能量平衡的基本知识

1.能量平衡体系

能量平衡体系即进行能量平衡的设备所要考察的范围。体系应有明确的边界线，体系确定后，要把进入和排出体系的所有能量用箭头标在方框的边界四周，如图2-3所示。

Q_入和Q_出是表示由工质（工艺液体、物料、半成品等）带入或带出体系的能量。

Q_供和Q_排是表示外界供入体系的能量（指燃料或二次能源）和排出体系的能量（如排烟热量、散失热量、凝结水带出热量）。

体系的回收利用能量Q_回，可用圆弧线画出。这种框图亦可称为热平衡模型，使用这种热平衡模型的好处是：便于分析和计算能量的利用。

图2-3 热平衡模型

2.热平衡方程式

热平衡方程式是指体系的总收入热量∑Q_收入应等于体系总支出热量∑Q_支出加上体系储存能量的变化值ΔQ_储。

∑Q_收入=∑Q_支出+ΔQ_储

例如，锅炉的热平衡方程式可写为

Q_燃+Q_给水=Q蒸汽+∑Q损

∑Q_损=Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆

式中 Q₂——排烟损失的热量（kJ/kg）；(www.xing528.com)

Q₃——气体未完全燃料损失的热量（kJ/kg）；

Q₄——固体未完全燃烧损失的热量（kJ/kg）；

Q₅——（炉体）散热损失的热量（kJ/kg）；

Q₆——灰渣热损失的热量（kJ/kg）。

热平衡测试是进行能量平衡的重要环节，应根据划定的体系来确定测试项目，并在测试前选择好测点和安装计量仪表，正常测试必须在工况稳定后进行，测试结束后，要对所得数据进行整理和计算。计算中要选定计算基准，基准温度应采用环境温度，燃料发热量取低位发热量，通常采用的热量单位为焦耳等。

能量平衡的计算结果应逐项填入设备能量平衡表，见表2-17。

表2-17 设备能量平衡表

根据热平衡表计算各项技术指标，并通过对热平衡各项损失的分析，找出设备用能中存在的问题。为了形象地表示出能量的来龙去脉及其利用、损失等有关情况，可把各项热量的百分数，按比例绘成一张热量流向平衡图，叫做热流图。图2-4是某厂一台锅炉热平衡测定后，绘制的一张热流图。

应当说明的是，当前开展的主要是热能设备的能量平衡，也就是说，重点研究能源的热利用问题，随着能量利用技术的发展，将逐步向着全部能量平衡过渡，还将从单纯的数量平衡逐步过渡到数量与质量的能量平衡。

图2-4 锅炉热流图

一般来说，体系消耗的总能量：一部分是已经被利用的叫有效热；一部分是没有被利用的叫损失热。由于技术上的困难、经济上不合理，在损失热量中，并不是全部都可以回收利用的，总有一部分不能够或不值得回收利用，这就是理论上必须有的损失，而热回收部分才是真正的余热。