能量平衡关系及其应用场景

对一个燃烧设备而言，能量平衡在设计、运行过程中都十分重要。图3-1所示为焚烧炉的能量平衡关系。图3-1（a）表示没有余热锅炉的焚烧炉或者是燃烧室没有布置受热面，余热锅炉单独设置时的焚烧炉部分，进入系统的总能量为

图3-1　焚烧炉能量平衡示意图

（a）无余热锅炉的焚烧炉；（b）有余热锅炉的焚烧炉

QMsw为入炉垃圾能量（包含物理热与化学能）；QAux为辅助燃料的能量（包含物理热与化学能）；Qair则为入炉冷空气的能量（当有空气预热器时，热空气的热量是内循环的），限于篇幅，这里不详细介绍QMsw、QAux、Qair的计算方法。

离开系统的总能量为

Qph为炉渣和飞灰带走的热量（物理热），Qch为炉渣、飞灰和烟气中包含的未燃尽可燃物的能量（化学能），Qgas为烟气带走的热量，Qrad，con为焚烧炉外表面因对流和辐射而散失的热量。

总的能量平衡关系为

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图3-1（b）表示有余热锅炉的焚烧炉，进入系统的总能量除式（3-5）各项外，增加了吸热介质（图中为水）进入系统的能量Qm，in，即

而离开系统的总能量则为

Qm，out是离开系统的介质（热水/蒸汽）带走的热量，热平衡关系仍为式（3-8）。余热锅炉的有效吸热量（忽略汽水系统排污热损失）为

入炉燃料的总化学能Qt为垃圾化学能Q′Msw与辅助燃料化学能Q′Aux之和，即

那么整个系统的热效率（即锅炉效率）为

对垃圾焚烧炉而言，图3-1（a）没有余热锅炉时，因有效吸热量Qm为0，则锅炉效率为0，有余热锅炉的大型生活垃圾焚烧炉，热效率一般在60%～85%的范围。