能源平衡

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《工程师手册》第1038页（3114字）

1．设备能量平衡

设备能量平衡的主要对象是热设备。热设备是用于实现能量转换和传递的设备，它包括两类设备，一类是热工设备，如加热炉、工业炉窑等；一类是热力设备，如锅炉、内燃机、蒸汽机等。

设备能量平衡是根据能量守恒原理，利用“黑箱”方法进行的，即通过外部观测、试验，考察进出设备的能量状况，进行能量平衡计算，分析设备能量利用的程度。现以工业炉窑为例，说明设备能量平衡的方法。

(1)第一步是确定能量平衡的对象系统及其边界，这样才能确定测点位置和计算所有输入输出能量的范围。例如，对于工业炉窑一般只取炉体本身为能量平衡的对象系统。

(2)第二步是建立设备能量平衡式。根据热力学第一定律，对于确定的系统在稳定状态下，体系内的能量总和不发生变化，因此输入系统的能量应等于输出系统的能量，据此可以建立设备能量平衡关系。对于工业炉窑，输入系统的能量包括：燃料燃烧时所产生的化学能Q_H，燃料、燃烧空气带入的物理显热Q_w，Q_K，雾化用蒸汽带入的热Q_Z，化学反应放热Q_F，物料带入的物理显热Q_R，回收利用能量Q_s及其他能量收入Q_QR；输出系统的能量包括：物料带出的物理显热Q_C，各种排出的能量Q_P，回收利用能量Q_s及其他能量损失Q_Qs。这样，可建立工业炉窑能量平衡关系式如下：

Q_H+Q_w+Q_K+Q_z+Q_P+Q_R+Q_s+Q_QR=Q_C+Q_P+Q_S+Q_QS

其中 Q_P=Q_r-Q_c-Q_G-Q_SS

式中，Q_r为有效能；Q_C为物料归还体系的能量；Q_SS为损失能量。后者由排烟热损失Q₁，化学不完全燃烧热损失Q₂，固体不完全燃烧热损失Q₃，炉体散热损失Q₄，炉窑砌体蓄热损失Q₅，炉门及开孔处辐射热损失Q₆，炉门等开缝处冒气热损失Q₇，水冷构件吸热损失Q₈组成。即

Q_ss=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆+Q₇+Q₈

将Q_P，Q_ss代入前式，则得：

Q_H+Q_w+Q_K+Q_z+Q_F+Q_R+Q_QR

=Q_r+Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆+Q₇+Q₈+Q_QE－Q_G

(3)第三步是进行各种数据的测定。测定时所有测点都要尽可能靠近系统的边界。例如输入量的测点要尽可能接近烧嘴处或燃烧室的炉门，烟气温度测点和成分取样点要接近烟气脱离炉膛的排出口等。测定的项目，包括燃料或电能，进入炉窑的各种物料、助燃剂、炉气、废气、冷却介质、灰渣排污，各项热损失、基准温度与气压等。测定的内容包括有关物质的元素分析、重量、温度、压力、流量等。测试得到的数据及使用的统计数据，要经过处理、分析，以保证数据的正确可靠。

(4)第四步是进行能量的平衡计算。计算方法应按照国家标准进行，规定取环境温度为基准温度，燃料发热量以低位发热量计，燃烧空气的组成，容积百分比取[O₂]=21%，[N₂]=79%，质量百分比取[O₂]=23．2%，[N₂]=76．8%。

(5)第五步是编制能量平衡表。将能量平衡计算的结果，分别按输入输出归类列成平衡表，表中输入输出能量应平衡。

(6)第六步是根据能量平衡的结果分析设备能量利用水平。为此需要计算以下指标：

①综合能耗。包括总综合能耗和单位综合能耗指标。总综合能耗是指统计期消耗的各种能量的总和。单位综合能耗是指以单位产量或单位产值表示的综合能耗。②能量利用指标。包括设备热效率和装置能量利用率。③能量回收率。它是用来表示系统内能量回收利用的效果，它等于回收利用热量与供入热量、回收利用能量之和的百分比。

在计算设备能量利用水平的基础上，可进一步找出能量利用中存在的问题及其原因，从而制订提高设备能量利用效率的措施，以改善设备的能量利用。

2．企业能源平衡

企业能源平衡是企业能源购入量和使用量之间的平衡。企业能源平衡主要是编制能源平衡表，它是企业能源管理的有效工具。企业能源平衡的范围包括企业使用的全部设备、装置、运输工具及厂区内直接为生产服务的生活用能。企业能源平衡是建立在设备能量平衡及企业各种能源平衡的基础上的。企业内主要设备能量平衡完成以后，即可由设备、车间到全厂逐级汇总成总的能源平衡，也可以按产品流程汇总出各种产品的能源平衡。如果按能源种类分类汇总，也可得到各单项能源的能量平衡。

企业能源平衡通常有两种计算方法：一是统计计算法，即以上一年度企业实际消耗能源的统计数据为依据，通过严格的校核后，计算出企业能量收入与支出、利用与损失间的平衡关系；二是测试计算法，即以设备热平衡测试为基础，参照各种统计资料，进行能量的平衡计算。第二种方法虽然工作量较大，但能掌握企业各用能环节的真实耗能状况，是企业能量平衡的主要方法。采用这种方法，一般要求进行能量测试的设备不少于企业设备总数的95%。

企业能源平衡的工作量较大，组织工作也很重要，其工作程序一般可分为4个阶段：

(1)准备阶段，包括人员准备，资料准备，测试仪表与工具等物质准备，以及测试前的技术准备，如建立测试模型，确定测点及测试方法，准备必要的记录表格等。

(2)测试阶段，一般在系统处于稳定状态和均衡生产时进行测试。组织好测试的关键是参加人员认识统一，分工明确，服从统一指挥，原始记录完整。

(3)平衡计算阶段，对测试数据整理、汇总，完成能量平衡计算，并在此基础上编制出企业能源平衡表。

企业能源平衡表是以表格的方式反映企业能源购入量与使用量之间的数量平衡关系。其主要内容包括：①企业购入的能源品种和数量；②这些能源在各工序(或车间)之间的分配使用量、损失量和外销量；③各工序(或车间)产生的二次能源量及其在各工序分配使用状况。

企业能源平衡涉及面宽，工作量大，为便于汇总计算，通常规定统一的能源平衡表格式。

企业能源平衡中的能源指标应包括总的综合能耗、单位综合能耗、工序能耗及可比能耗。除了各种能耗指标外，企业能源平衡计算也包括各种能源的利用率和回收率。

(4)分析阶段，从平衡计算结果评价企业能源利用水平，查明能源损失的去向和原因，提出进一步提高能源利用、节约能源的途径和措施。