中外热效率计算方法比较

时间：2022-10-23 百科知识版权反馈

【摘要】：DIN标准对于热损失的分项与ASME标准大致相同，其不同具体体现在计算的原理与方法上。ASME空气量、烟气量的计算式根据化学反应方程式推出，而DIN空气量、烟气量的计算式则为统计经验式。ASME的计算式与我国国家标准对于这两项的计算方法相当相似。就两者的计算过程来看，ASME标准基于分子水平，虽然测量复杂，但计算比较简便；而DIN标准则按照飞灰量与炉渣量的测量进行计算。

4.4.4　中外热效率计算方法比较

不同的锅炉热力计算方法，对热损失的界定是不同的。以上介绍的是前苏联1973年锅炉热力计算标准方法和我国采用的方法。

随着同世界其他国家之间工业与技术交流及合作的发展，掌握锅炉热力计算的我国国家标准同其他国家的标准之间的差别是非常有意义的。这里对ASME PTC4.1标准及德国DIN标准进行简要介绍和比较。

ASME PTC4.1（美国机械工程师学会动力试验规程）是国际上广泛使用的一个重要标准，德国DIN标准因为采用统计方法，并且使用方便而独具特色。

ASME标准在热损失的分项上与我国国家标准稍有不同，主要包括干烟气热损失LG、水分热损失L_m、未完全燃烧热损失及辐射和对流热损失L_R等。其中未完全燃烧热损失包括了未燃碳热损失L_C与未燃气体热损失，未燃气体热损失又包括了L_CO、、等，不过主要的还是L_CO；水分热损失也包括了空气水分、燃料水分、燃料中氢所生成的水分等。

具体分项为：

（1）未完全燃烧热损失　表示燃料中某些可燃物因未完全燃烧而造成的未释放出来的热量。有两种未燃烧物质的来源：一是由部分固体燃料混入灰渣中造成；二是由燃料中碳的不完全燃烧造成，表现为炉膛出口燃烧产物中存在一氧化碳。

（2）辐射和对流热损失　这是通过导热、辐射和对流方式散失到空气中去的各种热量损失。

（3）干燃烧产物热损失　表示干排烟中的含热量与这些烟气在室温下应具有的含热量之间的差值。

（4）由空气中水分引起的热损失　燃烧空气中的水分是按所给定的温度（26.7℃）和相对湿度60%来确定的。这些水分在锅炉内从给定温度加热到排烟温度，带走了热量而造成损失。

（5）由燃料中水分引起的热损失　表示排烟中水分的含热量与室温下水分的含热量之间的差值。水分包括表面水分和吸附的水分。

（6）燃料中氢生成的水分所引起的热损失　包括燃料中氢燃烧时所生成水分比室温或基准空气温度高的显热和汽化潜热两项。

（7）其它热损失　指为达到合同规定的保证效率而要包括在热平衡中的那些不能分类和难以测量的热损失。又分三部分：①一些难于测量或因测量起来费用很大，而不进行测量的项目，这些损失最好只确定一个适当的限值，如灰中显热损失往往取用一个近似的数值；②包括一些因仪表误差所造成的而又不能确定的热损失；③制造厂为达到保证效率而留的裕量。

同我国国家标准相比较，ASME标准虽然分得更细，但是热损失的具体内容还是很一致的，其中L_G＋L_m相当于国家标准中的q₂；L_C相当于q₄；L_CO＋＋相当于q₃，通常不计及后两项；L_R相当于q₅。

不过在计算中，还是存在一些具体的差别。首先，ASME标准以高位发热量为计算基准，而我国国家标准则以低位发热量为计算基准。根据高位发热量与低位发热量之间的关系，我们可以找出分别根据两种基准计算的各项热损失之间的换算关系，并得到反平衡效率之间的转换公式：

式中：η_L和η_H为以低位发热量和以高位发热量为计算基准的热效率；L′_mf和L′_H为燃料中水分蒸发形成的水蒸气和燃料中氢燃烧生成的水蒸气的热损失；L′为总的高位热损失；Q_ph为总的物理输入热；HHV和LHV为燃料的高位和低位发热量；h_RV和h_RW为基准温度下的饱和水蒸气焓和饱和水焓；h₁₅为排烟温度和相应分压力下的水蒸气焓。

从上面热损失的分项计算式中可以看到另一个重要的不同点，即ASME标准在计算干排烟热损失、水分热损失和化学不完全燃烧损失时没有考虑未燃碳的影响，而在我国国家标准中，则以热损失乘以进行修正。显然这将导致ASME标准的效率偏低。

我国国家标准与ASME标准对锅炉进行热力计算及热损失分析的出发点是一致的，即从燃料的元素分析与工业分析结果出发，讨论需要消耗的空气量，将会产生的烟气量，并根据锅炉各种可能的能量利用与热损失途径进行热量平衡。这样的计算方法由于从燃烧的微观水平出发，当然得到的结果是相对精确的。

德国DIN标准与ASME标准具有较好的一致性，且由于采用统计公式，使用起来比较简便。

DIN标准对于热损失的分项与ASME标准大致相同，其不同具体体现在计算的原理与方法上。DIN标准基于宏观水平，大部分公式是统计公式，而ASME标准如上面所说，基于微观水平，大部分公式是依据化学方程式推导得到的。

对于排烟损失L_FG的计算，两者的计算式都可以统一为

式中：θ_py和t_b为排烟温度和计算基准温度，℃；Y_G为1kg燃料生成的烟气量，kg/kg；C_pg为温度θ_py和t_b之间的烟气平均比热容，kJ/（kg·℃）。

但ASME将烟气的热损失L_FG分为干燃烧产物热损失L_G和烟气中水分带走的热损失L_m两部分

式中：Y_go为1kg燃料产生的干烟气量，m³/kg；W_mg为烟气中的水分，kg/kg；h″为烟气中水蒸气的焓，kJ/kg。

ASME标准由于从微观水平出发，将排烟损失分为干烟气热损失和水分热损失当然是合理的；而DIN标准采用统计方法，将这两部分损失作为一体进行计算也有自己的优点。

两者的不同还体现在空气量、烟气量和烟气平均定压比热容的计算上。

ASME空气量、烟气量的计算式根据化学反应方程式推出，而DIN空气量、烟气量的计算式则为统计经验式。ASME的计算式与我国国家标准对于这两项的计算方法相当相似。

对于平均定压比热容的计算，三个标准都有所不同，ASME标准按燃料的C/H比及烟温查线图得到，也可拟合为公式；而DIN标准以烟温、CO₂和H₂O的分压为自变量给出了具体的统计公式，但公式比较复杂，且常数项非常多。

ASME标准与DIN标准对于气体未完全燃烧热损失与未燃碳热损失的主要差别在于计入的成分不同，ASME标准在计算气体不完全燃烧热损失时，比较全面的计及了CO、H₂、C_mH_n等，而DIN标准仅计及了CO，不过在CO的热值方面，DIN与ASME标准较为一致。

对于未燃碳热损失，ASME标准与我国国家标准一样，认为该项损失就是指碳，而不包括除此以外其他的可燃物如硫、氢等，而DIN标准认为未燃碳热损失相当于一部分煤还没有燃烧。当然，从煤粉炉的燃烧过程、挥发分的析出及未燃碳的实质来看，前者是比较合理的，也比较符合目前电站锅炉的实际，不过单独对于DIN标准来说，在该项损失中多记入的部分可以一定程度上补偿在气体未完全燃烧损失中没有计算的那部分。就两者的计算过程来看，ASME标准基于分子水平，虽然测量复杂，但计算比较简便；而DIN标准则按照飞灰量与炉渣量的测量进行计算。

综上所述，尽管我国国家标准、ASME标准与DIN标准各有特色，在测量与计算过程中也都各有不同的侧重，并在一定程度上结合了各个国家的实际情况，尽可能使结果满足安全与经济的要求，但总体来说，其热力计算的方法与过程还是相当一致的，从热平衡的分项即热能的有效利用和散热途径，到各项热损失的具体计算，我国国家标准都与ASME标准相当类似，而DIN标准尽管着眼于宏观水平，采用统计公式进行计算，但计算结果也表明了它与其他标准的一致性，单独采用任何一个标准进行设计与校核计算都可以达到合理的目的要求，而以任何一个标准为基础所进行的研究、开发与生产也都可以满足其它标准的要求。

复习思考题

1.什么是理论空气量，如何计算？

2.什么是实际空气量？什么是过量空气系数？

3.燃料的燃烧产物（烟气）中都有哪些成分？

4.烟气的组成成分是如何表示的？

5.奥氏烟气分析器是根据什么原理分析烟气成分的？

6.什么是燃烧方程式？

7.什么是燃料特性系数？

8.什么是燃料的？