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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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。
坯料烘干热平衡计算
坯料烘干热平衡计算一、烘干水分及计算计算基准为1小时需供应坯料。
进入烘干窑坯料相对水分为7%，出烘干窑坯料相对水分为2%，干燥塔每小时出相对水分为2%的物料量为175176.397 (kg/h) 每小时进入烘干窑的绝干物料量为175176.397×（1－2%）=178751.426kg/h每小时进入烘干窑7%的湿物料量为178751.426/（1－7%）= 192205.834kg/h 每小时烘干水分量为192205.834-178751.42 = 13454.414kg进入烘干窑的物料绝对湿度为7%/(1-7%)=7.53%出干烘干窑的物料绝对湿度为2%/(1-2%)=2.04%二、热平衡计算热平衡计算为烘干窑的热平衡计算，目的在于求出烘干坯料需烧成窑排出空气量。
热平衡计算必须选定计算基准，这里时间以1h为计算基准，0℃为基准温度。
A．热收入项目1、湿物料带入显热Q y1入烘干窑湿物料含自由水7％，坯料制品质量为192205.834kg 制品入干燥塔时温度t1=20℃，入干燥塔湿物料比热容为0.84+26×10-5×20=0.849kJ/(kg℃)Q y1=192205.834×0.849×20=3263655.061kJ/h2、烧成窑尾热烟气带入显热Q yf烟气传递热损失率为0.1设1h烘干窑需要y m3烧成窑尾烟气烧成窑尾烟气进入烘干窑时为400℃400℃时烟气比热容C g=1.45(kJ/m3·℃)Q yf=y×1.45×400×（1－0.1）=522y（kJ/h）3、漏入空气带入显热Q y2取漏入空气量为烘干热气的10%，漏入空气温度t a=20℃, C a=1.3漏入空气总量0.1yQ y2=0.1y×1.3×20=2.6y(kJ/h)B．热支出项目1、产品带出显热Q y3相对水分为2%的干坯料质量为175176.397 (kg/h)干坯料出干燥窑温度为80℃物料平均比热容为0.84+26×10-5×80=0.861[kJ/(kg·℃)]Q y3=175176.397×0.861×80=12066150.23kJ/h2、烘干窑窑体散失热烘干窑每条长130m，宽2.5m，高0.7m，共15条烘干窑。
燃料燃烧及热平衡计算参考
燃料燃烧及热平衡计算参考L n 湿=（1+0.00124×18.9）×4.35=4.452 Nm 3/Nm 3 2、天然气燃烧产物生成量 （1）燃烧产物中单一成分生成量CO)H 2C CH (CO 0.01V 6242CO 2+++⨯=’(3.4)2O V 0.21(=⨯′0n-1)L(3.5) 22n N V (N 79L )0.01=+⨯′(3.6))L 0.124g H H 3C (2CH 0.01V n 干O H 2624O H 22+++⨯=(3.7)式中CO 、CH 4 、 C 2H 6 、 H 2 ——每100Nm 3湿气体燃料中各成分的体积含量。
则0.475)5222(100.01V 2CO =+⨯++⨯= Nm 3/Nm 34.4131)(1.050.21V 2O ⨯-⨯==0.046 Nm 3/Nm 3 01.0)35.47910(V 2N ⨯⨯+==3.54 Nm 3/Nm 34.35)18.90.124465322(20.01V O H 2⨯⨯++⨯+⨯⨯==1.152 Nm 3/Nm 3（2）燃烧产物总生成量实际燃烧产物量V n = V CO2+V O2+V N2+V H2O Nm 3/Nm 3(3.8)则V n =0.47+0.046+3.54+1.152=5.208 Nm 3/Nm 3 理论燃烧产物量V 0=V n -（n -1）L O(3.9)V 0=5.208-（1.05-1）×4.143=5.0 Nm 3/Nm 3(3) 燃料燃烧产物成分[2]%100V V CO nCO 22⨯=(3.10) %100V V O nO 22⨯=(3.11)%100V V N nN 22⨯=(3.12)100%V V O H nO H 22⨯=(3.13) 则9%%1005.2080.47CO 2=⨯=0.8%%1005.2080.046O 2=⨯=68%%1005.2083.54N 2=⨯=22.2%100%5.2081.152O H 2=⨯= 3.1.3 天然气燃烧产物密度的计算[3] 已知天然气燃烧产物的成分，则：ρ烟=10022.432O 28N O 18H 44CO 2222⨯+++，kg/Nm 3(3.14)式中：CO 2、H 2O 、N 2、O 2——每100Nm 3燃烧产物中各成分的体积含量ρ烟= 217.110022.40.832682822.218944=⨯⨯+⨯+⨯+⨯ Nm 3/Nm 33.1.4 天然气发热量计算 高发热量Q 高=39842CH 4+70351C 2H 6+12745H 2+12636CO （kJ/Nm 3（3.15）低发热量Q 低= 35902CH 4+64397C 2H 6+10786H 2+12636CO (kJ/ Nm 3)（3.16）式中：CH 4、C 2H 6、 H 2、CO ——分别为天然气中可燃气体的体积分数（%）。
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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热平衡计算
2007-08-21 14:25:57| 分类：暖通空调| 标签：|字号大中小订阅热平衡计算
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。
2．通风节能措施
在保证室内卫生和工艺要求的前提下，为降低通风系统的运行能耗，提高经济效益，进行车间通风系统设计时，可采取以下的节能措施。
（1）在集中采暖地区，设有局部排风的建筑，因风量平衡需要送风时，应首先考虑自然补风（包括利用相邻房间的清洁空气）的可能性。
所谓自然补风是指利用该建筑的无组织渗透风量来补偿局部排风量。
如果该建筑的冷风渗透量能满足排风要求，则可不设机械进风装置。
从热平衡的观点看，由于在采取暖设计计算中已考虑了渗透风量所需的耗热量，所以用渗透风量补偿局部排风量不会影响室内温度。
只有不局部排风系统风量大于计算渗透风量，才会导致渗透风量增加，从而影响室内温度。
（2）当相邻房间未设有组织进风装置时，要取其冷风渗透量的50%作为自然补风。
（3）对于每班运行不足二小时的局部排风系统，经过风量和热量平衡计算，对室温没很大影响时，可不设机械送风系统。
（4）设计局部排风系统时（特别是局部排风量大的车间）要有全局观点，不能片面追求大风量，应改进局部排风罩的设计，在保证效果的前提下，尽量减少局部排风量，以减少车间的进风量和排风热损失，这一点，在严寒地区特别重要。
（5）机械进风系统在冬季应采用较高的送风湿度。
直接吹向工作地点的空气温度，不应低于人体表面温度（34℃左右），最好在37～50℃之间。
这样，可避免工作有吹冷风的感觉。
（6）净化后的空气再循环使用。
根据卫生标准的规定，经净化设备处理后的空气中，如有害物质浓度不超过室内最高允许浓度的30%，空气可再循环使用。
（7）把室外空气直接送到局部排风罩或排风罩的排风口附近，补充局部排风系统排出的风量。
例如，采用送风通风柜，其70%的排风量由室外空气直接供给，这样的可以减小车间排风热损失。
(8）为充分利用排风余热，节约能源，在可能条件下应设置热回收装置。
目前国内已有多种型式的余热回收装置。