热平衡计算
热平衡方程
热平衡方程
热平衡方程计算公式：QρCa(tg1-ta)T=GCg(tg1-tg2)GCg(tg1-tg2)T=QρCa(tg1-ta)。
热平衡指同外界接触的物体，其内部温度各处均匀且等于外界温度的状况。
在热平衡时，物体各部分以及物体同外界之间都没有热量交换。
在热工和化学中，如物体在同一时间内吸收和放出的热量恰好相抵消，也称该物体处于热平衡。
倘若组成单个系统的各部分之间没有热量的传递，且与外界也没有热量的传递，则系统处于热平衡。
这时系统内各部分温度相等且等于外界温度。
在热平衡时，物体各部分以及物体同外界之间都没有热量交换。
在热工和化学中，如物体在同一时间内吸收和放出的热量恰好相抵消，也称该物体处于热平衡。
指温度不同的两个或几个系统之间发生热量的传递，直到系统的温度相等。
在热量交换过程中，遵从能量的转化和守恒定律。
从高温物体向低温物体传递的热量，实际上就是内能的转移，高温物体内能的减少量就等于低温物体内能的增加量。
热平衡定律：
若有A、B、C三个处于任意确定的平衡态的系统,而系统A和系统B是互相绝热的。
令A和B同时与系统C相互热接触，经过足够长的时间后,A和B都将与C达到热平衡。
这时使A和B不再绝热而相互热接触，实验证明，A和B的状态都不发生变化，即A
和B也是处于热平衡的。
此实验事实说明，如果两个热力学系统各自与第三个热力学系统处于热平衡，则它们彼此也必处于热平衡。
工业锅炉3章热平衡计算资料
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
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沸石转轮+co热平衡计算
沸石转轮+co热平衡计算
沸石转轮和CO的热平衡计算可能涉及一定的化学工程和热力学知识。
以下是一般情况下的步骤，但具体的计算会取决于系统的具体参数和条件：
系统描述：
* 定义沸石转轮和CO系统的初始状态，包括温度、压力、流量等参数。
化学反应：
* 确定涉及的化学反应，例如沸石吸附CO的反应。
这可能涉及到反应的平衡常数等信息。
热平衡计算：
* 使用热平衡计算方法，考虑系统中的能量转移。
这可能包括传热、吸放热等。
物质平衡计算：
* 考虑系统中CO的流动和吸附等物质平衡。
温度和压力变化：
* 在各个阶段考虑系统中温度和压力的变化，特别是在吸附和解吸附过程中。
热力学性质：
* 使用适当的热力学性质和方程，例如热力学图表或计算工具，来确定系统在不同条件下的热平衡状态。
系统优化：
* 如果需要，可以对系统进行优化，以满足特定的热平衡要求或效率要求。
实验数据验证：
* 将计算结果与实验数据进行比较，以验证模型的准确性。
这只是一个一般的框架，具体的计算方法可能需要深入了解系统的详细特性和要求。
在进行这样的热平衡计算时，确保使用准确的热力学数据和适当的计算工具是非常重要的。
可能需要使用专业的化学工程软件或模拟工具，具体选择取决于系统的复杂性和你的需求。
热平衡计算
热平衡计算热平衡计算1．热平衡原理要使通风房间温度保持不变，必须使室内的总得热量等于总失热量，即。
在通风过程中，室内空气通过与进风、排风、围护结构和室内各种高低温热源进行交换，为了使房间内的空气温度保持不变，必须使房间内的总得热量∑Qd与总失热量∑Qs相等，也就是要保持房间内的热平衡。
即热平衡：∑Qd=∑Qs。
通风房间内的得热与热量如图3-2-7所示。
随工业厂房的设备、产品及通风方式的不同，车间得热量、失热量差别较大。
一般通过高于室温的生产设备、产品、采暖设备及送风系统等取得热量；通过围护结构、低于室温的生产材料及排风系统等损失热量。
图3-2-7 通风房间内的得热与热量模型在使用机械通风，又使用再循环空气补偿部分车间热损失的车间中，热平衡的等量关系如图3-2-8所示。
图3-2-8 热平衡的等量关系由图3-2-8的热平衡等量关系，即的通风房间热平衡方程式为：（3-2-16）式中——围护结构、材料吸热的总失热量，kW；——生产设备、产品及采暖散热设备的总放热量，kW；Lp——局部和全面排风风量，m3/s；Ljj——机械进风量，m3/s；Lzj——自然进风量，m3/s；Lhx——再循环空气量，m3/s；pu ——室内空气密度，kg/ m3；Pw——室外空气密度，kg/ m3；tu——室内排出空气湿度，℃；tjj——机械进风湿度，℃；to——再循环送风温度，℃；c——空气的质量比热，其值为1.01kj/kg·℃；tw——室外空气计算湿度，℃，tw的确定：在冬季，对于局部排风及稀释有害气体的全面通风，采用冬季采暖室外计算湿度。
对于消除余热、余湿及稀释低毒性有害物质的全面通风，采用冬季通风室外计算温度是指历年最冷月平均温度的平均值。
通风房间的风量平衡、热平衡是风流运动与热交换的客观规律要求，设计时应根据通风要求保证满足设计要求的风量平衡与热平衡。
如果实际运行时所达到的新平衡状态与设计要求的平衡状态差别较大，室内通风参数就达不到设计预期的要求。
专题16 热平衡方程
专题16 热平衡方程一、热平衡方程1.对于一个与外界没有热交换的系统，一个物体放热，另一个物体吸热，且Q吸= Q放当物体温度相同时，热交换停止。
据此我们可以列出热平衡方程。
（1）高温物体放热公式：Q放=c1m1(t01-t)（2）低温物体吸热公式：Q吸=c2m2(t-t02)2.热平衡方程思想拓展高温物体和低温物体混合达到热平衡时，高温物体温度降低放出的热量等于低温物体温度升高吸收的热量。
这时Q放=c1m1(t01-t)，Q吸=c2m2(t-t02)。
燃料完全燃烧放出的热量等于另外物体吸收的热量。
这时Q放=qm1，或者Q放=qV，Q吸=cm2(t-t0)。
电热器通电流放出的热量等于另外物体吸收的热量，这时Q放=I2Rt（焦耳定律公式），Q吸=cm(t-t0)。
利用热平衡方程可以求解很多问题，有时结合比例式，解题更简单。
3.比热容（1）定义：我们把单位质量的某种物质温度升高（或者降低）1℃所吸收（或者放出）的热量叫做这种物质的比热容，简称比热。
符号：c。
（2）公式：Q cm t =⋅∆（3）常用单位：焦耳/(千克·℃)（4）符号：J/(kg ·℃)（5）读作焦耳每千克摄氏度（6）同种物质来讲,比热容是一个确定的数值（相等的）,跟物体质量的大小,温度改变的多少，物体的形状、体积、位置等无关，它仅与物质的种类和状态有关。
对不同物质来讲，比热容一般是不相同的。
（7）记住水的比热容：c水＝4．2×103J/(kg·℃)，物理意义为：1kg的水温度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的热量为4．2×103J。
因为水的比热容较大，所以水常用来调节气温、取暖、作冷却剂、散热等。
4.燃料完全燃烧放出热量（1）燃料完全燃烧释放出的热量公式为：Q放=mq。
（2）气体燃料完全燃烧释放出的热量公式也可为：Q放=qV。
推导过程如下：说明：①中的公式对固体、液体、气体、均适用。
热平衡计算
热平衡计算
压降计算和相平衡计算中均需已知管段人口处的温度，:，而t:必须经过管段的热平衡
计算才能求得。
这里所说的热平衡即能量平衡。
其根据是管段的柏努利方程。
由于管段内的作功为零，忽略位能变化，可得
水蒸气注人炉管前后的焙差△Is有两种处理办法;一种是考虑水蒸气注人炉管后立即吸收油料热量，迅速达到与油料相同的温度。
这样考虑比较符合实际。
但计算时比较麻烦，因为难以确定注汽后经过多长的管段两者温度才达到相等。
另一种办法是将△Is平均分推在整个汽化段炉管上，这样处
理计算起来比较方便。
由于△1s值较小，对整个热平衡计算影响也不大，因此一般采用后一种办法，即。
高炉热平衡计算
高炉热平衡计算4.1热平衡计算的目的热平衡计算的目的，是为了了解高炉热量供应和消耗的状况，掌握高炉内热能的利用情况，研究改善高炉热能利用和降低消耗的途径。
通过计算调查高炉冶炼过程中单位生铁的热量收入与热量支出，说明热量收支各项对高炉冶炼的影响，从而寻找降低热消耗与提高能量利用的途径，达到使高炉冶炼过程处于能耗最低和效率最高的最佳运行状态。
同时还可以绘制热平计算表研究高炉冶炼过程的基本方法[2]。
4.2热平衡计算方法热平衡计算的量论依据是能量守恒定律，即单位生铁投入的能量总和应等于中位个铁各项热消耗总和。
热平衡计算采用差值法，即热损失是以总的热量收入减去各项热量的消耗而得到的，即把热量损失作为平衡项，所以热平衡表面上没有误差，因为一切误差都集中掩盖在所有热损失之中。
根据计算的目的和分析的需要，热平衡可分为全炉热平衡与区域热平衡。
全炉热平衡是把整个高炉作为研究对象、计算它的各项热收入与支出，用来分析高炉冶炼过程令的能量利用情况。
而区域热平衡是把高炉的某一个区域作为研究对象，计算和分析这个区域内的能量利用情况。
虽然计算热平衡的部位与方法不向，但计算的目的都是为寻找降低能耗的途径和确定一定冶炼条件下的能耗指标。
理论上可以以把高炉内的任何一个部位当作区域热平衡的计算对象，但由于决定向炉冶炼能耗指标的主要因素存在于高炉下部的高温区。
因此，常用高炉下部属温区热平衡进行计算。
本例采用第一热平衡法计算进行热平衡计算。
第一种热平衡法，亦称热工法热平衡。
它是根据羔斯定则，不考虑炉内的实际反应过程．耍以物料最初与最终状态所具有的热力学参数为依据，确定高炉内的过程中所提供和消耗的热量。
它的热收入规定为焦炭和喷吹物的热值(即全部C完全燃烧成CO2和H2全部燃烧成H2O时放出的热量)、热风与炉料带入的物理热及少量成渣热。
而热支出为氧化物、硫化物和碳酸盐的分解热，喷吹燃料的分解热，水分分解热。
脱S反应耗热，渣铁和炉顶煤气热焓与热值，冷却水代走的热量和炉体散热损失等项。
加热炉计算
2、气体燃料的高、低热值由下式计算：
Qh＝∑qhiyi
(8.8)
Ql＝∑qliyi
(8.9)
式中Qh、Ql——气体燃料的高、低热值，千卡／标米3(燃料气)；
qhi、qli——气体燃料中各组分的高、低热值，千卡／标米3；
yi——气体燃料内各组分的体积百分率，qhi和qli的值由表8-3查得。
表8--3：气体组分的高低热值
对于同一体系，在其他条件和参数完全相同的情况下，基准温度 不同，计算出的热效率值就不相同，按此求得的燃料用量当然也不同 。所以对基准温度有必要作出统一的规定。
以环境温度作为基准温度较符合实际，适用于对运转中的管式炉 进行实际考核。但是，环境温度是一个变量，用于设计炉子或对全国 各地同类炉子进行热效率比较时，又会产生困难。在这种情况下还是 以某一固定的温度(如15.6℃或0℃)为基准温度较为方便。
气系数应为1.2，烧气时应为1.1。过剩空气系数太小 会使热分布恶化，小于1.05时将腐蚀炉管。过剩空
气系数太大会降低火焰温度，减少三原子气体浓度
过剩空气系数，
，降低辐射热的吸收率，使炉效率降低。过剩空气
系数每降低10％可使炉子热效率提高1～1.5％。
由于过剩空气系数对炉效率影响很大，故在操
作中应注意控制炉子的燃烧条件，使过剩空气系数
1
2、综合热效率：国家标准GB2588-81中定义的热效率，在供给能量中还包括了
外界供给体系的电和功（如鼓风机、引风机和吹灰器电耗，吹灰器蒸汽消耗等）。
这些电和功一般不转化为有效能，几乎全部变为由于摩擦引起的能量损失。因此在
供给能量中加上表示电和功的项 N，在损失能量中也增加一项数值与 N 相等的损
（8.14）
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=3.6×5.67×47003.54×2.88×0.5×0.083 =114671.82kj/h
115130 .51kj/h Q6
7.通过炉门及小孔的逸气热损失
V0 C g t g Q7 60
V0 u H b
2 gh( k t )
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱt
3600 1 tg
（二）热支出项计算
1. 加热钢坯所需的热量
Q1 =P =150000×(0.6895×1200-0)=124110000kj/h （C产t产 - C料 t料）
2.烟气带走的物理热
= 1 - K B Vn c y t y Q2
=(1-0.03)×B×1.1×1.53×950 =1550.89B kj/h 3.化学不完全燃烧热损失
=3.6×5.67×47003.54×0.0288×0.2×0.083 =458.69kj/h 经进料炉门的辐射热损失 炉门开启面积 F=12×0.12×2=2.88 ㎡ 取单位时间开启时间Δτ=5，遮蔽系数Φ=0.5
t 273 4 t0 273 4 进 3.6 5.67 l Q6 _ F进 60 100 100
b B 47768.56 0.318kj / t G 150000
2.单位标准燃耗 b
b
Y B Qd 47768.56 3500 0.038kg / t G 29273 150000 29273
3.单位燃耗 R
R
Y B Qd 47768.56 3500 1114 .5997 kj / t G 150000
热收入项 项目名称 热量 KJ/h
1. 燃 料 燃 167189960 烧的化 学热 2. 燃 料 预 70293824.47 热的物 理热 3. 空 气 预 98810221.73 热的物 理热
热支出项 % 项目名称 热量 KJ/h % 56.05
48.49 1. 加热钢坯所需 124110000
热 平 衡 计 算
已知:炉高 H=4500mm 炉宽 B=12000mm 炉子产量 G=150T/h 长度： L均 =5500mm L加 =10500mm L预 =9000mm 温度：110℃ 空燃比 1:0.76 120℃ 280m /T
3
80℃
燃料低发热量 Qdy =3500 kj / m 2 燃料预热温度 t r =950 ℃ 温度 t k =950℃
空气预热
热平衡计算的目的 确定加热炉的热效率；确定加热炉的各项热损失，并分 析各项损失的原因和寻求降低热损失的方法，有效地提高锅 炉效率，以节约能源；确定燃料量。 （一）热收入项计算 基准温度取车间环境平均温度，设 t 环 0℃ 1. 燃料燃烧的化学热
Y =3500Ｂkj/h Q1 B Q d
F加 0.127 3.14 12×5=23.93
3 10( Q8 TL 4 1200 ) F =10× 100 100
4
㎡
×23.93=4962124.8kj/h
Q8 1 Q8 2 Q8 3 Q8
=6053286.30+2910525.3+4962124.8 =13925936.4kj/h （三）求燃料消耗量
5.炉衬散热损失 按炉衬外表面向周围的传热计算：
3.6 w (t w te ) Fwb Q5 Fwb均 =5.5×4.5×2=49.5
㎡ ㎡
Fwb加 =10.5×4.5×2=184.5 Fwb预 =9×4.5×2=81 t w均 =110℃ t w加 =120℃ t w预 =80℃ 均 3.6 w (t w均 te ) Fwb均 Q5
Q5 均 Q5 加 Q5 预 =1279775.95kj/h Q5
6.通过炉门及小孔的辐射热损失
t l 273 4 t0 273 4 3.6 5.67 Q6 _ F 60 100 100
热量
2. 烟气带走的物 74088081.19 33.46
20.39 理热
3. 化学不完全燃 183813.42 烧热损失
0.08
28.66 4. 机械不完全燃 7165284
烧热损失 5.炉衬散热损失
3.24
1279775.95 115130.5 539644.68
0.57 0.05 0.27 6.29
4. 钢 坯 的 8469000
氧化放 热
2.46
6.辐射热损失 7.逸气热损失
8. 冷却系统带走 13925936.4 的热量
总计
344763006.2 100
总计
221407666.1 100
t
0 .3 = 1 1200 1 t 1
273
=0.24kg/ m 3 =1.21kg/ m 3
2 9.81 0.5 （1.21 0.24） 3600 × 1200 0.24 1 273
1.293 k 空 = 1 t 1 20
273
V0 1 =0.82×0.24×12×
Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2
3500B+1471.55B+2068.52B+8469000=124110000+ 1550.98B+3.848B+105B+1279775.95+115130.5+ 539644.68+13925936.4 求出 B=47768.56kg/h （四）编制热平衡表 （五）计算主要指标 1.单位实物燃耗 b
(1 - K ) B Vn (126.3CO 108 H 2 ) Q3
=(1-0.03)×B×1.1×(126.3×0.02+108×0.01) =3.848B kj/h 4.机械不完全燃烧热损失
Y K B Qd Q4 =0.03×B×3500=105B
KJ/H
经出料炉门的辐射热损失 加热段炉气温度 1200℃ 炉门开启面积 F=0.12×0.24=0.0288 ㎡ 取单位时间开启时间Δτ=5，遮蔽系数Φ=0.2
t l 273 4 t0 273 4 Q6出 3.6 5.67 _ F出 60 100 100
2..燃料预热的物理热
Q 2 = B cr tr =1.549 950B＝1471.55Bkj/h
3.空气预热的物理热
Q 3 B n L0 ck t k =B 1.2 1.3158 1.379 950=2068.52B
kj/h
4.钢坯氧化的化学热
Q4 5646 G a =5646 150000 0.01=8469000kj/h
TL 1200℃ 127 mm
纵水管 2 根
横水管每隔 2m 一根
未绝热的纵水管 F=0.127 3.14 (5.5+10.5+9)×2=19.94 ㎡
T 1200 1 14.64( L ) 4 F =14.64× Q8 100 100
4
×19.94
㎡
=3.6×13.93×90×49.5=223409.34kj/h
加 3.6 w (t w加 te ) Fwb加 Q5
=3.6×15.57×100×184.5=1034159.4kj/h
预 3.6 w (t w预 te ) Fwb预 Q5
=3.6×13.29×60×81=22207.208kj/h
=6053286.30 kj/h 未绝热的预热段横水管
F预 0.127 3.14 12×2=9.57
2 46( Q8 TL 3.54 1200 ) F =46× 100 100
㎡ ×9.57=2910525.3 kj/h
3.54
未绝热的加热段横水管
=9.26 m 3 /h
V0 2 =0.82×0.24×0.2×
60
2 9.81 0.5 （1.21 0.24） 3600 × 1200 0.24 1 273
=0.15 m 3 /h
V0 C g t g Q7
=(9.26+0.15)×1.593×1200×30=539644.68kj/h 8.冷却系统带走的热量 连续加热炉炉底水管吸热量的经验计算