锅炉的能量平衡分析

& &< < ! ! " $ % " ! 1L & & : ! " 表明! 式! $ % < 随! : 变化的幅度大于随 1L 变化的幅 度# 因此对于热效率较低的小型工业锅炉# 可以首先考
虑提高锅炉热效率# 从而提高锅炉火用效率% 现代大型 电站锅炉热效率很高 ! # 热效率提升空间很 & " 8 以上 " 小# 因此要提高锅炉的火用 效率# 主要途径是应尽可能 提高热力学平均温度 1L% 若给水温度 1 1L 与蒸汽和给水状态有关# $ 是给 定的# 为了提高 1L# 一种办法是提高蒸汽温度 1 但 !# 目前蒸汽最高温度 1 ! 的提高要受到材料强度的限制# 为. 另一种办法是提高蒸汽压力# 对于给定 " " F左右, 水温 1 存在一个与 1L 值相对应的 $ 与蒸汽温度 1 !#
3 !@ $ ? ? 的因次# 用 1L 表示# 即 1L K3 # 1L 为工质吸热 9 9 !@ $ ? ? 的热力学平均温度# 将其代入式! 可得+ " #
万方数据 热力发电 ! " # ! " " # " $
研究论文
#! 1 $) " " < (! : ! 7 1L
" ! $ ’ 最佳蒸汽压力 : 此压力随 1 P 7# ! 升 高 而 增 大% 实 际 c 上# 蒸汽压力要受排气干度的限制# 不可能达到 : P 7% c 可以采取以下几种办法+ 因此# 要减少锅炉的火用损失# 对蒸汽进行中间再热# 提高蒸汽压力和附加了一个 ! " $ 再热器的热力学平均温度# 使整个加热过程的热力学 平均温度有所提高, ! " 采用对水预热的蒸汽回热动力 ! 装置# 从汽轮机抽出一部分蒸汽对锅炉前的给水预热# " 提高给水温度和热力学平均温度, ! 在锅炉烟道上# # 安装空气预热器和给水省煤器# 空气预热后温度提高# 进而提高燃气温度及其火用值# 利用锅炉排烟对给水进 行预热# 给水温度 1 平均热力学温度 1L 也随 $ 提高 # 之提高% " 从式! 可知# 随着! $ ’ < 是! : 和1 L 的函数 # < 和 ! 大小取决于燃料和 & 1L 的增大而增大# # 7 视为定值# 空气特性+
" !提高锅炉效率的途径
% !结!论
! " 火用效率较之热效率更能全面地反映能量的损 $ 失与利用程度# 提高火用效率是节能关键% " ! 火用效率是随热效率而变化的# 热效率较高则 ! 火用效率较高# 热效率较低则火用效率较低% 提高锅炉参数是提高锅炉能量利用效率的重 ! " # 要途径% % 参 ! 考 ! 文 ! 献&
% 参 ! 考 ! 文 ! 献& ( ) 傅松# 等中低温废热发电的思路与方法 ( ) 节 $ = !于淑梅# 能# " + ! ! " " $ $ ’ ! " $ ( ) ) 傅松低温废热高效回收系统及其火用分析 ( 热 ! = !于淑梅# 能动力工程# # ! " + ! " " ! ! % 0 ! % ’ # 北京+ 清华大学出版社# ( ) * 语言常用算法集 ( # () !徐士良$ & & . 郭江龙 供热机组热经济性在线监测的理论研究及系统 ( ) /! 实现( 保定+ 华北电力大学# E) ! " " $ -
3 3 !) $" %4-! :( ! 4 # # : : 54 9 9 4:! # ! 5# # 5# / 5# 0" ($) 4 # # : : 54 9 9 锅炉火用效率+
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4: 7 7 4 7 7 : 54 9 9 : : 54 9 9 用正平衡火用效率计算式除以正平衡热效率计算式得+ 4 7 7 -! !) $" 4: # # < : 54 9 9 ! ’% ( 4: 7 7 : : 54 9 9 ! 3 3 !) $" %4-!
研究论文
锅炉的能量平衡分析
徐国峰$! 庄正宁$! 徐国飞!
西安交通大学" 陕西 西安! 辽宁高等师范专科学校" 辽宁 丹东! ! # $ $ ’ $ " " / & ! $ $ % $ " " 摘 ! 要& 在锅炉能量平衡计算结果的基础上" 定量地分析了锅炉的 % !依据能量平衡模型及能量平衡方程" 提出了提高锅炉能量有效利用的几种方法%分析认为" 提高锅炉热力参数是提高 热效率和火用效率的关系" 锅炉火用效率和热效率的重要途径% 关键词& 火用效率# 热效率# 热力学温度# 能量平衡 % !锅炉#
49 # # 3 3 5 9 54 : : ( %4 -! !) $"
作者简介$ # 男# 辽宁省丹东市人# 西安交通大学热能工程系硕士研究生 # 研究方向为强化传热与清洁燃烧% $ & ’ . " !徐国峰!
万方数据
热力发电! " # ! " " # " $
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研究论文
损失之和占燃料火用的% 构成了火用损失的主体# " 6 . & 8# 而在热平衡中没有体现% 从锅炉的热效率与火用效率 的实质及联系分析# 火用效率较之热效率# 更能全面地 反映能量损失与利用程度% 为阐明此问题# 进一步做 如下分析% 由能量平衡模型及能量平衡方程可知+
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! "多级闪蒸 混汽热力系统随着闪蒸级数的增 ! 多# 系统的火用回收率将提高# 各级闪蒸器存在着一个最 佳的工作压力分配# 在此压力分配下系统的火用回收率 达到最大% 需要指出的是# 在废热回收系统设计时# 按照上述 方法所得的计算结果只是一个理论最优值# 在具体工 程实际中# 还必须考虑到钢材耗量等因素# 通过详细的 技术经济性比较# 使系统达到最佳的运行经济效益# 以 期获得理想的投入产出比率%
" ! 4:! # $ ! 5# # 5# / 5# 0" 燃料和工质-的质量% 式中 49# 4:# 4 - 分别表示空气$
! !能量平衡模型及能量平衡方程
为了对锅炉用能情况作出较精细的分析# 文中采 用了白箱分析模型% ! ! !热平衡模型及热平衡方程 热平衡模型如图 $ 所示% 图中 # : 表示单位质量 燃料输入炉内的热能, # 9 表示单位质量空气的物理显 # 热, ." 表示工质-在炉进口处的单位质量 3 -($ ! $! 焓# 3 -在炉出口处的单位质量焓# 3 ! 表示工质 ! %4-! 为锅炉有效热能, 热损失主要有排烟热损失# )3 $" !# 固体不完全燃烧损失 # 化学不完全燃烧热损失 # ## /# 散热损失 # 以上损失均表示燃烧单位质量燃料时的 0 # 损失%由模型可写出热平衡方程+
等-工程热力学( ( ) $ & & 0 $ () -清华大学出版社# !朱明善# ( ) # ( ) # 朱明善 等 能量系统的火用分析 清华大学出版社 !! ( $ & % % ( ) ( ) ’莫兰-有效能分析 有效能利用指南( 美 #! (’ = () -上 海科学技术文献出版社# $ & % / -
9 9 #! !) $ ? ? " $)1 < (! : " ! 7 3 3 ) $ ! ? ?
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当略去工质在炉内锅炉中的流动压力损失时# 由温熵 & ! 其比值具有温度 图定压线可知# ! 3 3 9 9 !@ $" !@ $" ? ? ? ?
由表$ 可见# 锅炉的火用效率远小于其热效率# 这 是因为在火用平衡中# 内部不可逆燃烧火用损失和传热火用 !! 6 0
图$ !火用平衡模型
锅炉热效率+
$ !能量平衡计算要点和计算结果分析
$ 6 ! !计算要点 ! 6 $ 6 $ !绝热燃烧温度计算 已知燃料的低位热值 ! $ 温度 ! 和体积比热 # 1 T" D" 容! # 根据燃料燃烧过程热平衡方程式+ 8 D" ! . 8 1 8 1 (# "" T5 D D )1 "" 9 C )1 ? c! 绝热燃烧温度为+ ! " 0
# % & 态" # L > =
! 6 $ 6 ! !传热火用损失计算 烟气与工质之间进行热交换# 工质温度由 在炉内# 设工质所获得的有效热为 # 排烟温度为 1 $ 升至 1 !# e# 则传热火用损失可以表示为+ 1c ?#
7 # 7 !) $ < ? ? ! ! " $ " ( ’ 7 3 3 ) : $ ! ? ? ! 式中 ## 7 分别为燃料与空气的平均单位质量热值和 火用, 为工质! # ." 在锅炉进出口的平均单位 # # ! " $ ! # 3 $ ! ?
图$ !热平衡模型
! 6 $ !火用平衡模型及火用平衡方程 火用平衡模型如图 ! 所示% 图中7 : 为入炉内的燃 # ." 在 料火用# ! # K$ 7 7 ! 9 为空气的物理火用 # $ 为工质# ." 在炉子出口 炉子进口处的火用# ! # K$ ! 7 !为工质处的火用# 为锅炉有效火用, 外部火用损主要 7 7 %4 -! !@ $" 化学不完全燃烧火用损$ 固体不完全燃烧 有排烟火用损$ 火用损和散热火用损, 内部火用损有燃烧火用损7 " $ 和传热火用 损7 以上损失均表示燃烧单位质量燃料时的损失% " !# 由模型可以写出火用平衡方程+ " ! 4: 7 7 7 7 2 5 %2 S ;5 % P V 7! : 54 9 9 ( %4 -! !) $" 其中!内部火用损+ 2 4:! 7 7 % S ;K " $Y " !" 外部火用损+ 2 4:! 7 7 7 7 % P V 7K !Y #Y /Y 0" " ! # " ! /