鍋爐熱平衡

鍋爐總有效利用熱占送入鍋爐總熱量的百分比，以ηt(%) 表征。確定鍋爐熱效率需對鍋爐進行熱平衡計算。設(shè)計鍋爐時，通過熱平衡計算確定鍋爐的傳熱面積、熱效率和燃料消耗量；考核鍋爐運行情況時，通過測定鍋爐運行中的各項參數(shù)及各種物料的質(zhì)與量，再經(jīng)熱平衡計算得出鍋爐運行熱效率。并據(jù)此分析造成熱損失的原因，檢查鍋爐設(shè)計、制造質(zhì)量和運行水平，作為進步改進和提高的依據(jù)。鍋爐熱效率計算方法有正平衡法和反平衡法兩種。

鍋爐熱效率的測定和計算具有較強的規(guī)范性，有關(guān)測定項目及方法可參閱《工業(yè)鍋爐熱工試驗標準》JB2892、《熱設(shè)備能量平衡通則》GB2587和 《設(shè)備熱效率計算通則》GB2588。

鍋爐的熱損失主要有以下幾項。

(一)排煙熱損失Q₂(q₂)

工業(yè)鍋爐一般排煙溫度較高，在200～300℃，這么高的排煙溫度，就意味著燃料中較多的一部分熱量被煙氣帶走散失在大氣中，造成鍋爐的排煙熱損失Q₂。排煙溫度愈高，排煙熱損失就愈大。一般排煙溫度每降低15～20℃，則排煙熱損失q₂可減少1% 左右。為了降低排煙熱損失，常常采用增加尾部受熱面的辦法，如增加省煤器和空氣預熱器等，但不能過多地降低排煙溫度，否則會引起鍋爐金屬耗量增加較多和尾部受熱面發(fā)生低溫腐蝕的可能性增大。另外，在鍋爐運行時，可以通過經(jīng)常清灰，控制過?？諝庀禂?shù)(α)以及減少煙道各處漏風等來降低排煙熱損失。

(二)氣體不完全燃燒熱損失Q₃(q₃)

在煙氣中含有一部分可燃氣體沒有在爐內(nèi)達到完全燃燒而隨煙氣排放出去，這部分熱損失稱為氣體不完全燃燒熱損失Q₃。Q₃ 與過剩空氣系數(shù)(α)關(guān)系甚大。α過小，易生成CO等可燃氣體；α 過大，爐膛溫度降低，若低于800℃ ，則CO不易著火燃燒。另外， 爐膛尺寸過小、高度不夠等均將使可燃氣體來不及燃燒就進入低溫煙道而造成氣體不完全燃燒熱損失。

在鍋爐上加二次風可以加強空氣與可燃氣體的混合，促進完全燃燒。

工業(yè)鍋爐的q₃，對層燃爐來說，q₃=0.5%～2%；對燃油爐說，q₃=0.1%～0.2%。

(三) 固體不完全燃燒熱損失Q₄(q₄)

在固體燃料的燃燒過程中，常有一部分燃料沒有燃燒而隨著灰渣或飛灰離開鍋爐，這部分熱損失，就稱為固體不完全燃燒熱損失Q₄。對固體燃料的鍋爐來說，Q₄和Q₂是總熱損失中主要的熱損失?；曳钟?，夾在灰渣中的可燃物也愈多，q₄也就愈大。對煤粉爐來說，q₄為1%～5%；對層燃爐來說，q₄為8%～15%；對燃油及燃氣鍋爐來說，因灰分較少，q₄可視為零。

(四)散熱損失Q₅(q₅)

鍋爐運行中，爐墻與鍋爐本體的外壁溫度總是高于周圍空氣的溫度，會造成熱量散失而形成散熱損失Q₅。散熱損失與鍋爐外表面積、絕熱程度、外界空氣溫度及空氣流動速度的大小有關(guān)。一 般要求爐墻表面的溫度不應超過50℃。 2100433B

鍋爐熱平衡一般都取1kg應用基燃料的低位發(fā)熱量Q_DW作為計算基準，并以Q₁ 表示鍋爐所有效利用的熱量、Q₂表 示排煙熱損失、Q₃表示化學不完全燃燒熱損失、Q₄表示機械不完全燃 燒熱損失(包括灰渣熱損失Q₄、漏 煤熱損失Q₄和飛灰熱損失Q₄)、 Q₅表示鍋爐本體的散熱損失、Q₆表 示灰渣所帶走的物理熱損失。根據(jù) 能量守恒原理，可列出以下熱平衡 方程式：

Q_DW=Q₁ Q₂ Q₃ Q₄ Q₅ Q₆ (kJ/kg)。

如用輸入熱量的百分比表示，則為： q₁ q₂ q₃ q₄ q₅ q₆=100%。 式中，q₁為鍋爐效率，q₂、q₃、q₄、 q₅、q₆分別為排煙、化學燃燒不完全、機械燃燒不完全、散熱、灰渣物理熱等各項熱損失的百分比。各項q值的確定，有賴于鍋爐的反平衡法熱平衡試驗。

Q放=Q吸。

先找出系統(tǒng)吸收熱量有哪些途徑，再定量分析；然后找出系統(tǒng)放出熱量有哪些途徑，定量分析；最后利用系統(tǒng)熱平衡Q放=Q吸的公式求解系統(tǒng)通過某一途徑吸收或放出的熱量。

熱平衡計算通常在傳熱傳質(zhì)、制冷供暖、鍋爐計算等需要熱工分析的領(lǐng)域都有廣泛使用。

如果兩個熱力學系統(tǒng)中的每一個都與第三個熱力學系統(tǒng)處于熱平衡(溫度相同)，則它們彼此也必定處于熱平衡。

熱平衡定律是熱力學中的一個基本實驗定律，其重要意義在于它是科學定義溫度概念的基礎(chǔ)，是用溫度計測量溫度的依據(jù)。在熱力學中，溫度、內(nèi)能、熵是三個基本的狀態(tài)函數(shù)，內(nèi)能是由熱力學第一定律確定的；熵是由熱力學第二定律確定的；而溫度是由熱平衡定律確定的。所以熱平衡定律如第一、第二定律一樣也是熱力學中的基本實驗定律，其重要性不亞于熱力學第一、第二定律，但由于人們是在充分認識了熱力學第一、第二定律之后才看出此定律的重要性，故英國著名物理學家R.H.否勒稱它為熱力學第零定律。

熱平衡狀態(tài)是一個理想化的概念，是在一定條件下對實際情況的抽象和近似。對熱平衡狀態(tài)的研究具有重要的理論和實踐意義，已經(jīng)成為熱力學的基本內(nèi)容。

兩物體熱平衡，或兩個熱力學系統(tǒng)熱平衡，簡單來說意義為：

1、熱平衡 ≡ 溫度相等。

2、熱平衡只是宏觀的平衡概念，△Q = 0；但是，微觀上仍然有熱交流。

3、熱平衡是狀態(tài)量，不涉及過程的建立，也不排除微觀過程的正在進行。2100433B