供热锅炉系统热力学分析

第 32 卷第 2 期 Vol.32,No.2 2019 年 3 月Development & Innovation of Machinery & Electrical Products M$%.，2019

文章编号：1002-6673 (2019) 02-039-03

供热锅炉系统热力学分析

陈#，林婵，陈蒙，李康，相虎昌，张庆伟

(中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津300074)

摘要：随着国家对大气环境认识越来越深刻，对供热锅炉排放要求也就越来越严格。在这样的时代背景下，论文研究对象为燃煤及燃气供热锅炉，主要基于热力学第一、第二定律的烟分析，从有用能损失或对环境而言可利用能量的传递等角度，分析供热锅炉的特性，并得出一系列结论。对不同类型锅炉，包含燃煤热水、燃煤 蒸汽、燃气热水及燃气蒸汽锅炉，对锅炉系统进行整体黑箱式建模，利用外部数据进行m用平衡计算，得出过程 的率，并对比分析得出结论。

关键词：燃煤锅炉；燃气锅炉；mn; m n效率；烟流图

中图分类号：

TK123 文献标识码：A d〇i:10.3969/j.issn.1002-6673.2019.02.014

Thermodynamic Analysis of Heating Boiler System

CHEN Chong，LIN Chan，CHENMeng，LI Kang，XIANG Hu-Chang，ZHANG Qing-Wei

(N orth China Municipal Engineering Design & Research Institute C o.，L td.，Tianjin 300074，China)

A b stra ct ：W ith the more and more profound understanding of the atmospheric environm ent，the emission requirements of heating boilers become more and more stringent. In this context，the main research object of this paper is coal-fired and gas-fired heating boilers. Based on the analysis of the second law，the characteristics of heating boilers are analyzed from the angle of loss of useful energy or transfer of available energy to the environm ent，and a series of conclusions are drawn.For various types of boilers，including coal-fired hot w ater，coal-fired steam，gas-fired hot water and gas-fired steam boilers，the overall black-box model of the boiler system is built，and the balance calculation is carried out by using external data，the efficiency of the process is obtained，and the conclusion is drawn through comparative analysis.

Key w ords ：coal-fired boiler %gas-fired boiler %rake %rake efficiency %rake flow chart

0引言

随着国家对大气环境认识越来越深刻，对供热锅炉 排放要求也就越来越严格，提高锅炉的热效率，对节能减 排，提高能源利用率有着非常大的意义。本文针对不同类 型锅炉，包含燃煤热水、燃煤蒸汽、燃气热水及燃气蒸汽 锅炉，进行热力学分析及比较，进而得出普遍情况下不同 类型(燃料、介 ）供热锅炉的热效率 ，以对供

热 的设 型、热效率的提高有 。

1热力学原理[1]

1.1姻的概念

姻述为:在除环境外无其它热源的条件下，当

系统由任意状态可逆地变化到与给定的环境相平衡的状 修稿日期：2019-03-01

作者简介：陈"（1984-)，男，浙江宁波人，工程师。从事集中供 热、楼宇暖通工程设计。态时，能够最大限度转换为有用功的那部分能量称之为 用。环境 环境 热 、学 ，环境的 、力而 环境的 成分相同的 。通常取大气、水条件作为环境。

种能量，具有能的量纲和属性，与姻相反，凡一 切不能 为姻的能 为火无。能量看作是由姻与火无所组成，BP:

能=姻+无

1.2姻效率

1.2.1姻效率的概念

在 设进行过程中，被利用或收益的姻E^与支出或耗费的姻E…的比 义为该系统火设备的姻效率，用！e表本：

热力学 ，不 程 要 用

39

•产品与市场•

的姻效率：

! _ P (ea5~eg>) mC T ew +E!

+ Ber+ma ea Ber+ma ea

(B )

上式中，若选取空气进人锅炉时的温度为环境温度，

则上式变为：

_ D(eg ?-e Be<_i mm em +E!_ Be<_… Qre(ee s -eg w ) e _!c er(hg 5-hg w )(9)(l 〇)式中：B —燃料消耗量（kg/s );D —给水及供水流量

(kgs );M a —空气质量流量(kgs );Mw —烟气质量流量(kg/s );

E *燃料的比火用（kj/kghegw +eg ?— 火用、 火用

(kj/kg );ea 、ep y —空气比姻、 火用（kJ/kg $;E 「锅炉火用

损失(kj/kg )。

3燃煤及燃气锅炉实例分析

3.1燃煤及燃气锅炉实例数据

为研究不

不同吨位情况下的热效率及姻

，

耗姻

姻，

实际

的

姻效率[50。

3.2燃煤及燃气锅炉计算分析

利用

《锅炉房实用设计手册》(第二版）的原始数据进行 ，可以出不

的消耗火用、

火用火用效率。以上的计算分析可知，煤热水锅炉整体火用效率

低于蒸汽

，是因为蒸汽

般于热，致不

可逆性降低。40t/h 蒸汽锅炉火用效率急剧增高的原因是 蒸汽参数较，为2.45MPa ，400°C 。并且姻效率随着吨位 增加逐渐升。

热

整体姻效率低于蒸汽锅炉，火用效率随着锅炉吨位增加逐渐升高，需特别指出，火用效率一般与

出参数变化

。

由图2可知，

热水锅炉整体火用效率高于燃煤热

水锅炉，主要原因就是

的热效率于煤

，致在燃烧等热量的

，

生成

物的量大于燃煤

。

图

2燃煤及燃气热水锅炉娜效率对比分析图

Fig.2 Contrastive analysis diagram of raw efficiency of coal-

fired and gas-fired hot water boilers

的损失，但是系统或过程必须遵守姻平衡的原则，所以耗 费姻与收益火用>差即为系统或设备中进行的不可逆过程 所引起的火用损失：

E ；_Ep a y -Eg a i n

由此，姻效率可以写成：

E i =l -i =l _"

p a y Ep

⑵

(3)式中称为姻损失系数。Ep a y

因此，姻效率是利用份额;姻损失系数是损失份额。

1.2.2姻效率的意义[l 0

(1) 根据热力学第二定律，任何系统或过程的火用效

率不可能大于1。对于理想的可逆过程，由于火用损失等于

零，故火用效率等于l ，即！e_l(可逆过程）。对于不可逆过 程！e

的程

大，

火用损失大，过程的不

可逆性越大，所以火用效率的大小指明了改善过程热力学 完善程度的可能性，可以指导人们采用合适的过程或改进 设备等措施以减过程中的姻损失，提火用的用程度。 火用效率反映火用的用程度，

能的或

设备或热力过程的完善程度，所以是

种实际过程热力学完善度的统一标准或统一尺度。这是 应用火用概念所具有的特殊意义。

(2)

稳定流动（开口）系统可用火用效率来表达在热 力系统或热工设中火用的利用程度，或系统中进行热力 过程的热力学完善程度[3]。

2燃煤及燃气锅炉理论分析

2.1姻流图

供水:

e <

空气:

a

锅炉

烟气1

e#y

e -

给水:

2.2热力学第一定

律分析[M

列锅炉质量守恒:

B+ma_mpy+mh9 (4)

能

关系式：

maha +BQ _Dhg S +mp y hpy+Q hz+Q 0 ( 5 )

图

l 锅炉系统能流示意图

Fig.l Schematic diagram of boiler

system energy flow

热水热效率(不考虑余热利用）：

^ _D (hg S -hg w )

!e_ BQre

2.3热力学第二定律(姻分析)[640

图l 为锅炉姻

。 的姻平衡式为：

Deg w +Ber+ma ea _Deg s +mp y ep y +E!

(7)

⑹

4