熱力學(xué)分析在鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用
能量系統(tǒng)的熱力學(xué)分析是根據(jù)熱力學(xué)原理對(duì)各種能量系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，以明確系統(tǒng)各部位的能量損失狀況，下面是小編搜集整理的一篇探究鍋爐系統(tǒng)中熱力學(xué)分析應(yīng)用的論文范文，歡迎閱讀參考。
摘要：熱力學(xué)分析主要包括以能量平衡為基礎(chǔ)的能分析法和以平衡為基礎(chǔ)的分析法。本文定性分析了兩種方法的區(qū)別，并通過(guò)對(duì)某電廠(chǎng)鍋爐系統(tǒng)的熱力學(xué)分析，定量得出能分析和分析的區(qū)別。文中詳細(xì)論述了進(jìn)行系統(tǒng)熱力學(xué)分析的意義，歸納了熱力學(xué)分析的方法、內(nèi)容及步驟。
關(guān)鍵詞：能分析 分析 能效率 效率 損失
引言
隨著人們節(jié)能意識(shí)的不斷提高，為了獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益，人們將熱力學(xué)原理應(yīng)用于工程實(shí)際各能量系統(tǒng)的分析中。能量系統(tǒng)的熱力學(xué)分析是根據(jù)熱力學(xué)原理對(duì)各種能量系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，以明確系統(tǒng)各部位的能量損失狀況，求取各種性能指標(biāo)，對(duì)所研究的系統(tǒng)進(jìn)行客觀(guān)評(píng)價(jià)。
1 熱力學(xué)分析的方法、內(nèi)容
熱力學(xué)分析的方法主要包括兩種：以能量平衡為基礎(chǔ)的叫做能分析法，它是傳統(tǒng)的分析方法，依據(jù)熱力學(xué)第一定律，建立在能量“量”的守恒上，對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行分析。而以平衡為基礎(chǔ)的叫做分析法，是近些年發(fā)展起來(lái)的一種方法，依據(jù)熱力學(xué)第二定律，是對(duì)能量“質(zhì)”的分析[1][2]。
1.1 能分析法
能分析法是以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)，應(yīng)用熱平衡原理，并以熱效率為基本評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，分析、評(píng)價(jià)系統(tǒng)能量有效利用狀況的方法。它依據(jù)能量系統(tǒng)建立熱力學(xué)模型，進(jìn)行能量平衡計(jì)算，得出系統(tǒng)的熱效率和各項(xiàng)熱損失，得到系統(tǒng)熱損失的分布，從而找出系統(tǒng)中熱損最大的薄弱環(huán)節(jié)和部位，為改進(jìn)設(shè)備和系統(tǒng)的用能狀況提供技術(shù)依據(jù)。
1.2 分析法
分析法是以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)的熱力學(xué)分析法。它是依據(jù)能量中的平衡關(guān)系，列出平衡方程并求解，通過(guò)分析，揭示能量中的轉(zhuǎn)換、傳遞、利用和損失的情況，確定出該系統(tǒng)或裝置的利用效率。
分析法的主要內(nèi)容有[3]：
①進(jìn)行物流、熱量衡算，確定輸入、輸出體系中各種物流量、熱流量、功流量以及各物流的狀態(tài)參數(shù)(如溫度、壓力、組成等)。
�、诹饔�(jì)算。
�、塾善胶夥匠檀_定過(guò)程的損失。
�、艽_定效率。
參與用能系統(tǒng)的流，可以分為三類(lèi)，即輸入流、輸出流和系統(tǒng)內(nèi)流。
�、佥斎肓黝�(lèi)：是指由外界的源，物流穿過(guò)系統(tǒng)邊界而進(jìn)系統(tǒng)的。
�、谳敵隽黝�(lèi)：是指由系統(tǒng)通過(guò)邊界向外輸出的。
③系統(tǒng)內(nèi)部類(lèi)：是指系統(tǒng)的輸入于輸出之差的部分。
1.3 兩種熱力學(xué)分析法的比較
兩種熱力學(xué)分析方法都是通過(guò)輸入輸出，有效利用能和損失的平衡，求解系統(tǒng)的總損失，進(jìn)而確定損失的分布。并通過(guò)計(jì)算出的效率有效利用率來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的完善程度。但能分析法只是從不同質(zhì)的能量在數(shù)量上的守恒來(lái)計(jì)算損失，因而只計(jì)算外部損失而忽視了內(nèi)部損失，其評(píng)價(jià)指標(biāo)也只是計(jì)算了被利用部分能的數(shù)量和輸入能的數(shù)量而忽略了其質(zhì)量的變化，即忽略了過(guò)程的不可逆性所帶來(lái)的損失。而且能效率的分子分母常常是不同質(zhì)的對(duì)比，不能準(zhǔn)確地表征能量的利用程度，而效率和分析法正好能解決上述缺陷，所以分析法要比能分析法更科學(xué)、更深入也更全面，它能準(zhǔn)確地揭示損失的原因、部位以及指出改進(jìn)方向等。分析方法既可以進(jìn)行系統(tǒng)分析，又可以進(jìn)行優(yōu)化綜合，它可以很便捷地進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，與經(jīng)濟(jì)因素結(jié)合后還可作設(shè)備全壽期成本統(tǒng)計(jì)等[4]。
隨著節(jié)能工作的一步步深入，分析方法在能源管理、熱能動(dòng)力、制冷技術(shù)、石油化工和冶金等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前，有些國(guó)家已經(jīng)將方法用于熱力系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)分析當(dāng)中，而我國(guó)火電機(jī)組熱力系統(tǒng)的分析方法實(shí)際上都是基于熱力學(xué)第一定律的分析方法，其存在的缺點(diǎn)是不能揭示內(nèi)部不可逆性大小，不能反映能質(zhì)的蛻變情況，不能體現(xiàn)不可逆性對(duì)經(jīng)濟(jì)性造成的影響。因此對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，根據(jù)分析結(jié)果所提出的問(wèn)題采取相應(yīng)的措施提高熱力系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[5][6]。
2 鍋爐系統(tǒng)的熱力學(xué)分析
2.1 原始數(shù)據(jù)
某電廠(chǎng)鍋爐，其出口蒸汽壓力為p=13.72MPa，溫度為330℃，給水溫度tw=215℃，尾部排煙溫度為135℃，過(guò)熱蒸汽量為410t/h，空氣預(yù)熱器出口空氣溫度為226℃，爐膛過(guò)剩空氣系數(shù)為1.1。理論空氣量為4.907m3/kg，每小時(shí)燃煤量為58298kg，其燃煤的低位發(fā)熱量QL=18636
kJ/kg，全水分ω=4.9%。環(huán)境溫度為19℃，依據(jù)上述數(shù)據(jù)分別對(duì)此鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行能分析和分析。
2.2 分析計(jì)算
設(shè)圖中mf、ma、ms、mg和mw分別為燃料、空氣、蒸汽、煙氣和給水的質(zhì)量流量;而ha、hs、hg分別表示相應(yīng)物質(zhì)的焓，QL為燃煤的低位發(fā)熱量，QB是損失的熱量;ef、ea、es、eg和ew表示相應(yīng)各物質(zhì)流的比，IQ為向環(huán)境散失熱量而引起的損失。由題設(shè)得：mf=58298kg，ma=4.907×1.293×1.1×58298=406875kg，ms=410000kg，不考慮鍋爐排污損失mw=ms=410000kg，由已知溫度查表得：
ha=509.4kJ/kg sa=7.2245kJ/(kg・k) hs=3469.8kJ/kg，ss=3.5449kJ/(kg・k)，hw=598.4kJ/kg，sw=2.4747kJ/(kg・k)，ha=292.25kJ/kg，so=6.6732kJ/(kg・k)
圖1 鍋爐的能量平衡
圖2 鍋爐的平衡
按照?qǐng)D1所示的鍋爐能量平衡關(guān)系，得出能量平衡方程：
mfQL+maha+mwhw=mshs+mghg+QB (1)
其中QB、mghg為損失的能量，而mshs-mwhw=ms(hs-hw)為有效利用的能量，則該鍋爐的能效率為：
η=
=
=1.91(2)
按照?qǐng)D2所示的'鍋爐平衡關(guān)系，可以寫(xiě)出下面的平衡方程： mfef+maea+mwew=mses+mgeg+IQ+IB(3)
式中IB表示整個(gè)鍋爐內(nèi)部過(guò)程總的損失�？紤]到mw=ms，則鍋爐內(nèi)部過(guò)程總損失為：
IB=mfef+maea-ms(es-ew)-mgeg-IQ(4)
該鍋爐的目的效率η應(yīng)為：
η= (5)
由于es=(hs-h0)-T0(Ss-S0)，ew=(hw-h0)-T0(Sw-S0)兩式相減得：
es-ew=(hs-hw)-T0(Ss-Sw) (6)
用(5)對(duì)應(yīng)除以(2)可得：
η=η (7)
將(6)式代入上式，則有：
η=η(1-T0) (8)
代入數(shù)據(jù)得：
ea=(ha-h0)-T0(sa-so)
=(509.4kj/kg-292.25kj/kg)-292.3(7.2245-6.6732)
=56.01
η=η(1-T0)
=0.91(1-)
=0.69
3 結(jié)論
從以上的計(jì)算結(jié)果可以看出，雖然是對(duì)同一臺(tái)鍋爐進(jìn)行效率計(jì)算，但能效率和效率相差很大，能效率為91%而效率僅為69%，能效率的計(jì)算主要取決與鍋爐排煙向外界散熱的多少，主要考慮的是能量“數(shù)”的變化。但效率則不同，它不僅考慮了鍋爐燃燒過(guò)程中的外部損失，而且考慮了燃燒、傳熱等鍋爐內(nèi)部各個(gè)過(guò)程所造成的不可逆損失。實(shí)際上，蒸汽鍋爐的損失中最大的一項(xiàng)就是燃料燃燒和傳熱造成的損失，所以雖然從能效率即能量的數(shù)量上來(lái)看鍋爐損失的不多，但這部分能量都是高品位的能量，價(jià)值都很高[7][8]。
由此可見(jiàn)，效率比能效率更能完善地反映鍋爐的熱經(jīng)濟(jì)性。所以，通過(guò)系統(tǒng)分析計(jì)算，找出損高的部位，采取相應(yīng)措施進(jìn)行改善。對(duì)目前我國(guó)火電機(jī)組熱力系統(tǒng)分析具有十分重要的意義。
參考文獻(xiàn)：
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