工业锅炉3章热平衡计算资料
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3章燃烧计算和热平衡计算
系； • 水蒸汽则需要根据温度和压力来求得焓值； • 前人均已经制成表格、图线或程序。
二、空气、烟气焓值的定义
• 相应于1公斤收到基燃料的空气（或烟气）， 由温度0℃加热到θ℃所需要的热量，称为 空气的焓或烟气的焓。
• 单位：kJ/kg，kcal/kg
三、空气焓的计算
每标准立方米干空气连同其相应的水蒸 汽在温度θ时的焓，kJ/Nm3，可以查表得到。 • 每公斤空气含有10克水。
1.293 dk 22.4 1.293 10 22.4 0.0161Nm3 / Nm3干空气
1000 18
1000 18
理论空气量带入的水蒸气容积为
0.0161V oNm3 / kg
☆对于固体燃料，理论水蒸气容积为上述三部分之和，即
Vo H2O
0.111H
y
0.0124W
y
0.0161V oNm3
（一）理论烟气容积
定义：=1并且燃料完全燃烧 计算：
（1）VRO2 的计算
VRO2
VCO2
VSO2
1.866 ( C y
0.375 S y )Nm3 / kg 100
（2）理论氮容积的计算 理论氮容积=理论空气中的氮+燃料中的氮
Vo N2
0.79V o
22.4 N y 28 100
0.79V o
第二节 烟气成分及其烟气量的计算
一、烟气成分
⑴当=1并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、N2和H2O组成， 其容积为
Vy VCO2 VSO2 VN2 VH2 O Nm3 / kg
⑵当>1并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、O2 、 N2和H2O 组成，其容积为
Vy VCO2 VSO2 VN2 VH2O VO2 Nm3 / k g
二、空气、烟气焓值的定义
• 相应于1公斤收到基燃料的空气（或烟气）， 由温度0℃加热到θ℃所需要的热量，称为 空气的焓或烟气的焓。
• 单位：kJ/kg，kcal/kg
三、空气焓的计算
每标准立方米干空气连同其相应的水蒸 汽在温度θ时的焓，kJ/Nm3，可以查表得到。 • 每公斤空气含有10克水。
1.293 dk 22.4 1.293 10 22.4 0.0161Nm3 / Nm3干空气
1000 18
1000 18
理论空气量带入的水蒸气容积为
0.0161V oNm3 / kg
☆对于固体燃料，理论水蒸气容积为上述三部分之和，即
Vo H2O
0.111H
y
0.0124W
y
0.0161V oNm3
（一）理论烟气容积
定义：=1并且燃料完全燃烧 计算：
（1）VRO2 的计算
VRO2
VCO2
VSO2
1.866 ( C y
0.375 S y )Nm3 / kg 100
（2）理论氮容积的计算 理论氮容积=理论空气中的氮+燃料中的氮
Vo N2
0.79V o
22.4 N y 28 100
0.79V o
第二节 烟气成分及其烟气量的计算
一、烟气成分
⑴当=1并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、N2和H2O组成， 其容积为
Vy VCO2 VSO2 VN2 VH2 O Nm3 / kg
⑵当>1并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、O2 、 N2和H2O 组成，其容积为
Vy VCO2 VSO2 VN2 VH2O VO2 Nm3 / k g
锅炉机组热平衡
炉内过量空气系数 燃料挥发份含量 炉膛温度 炉内空气动力工况
一般根据经验选取q3：固态或液态排渣煤粉炉: 0％
燃油炉、燃气炉: 0.5%
六、 固体未完全燃烧损失 q4
固体未完全燃烧损失是指燃料中一部分固定炭未燃尽， 残留在灰渣中而损失的热量，也称为机械未完全燃烧损失， 或未燃炭损失。残留下来的炭的发热量一般按32700kJ/kg 计算。
锅炉效率:锅炉吸收燃料热量的效率，也是有效 吸收热量的百分数，ηgl ＝ q1
ηgl ＝ 100 － （q4 + q3 + q2 + q5 + q6） [%]
燃烧效率： ηrs = 100 – (q4 + q3) [%]
二、输入的热量 Qr
广义上说，即为向锅炉输入的总热量 燃料本身发热量 Qar,net,p[kJ/kg燃料]
排烟容积 排烟温度，110～160℃
五、气体未完全燃烧损失 q3
是指可燃气体未完全燃烧所造成的损失。 以CO为例，一氧化炭的发热量12600KJ/Nm3，气体未 完全燃烧损失的热量为：
Q3 12600 Vgy CO (100 q4 ) / 100/ 100 [ Nm3 / kg燃料]
未燃尽而残留的固定炭常存在于灰渣、飞灰及落煤中
若这三种灰渣的重量分别为Ghz、Gfh、Glm[kg/s]，同时其中含 炭份额Chz,Cfh,Clm，则固体未完全燃烧损失为：
32700 Q4 (Ghz Chz G fhC fh GlmClm ) 100 B
以百分比表示：
[kJ / kg 燃料 ]
1 " " ' Q1 [ Dgr (hgr hgs ) D pw (hpw hgs ) Dzr (hzr hzr )] B [kJ / kg 燃料 ]
最新3热平衡B
第三节 气体不完全燃烧热损失、排烟灰渣热损失、燃料消耗量及其他损失
一、气体不完全燃烧热损失的形成
q3是由于部分CO、H2、CH4等可燃气体未燃烧放热就随烟气排出所造成的。
二、影响因素 P70
三、气体不完全燃烧热损失的测定及计算 1．测定
用烟气分析方法测出VC、 OVH2、 VC4 H（Nm3/kg燃料）
100
CO2、H2、CH4 ：干烟气中CO、H2、CH4的容积百分数， 由热平衡试验通过验器分析仪测得。由于实际运行中，烟气中H2 、CH4的含量极少，可忽略不计，计算简化：
q Q 3 3 1 Q Q 3 r. 0 1 C 2 % 0 1 g ( 1 5 2 O y Q 0 1 q r . 4 3 3 ) C a 0 R 2 V 3 r 2 . 3 0 . C 3 O 0 3 C a R S 2 0 7 a r . 3 3 O C r C O S 5 a 7 ( 1 C O r O 1 q ( 1 5 4 ) 1 0 O q 1 4 ) 0 0 0 0 0
3热平衡B
• 一、锅炉热平衡 • 1．锅炉热平衡方程式 • 锅炉热平衡是以lkg固体燃料或液体燃料(气体燃料以1Nm3)为单位组
成热平衡的。1kg燃料带入炉内的热量及锅炉有效利用热量和损失 热量之间的关系可参考图
锅炉热平衡的公式可写为：
Q r Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 Q 6kJ／kg
15
3．缺少元素成分资料时
q33.2CO (11q40)0
四、其他损失P71-75
复习思考题
1.气体不完全燃烧热损失由哪几部分组成，影响因素有哪几 个？气体不完全燃烧热损失如何计算？需测试哪些量？
2.排烟热损失的影响因素有哪些？ 3.散热热损失的影响因素有哪些？ 4.保热系数
第三章 锅炉物质平衡与热平衡
第三章锅炉物质平衡与热平衡空气量及过量空气系数理论空气量：1kg(或1m3)收到基燃料完全燃烧而又没有剩余氧存在时，所需要的空气量，用V0表示，单位为m3/kg(或m3/ m3)。
1kgC+1.866 m3O2=1.866 m3CO21kgH+5.56 m3O2=11.1 m3H2O1kgS+0.7 m3 O2=0.7 m3SO2过量空气系数：实际供给空气量与理论空气量之比，α表示α=V k/V0烟气成分α=1且完全燃烧V y=V CO2+V SO2+V N2+V H2O m3/kgα>1且完全燃烧V y=V CO2+V SO2+V N2+V H2O+V O2 m3/kgα≥1且不完全燃烧V y=V CO2+V SO2+V N2+V H2O+V O2+V CO m3/kg烟气分析仪：三个吸收瓶、一个量管、一个平衡瓶和梳形管。
吸收瓶1：装有氢氧化钾（KOH）水溶液，吸收烟气中的RO2（RO2=CO2+SO2）吸收瓶2：装有焦性没食子酸[C3H6(OH)3]的碱溶液，吸收烟气中的O2，也能吸收CO2和SO2吸收瓶3：装有氯化亚铜氨[Cu(NH3)2Cl]溶液，吸收烟气中的CO，也能吸收O2量管：标有刻度，测定气体容积平衡瓶：装有饱和食盐水，与大气相通，通过提升或降低平衡瓶的位置，使量筒内的溶液上升或下降，排出或吸入烟气燃烧方程式完全燃烧方程式：21- O2=（1+β）RO2，RO2= 21- O2/ 1+β不完全燃烧方程式：21- O2=（1+β）RO2+（0.605+β）CO漏风系数：1．某一级受热面的漏风系数Δα为该级受热面的漏风量ΔV与理论空气量V0的比值，即Δα=ΔV/ V02．某级受热面漏风系数也可用该级受热面出口过量空气系数α″和进口过量空气系数α′的差表示，即Δα=α″-α′锅炉热平衡及意义Q r=Q1+ Q2+Q3+Q4+Q5+Q6Q rb————随1kg燃料的输入锅炉的热量，kJ/kgQ1————对应于1kg燃料的有效利用热量，kJ/kgQ2————对应于1kg燃料的排烟热损失热量，kJ/kgQ3————对应于1kg燃料的化学不完全燃烧热损失的热量，kJ/kgQ4————对应于1kg燃料的机械不完全燃烧热损失的热量，kJ/kgQ5————对应于1kg燃料锅炉散热损失的热量，kJ/kgQ6————对应于1kg燃料的灰渣物理热损失的热量，kJ/kgQ2：离开锅炉的烟气温度高于外界空气，排烟带走一部分锅炉的热量所造成的热损失Q3：排烟中含有未燃尽的CO、H2、CH4等可燃气体未燃烧所造成的热损失Q4：灰中含有未燃尽的碳造成的热损失Q5：由于汽包、联箱、汽水管道、炉墙等的温度均高于外界空气温度而散失到空气中去的那部分热量Q6：高温炉渣排出炉外所造成的热量损失。
第三章 锅炉热平衡计算
"
qmin=q2+q3+q4
α ↑→Vy ↑→q2 ↑
α ↓→
固体不完全燃烧q4 ↑ 气体不完全燃烧q3 ↑
二、理论上烟气分析成分 1． α ；
= 1 每kg燃料完全燃烧时产生的烟气成分：RO2、N2、H2O
第二章
2． 燃料完全燃烧时产生的烟气成分：RO2、N2、H2O、O2 ； 3． >1 燃料不完全燃烧时产生的烟气成分：RO2、N2、H2O、 α O2、CO；
第三章
§3.5.1 锅炉热 平衡及锅炉热效率
如果在等式(3-la)两边分别除以Qr，则锅炉热平衡就以带入热量 的百分数来表示，即：
100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6
2．燃料带入锅炉的热量Qr ．燃料带入锅炉的热量 它由以下几个部分组成： 1）燃料的物理显热ir ）燃料的物理显热
§3.3锅炉运行时 烟气分析及其应 用
%
(1+ β )RO2 + O2 = 21
21 % 1+ β
m RO2 ax =
m 6）在理论空气下完全燃烧时， O2 = 0 CO = 0 则 RO2 → RO2 ax ）在理论空气下完全燃烧时， ， ，
3．过量空气系数的计算 ． 1）不完全燃烧时α的计算
α=
∆α = α′′ −α′
Nm3/kg
§3.2 燃烧产物计算
一.燃烧生成烟气量 完全燃烧时烟气成分是：CO2、SO2、H2O、O2、N2 1．理论烟气量的计算(α=1)——不含有 2 ．理论烟气量的计算 α 不含有O 不含有 y y
2 2 2
C S VRO =VCO +VSO =1.866 + 0.7 = 0.01866(C y + 0.375S y ) Nm3/kg 100 100
qmin=q2+q3+q4
α ↑→Vy ↑→q2 ↑
α ↓→
固体不完全燃烧q4 ↑ 气体不完全燃烧q3 ↑
二、理论上烟气分析成分 1． α ；
= 1 每kg燃料完全燃烧时产生的烟气成分：RO2、N2、H2O
第二章
2． 燃料完全燃烧时产生的烟气成分：RO2、N2、H2O、O2 ； 3． >1 燃料不完全燃烧时产生的烟气成分：RO2、N2、H2O、 α O2、CO；
第三章
§3.5.1 锅炉热 平衡及锅炉热效率
如果在等式(3-la)两边分别除以Qr，则锅炉热平衡就以带入热量 的百分数来表示，即：
100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6
2．燃料带入锅炉的热量Qr ．燃料带入锅炉的热量 它由以下几个部分组成： 1）燃料的物理显热ir ）燃料的物理显热
§3.3锅炉运行时 烟气分析及其应 用
%
(1+ β )RO2 + O2 = 21
21 % 1+ β
m RO2 ax =
m 6）在理论空气下完全燃烧时， O2 = 0 CO = 0 则 RO2 → RO2 ax ）在理论空气下完全燃烧时， ， ，
3．过量空气系数的计算 ． 1）不完全燃烧时α的计算
α=
∆α = α′′ −α′
Nm3/kg
§3.2 燃烧产物计算
一.燃烧生成烟气量 完全燃烧时烟气成分是：CO2、SO2、H2O、O2、N2 1．理论烟气量的计算(α=1)——不含有 2 ．理论烟气量的计算 α 不含有O 不含有 y y
2 2 2
C S VRO =VCO +VSO =1.866 + 0.7 = 0.01866(C y + 0.375S y ) Nm3/kg 100 100
锅炉热平衡(基本概念与计算方法)
（2）结构 奥氏烟气分析器如图3-1所示。
（二）根据烟气成分分析结果计算烟气容积
※ 对运行中的锅炉进行烟气分析，根据分析结
果可以计算出实际的烟气容积。公式推导如下：
根据定义有 而 由此可得 1.866 (C ar 0.375Sar ) Vgy RO 2 CO Vy Vgy VH 2O Nm 3 / kg Nm 3 / kg RO 2 CO VCO 2 VSO 2 VCO Vgy C ar 100 100
V
o
VO2
0.21
0.0889 (Car 0.375 S ar ) 0.265 H ar 0.0333 Oar Nm3 / kg
式中，R Car 0.375 Sar 称为“当量碳量”。 ※以上所计算的空气量都是干空气量。 2、实际供给空气量 为了使燃料在炉内能够燃烧完全，减少不完全燃 烧热损失，实际送入炉内的空气量要比理论空气量 Vk , Nm3 / k g 大些，这一空气量称为实际供给空气量 二、过量空气系数 定义：实际供给空气量与理论空气量之比 表示：用符号α表示(在空气量计算时用β表示)
⑶当≥1且不完全燃烧时，烟气由CO2、 SO2、CO、O2 、 N2和H2O组成，其容积为
V y VCO2 VSO2 VN 2 VH 2O VO2 VCO Nm3 / kg
二、根据燃烧化学反应计算烟气容积
※计算思路： 实际烟气容积=理论烟气容积+过量空气容 积（干）+过量空气带入的水蒸气容积 或：实际烟气容积=干烟气容积+水蒸气容积 1、理论烟气容积 定义：=1并且燃料完全燃烧 计算： （1）VRO2 的计算
1kg燃料中含有氧气量为 如此，可得
第3章燃烧计算和热平衡计算
理论烟气量计算 二氧化碳体积 VCO2
VCO2 C 22.4 Car =1.866 ar 12 100 100
Nm3 / Kg
（3-16）
S 22.4 Sar 二氧化硫体积 VSO2 VSO =0.7 ar
2
32
100
Car Sar V V V =1.866 0.7 CO2 SO2 RO2 100 100
100 （3-17）
Nm3 / Kg
Nm3 / Kg （3-18）
理论水蒸气体积 VH2O，理论水蒸气的来源有：
（1）燃料中氢完全燃烧生成的水蒸气，
2016/9/6
0.111Har Nm3 / Kg
§3-1 燃料的燃烧计算
（2）燃料中水分形成的水蒸气，0.0124M ar Nm3 / Kg
（3）理论空气量带入的水蒸气（10g/kg）， 0.016V 0 Nm3 / Kg
Nm3 / Kg
硫完全燃烧反应方程式 S+O2 →SO2+334900 (kJ/kmol)(S)
S 22.4 Sar =0.7 ar 32 100 100
Nm3 / Kg
氢完全燃烧反应方程式 2H2+O2 →2H2O+241200 (kJ/kmol)(H2)
2016/9/6
H H 22.4 ar =5.5 ar 2 2.016 100 100
RO 2 ' CO ' CH 4 … C 0.375Sar Vy =Vgy VH2 O 1.866 ar 0.111H ar +0.0124M ar RO2 CO
0.0161 Vk0 +1.24G wh (m3 /kg)
VCO2 C 22.4 Car =1.866 ar 12 100 100
Nm3 / Kg
（3-16）
S 22.4 Sar 二氧化硫体积 VSO2 VSO =0.7 ar
2
32
100
Car Sar V V V =1.866 0.7 CO2 SO2 RO2 100 100
100 （3-17）
Nm3 / Kg
Nm3 / Kg （3-18）
理论水蒸气体积 VH2O，理论水蒸气的来源有：
（1）燃料中氢完全燃烧生成的水蒸气，
2016/9/6
0.111Har Nm3 / Kg
§3-1 燃料的燃烧计算
（2）燃料中水分形成的水蒸气，0.0124M ar Nm3 / Kg
（3）理论空气量带入的水蒸气（10g/kg）， 0.016V 0 Nm3 / Kg
Nm3 / Kg
硫完全燃烧反应方程式 S+O2 →SO2+334900 (kJ/kmol)(S)
S 22.4 Sar =0.7 ar 32 100 100
Nm3 / Kg
氢完全燃烧反应方程式 2H2+O2 →2H2O+241200 (kJ/kmol)(H2)
2016/9/6
H H 22.4 ar =5.5 ar 2 2.016 100 100
RO 2 ' CO ' CH 4 … C 0.375Sar Vy =Vgy VH2 O 1.866 ar 0.111H ar +0.0124M ar RO2 CO
0.0161 Vk0 +1.24G wh (m3 /kg)
03第三章 燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡
1kg燃料完全燃烧需要的氧气总量为：
C H S ar ar ar 3 V 1 . 866 5 . 55 0 . 7 Nm 100100 100
0 O 2
燃料本身的氧量
O 22 . 4 O 3 ar ar 0 . 7 Nm 32 100 100
1kg燃料完全燃烧真正需由空气 提供的氧量为：
第一节 燃烧过程的化学反应
碳燃烧消耗的氧气量（完全燃烧） C+ O2 → CO2+407000kJ/kmol 可得：12kgC+22.4Nm3O2→ 22.4Nm3CO2 即 1kgC+1.866Nm3O2→1.866Nm3CO2
上式说明，每1kgC完全燃烧需要1.866Nm3的 O2并产生1.866Nm3的CO2。
碳燃烧消耗的氧气量（不完全燃烧） 2C+ O2 → 2CO+123100kJ/kmol 2×12kgC+22.4Nm3O2 →2×22.4Nm3CO 1kgC+ 0.5×1.866Nm3O2→1.866Nm3CO
即每1kgC不完全燃烧需要0.5×1.866Nm3的O2 并产生1.866Nm3的CO。
即每1kgS燃烧需要0.7Nm3的O2并产生 0.7Nm3的SO2。
第二节 燃烧所需的空气量
一．理论空气量 1kg（或1Nm3）燃料完全燃烧时所需的最低 限度的空气量（空气中的氧无剩余）称为理 论空气量。以容积表示时其代表符号为V0 。 理论空气量也就是从燃烧反应方程式出发导 出的1kg（或1Nm3）燃料完全燃烧所需的空 气量。
Δ α 各受热面处烟气侧漏风系数，
查表确定；△V为烟道漏风量
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与负荷成反比
工质吸收的热量＝
工质吸收的热量
烟气放气量 工质吸收的热量＋烟道的散热量
10
5.灰渣物理热损失Q6
（1）原因：灰渣温度高于环境温度
（2）影响因素
灰分
4190 Aar Qar，net
Aar , zs
10
排渣方式
（3）计算：固态排渣煤粉炉thz=600℃ 液态排渣thz=t3+100℃ 流化床thz=800 ℃
燃料的物理显热； 外来热源加热空气时带入的热量；
雾化燃油所用蒸汽带入的热量 燃料和空气没有利用外界热量
燃煤水分满足
4190 M ar Qar .net
M ar,zs
6.65
Qr
为什么空气预热器所带入的热量不计入输入热量？
5
三、各项热损失
1.机械未完全燃烧热损失Q4
飞灰Qfh4 （1）原因：固体颗粒未燃尽
灰渣Qlz4
（2）选择
飞灰量？
固态排渣煤粉炉0.5～5.0％ 设计：选取
燃油和燃气炉0.0%
运行：热平衡试验测定
飞灰系数0.9～0.95
（3）灰平衡：进入炉内的总灰量＝灰渣中灰量＋飞灰中灰量
排渣率
6
（4）影响因素
燃料种类，燃烧方式 炉膛型式与结构 燃烧器设计与布置 锅炉运行工况
2.化学未完全燃烧热损失Q3
1.目的
确定锅炉效率 确定锅炉各项损失 确定锅炉各项工作指标
正平衡
2.方法
反平衡
Q1和燃料消耗量B→ηb
小型锅炉
各项损失Σqi→ηb
大型锅炉
14
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
ig"r igs
Dzr iz"r iz'r BQr
Dpw (ibh igs ) 100%
B Dgr ig"r igs Dzr iz"r iz'r Dpw (ibh igs ) 100%
bQr
3.计算燃料消耗量Bj
参加反应的燃料
Bj
B
1
q4 100
用于热力计算
13
第六节 锅炉热平衡试验
1. 定义
锅炉热平衡
输入热量＝输出热量
燃料燃烧的放热量
产生蒸汽所利用的热量 未利用而损失掉的热量
2. 前提
1kg收到基燃料为基准 锅炉处于稳定状态
2
一. 热平衡方程
Qr Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6
Qr ：输入热量，kJ/kg Q1 ：有效利用热，kJ/kg Q2 ：排烟热损失，kJ/kg Q3 ：化学未完全燃烧热损失，kJ/kg Q4 ：机械未完全燃烧热损失，kJ/kg Q5 ：散热损失，kJ/kg Q6 ：灰渣物理热损失，kJ/kg
11
五、锅炉热平衡计算
1.有效利用热Q1
给水加热到过热蒸汽 （1）组成 排汽加热到再热蒸汽
排污水吸收热量
（2）计算
Q1 Dgr
ig"r igs
Dzr
iz"r iz'r B
Dpw (ibh igs )
kJ/kg
12
2.锅炉效率ηb 和燃料消耗量B
b
Q1 Qr
100%
Dgr
（1）原因：排烟中残留的可燃气体
CO，H2，CH4 CmHn（忽略）
设计：选取，煤粉炉不大于0.5％
（2）选择 运行：计算
1
q4 100
修正
（3）影响因素
7
3.排烟热损失Q2
（1）原因：排烟温度高于环境温度
（2）计算
Q2
H py pyV 0 ct k
1
q4 100
排烟焓
冷空气焓
（3）影响因素
3
热平衡方程
Qr Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6
除以Qr
100 q1 q2 q3 q4 q5 q6
qi
Qi Qr
锅炉效率
正平衡效率
q1
Q1 Qr
100
％
6
反平衡效率 100 qi
％
i2
4
二.输入热量
燃料收到基低位发热量
Qr ir Qwr Qwh
排烟温度 排烟容积
110 ～180℃ 增加15 ～20℃，损失增加1％
（4）特点：电厂锅炉中最大烟热损失
αl"
化学未完全燃烧热损失
机械未完全燃烧热损失
最佳αl " ：三项损失之和为最小时
9
4.散热损失Q5
（1）原因：外表面温度高于环境温度 （2）计算 （3）选择 （4）保热系数