供热基础知识介绍.ppt
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1、供热基础知识,July. 2008,1、热量, 什么是热? 能量的一种表现形式 什么是热量? 在温差作用下系统与外界传递的能量称为热量 有几种常用的热量单位. 焦耳 (J): 1牛顿的力作用1米所作的功为1焦耳 1GJ=1000MJ,1MJ=1000KJ, 1KJ=1000J 卡路里 (Cal): 大卡(KCal)=1000Cal 千瓦时 (KWh):也叫度 国际单位: 焦耳,1、热量-几种热量单位间的转化:,KWh,J,J,Cal,KWhx3.6x10+6,例如: 将 20 KCal转化为:,- 千瓦*时,Cal,KWh,Cal x 4.2,KWhx860x103,J / 4.2,J/(3.
2、6 x 106) KJ / (3.6 x 103 ),Cal/(0.86x106 ) KCal/(0.86x103 ),- 焦耳,答案,表格的详细介绍,例如: 将20 Kcal 转化为:,焦耳,答案,84x103J,20 000 Cal x 4.2,1、热量-几种热量单位间的转化:,KWh,J,J,Cal,KWhx3.6x10+6,Cal,KWh,Cal x 4.2,KWhx860x103,J / 4.2,J/(3.6 x 106) KJ / (3.6 x 103 ),Cal/(0.86x106 ) KCal/(0.86x103 ),例如: 将 20 Kcal转化为:,- 千瓦*时,答案,23
3、.25x10-3 KWh,20000cal/860x10-3,1、热量-几种热量单位间的转化:,KWh,J,J,Cal,KWhx3.6x10+6,Cal,KWh,Cal x 4.2,KWhx860x103,J / 4,2,J/(3.6 x 106) KJ / (3.6 x 103 ),Cal/(0.86x106 ) KCal/(0.86x103 ),1度= J = cal,例如: 计算3L的水温度从 18升高到 60所需的热量:,- 焦耳,答案,1、热量-计算物体的得热量(失热量):,其中, Q: 得热量,单位为焦耳(J); c: 物体的比热,水的比热c=4200J/(Kg*K) m: 物体的
4、质量,单位为Kg; t:物体的温升,单位为K或者。,1 L= 1 kg Q = 3x4200 x (60-18)* = 529200 J 即 529.2 KJ, 说明: 1kg物质每升高(降低)1度所需要(失去)的热量称为物质的比热。 水的参数: 比热: 4200 J/Kg/度(K),例如: 在浴缸里将80L的60 热水与55L的 20 的热水混合,浴缸里水最后的温度是多少?,计算混合物质的温度 : 如果将2部分不同温度的水混合,混合后水的温度会是多少?,这里, t=混合后的温度,答案,1、热量-计算混合物质的温度:,43.7 or 316.7K,能量守恒原理,传导: 物体各部分之间不发生相对
5、位移时,依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动,而产生的热量传递,称为导热或热传导。是固体中热传递的主要方式,在不流动的液体或气体层中层层传递,在流动情况下往往与对流同时发生。 对流: 流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互混掺所引起的热量传递过程。是流体(液体和气体)热传递的主要方式 辐射: 物体由于自身的温度而具有向外发射能量的本领。,1、热量-传递方式,量体温? 吹电风扇? 隔着窗户晒太阳?,各种热传递方式的介质 传导:固体、液体、气体 对流:气体、液体 辐射:不需要介质,三种物质形态的热交换方式: 气体:对流、辐射 液体:对流、辐射 固体:辐射、传导,1、热量-传递方式,地暖以辐
6、射传热为主,散热器以对流传热为主,2、温度, 说明: 温度的微观概念表示物质内部大量分子热运动的强烈程度。 常用的温度单位: 法定单位: 开尔文度.,- 摄氏度 () - 开尔文度 (K) - 华氏度 (F),温差25K?,5/9(F-32),K,F,F,K,5/9(F-32) +273,+273,(9/5) +32,9/5 (K-273) +32,K - 273,5/9(F-32),F,5/9(F-32) +273,K - 273,5/9(F-32),F,例如: 初始温度为57. 将该值转化为:,- 开尔文度 K,- 华氏度 F,(57+273 = 330K),(9/557) +32 = 1
7、34.6 F, 概念: 功率是指单位时间内吸收或消耗的能量w, J/s 用来表示物体做功快慢的物理量,也就是描述在给定时间内发生能量变化的能力。在生产热水上,通俗讲可从水温变化的速度来判断出功率的大小。 常用的单位有: 瓦特 (W) 和 千瓦 (kW) 1W=1J/s 1Cal/s=4.2W 1KWh=1000WX3600s=3600KJ 国际单位: 瓦特(W),3、功率,应用到热水生产中,一定量的水在一定的时间内吸收了的热量与时间的比,即为所需的加热功率 功率越大,同样的热水升高相同的温度所需要的时间越短,例如: 你希望生产80L的60热水以注满浴缸(当然还需要部分冷水进行混合)。 壁挂炉的
8、功率是24 KW, 你需要多长时间才能得到这么多热水? (冷水温度是20),t = m x C x DQ = 80 x 4,185 x (60-20) = 558 sec.,答案,3、功率,P(功率) W T (时间) s m(质量) Kg t(温差) K,t = m x C x T /P= 80 x 4,200 x (60-20)/(2410 3)= 560 sec.,答案,3、 功率,应用到热水生产中,一定量的水在一定的时间内吸收了的热量与时间的比,即为所需的加热功率 功率越大,同样的热水升高相同的温度所需要的时间越短,例如: 你希望生产80L的60热水以注满浴缸(当然还需要部分冷水进行混
9、合) 。 壁挂炉的功率是24 KW, 你需要多长时间才能得到这么多热水? (冷水温度是20.),P(功率) W T (时间) s m(质量) Kg t(温差) K,24kw,28kw,36kw壁挂炉的热水产率如何计算?l/min,3、 功率,应用到燃料利用中 (例如燃气壁挂炉的功率),表明壁挂炉在单位时间内的生产热量能力的大小。 壁挂炉使用不同的燃气类型(天然气液化气人工煤气),不同类型的燃气具有不同的热值(Hi),壁挂炉功率表示一定体积(质量)的燃气在壁挂炉中燃烧,在一定时间内所能散发出来的热量大小。,P = Hi x V/t,例如: G20: Hi = 34.02 MJ/m3 24kW燃气
10、壁挂炉的额定耗气量是多少?,答案,V: 燃料供应的体积 t: 燃烧时间 V/t: 燃料供应速度 (或 Qv),答案,V/t = P/Hi = 24/34,02103 = 0,705 x 10-3 m3/s or 2,54 m3/h,3、 功率,应用到燃料利用中 (例如燃气壁挂炉的功率),表明壁挂炉在单位时间内的生产热量能力的大小。 壁挂炉使用不同的燃气类型(天然气液化气城市煤气),不同类型的燃气具有不同的热值(Hi),壁挂炉功率表示一定体积(质量)的燃气在壁挂炉中燃烧,在一定时间内所能散发出来的热量大小。,P = Hi x V/t,例如: G20: Hi = 34.02 MJ/m3 24kW燃
11、气壁挂炉的额定耗气量是多少?(忽略效率),V: 燃料供应的体积 t: 燃烧时间 V/t: 燃料供应速度 (或 Qv),4、 壁挂炉效率, 说明: 壁挂炉输出功率与输入功率的比值。 它表明了壁挂炉在不同方式下输出能量的能力高低。 锅炉效率: 锅炉效率 (或热效率). 锅炉输出功率与锅炉输入功率的比值。,Ru = Pu/Pf,例如: 一台壁挂炉的额定功率 = 24 KW, 输入功率 (或提供给壁挂炉的功率) = 26.6 KW. 这台壁挂炉的效率是多少?,答案,4、 壁挂炉效率,答案,热效率 = 24/26,6= 90%, 说明: 壁挂炉输出功率与输入功率的比值。 它表明了壁挂炉在不同方式下输出能
12、量的能力高低。 锅炉效率: 锅炉效率 (或热效率). 锅炉输出功率与锅炉输入功率的比值。,Ru = Pu/Pf,例如: 一台壁挂炉的额定功率 = 24 KW, 输入功率 (或提供给壁挂炉的功率) = 26.6 KW. 这台壁挂炉的效率是多少?,5、压力,概念: 垂直作用在物体表面上的力叫作压力 P = F/f 绝对压力:通常用垂直作用于器壁单位面积上的力来表示压力(压强)的大小,这种压力称为气体的绝对压力,绝对压力值以绝对真空作为起点。 相对压力:用压力表、真空表、U形管等仪器测出来的压力叫相对压力(又叫表压),相对压力以大气压力为起点。 绝对压力和相对压力关系:P绝对 = B + P相对 国
13、际单位: 帕斯卡 (Pa). 常用到的几个压强单位: - 毫米水柱(mmH2O ) - 标准大气压 (atm) - 公斤力 (Kg/cm2) - 巴 (bar),5、压力,Pa,mm CE,bar,atm,mm CE,Kg/cm2,0.987x10-5,0.102,1.02x10-5,105,0.987,10200,1.02,1.013x105,1.013,10330,1.033,9.81,9.81x10-5,9.68x10-5,10-4,98100,0.981,0.968,10000,Kg/cm2,atm,bar,Pa,10-5,常见压力转化,5、压力,Pa,mm CE,bar,atm,mm
14、 CE,Kg/cm2,1x10-5,0.1,1x10-5,105,1,1104,1,1x105,1,1104,1,10,1x10-4,1x10-4,10-4,1,1,Kg/cm2,atm,bar,Pa,10-5,常见压力转化,例如: 天然气管道压力?换算,1x105,1104,6、电路, 欧姆定律 U = R x I U: 电压 (伏特) R: 电阻 (欧姆) I: 电流 (安培) 电功率 P = U x I P: 功率 (瓦特) 从 U = R x I, 可推导出: P = R x I2 能量 W = U x I x t W: 电阻R消耗的能量 t: 时间,测量电压,测量电流,测量电阻,7、
15、管道尺寸,公称通径: 管道、管件和阀门的公称通径用DN表示,单位为mm,应符合GB/T1047-1995 管道元件的公称通径的规定,其数值见下表。,公称通径系列,代号,DN,3,6,8,10,15,20,25,32,40,50,65,80,90,100, 125,150,说明: 1,DN是公称通径,公称通径(或叫公称直径),就是各种管子与管路附件的通用口径。 2,制定公称直径的目的,是使管道安装连接时,接口保持一致,具有通用性和互换性。 3,它不是实际意义上的管道外径或内径,虽然其数值跟管道内径较为接近或相等。 4,公称通径相同的管子外径相同,但因工作压力不同而选用不同的壁厚,所以其内径可能不
16、同。 5,业内说的“分”,是中国人叫法,把一英寸分成8份,如6分就是3/4”即DN20,4分就是1/2“ 也即DN15,一英寸 DN 32等等。,7、管道尺寸,由常用流速计算管径: 对于长度较短,管径较小的管道,一般可由常用流速计算其管径,再按工程设计规定的管子公称通径系列调整为实际内径。 计算公式: 其中, d管径(m); w体积流量(m3/s); v常用流速(m/s),可以查阅相关手册获得。 W如何计算?,燃烧知识,燃烧知识,- 燃气热值,- 气质特点,- 燃烧方程式,- 不完全燃烧,- 不正常火焰,- 燃气种类,2,3,4,5,6,1,1.燃气种类, 说明:燃气可分为三类 类1: 人工煤
17、气 (焦炉气,水煤气等) 类2: H 型天然气 (G20 甲烷) 12T L 型天然气 (G25) 10T 类3: 液化石油气 (LPG 丙烷、丁烷) G30 20Y 各类型的燃气都有其相应标准的输送压力,并且有一定的压力波动范围。 燃气设备通常设计可适用一种或几种具有类似燃气性质的气体。 当燃气设备需要变换使用气质时,需要进行燃气置换工作(如更换喷嘴等)。 燃气设备上的气质代码可表明设备适用气质的情况,2.燃气热值, 一些常见燃气的技术参数,燃气的高热值和低热值(标准工况下): 高热值 Hs : -1Nm3 (kg) 燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度,而其中的水蒸气以冷凝水状态排出时所放
18、出的热量。 低热值 Hi : 1Nm3(kg)燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度,而其中的水蒸气以气体状态排出时所放出的热量。,3.气质特点,人工煤气:热值较低,杂质较多。运行价格比较便宜。 天然气:热值较高,杂质较少,开采、运输、使用比较方便,是理想的城市燃气气源。 液化石油气:热值高,运输方便。运行价格较贵。,4.燃烧方程式, 定义: 一种放出热量的化学反应,燃气 + 空气, 甲烷完全反应化学方程式:,燃烧,燃烧产物 + 热量,CH4 + 202 +8 N2,CO2 + 2H2O +8 N2 + 热量,氧气 氮气,空气,二氧化碳,水蒸汽,氮气,理想状态下完全燃烧时空气量等于化学计算值,但
19、实际过程中很难实现。 注:天然气的主要成分是甲烷,氮气 8 m3,CO2 1 m3,水蒸汽 2 m3,热量,空气 10 m3,燃气 1 m3,5.不完全燃烧-1,最普通的燃烧现象:空气的供应量大于理论计算值,所以在燃烧产物中会含有部分未参与燃烧的空气, 当参与燃烧的空气量不足时,会发生不完全燃烧 因空气量不足导致燃料不能完全充分燃烧。未完全燃烧的部分燃料会和空气中的氧气结合生成具有污染性的,甚至是有毒性的气体,其中主要是CO 和Nox 。 1 CO: 一氧化碳: 当空气中的一氧化碳浓度超过100 ppm时,人就会感到头痛,当浓度更高时,甚至可致命。,CO产生的原因 : 燃烧器或主换热器脏,通风
20、管道堵塞或通风量太小,烟囱太细或不够足够高,错误的燃气喷嘴型号都可导致燃烧产物中含有过量CO 。,2 Nox: 氮氧化物. 包括: NO, NO2, 等等 影响Nox产生的主要三个因素有:燃烧温度、空气量、燃烧时间。 若减少空气量,可以减少Nox,但是在此同时不增加CO的含量,5.不完全燃烧-2,燃烧时间短:低氮氧化物壁挂炉采用一种全预混燃烧器(没有二次空气),同时配备变频风机,它在工作时,形成地毯式的短型火焰。所以在燃烧时,燃料分子可以迅速通过火焰而没有足够的时间形成Nox 。 因为这种燃烧器的火焰更接近于燃烧器(相比较于传统燃烧器),为了避免火焰在高强度的散热过程中毁坏燃烧器,故需要对燃烧
21、器进行冷却。,6.不正常燃烧时火焰情况,回火:如果进入燃烧器的燃气流量不断减少,即气流速度不断减少,最后由于气流 速度小于火焰传播速度,火焰将缩进燃烧器,称为回火。 脱火:若气流速度不断增大,达到一定程度后,火焰将被吹熄,称为脱火。 黄焰:正常的燃烧火焰颜色应为蓝色,若发生不正常燃烧,颜色将变成黄色。俗称黄焰。,供暖系统的构成,供暖介绍,供暖系统都由三个主要部分组成: A:热媒制备(热源) (集中:区域锅炉房和热电厂;分户:壁挂炉) B:热媒输送(循环热网) C:热媒利用(散热设备、热水供应的热量利用),供暖系统分类,市场常见供暖系统可分为: A:集中供暖 热媒和散热设备分别设置,用热媒管道连
22、接,由热源向各个房间或建筑供给热量的供暖系统。 B:分户供暖 热媒制备、热媒输送和热媒利用都在一起的供暖系统。,供暖 系统,集中供暖,分户供暖,传统垂直系统,新型分户系统,燃气壁挂炉,户式中央空调,电热膜/电缆加热,集中采暖示意图,水泵,膨胀水箱,锅炉,散热器,热水管道,热源制备,热媒利用,热媒输送,集中供暖系统,热电站热源 远程或区域供暖,优势: 一个集中的供热中心; 烟气排放可以做到与生活区域分开; 供暖设备的维护只在一个地方进行,无需进入用户家中; 燃料接口和能源计量只在一个地方进行,无需进入用户家中。,现存集中供暖存在的问题,一次能源利用率低 现存主要供热热源为燃煤大型落地锅炉; 一次
23、能源的利用效率多集中在30% 到 50%; 同时造成对环境较大的排放污染。 大系统存在的计量收费的难题 由于传统的垂直单管或双管系统的先天不足, 很难实现对用户的用热情况进行计量并收费。 现推广的分户系统也需要增加很多投资。 因此造成的直接后果就是用户对能源消耗情 况漠不关心,供热企业负担沉重。 能源的大量消耗带来直接的环境问题 采暖时间和室内温度的调节不能根据用户的意愿进行相应的调节。,燃气壁挂炉分户采暖,热源,采暖管路,热水管路,散热设备,热水用水点,1. 解决采暖收费难的问题 2. 运行维护可以高枕无忧 3. 没有室外管网的困扰 4. 同时解决生活热水供应 5. 运行经济,卫生环保 6.
24、 真正体会节能带来的实惠,对地产开发公司,分户独立采暖系统优点(一),能够充分利用现存的燃气输配管线 为满足用户日常生活使用燃气的需要,必须建设燃气输配管线、燃气调压站和燃气计量表。 使用燃气分户独立热源,仅需要适当加大燃气供应管道的输送能力并选择流量大的燃气表。 增加了天然气在一次能源中的市场份额,有利于燃气公司尽快收回投资。 使用燃气独立分户供热系统,除了满足冬季舒适采暖需求之外,同时全年供应家庭生活热水。 比如,对一个普通的终端用户(以100平米的住宅/三口之家为例),预计的全年燃气消耗量约为1600-2000m3 (其中大约1300m3 用于采暖目的,其余300-600m3 用于家庭洗
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