3.2.4热平衡时各种热量的计算,3.2热平衡,3.2.4热平衡时各种热量的计算,2.有效能概念及计算,系统向外输出电、功时未包括在以上各项中的其他有效能采暖、照明、运输,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,3.3设备热平衡,3.3.1锅炉热平衡方程,3.3设备热平衡,3.3.2锅炉热效率,3.3设备热平衡,正平衡热效率反平衡热效率燃烧效率毛效率与净效率,3.3.3锅炉各项热损失的确定,1.机械不完全燃烧热损失燃煤锅炉,3.3设备热平衡,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q4,3.3设备热平衡,燃油锅炉：碳黑粒子会污染受热面，引起尾部再燃烧,3.3.3锅炉各项热损失的确定,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2,3.3.3锅炉各项热损失的确定,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。,3.3.3锅炉各项热损失的确定,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。,3.3.3锅炉各项热损失的确定,3.排烟与散热损失（20%以上）,排烟热损失,3.3.3锅炉各项热损失的确定,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,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。,3.3.3锅炉各项热损失的确定,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,3.3.3锅炉各项热损失的确定,当锅炉在非额定负荷工作时：按下式计算,3.3.3锅炉各项热损失的确定,4.燃煤炉灰渣物理热损失（渣温600-800带走部分热量）,3.3.3锅炉各项热损失的确定,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。,3.3.3锅炉各项热损失的确定,3.3.3锅炉各项热损失的确定,3.3.3锅炉各项热损失的确定,3.4火用平衡,3.4.1火用的分类,对应于系统与环境的关系可分为:物理火用和化学火用根据能量性质分类:热量火用、冷量火用、机械能火用按工艺过程分：输入火用、输出火用、燃料火用、排烟火用,3.4火用平衡,3.4.2火用损及火用损率,3.4火用平衡,1.燃烧过程的火用损:等于燃料火用与燃料产物火用之差,2.传热过程的火用损:在完全燃烧的情况下,对于热水锅炉及原油加热炉,因无尾部受热面,有尾部受热面的设备,分别计算,然后相加,3.散热的火用损:,3.4火用平衡,4.排烟火用损:,5.换热过程火用损:,6.化学反应火用(损):反应前后化学火用的差值,放热反应,计入反应前物质,对于吸热反应,计入反应后物质,3.4.3火用平衡与火用效率,3.4火用平衡,1.火用平衡:系统的收入火用与支出火用应当平衡,以全入火用为基础的火用平衡方程如下:,2.火用效率:系统实际得到的有效火用与供给火用之比,对于各种用能设备,以供入热为基础进行计算,3.4火用平衡,以反平衡法计算:,对于整个企业,则用能效率表示为,对于石油、化工装置、全入火用效率为,火用的回收率为,3.4火用平衡应用举例,案例6,设某单级汽轮机，进汽压力为p1=10MPa,温度t1=540,排汽压力为p2=0.005MPa,相对内效率ri=0.81，环境温度20。求该机的绝对内效率，汽机的火用效率、热损失、火用损失。,3.4火用平衡应用举例,案例6（续）,设某单级汽轮机，进汽压力为p1=10MPa,温度t1=540,排汽压力为p2=0.005MPa,相对内效率ri=0.81，环境温度20。求该机的绝对内效率，汽机的火用效率、热损失、火用损失。,3.5热平衡及火用平衡结果的表示方法,3.5热平衡及火用平衡结果的表示方法,3.5.1热流图和火用流图,3.5热平衡及火用平衡结果的表示方法,3.5.2表格表示法,3.6提高能源利用率的途径,3.6.1提高锅炉热效率的途径,降低Q2,1.降低排烟热损失,增加尾部受热面10%,降低排烟温度1%/15-20大：160小250,布置空预器,布置省煤器,热泵热源,清灰降阻,合适的空气过量系数0.7%/0.1,3.6提高能源利用率的途径,2.提高运行水平降低Q3,Q4,3.6提高能源利用率的途径,降低Q3,Q4,燃料完全燃烧,足够的空气助燃,足够的炉膛温度,足够的反应时间,节能自动控制,保持炉膛高温,提高风粉温度,提高炉膛温度,3.6.2提高锅炉火用效率的途径,3.6提高能源利用率的途径,火用损分析：燃烧过程化学