GBT14909-1994 能量利用中的(火用)分析方法技术导则.pdf

'U】〕(:620.93:536F01中华人民共和国国家标准cs/T14909一94能量利用中的佣分析方法技术导则Technicalguidesforexergyanalysis1994一01一05发布1994一10一01实施国家技术监督局发布 中华人民共和国国家标准Gs/T14909一94能量利用中的佣分析方法技术导则Technicalguidesforexergyanalysis，主题内容与适用范围本标准规定了用能系统烟分析的原则。本标准适用于任何涉及能量利用或能量转换的过程、设备、工艺流程或系统。2垂本概念与术语2.1体系system体系是指根据研究目的而确定的具有明确边界的分析对象。根据同一概念，体系内部还可以分割成两个以上的子体系(subsystem).2.1.1闭口体系closedsystem没有物质穿过边界的体系称为闭口体系或闭系。2.1.2开口体系opensystem有物质穿过边界的体系称为开口体系或开系。2.1.3稳定流动体系steady-flowsystem有物质穿过边界上的各点性质不随时间变化的开口体系称为稳定流动体系。2.2环境environment体系边界以外统称为外界，环境是外界的一部分。环境是一个特定的理想外界，由处于完全平衡状态下的大气、地表和海洋中的选定参考物质(又称为基准化合物)所组成。2.3可逆过程与不可逆过程reversibleprocessandirreversibleprocess体系经历变化过程后，体系与外界都能回复到各自的起始状态的过程称为可逆过程;反之，则称为不可逆过程。2.4拥exergy体系与环境作用，从所处的状态达到与环境相平衡的可逆过程中，对外界作出的最大有用功称为该体系在该状态下的佣记作E,2.5拥损失exergyloss由于过程的不可逆性所造成的体系的作功能力的减少称为该体系的佣损失I。可分为内部拥损失Ii,,(internalexergyloss)和外部佣损失1，二(externalexergyloss)两部分，三者之间的关系为I=Imo,+I_”···”···“·”·”·“一(1)2.6拥分析exergyanalysis运用拥和拥损失的概念，对实际过程中拥的转化、传递、使用和报失等情况进行的分析称为佣分析，通过拥分析可以揭示出拥损失的部位、大小和原因，为改善过程的能量利用指出方向和途径。3佣值的计算荃准拥值的计算基准是环境基准态，它是基准物体系在规定的温度、压力下的状态。本标准娜定拥鲍基国家技术监普局1994一01一05批准1994一10一01实施 GB/T14909一94准状态的物理条件是压力为。.1MPa(1bar),温度为Z98.15K(25C)，称为物理基准态;化学条件是首先规定大气物质所含元素的基准物，取大气中的对应成分，其组成如表1所示，即在上述物理条件下的饱和湿空气。表1’环境基准态下的大气组成组分N,O;ArCO,NeHeH,O组成(摩尔分数)0.75570.20340.00910.00031.8X10-55.24X10"60.0316其他元素的基准物，规定取如表2中所列的稳定纯物质。表2元素的基准物元素基准物一元，基准物元索基准物AgAgClH水(液)PtPtAlAI,O,He空气RbRbNOAr空气HfHfO,RhRhA=As,O,HgHgcl,RuRuAuAuHoHoCI,·6H,0SC.SO、一2H20BH,BO,IKIO,SbSb,O,BaB.(NO,),Inln20,ScSc20,Be&0.A1,0,卜Ir..eSeo,BiBiOCI·}KKNO,SiSio,BrPtBrLaL.Cl,·6H,0SmS.CI,.6H,0C空气LiLiNO,SnSno,CaCaco,LuLuCl,·6H,0SrSrCl·6H,0CdCdcl,.5/2H。一MgCaco,·MgCO,TaT.,O,CeCeO,{MoCaMoo,TbTbCI,，6H,0ClNacl}MnMnO,TeTeO,CoCo·Fe,O}，N空气ThThO,CrK,C,,O,一i、。N.NO.丁iTO,CsCsNO,{}NbNb,0TIT120,CuCuCI,·3Cu(OH),NdNdCI,·6H,0TmTm,0,DyDyCl,·6H,0Ne空气UUO,，H,OErE"Cl,，6H,0NiNiCl,·6H,0VV,O,EuE.Cl,·6H,0O空气ZnZn(NO,),PC.,oP;O=F,Oa0.0,WCaWO,FeFe,O,PCe2(PO,)2YY(OH),GaG.,O,PbPbClOHYbYbCl,·6H,0GdGdCI,·6H,0PdPdZrZrsio,GeGeo,PrPr(OH)2 GB/T14909一944佣平衡穿过体系边界的输入拥E-输出拥E..,和内部拥损失I,.以及拥在体系内部的积存量△五。之间存在平衡关系E;.=Eo。十I-+AE.,..............................(2)在体系内部的积存量△五.”是由于体系内部的拥量积累而产生的，在稳定流动的状态下该值为零。此外，根据分析需要可以把体系的烟分为支付拥E，与收益佣E。及相应的拥损失I。对于稳定流动体系(2)式可写成如下形式E,=Ea+I....................................(3)支付拥E。是为实现某种能量利用目标而消耗的拥，收益拥E。则是支付拥中被利用的部分。对其中各个量的确认随各类体系的具体情况和评价的侧重点的不同而有所区别。5拥分析的评价指标5.1佣效率佣效率表示拥的利用率，记作I.。基于(3)式，拥效率可以表示成体系的收益拥E。与体系支付拥凡之比，即.......................................(4)局部佣损失率局部(子体系)的拥损失I与总体(体系)的支付佣E，之比称为局部佣损失率，记作Z,,即.......................................(5)单位产品(或单位原料)的支付拥单位产品(或单位原料)的支付佣为..............................(6)式中:M—总产量(或总原料量)。6拥分析的原则方法及结果表示6.1确定体系事先要明确体系的边界，子体系的分割方式，以及穿过边界的所有物质和能量(例如功或热)。必要时辅以示意图说明。6.2明确环境基准一般应采用本标准的环境基准态。若采用其他基准态应予以说明。6.3说明计算依据说明所使用的热力学基础数据(如物质的热容、烩和嫡等)的来源。列出直接应用本标准的计算公式或由本标准定义外延得到的数学关系式，并说明应用的场合。6.4A平衡的计算建立体系的佣平衡关系，用表和图辅助表示计算结果。基于拥平衡关系，作出支付与收益、损失平衡表或作出输人与输出、损失平衡表。计算出拥效率、局部拥损失率和单位产品(或单位原料)的支付拥等评价指标。6.5评价与分析针对计算结果，分析能量损失与佣损失的原因。探讨体系进一步有效利用能量的措施及可能性。 GB/T14909一94附录A佣的计算方法(补充件)本件是q分析方法中涉及的基本计算问题的说明。文中所使用的物理量及符号如表A1所示。表A1符号表符号意义.单位。活度生成反应中相应元素AB,C-X的“，去，f·。化学计量系数kJ/(kmol·K)或kJ/(kg·K)或kJ/定压比热容(m`·K)拥kJ△五拥在体系内部的积存kJ摩尔拥或比拥kJ/kmol或kJ/kg1拥损失kJ酬标准生成自由焙kJ/kmol1焙kJ"摩尔焙或比焙kJ/kmol或kJ/kg甄高热值(高发热量)kJ/kg防低热值(低发热量)kJ/kg队气化热kJ/kg从相变热kJ/kmol山址.=混合热kJ/kmol产量或原料量kg摩尔数kmol尸压力MPaP分压MPaQ热量kJR通用气体常数为8.3143kJ八kmol·K)S摘kJ/Ks摩尔嫡或比嫡kJ/(kmol·K)或(kJ/kg·K)T温度KU热力学能kJV体积m3补摩尔体积、比体积或比容m"/kmol或m"/kgW功kJ Ga/T14909一9!续表A1，，十，，，一一一一一一一符号意义单位质量分数摩尔分数局部拥损失率拥效率单位产品(或单位原料)的支付拥kJ/kg上标标准态理想气休下标;0环境基准态1,2...某种状态ext外部收益混合物中任意组分输入内部局部体系混合支付热量翰出饱和状态顶标单位时间的物理爱A1概述热力学第二定律阐明了实际过程中热与其他形式的能量之间相互转换的限度。例如:功可以连续、全部地转换为热，它具有完全的转换性;热却不可能连续、全部地转换为功，它只具有部分的转换性。能量形式的转换性的差异，实质上是它们的可利用性的差异。佣的概念就是能量可利用性的衡量尺度。A1.，功和热的拥功、电能和机械能全部是拥，即E二环,....................:...(Al)热是能量的另一种传递方式。规定体系吸热为正.若体系传热起始温度为T=终了温度为T=则传递的热量中所含的拥为 GB/T14909一94:一丁:’(卜T,)dQ:.。.。..⋯⋯。二。。二。...........(A2)式中T。为环境的温度。在恒定温度T时上式可简化为，厂T.1。乙二}1一‘后I碌........................(A3)笼11A1.2稳定流动体系与封闭体系的拥处于一定状态下，焙和嫡分别为H和S的稳定物质流在不计及动能与位能时其拥为E=(H一ToS)一(H。一ToSo)........................(A4)上述式子中的下标“。”表示在环境基准态的体系的性质。稳定流动体系从任意的状态1变化到状态2的过程有拥变化E:一E:二(H:一ToS,)一(H、一ToS,)(A5)相似地，封闭体系的拥为E=(U一ToS十PoV)一(U。一T.So+PoV")(A6)状态之间的过程有佣变化E:一E,=(U，一ToS,+PoV,)一(U，一ToS,+PoV")..................(A7)A1.3拥损失体系的内部拥损失可通过正文中公式(2)的拥平衡关系导出。至于根据能量转换或能量传递过程目的所考察的外部佣损失则是公式(2)中输出加凡:的一部分，可采用相应的公式计算。表A2列出了五种基本过程的佣损失的计算方法，每种过程又举例说明了几种具有不同特征的情况。A2物质的拥A2.1物质的标准拥处于物理基准态下的纯物质的拥称为该物质的标准佣，记作e0。该值通常取摩尔量。 GB/T14909一94表A2几种基本过程的佣损失的计算方法(忽略过程动能、位能变化以及由于保温不良造成的热损失)过程①流动过程特征或目的输出功输入功节流实际过程或设备汽(气)轮机、内燎机压缩机、泵、风机节流阀}w图示H,F,口认H"W能量平衡一H.EH,,=}月J,+WH,E,H,+W=H,H,毕月色佣平衡E,-F,斗W+五。E,+W=E,+I;=,E,=E,+乙.E=F=E==E,+W内部佣损失E_=E:一WE.,=E,I-=F.,一E,一wI=。二E,+W一E,过程②传热过程特征或目的放热吸热实际过程或设备移出热量过程加入热量过程IQ,4图示H,E但一Hz,Erz兹口-+F4-.-Fz"Q.A能量平衡H,=H,+QH,+Q=H,拥平衡E,=E,+风+I;=E,+E,=E,+瓜E;,=E,E‘二E,+风内部拥损失Ea,=E,+E,五创=E,7;==E，一E:一风几，E,+风一E, GB/T14909一94续表Az过程③化学反应过程特征或目的绝热反应放热反应吸热反应电解实际过程或设备绝热反应器需冷却的反应器需加热的反应器电解槽}Q.F,图示百班抵某仁氏夏H,.F.,LJIy}A.E,侧H.E,}Q}Fy1w能量平衡Hl=刀2H，二H,+QH,+Q=H,Hl+W里月艺拥平衡E,=E,+I;,.E,=E,+E,+I;,E+凤=E,+几E,+W=E:十I;,.E;,=E,E;,=E,E,o二E小E,E;.=El十W内部拥损失五俐，二EE-，二E,+E,F_=一二E,Ea,=E,I;,.=E]一E,I=,.=E，一E:一Eq五.=F,_=E;一E,工。，=E,+W一E2过程④混合过程⑤分离过程特征或目的绝热混合放热混合受热分离受功分离实际过程或设备绝热混合器有冷却的混合器蒸馏釜徽分过滤、反渗透拭.瓦图示:}{Dt兰江:Q,F,一一拭,乓从14IAEQj,F,I,Hx.F-a能量平衡H,tH,=H,H,+Hx=H,+QH,+Q=H:十H:H,+W=H,十H3拥平衡E,+Ex=E，十几E,tE,=E,t凡+I;=E,tE,=Ea+E,+几E,+W=E:十E,+I;=E;,=E,十E,Em=E,tE,E;,=E，十凡E,.=E,+W内部佣损失E.=E,EW,=E:十凡Ea,=Ez+E,E同，E:十E:几=E,十E,-E,I;==E,+E,-E，一凡I;==E,+E,一Ea-E,7}=E,+W-Ea-E, GB/T14909一94A2.1.1化学元素的标准佣a.氧，氮，碳和氢的标准拥在本标准所规定的环境基准态(见正文第2章)下，将大气中的各组分视作理想气体.且拥值为零.然后对氧元素有标准拥。_。-,_of1-{_1。二，_(P(()z卜‘_、犷、、少2一犷I一二、，,i——代犷n，nLUi—干........................Ir,乙少乙一1乙、P.式中P(02)为氧气在大气中的分压(见正文表1)。与此相似，可以计算出氮元素的标准拥。对于碳元素，首先算出二氧化碳的标准烟e"(CO)一KTJ.nI"t丝塑,)〕.。二。.................(Ag)Pc}然后根据CO:的生成反应C+0z=C02则有碳元素的标准烟e"(C)=一△G,(C02)一2e"(0)十e"(C02).....................(A10)氢元素的基准化合物是水，且处于饱和湿空气中.e"(H20,25℃饱和蒸汽)=e"(H20.25℃饱和水)=。。考虑水的生成反应H,+1/202=H20,氢的标准炯为e"(H2，一△G;(H,0,A，一告一(O).................一(All)b.其他元素的标准佣对于其他任意元素X需要列出含有该元素的化合物(X.AA...)。规定其中最稳定者为基准化合物.设其标准拥e"(X,A禹^’·)为零，然后由下式求取元素X的标准拥e"(X)一专〔一△G,(X,A.B,---)一(A)一be"(B)一〕...............(A12)式中:e"(A),e"(B)""·为元素A,B"二的已知标准佣。由此可得表A3的元素标准拥数值。需要说明的是，所谓X元素的基准化合物，必须是由已确定标准加的元素和X元素所组成的各种化合物中具有△G;的最大值者。另外，从实用上方便起见，在不引起大的差异的情况下，也可酌情选用工业中常见的物质作基准物。例如，原则上应取A几Siz氏，作为Al元素的基准化合物，实际上却选用了常用的AIzO_.e GB/T14909一94表A3元素的标准佣标准拥元素kO]/VmAol元素kVJ/TR-1o.1HPt117.610价Rb30.125389.57ArHf砒11.6731023.240As垅Ru386.27131.710AuHoS0966.63602.79Blsb610.2825.61409.70BalnSc784.17412.42906.76Belrse594.250167.32BIKSi386.85852.74Br::63:3Lasm962.86CLisn410.53:::.::515.72瓜玩sr712.37917.68771.15Cd吻Ta304.18618.23950.69ceMnTb1020.73461.24947.38ClMoTe23.47714.42266.35coNTh286.400.3351164.87CrNaTi547.43360.79885.59CsNbTl390.91878.10169.70CuNdTrn143.80967.05894.29伪NeU958.2627.071117.88ErNiv960.77286.40704.88Eu0W872.491.966818.22FOsY308.03297.11932.45FePYb368.15865.96935.67GaPbZn496.18337.27337.44PdZrGd958.261058.59PrGe493.13926.17A2.1.2化合物的标准佣化合物的标准佣由一般生成反应aA十bB十cc十二二A,B,C,...生成的化合物(A.B.Q...)的标准佣为e0(AAC...)=AGi(A,B,C,""")十ae0(A)十be0(B)+ce0(C)+·.⋯。二。二。(A13) GB/T14909一94式中:OGi"(A,B,C,""")是该化合物的标准生成自由焙;e。(A),e0(B)和‘0(C)等分别为组成该化合物的各元素的标准佣。由此求出部分化合物的标准拥数值列于表A4和表A5中。表A4部分无机化合物的标准佣数值标准拥化合物聚集态化合物聚集态kfl-FJI/m1Ro1lKI90.17Mg050.79Mgc卜73.39Mgc0222.59Baso,Mg(OH),23.64BaCO,{:.::Mgso58.20Ca0110.33WO,47.24Ca(OH)53.01Mn,O108.37C.Cl,11.25Mn(OH),85.35CaOSiO-21.34N0.67Ca0AI,088.03N.OHCO275.35NaBr::。8:3CO,20.13N.,SO,62.84Cu016.11N.,CO,89.96Cu20143.59N.HCO,44.69Cuso,·H,O73.47NISO,FeAI,O,103.18NH,::63:9F,(OH)30.29NO88.91Fe,SiO,217.90NO,55.61H223522O3。93HBr98.53PbO150.29HCI45.81P60,123.85HF152.:2PbCh70.08HgO75.14PbBr2146.02Hg,Cl99.58Pb(OH),124.14Hg:SO,248.15PbSO,134.72HI145.35PbC03128.2H2O8.58SO,306.52H2PO,113.7250238.32H2S804.46SnO260.79H25()‘155.81ZnO21.09KBr40.75Zn(OH),21.46KCI2.01ZnCl,14.98K2CO3124.52ZnSO77.86KCN686.85注:‘—汽态.1—液态，:—固态. GBiT14909一94表A5部分有机化合物的标准佣数值标准拥标准炯C,Fl4105.38CH,CI723.96CH4763.44CHxI,622.29CH,;4756迄5CHCI526.72C，H‘359.63CCI441C,;H,1999.95CH,Br769CH,=CHC,H.,2654.29CILI804.63C,H;1265.49CF754.17CH,=C白1896.48C,H,F3284.44C,H,}3265.11C6H;Cl3164.02环戊烷C,H:Br3211.60C,H=3901.16CH1324R21环己烷CH,NH,031.19C,H,3293.18CH,CN273.11CH,CH,39282.36COCNH):686.47CH,OH716.72CH,N033201.76盯C,H,0H3苏4C,H,NH,3435.90花C,H,OH2003CH=O}2966卜92C4H,OH2659.10。葡萄糖C;H=OH3304.69C=Hn2O=5968.52C,H,OH3120.43P-乳糖HCOOH284.24C.,H=0,5990.86CH,COOH903.58蔗糖C,H,000H2209.28C,H,N2822.40C=H=COOH10019.89C,H7N4783.15C,H,000H3338.08b.嫩料的标准拥的估算气体、液体和固体燃料分别用下式计算其标准比拥.12 Ga/T14909一94￡。(气体燃料)，0.9507hh(Ai4)e0(液体燃料)、。975,1h畏(Al5)e0(固体燃料)、△川+2438w(AIE)上述三式中:△衅和Ah;分别是燃料的标准高热值和标准低热值，2438是水的汽化潜热，单位均为kJ/kg:w是固体燃料中含水质量百分率;而估算出的燃料的标准佣e0的单位为kJ/kg.A2.2稳定流动体系纯物质的拥稳定流动体系纯物质的佣原则上可利用(A4)式求取。例如，对于在任意温度T和压力P的状态与环境基准态之间存在一相变过程的真实气体，其拥值为e(T,P，一+f7T},}卜令jCrdT+△‘·(卜杂卜!:，}卜今!C,dT+伽卜(卜TO),)fr{刹二rdP(A17)式中Ah。为相变热。通常可忽略压力对液体的影响，故任意温度下的流体佣为__fTIT、_，_一、e(Y,t")=e0十}{1一T!Lr4T..............................(A18)IT、ti而对于理想气体则有___，f,rT.I_一__IP、e"(!.Y)=e"十}!1一TI(_(Il十n，。Lrtj-i7-}.....................(A19)J兀、，1、式。1A2.3稳定流动体系混合物质的拥任意温度为T，压力为P和一定组成的稳定流动体系的混合物质的拥为____、__一_lT.1‘_，L=2n;e;口,r)十KYp2.n;Lna，十{1一示}ahm,.2n;..................(ALU)、LI式中:，，和a，分别为混合物质中i组分的摩尔数和活度;e,(T,P)为体系温度T与压力P下i组分的摩尔拥，可由(A17),(A18)或(A19)式算出;Ahm，为体系的混合热。对于理想溶液(此时，无混合热效应和混合体积效应，各组分的活度与摩尔分数相等)，上式可简化为E=Zn,e;(T,尸)+RT,En,Lnx;(A21)对于理想气体，进一步可有。.。，，。、.n，。二_}P)G=GR;e;!.L"/tRlpLR;LfI}F}二’.......................1-11,、厂.1式中:丸—混合物中的i组分的分压。 GB/T14909一94附录B佣分析方法的计算实例(参考件)本件是拥分析方法的基本计算实例的说明。B1锅炉的N分析B1.1锅,qs概况和原始数据设有燃煤蒸汽锅炉，其蒸发量M为410X10"kg/h;蒸汽参数是:压力P为9.81MPa(100atm),温度T为813.15K(540C);给水温度T，为493.l5.K(2200C);燃煤量M为44.5X10"kg/h;其质量含水分百分率二为5.540o;煤的低热值AM为25523kJ/kg;每kg燃料的排烟量V:为9.975m";排烟温度T，为405.15K(132C);排烟比热容C，为1.3873kJ/(m""K)。此外锅炉的不完全然烧热和散热等的损失率斯折合为燃煤量的2.74;本例所取体系为锅炉炉墙外侧，包括烟风道直至烟囱出口。蒸汽E给水E.排烟E=,燃煤E,空气E=不完全燃烧与散热I:图B1燃煤蒸汽锅炉示意图B1.2环境基准的说明本例未采用本导则的环境基准态温度，而是根据所在地区的情况设环境温度T。为293.15K(20"C)，且进入锅炉的空气温度与环境温度相同。在此情况下，空气的拥值为零。B1.3计算依据的说明本例计算所用物性数据除已知条件中给定者外，蒸气性质选自《水和水蒸汽热力性质图表》(水利电力出版社，1974)所载数据。B1.4锅炉的拥平衡和拥效率B1.4.1各物流拥的计算根据导则的(A16)式，由已知煤的热值数据可估算出其比拥为e;二△h了十2438w=25523十(2438)(0.0554)=25.658X10"(k7/k")则锅炉输入燃料的拥为E，,==e0,·M,=(25.658X10")(44.5X103)=1141.781X10"(ki/h) GB/T14909一94不计排烟与环境的化学成分不平衡，仅考虑其热不平衡且视排烟为纯物质，因为尸二尸。，。“=。所以其佣损失可按式(A19)计算:1。、.=E-一耐M"V"fT:aCpl1一T0)dT=M,VgCp[(T:一T,)一T,Ln(T,/T,)]=(44.5X10")(9.975)(1.3873)[(405.15一293.15)一(293.15)Ln(405.15/293.15门=10.558X10`(kj"/h)由水蒸汽表查取的数据得到给水的焙为H,.=M.(h，一ho)=(410X10")(943.37一83.83)=352.441X100(kJ/h)根据式(A4)给水的拥为E.=M,[(h，一hg)一T,(s，一:。)]=(410X10")[(943.37一83.83)一(293.15)(2.5172一0.2963)]=85.478X10`(kJ/h)仿此有蒸汽从锅炉带出的焙和拥分别为H=M(h一h,)=(410X10")(3476.1一83.83)=1390.831X101(kj/h)E=M仁(h一ha)一T,(s一So)]=(410X10")[(3476.1一83.83)一(293.15)(6.7347一0.2963)]=616.990X101(kj/h)锅炉的不完全燃烧和向环境的散热所造成的佣损失I,，近似折合为相应的燃料损失I,=Q,=M，·AM,·E,，(44.5X10")(25523)(2.74%)=31.120X106(kJ/h)B1.4.2输入与输出的拥平衡按进人拥的总和减去离开拥的总和的方式列出的平衡关系可求出内部拥损失l;=。内部拥损失是无形的，往往不易察觉，而在不少热工设备中，内部拥损失又往往构成拥损失的主体。因此，这种形式的拥平衡式很重要。由以上计算结果可有表B1, GB/T14909一94表BI输人输出的佣平衡表(单位:lo"kJ/h)输入拥E.输出炯E=,内部A损失I;.E,E.EE二hI,1141.78185.478616.99010.55831.120568.591根据式(A1)，总的拥损失I应当是内部拥损失I.}和外部拥损失I,。之和，即I=I_+I_=I.,+(1-n+I,)二(568.591X100)+[(10.558X10`)+(31.120X100)]=610.269X106(kj/h)B1.4.3支付与收益的拥平衡通过支付与收益的烟平衡式可求得拥效率和局部拥损失率。在本例中支付拥为E==E,=1141.781X106(kj/h)收益拥为E,=E-E==(616.990X106)一(85.478X10`)=531.512X100(kj/h)拥损失为I=E‘一(E一Ew)二1141.781X10‘一[(616.990X106)一(85.478X100)]=610.269X10"(k]/h)根据以上计算，可得出锅炉的第一定律效率(简称热效率)I以及第二定律效率"h(即拥效率)如下q=(H一H,)八AH了·M,)=[0390.831X106)一(352.441X106)]/仁(25.523X10")(44.5X10")]=91.428从=E6/E,=(E-E.J/E,=(531.512X106)/(1141.781X106)=46.551%根据式(5)，锅炉中的各个局部拥损失率如下排烟局部佣损失率:F_n=I,/E，二I=h/Ef二(10.558X106)/(1141.781X106)=0.925%不完全燃烧及散热的拥损失率:气=I,/E,=I,/E,=(31.120X106)/(1141.781X106)=2.725Yo燃烧和炉膛传热局部佣损失率:F;};=I;=/E,=I;=/E,二(568.591X106)/(1141.781X106) GB/T14909一94=49.799%锅炉的拥效率和它的局部拥损失率之间的关系为7=1一ss;=1一(0.525+2.725+49.799%)一46.551%B1.5评价与分析通过以上分析可以看出，尽管锅炉的热效率很高，达到91.428%，然而它的拥效率并不高，而且与热效率的数值相差很大，仅为46.551。这后一数据真实地反映了锅炉的能量有效利用率。因为在热效率中没有能反映出巨大的内部损失所造成的影响‘本例中内部佣损失率高达49.799,0o，其他的炯损失，如排烟损失、不完全燃烧及散热等损失，相对来说所占比重并不大。所以，要大幅度地提高锅炉拥效率就必须减少其内部损失B2丙酮/水精馏分离过程的佣分析B2.1对象体系及其流程丙酮与水的液态混合物经图B2所示的精馏分离过程得到提纯。流程中，丙酮与水的液态混合物作为原料由精馏塔中部送入，在精馏塔顶得到几乎纯净的丙酮，除去的水由塔底排出。分离过程精馏过程所需热由塔底的再沸器加入，冷凝热则由塔顶冷凝器排出。可将本例的体系分割成精馏塔、冷凝器和再沸器三个子体系。这是一个稳定流动体系，其中各状态点(物流)的温度与压力以及物料平衡情况如表B2oB2.2环境基准的说明本例采用本导则所规定的环境基准体系。30"C1冷。器②—56.3℃ap=0.991丙翻丙困/水泥合物95IC.二‘=o—③一图B2丙酮/水精馏分离流程示意图 GB/T14909一94表B2丙酮/水精馏分离系统的物料平衡B2.3计算依据的说明本分析所涉及的化合物如表B3所示。除了标准佣以外，表中所列热力学性质均选自《化学工程手册，第1篇:化工基础数据》(化学工业出版社，1980)的数据。气态丙酮的标准拥未能在本标准的表A4中查到，故基于上述手册中的标准生成自由焙数据和本标准中表A2的化学元素的标准拥，由式(A16)算出:表B3丙酮与水的有关热力学性质化合物分子式聚集态热容标准生成自由始标准拥C=kJ/kmolAG,kJ/mole0,kJ/mol丙酮C3H,OH74.9一152.31786.92丙酮C3H,O11251783.85水HBO933.568.58水H,O175.310e0(C,H,O)=AG,(C,H,O)+3Xe0(C)+6Xe0(H)+e0(O)=一152.3+3X410.53+6X117.61十1.966=1786.92(kj/mol)B2.4t91平衡的计算根据本分析的情况，计算中将气体物流(如④、⑦物流等)设作理想气体混合物，液体物流(如①、②和⑤物流等)设作理想溶液，则可应用本导则的相应公式计算出各物流的拥值。例如，对于原料物流①可用公式(A21):Eo=En,e,(T,P)十RT,En;Lnz;式中的下标1分别表示丙酮与水的性质，其中。;(T,P)为体系温度与压力的液态纯物质的拥。忽略压力的影响，根据本例的情况由式(A21)有e,(T)=·，+狡(卜T,0ICpdT一。:+Cp(T-To一ToL.(T-,o)) GB/T14909一94又如，对于再沸气体物流⑦可用公式(A22):E。一二:e(二，二)-}-RTOI.;LnlP而式中的一_、。.I7{_T,1_一.___lpe,ll,r’=ei十J二。(1一了)(.pal十式I.Ln}P0I一。夕+Cp(T一二。一二。Ln(To)+*二。Ln{P一”一{T’一“一1To基于表B3的物性数据，以及表B2的物流信息即可由上述式子求出各物流的拥值。另外，根据关于拥平衡的输人佣E,=,输出拥Eo。和内部拥损失Im的关系凰。二E-.+几可得表B4的拥平衡计算结果，为了便于比较分析，针对本例情况将外部拥损失与内部拥损失并列给出。表B4丙酮/水分离过程的佣平衡(单位:1o0kJ/h)设备输入输出精馏塔原料①198.8263塔顶采出蒸气④2296.219。回流液⑤2092.1220塔底采出液⑧19.5354再沸气体⑦28.9072外部佣损失。内部佣损失3.1109冷凝器’塔顶采出气体④2296.2190回流液⑤2092.1220冷却水⑧。塔顶产物②197.9254冷却水⑨0.598。外部拥损失(⑧)。.598。内部拥损失5.5736内部拥损失1.3500合计1①+⑧+⑩209.7663②+③+⑨+@199.7316外部拥损失(③+⑨+⑧)1.8062内部佣报失10.0347B2.5体系效率与分析从表B4可以看出，体系的内部与外部拥损失之和为 Ga/T14909一94I二入。+人1’=(10.0347+1.8062)X10`=11.8409X101(k3/h)其中，主要消耗于冷凝器的冷凝过程，占52.12。而精馏塔与再沸器几乎两者相当，分别为26.27%和21.60%o。体系的内部佣损失占总的拥损失的84,75%，其中，精馏塔的份额虽然不小，占到31.00%，但仍然低于冷凝器的内部佣损失，占55.54%a表明体系中传热过程的不可逆性远大于分离过程的不可逆性。有可能通过设立多级中间冷凝器和多级中间再沸器以及采用热泵等方式来减少内部拥损失。此外，可以认为再沸器的蒸汽至蒸汽冷凝水的佣差是体系的支付佣，即E,=E。一与=(11.9399+1.0995)X10‘二10.8404Xlos(kj/h)则体系的单位产品的支付拥为10.8404X10"677.56(kj/kg)110.95X58.08+1.0X18.015附加说明:本标准由国家技术监督局标准化司提出。本标准由中国科学院工程热物理研究所、清华大学、华北电力学院、北京化工学院、夭津轻工学院、华东化工学院以及化学工业部科学技术总院等单位负责起草。本标准的主要起草人郑丹星、陈铭净、宋之平、朱明善、张管生、蒋楚生、杨东华等。'