加热炉热效率计算
第5章 加热炉的生产率和热效率0
Heat Transfer Process for Material Working Engineering
第五章 加热炉的生产率和热效率
辽宁科技大学 材料科学与工程学院 井玉安
第五章 加热炉的生产率和热效率
一、加热炉的生产率 二、加热炉的燃耗及热效率
辽宁科技大学 材料学院 井玉安
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二、加热炉的燃耗及热效率
1、单位燃耗：加热单位质量的产品所消耗的燃料量。m3/t、 kg/t。
1000 BQ低 b= G
G－小时产量，t/h B－燃料消耗量, m3/h、kg/h
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2、热效率：加热金属的有效热占供给炉子的热量的百分率。
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影响加热炉单位生产率的因素： ①炉型结构：炉型、加热制度、供热点多少、加 热方式； ②供热强度主要是 Q↑（kJ/h），Tg↑Q低↑ ；增 加供热点，由 2点→3→5→7→8以上（多段）；预 热空气；降低Vn；降低热损失等。 ③提高钢坯的入炉温度，快速加热（单面改双面 加热），降低钢坯出炉温度
金属加热所需热量Q1' η= ×100% 燃料燃烧化学热Q1
一般炉子的热效率大致范围： 均热炉 连续加热炉 室状加热炉 热处理炉 η＝30～40％ η＝30～50％ η＝20～40％ η＝5～20％
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3、降低燃耗提高热效率途径
减少出炉废气从炉膛带走的热量 （30～80％）：降低Vn；炉子密封； 微 正 压 操 作 ；合 理控 制出 炉废 气温 度；合理控制生产率、热效率、单位 燃耗之间的关系。 回收废热预热空气和煤气 减 少 冷 却 水 带 走 的 热 量 （ 13 ～ 15 ％） ：减少水冷面积；对水冷管绝热 包扎；采用汽化冷却；采用无水冷滑 轨。 减少炉子砌体的热损失 加强炉子的热工管理
加热炉热效率计算
热效率（反平衡）e=(1-(hu+hs+hl*ηr)/(hl+△ha+△hf+△hm))*100%
e热效率
hl燃料低发热量
△ha单位燃料量所需燃烧空气带入体系的热量
△hf单位燃料量带入体系的显热
△hm雾化蒸汽带入体系的显热
hs单位燃料量计算的排烟损失
hu按单位燃料量计算的不完全燃烧损失一般取0.5%hl
ηr散热损失占燃料低发热量的百分数无空气预热时取1.5%hl
有空气预热时取2.5%hl 热效率（正平衡）
e=（Wf（§Iv+(1-§)Il-Ii）*1000+Q）/hl*100%
e热效率
Wf管内介质流量
§炉出口汽化率
Iv炉出口温度下介质气相热焓
Il炉出口温度下介质液相热焓
Ii炉入口温度下介质液相热焓
Q其它热负荷。
加热炉热效率计算方法
加热炉热效率计算方法
1、加热炉效率简便计算：η=97-（8.3*0.01+散热损失*过剩空气系数）*（排烟温度
+1.35*0.001（排烟温度）*2）+1.1
2、反平衡法计算：η=（1-损失能量/共给能量）*100%
3、正平衡法计算：η=被加热物质吸收总热量/总共给能量*100%
2、热效率（反平衡）e=(1-(hu+hs+hl*ηr)/(hl+△ha+△hf+△hm))*100%
e热效率
hl燃料低发热量
△ha单位燃料量所需燃烧空气带入体系的热量
△hf单位燃料量带入体系的显热
△hm雾化蒸汽带入体系的显热
hs单位燃料量计算的排烟损失
hu按单位燃料量计算的不完全燃烧损失一般取0.5%hlηr散热损失占燃料低发热量的百分数无空气预热时取1.5%hl 有空气预热时取
2.5%hl
3、热效率（正平衡）e=（Wf（§Iv+(1-§)Il-Ii）*1000+Q）/hl*100%
e热效率Wf管内介质流量
§炉出口汽化率
Iv炉出口温度下介质气相热焓
Il炉出口温度下介质液相热焓
Ii炉入口温度下介质液相热焓
Q其它热负荷。
05 加热炉的生产率和热效率
三、提高炉子热效率降低燃耗的途径 1. 减少出炉废气从炉膛带走的热量 ①在保证燃料完全燃烧的前提下，应尽可能地降低空气消耗系 数，以提高燃烧温度，减少废气量； ②要注意炉子的密封问题，控制炉底微正压，防止吸入冷风，增 加烟气量并降低温度；
③要控制合理的废气温度。在生产率、热效率和单位燃耗之间，有 一个合理热负荷的问题，这个特征如图所示。 2. 回收废热用以预热空气、煤气； 3. 减少冷却水带走的热量； 5. 加强管理与合理调度。 4. 减少砌体散热；
％ 10～50 30～80 0.5～3 0.2～5 2～10 0～4 0～5 0～15 0～10 100
70～100 金属加热所需热 出炉废气带走热 化学不完全燃烧热 机械不完全燃烧热 砌体散热 炉门及孔的辐射热 炉门及孔逸气的热 水冷构件的吸热 其它热损失
热收入总和
∑Q收入
100
热支出总和
5.4 加热炉的燃耗和热效率
为了方便比较和评价炉子工作，通常将热量的收支各项及其在总热量中 所占的比例列成热平衡表，表的格式如下
热 收 入 燃料化学热 燃料物理热 空气物理热 金属氧化放热 金属物理热
KJ/h Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
% 0～15 0～25 1～5 0～20
热支出
KJ/h Q1 ’ Q2 ’ Q3 ’ Q4 ’ Q5 ’ Q6 ’ Q7 ’ Q8 ’ Q9 ’ ∑Q支出
Q=
λ1
3.6 × (t1 − t 2 ) A s1 s2 + + ... + 0.06
λ2
⑥炉门及开孔的辐射热损失 Q=qAψ ψ－－炉门开启时间的比例 q－－单位面积炉门向外辐射的热量 ⑦炉门及开孔逸气的热损失 Q=V0tC ⑧炉子水冷构件的吸热损失 Q=G水（H’－H） 这些项目有的可以计算，有的则很难计算，只能作大致的估算。 三、热平衡方程和热平衡表 根据能量不灭原则，热收入各项的总和应等于热支出各项的总和。 即 ∑Q收入＝ ∑Q支出
热水锅炉的热效率计算
热水锅炉的热效率计算热水锅炉是我们生活中经常使用的一种设备，它能够将水加热为热水，供应给我们洗澡、洗碗等生活用途。
那么，如何计算热水锅炉的热效率呢？一、热效率的概念热效率是指热能转化过程中有用能量的输出比例，是一个反映能源利用效率的重要参数。
热效率的计算公式如下：热效率=输出热能/输入热能*100%其中，输出热能指的是热水锅炉输出的热水的热量，输入热能指的是热水锅炉输入的燃料的热量。
二、影响热效率的因素1.燃料的种类和质量热水锅炉的燃料种类和质量直接影响其热效率。
燃料种类不同，其热值不同，例如天然气的热值比煤的热值高，因此天然气热水锅炉的热效率也相对高一些。
燃料的质量也会影响效率，燃料的水分和杂质含量高会影响燃烧效率，导致热效率下降。
2.热水锅炉的设计和结构热水锅炉的设计和结构也是影响热效率的因素之一。
合理的燃烧室设计和烟囱的设置可以使烟气排出更顺畅，进而减少能量损失，提高热效率。
3.烟气含氧量烟气含氧量对燃料的燃烧有很大的影响，火焰中缺氧会导致燃料燃烧不完全，热效率降低。
燃烧过程需要恰好的氧气才能使燃料完全燃烧，达到最高的效率。
三、热效率的提高方法1.使用高效的锅炉目前市面上有很多高效的热水锅炉，其采用了高效节能的技术，相比传统的锅炉热效率更高，能够有效的节约燃料成本。
2.控制燃烧温度燃料的燃烧温度直接关系到热效率的高低，控制燃烧温度能够使燃料充分燃烧，提高热效率。
3.定期保养清洗热水锅炉使用一段时间后，上面会积累一些污垢，从而影响热效率。
定期对热水锅炉进行保养和清洗，清除其中的污垢和积尘，能够有效提高热效率。
综上所述，热效率是热水锅炉重要的性能指标，目前市场上有很多高效的热水锅炉，不仅节能环保，而且能够有效节约燃料成本。
在使用热水锅炉的过程中，通过优化燃料质量、锅炉设计和结构、控制燃烧温度、定期保养清洗等方法，也能够有效的提高热效率，实现更加节能、环保的目的。
窑炉热效率的知识
窑炉热效率的知识
热效率定义
窑炉热效率指的是窑炉中燃料能量转化成有效热量的比例。
简单来说，就是指在窑炉燃烧过程中能够利用的能源占总能源输入的比例。
热效率的计算公式如下：
热效率 = 有效热量输出 / 燃料能量输入
通常以百分比或小数形式表示，热效率越高，表示窑炉的能源利用率越高。
影响因素
窑炉热效率受多种因素的影响，下面介绍几个重要的因素：
1. 燃料类型和质量：不同燃料的能量含量和燃烧特性不同，因此会对热效率产生影响。
高能量含量的燃料和燃烧充分的燃料有助于提高热效率。
2. 燃烧方式：燃烧方式直接影响燃料的燃烧效率。
合理的燃烧
方式可以提高燃料的利用率，提高热效率。
3. 窑炉结构和设计：窑炉的结构和设计也会对热效率产生影响。
良好的炉壁绝热材料和燃料供给系统可以减少能量损失，提高热效率。
4. 窑炉操作和维护：合理的窑炉操作和定期的维护保养可以保
证窑炉的正常运行，提高热效率。
总结
窑炉热效率是窑炉工作效果的重要指标，影响因素包括燃料类
型和质量、燃烧方式、窑炉结构和设计以及窑炉操作和维护等。
了
解这些知识，可以帮助我们优化窑炉运行，提高能源利用效率。
炉子热效率计算说明
公司加热炉热效率组态说明
热效率=（1-q 烟-q 散）×100%
其中：
q 散—散热损失百分比，在本式中取3%；
q 烟—排烟热损失百分比，通过计算求得，计算公式如下
q 烟=———————————————————————————
其中： a —过剩空气系数，通过计算求得，计算公式如下
a =———— 其中：O 2—烟气中氧含量百分数，本数值从氧化锆仪表中读取，
如为5%，则式中代入5。
标准规定烟气氧含量测量位置应该为空预器出口，但公司生产实际中氧化锆全部装在辐射段出口，因此本测试以辐射段出口近似代替。
t g —排烟温度，本数值从温度仪表中读取，单位℃。
CO —烟气中CO 含量，单位ppm ，本数值无现场测量仪表，请仪表组态设置人工输入，由装置工程师输入初值，可参照上月公司热效率监测数据中的CO 含量，每月输入一次。
（0.006549+0.032685a ）（t g +1.3475×10-4 t g 2）-1.10+（4.043a-0.252）×10-4
CO 100 21+0.116O 2 21—O 2。
基于PSO优化算法的加热炉热效率计算
㈩
基 金 项 目 ： 家 “６ ” 划项 目 ： 变量 内模 控 制 的 工 程 化 应 国 ８３计 多 用 研 究 及 实 现 （ ０８ Ａ ４ １ １ ； ２０ Ａ ０ ２３ ） 国家 “ ７ ” 划 项 目： 业 ９３ 计 工 生 物 技 术 的 过 程科 学技 术 研 究 （ ０７ Ｂ １３ ０ ２０ Ｃ ７４ ０ ）
混 乱 。利用 最新 的技术 手段 实现 对工业 装置 的有
效 控 制 ， 提 高 能 源 利 用 效 率 的 有 效 途 径 是 Nhomakorabea。
加热 炉是炼 油 化 工企 业 最 常 见 的 主要设 备 之一 ，
是生产 装置 的耗 能大 户 ， 生 产装 置 对 环 境 污染 是
按单 位燃 料量 计算 的排烟 损失 ；
在计 算加 热 炉热 效 率 中 ， 及 到 的 燃 料 和气 涉
体 的热 焓计算 ， 以通过 热焓 回归 公式得 到 。 可
２ 加 热炉 热效 率模 型
式加 热炉 热效 率 的 程序 化 计 算 ， 于管 式 加 热 炉 对
热效率 计算 采 用 程序 化 处 理 ， 免 了查 图标 取 值 避
１ 加 热炉 热效率 反算 公式
从 式 （ ） 可 以 看 出 ， 现 对 加 热 炉 热 效 率 １中 实 的准确 计算 ， 需要 精确测 量 的量包 括 ： 料 的类 型 燃 和组成 、 烟气 的分 析 、 环境 的温 度 、 气 进 入 炉 膛 空 的温度 、 烟温度 、 排 炉膛 负压 及根 据炉 子类 型 的不 同估算 的散 热损 失等 。然 而 ， 生产 现场 中 ， 在 实
关键 词 Ｐ Ｏ 最 小 二 乘 热 效 率 Ｓ Ｔ ０ ０２ Ｑ ５ ． 加 热炉 文 章 编 号 １ ０ — ３ （ ０ ２ ０ － ８ －４ ０ ０３ ２ ２ １ ） ４０ ３ ９ ４ ０
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21 O 2 0.5CO H 2 2CH 4 21 79 100 CO 2 SO 2 O 2 CO H 2 CH 4
N 2 ——烟气中氮气的体积分数，%；
GH——空气中所含水分子量，g/kg。
V g Vi
（3-59） （3-60）
Wig Vi i / g
式中： V g ——烟气量， m 3 烟气/ m 3 燃料；
Wig ——烟气中 i 组分的质量，kg 气体/kg 燃料。
（3）热效率计算 ①排烟损失 q1
Q L ——燃料气的低发热值，kJ/ m 3 ；
VOi ——i 组分的理论空气量， m 3 空气/ m 3 燃料；
V O ——燃料气的理论空气量， m 3 空气/ m 3 燃料；
LO ——燃料气的理论空气量，kg 空气/kg 燃料；
L——燃料气的实际空气量，kg 空气/kg 燃料。
V1 0.01 X i V1i
A1 ——与炉膛表面散热形式有关的系数，一般取 A1 2.2 ~2.6； A2 ——炉墙表面的辐射系数，一般取 A2 3.92 ~4.25。
⑤加热炉的热效率
1 q1 q 2 q3 q 4
3.4.4 正平衡计算热效率
（3-75）
正平衡计算就是由加热炉的有效热量来计算热效率，用公式表示为：
(3-54)
V2 0.01H 2 S
29 V3 0.01 X i V3i V0 GH 18 10
V4 0.01N 2 0.79 V0 V5 0.21 1V0
(3-55) (3-56)
(3-57) (3-58)
Q6 Q5 W水 I 6 I 5
式中， W水 ——省煤器中水的质量流量，kg/h；
I 6 、 I 5 ——水在体系出、入口温度下的热焓，kJ/kg；
(3-78)
（3-49） （3-50） （3-51） （3-52） （3-53）
L 0 1.293V0 / g
L L0
式中： X i ——i 组分的体积百分数，%；
i ——i 组分的密度，kg/ m 3 ；
g ——燃料气的密度，kg/ m 3 ；
Q Li ——i 组分的低发热值，kJ/ m 3 ；
Q8 Q7 Q6 Q5
Q0
(3-76)
管式加热炉的有效热量又叫热负荷，如图 3-2 所示的连续重整加热炉，它的 热负荷由两部分组成，辐射段热负荷和对流段热负荷，分别对原料油和省煤器中 的水进行加热的。 同时值得注意的是烟气预热预热空气的热量不应该计算在词加 热炉的热负荷中，因为这部分热量又会随着热空气进入加热炉中，只属于热量在 整个体系中的转移。 （1）辐射段的热负荷
（3-48）
式中： CO 2 ， SO 2 ， O 2 ， CO ， H 2 ， CH 4 分别为干烟气中相应成分的体积百分 数。 （2）燃料气热力学性质计算
g 0.01 X i i
QL 0.01 X i QLi / g V0 0.01 X i VOi
I lk ——进炉空气焓，kJ/Nm³ ；
； Q1 ——烟气带出的热量，kJ/Nm³
I i ——气体出炉后与大气的焓差，kJ/Nm³ 。
②化学不完全燃烧热损失 q 2
Q2 Vg 30.2CO 25.8H 2 85.5CH 4
q 2 Q2 / Q0
（3-67） （3-68）
式中， Q2 ——化学不完全燃烧带出的热量，kJ/Nm³ 。 ③机械不完全燃烧热损失 q 3
q3 7830n Vg / Q0 / 10000
式中： n ——炭黑浓度，mg/N m 3 烟气。 ④炉壁散热损失 q 4
Q4 A F t t a
（3-69）
（3-70）
A A1 t t a
14
T 4 Ta 4 A2 100 100 t ta
Q0 QF QL QK N QF I rt I rb
I py Vi C i T
(3-61) (3-62) (3-63) (3-64) (3-65) (3-66)
I lk V0 C空气 T
Q1 I py I lk
q1 Q1 / Q0
（3-71） （3-72） （3-73） （3-74）
T t 273.15
Ta t a 273.15
q4 Q4 / B g Q0
式中：t——炉子外壁的温度，℃；
t a ——基准温度（环境温度） ，℃；
F——炉子的外壁表面积， m 2 ； B——燃料的用量， m 3 /h；
式中：V1 ，V2 ，V 3 ，V4 ，V5 ——分别代表干气中二氧化碳、二氧化硫、水蒸气、 氮气和氧气的体积， m 3 气体/ m 3 燃料；
H 2 S ——燃料气中硫化氢的体积分数；
V1i 、 V3i ——分别表示单一气体在 =1 时燃烧生成的烟气中二氧化碳和水
的含量， m 3 气体/ m 3 燃料；
Q8 Q7 Wi8 I i 8 Wi 7 I i 7
(3-77)
式中， Wi 8 ——出口中 i 组分的重量流量，kg/h；
Wi 7 ——原料油入口 i 组分的质量流量，kg/h； I i 8 、 I i 7 ——在体系出、入口出状态下个组分的热焓，kJ/kg。
（2）对流段的热负荷
式中： Q0 ——入炉的总能量，kJ/Nm³ ；
； QF ——燃料入炉时带进炉的热量，kJ/Nm³ ； QK ——空气带来的热量，kJ/Nm³ N——鼓风机或是压缩的功，kJ/Nm³ ；
I rt ， I rb ——燃料在体系入口温度和基准温度（环境温 py ——排烟处烟气焓，kJ/Nm³