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。
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。
高炉热平衡计算
4 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。
化学能与热平衡的计算方法
化学能与热平衡的计算方法化学反应中的能量转化是研究化学反应热平衡的重要方面。
热平衡是指化学反应在一定条件下达到能量守恒的状态，即反应体系中的各反应物和产物的热力学能量之和保持不变。
为了计算化学能与热平衡，我们需要了解热力学基本概念，以及相关的计算方法。
热力学第一定律表明了能量守恒的原理，即能量可以转化形式但总量保持不变。
化学反应中，反应物和产物之间的能量转化可以通过计算焓变来描述。
焓变（ΔH）定义为反应物和产物之间的能量差，可以正负相反，取决于反应方向。
根据热力学第一定律，焓变等于反应物的热能减去产物的热能。
反应过程中，吸热反应（放热物质呈吸热反应）需要外界给予能量，其焓变为正值；放热反应（产物放热）则由反应系统向外界释放热量，其焓变为负值。
计算焓变的常用方法之一是利用反应的热容量（Cp）和温度变化（ΔT）。
热容量是物质在单位温度变化下吸收或放出的热量。
对于理想气体，其热容量与温度无关，可以用摩尔热容量（Cp,m）表示。
根据热力学方程，焓变可以表示为：ΔH = Cp,m × n × ΔT，其中n为反应物的摩尔数，ΔT为温度变化。
通过实验测定反应物和产物的热容量，并测定反应前后的温度变化，我们可以计算出焓变。
实验中，常用的例如流动式量热计和反应热计，可以得到较为准确的焓变值。
通过测定焓变的符号和数值，我们可以判断反应是吸热还是放热，并进一步分析反应的热平衡情况。
除了焓变，熵变（ΔS）也是计算热平衡的重要参数。
熵变是描述反应过程中体系无序度变化的物理量，与状态函数有关。
根据热力学第二定律，对于可逆反应，熵的增加（ΔS>0）使反应趋向于正向方向进行，而熵的减少（ΔS<0）使反应趋向于逆向方向进行。
通过比较反应物和产物的熵变，我们可以预测反应的方向性和可能性。
在热平衡计算中，根据吉布斯自由能（G）的变化可以进一步判断反应的方向性。
吉布斯自由能是一个能量函数，可以表示为G = H - TS，其中H为焓变，T为温度，S为熵变。
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。
天然气锅炉热平衡计算
天然气锅炉热平衡计算摘要：一、天然气锅炉热平衡计算概述1.天然气锅炉热平衡计算的定义和意义2.天然气锅炉热平衡计算的基本原理二、天然气锅炉热平衡计算的方法1.热量平衡法2.元素平衡法3.热量和元素平衡相结合的方法三、天然气锅炉热平衡计算的应用1.指导锅炉运行和调节2.分析锅炉热效率和能源消耗3.评估锅炉设备的运行状况四、天然气锅炉热平衡计算的局限性及改进方向1.计算方法的局限性2.提高计算精度和效率的途径正文：天然气锅炉热平衡计算是指对天然气锅炉在运行过程中，燃料燃烧产生的热量和工质吸收的热量进行定量分析的一种方法。
这种方法有助于指导锅炉运行和调节，分析锅炉热效率和能源消耗，评估锅炉设备的运行状况。
天然气锅炉热平衡计算的基本原理是热量守恒定律。
在一定条件下，系统内各种形式的热量相互转换和传递，其总量保持不变。
根据这一原理，可以建立天然气锅炉热平衡方程，通过计算求解，得到各部分的热量参数。
热平衡计算的方法主要有热量平衡法、元素平衡法和热量和元素平衡相结合的方法。
热量平衡法是根据热量守恒原理，通过测量和计算锅炉内各种热量参数，求得热平衡方程的解。
元素平衡法是根据化学反应前后元素质量不变的原理，通过测量和计算燃料和工质中元素的含量，求得热平衡方程的解。
热量和元素平衡相结合的方法是将热量平衡和元素平衡相结合，既考虑热量守恒，又考虑元素质量守恒，从而提高计算精度和效率。
天然气锅炉热平衡计算的应用范围广泛。
首先，通过热平衡计算，可以指导锅炉运行和调节，使锅炉在最佳状态下运行，提高热效率，降低能源消耗。
其次，通过分析锅炉热效率和能源消耗，可以找出能源浪费的原因，提出改进措施，进一步降低能源消耗。
最后，通过评估锅炉设备的运行状况，可以及时发现设备的故障和隐患，为设备维修和管理提供依据。
然而，天然气锅炉热平衡计算也存在一定的局限性。
首先，计算方法的局限性，如热量平衡法和元素平衡法各有优缺点，需要根据实际情况选择合适的计算方法。
减速机热平衡计算
减速机热平衡计算减速机是一种常用的机械传动装置，广泛应用于工业生产中。
在减速机的运行过程中，由于摩擦和机械能转化的过程中会产生热量，为了保证减速机的正常运行和延长使用寿命，需要进行热平衡计算。
热平衡计算是指在减速机运行过程中，对于热量的产生和散热进行量化和平衡的过程。
减速机内部的各个部件在运行时会因为摩擦而产生热量，如果不能及时散热，会导致温度升高，从而影响机械传动的正常工作。
因此，热平衡计算对于减速机的设计和运行非常重要。
热平衡计算需要了解减速机内部各个部件的摩擦热量产生情况。
减速机内部的齿轮、轴承等部件在传动过程中会发生相对运动，产生摩擦热量。
这些摩擦热量会通过部件的表面传导和辐射的方式传递给周围环境。
通过对各个部件的摩擦热量产生情况进行测量和计算，可以得到减速机内部的总摩擦热量。
热平衡计算还需要考虑减速机的散热能力。
减速机的外壳通常会设计成散热片或者散热鳍片的形式，以增加散热面积，提高散热效果。
散热能力的好坏直接影响减速机的热平衡情况。
如果散热能力不足，无法及时将摩擦热量散发出去，就会导致减速机温度升高，从而影响机械传动的正常工作。
因此，在热平衡计算中，需要考虑减速机的散热能力，并根据实际情况进行评估和改进。
热平衡计算的目标是使减速机的摩擦热量和散热能力达到平衡，保持减速机的温度在允许范围内。
对于不同类型和规格的减速机，其热平衡情况会有所差异，需要根据具体情况进行计算和分析。
通过热平衡计算，可以确定减速机的散热设计是否合理，是否需要进行改进，从而保证减速机的正常运行和稳定性。
减速机热平衡计算是对于减速机摩擦热量和散热能力进行量化和平衡的过程。
通过热平衡计算，可以评估减速机的散热设计是否合理，并进行相应的改进。
准确的热平衡计算可以保证减速机的正常运行和延长使用寿命。
因此，在减速机设计和运行中，热平衡计算是非常重要的一项工作。
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二、高温区域热平衡计算
高温区热平衡与全炉热平衡计算的原则是相同的，而不同点是进入1000℃以上区域的物料要按l00℃左右温度差区别考虑，即煤气温度按1000℃、而物料按900℃计算。
【7】
1 热量收入
高温区热量收入主要是风口前焦炭、煤粉、重油的燃烧及热风带入的热量，与全炉热平衡计算方法相同。
(1) 风口前碳的燃烧放热(QC)
首先计算总碳量：
1)焦炭带入的碳量＝455.6×0.8567＝390.31kg
2)煤粉带入的碳量＝120×0.778＝93.36 kg
其次计算风口前燃烧碳量：
1)每1kg燃烧时需氧
根据 2C+O2=2CO
m3/kg C
2）已知风量为1262m3；
3）风口前燃烧的总碳量(C风口总)：
4）风口前燃烧的焦炭中的碳量（ C风口，焦炭)
所以它们的发热量为：
QC＝ｑ焦炭＋ｑ煤
=2173640 ＋ 975985.44 ＝3149625.44 kJ
（2）热风带入的热量
式中，V风、C风、t风分别为风量、风的比热容与风温，查热力学数据表，1000℃时的比热容1.185kJ／(kg·℃)【15】
2 热量支出计算
铁等元素的还原、脱硫、石灰石分解、水分分解等均与全炉热平衡相同，
（1）还原耗热(Q还原) 【8】
1) Fe的直接还原耗热：(2890 kJ／kgFe)
2) Si的还原耗热：
3) Mn的还原耗热
qMn＝1.64×4877＝7998.28 kJ
4) P的还原耗热
qP＝2.65×26520=70278 kJ
Q还原＝qFe＋qSi＋qMn＋qP＝1701633.775kJ (2) 脱硫耗热(QS)
取qS 4600 kJ/kg 【8】
QS＝渣量×（S）× qS
＝439.69 ×0.0078× 4600
＝ 15776kJ
(3 )石灰石分解与反应热(Q石灰石)
CaCO3=CaO十CO2 (3182 kJ／kg CaO)
CO2十 C=2CO (3768.3 kJ／kg CO2)
Q石灰石分解＝58.2×0.496×3182 ＝ 91855.43 kJ
Q石灰石反＝58.2×0.496×0.4×3768.3 ＝ 43512.11 kJ
（4 ）水分分解耗热(Q水分)
H2O十C＝H2十CO (13440 kJ／kg H2)
Q水分＝17.75×13440 ＝ 238560kJ
(5) 炉渣带走热量(Q渣)
前述计算中取每lkg炉渣离开高炉时的焓为1780kJ／kg渣。
炉渣进入高温区时按900℃计算，焓按 860kJ／kg渣计算【11】，另外也要扣除成渣热。
Q渣＝q渣－ q成渣
＝439.69×(1780－860)－58.2×0.496×1130.5
＝404514.8－ 32634.37 ＝ 371880.4 kJ
(6) 铁水带走热量(Q铁水)
与Q渣计算相同，前述计算中取每lkg铁水离开高炉时的焓为1220kJ／kg 铁。
铁水进入高温区时焓按 630kJ／kg计算【12】。
Q铁＝1000×（1220 －630) ＝ 590000 kJ
（7）煤气带走的热量（Q煤气）
要计算煤气从高温区带走的热量，必须知道高温区煤气量及其成分，现计算如下：
已知风口前燃烧碳C风口=284.05 kg
故风口前碳燃烧的煤气量为 (m3) ：
则炉缸煤气量＝530.2+53.3778十997.26=1580.8
则炉缸煤气成分为：
CO＝33.5％，N2＝63.1％，H2=3.4％
炉缸煤气在上升过程中，由于直接还原的原因，使CO量不断增加，H2和CO 含量不断升高，直到1000℃进入间接还原区时：
进入间接还原区时煤气总量:
＝999.92+81.96+754.52=1836.4m3
其中：CO％=41.1％，H2％＝4.5％，N2％＝54.4％
在1000℃，煤气比热容以1.41kJ/m3计【13】，煤气带出的热量：
q煤气＝1836.4×1000×1.41=2589324kJ
焦炭进入高温区时的比热容以1.5kJ/kg计【14】，则焦炭带入热量: q焦＝455.6×900×1.5=615060 kJ
煤气实际应减去焦炭本身进入高温区所带的热量：
（7）煤气带走的热量（Q煤气）
Q煤气＝q煤气－ q焦＝2589324－615060＝1974264kJ
（8）冷却水带走及其他热损失（Q损）
仍采用差值法计算：
Q损＝Q收入－Q 1~7 ＝5075043.065－ 5027481.675
＝47561.39 kJ
计算内容
首先考虑直接还原度与耗碳的关系
（1）铁的直接还原耗碳
CFe,d＝945.61×12/56 ×rd＝ 203 rd kg
（2）铁中渗碳量C渗碳＝44.64kg
（3）形成甲烷耗碳量CCH4＝0.9%×12/22.4× 1775＝ 8.6kg (大约是焦炭碳量的1％-5％)
（4）石灰石大约有一半在高温区分解，它形成的CO2被碳还原成CO，因而消耗碳（C熔剂）：
C熔剂＝58.2×0.444×0.5×12/44=3.5 kg
5）Si、Mn、P还原耗碳(CSi,Mn,P) (参见P191）
CSi,Mn,P ＝ 5.24 ×24/28+ 1.64 ×12/55+ 2.65 ×60/62
＝ 7.4 kg
当生铁成分一定，而 rd ＝ 1.0时，
∑C1~5 ＝ 203 + 44.64+ 28.6 + 3.5 + 7.4＝ 267.14kg
rd ＝ 0时，
∑C1~5 ＝ 44.64 + 8.6 + 3.5 + 7.4 ＝ 64.14 kg
根据rd =1.0和rd =0时的两点在图上作AB线。
或Cd＝ 203 rd + 64.14kg
当考虑间接还原度与耗碳的关系，而生铁成分又为一定时，则
(1)间接还原铁耗碳（ CFe,i ）
CFe,i＝945.61×12/56 ×(1－rd) ×n＝203 n （1－rd） kg
式中n称为碳的过剩系数，1000℃时为3.33（参见P84式（3-14）和图3-6和P194表5-14）
热量耗碳计算
高炉中不仅消耗还原剂碳量，而且消耗大量的热量，这些也都是依靠消耗大量的碳来提供的，因此要进行热量耗碳的计算。
1 从热收入项计算
Q收入＝5075043.065kJ
CQ=284.05kg＝C风口
称为热量耗碳，实际上就是风口燃烧碳量。
本例条件下，风口前每燃烧1kg碳产生的热量为:
qC＝Q收入/CQ =17867 kJ/kg
2 从热支出计算CQ
其中
直接还原的Fe量＝945.61×rd
而直接还原1kg铁耗热量2890 kJ
∴ qFe,d＝945.61×rd× 2890 ＝2732812.9rd kJ
Q支出＝q1+q 2~8
当高炉冶炼条件不变，而生铁品种也一定时，qSi，qMn，qP及q2~8各项均为常数。
可得：
q1 ＝2732812.9rd +120310+7998.28+70278
＝198586.28+2732812.9 rd
Q支出＝q1+q 2~8
＝145015.8+2592908 rd +3373409.29
＝3518425.09+2592908 rd
根据热平衡有：
可得：CQ＝196.9+145.1 rd
Ci＝203n （1－rd）+64.14 kg
过剩系数n受温度影响，取其最小值2.5，（参见P194表5-14），上式为：Ci＝571.64－507.5rd kg
由此有：Ci＝571.64－507.5rd kg
Cd＝ 203 rd + 64.14kg
CQ＝196.9+145.1 rd
由 CQ +Cd ＝ Ci求得：
rdmin =0.362
此时总耗碳为Ci，即 C总＝387.9kg
焦比，K ＝387.9/0.94561 ＝ 410.2 kg /t。