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能量的传递主要是靠做功和传热两种形式,当热量和功量采用的能量单位不同时就会出现转换系数,这个转换系数即是热功当量,他表示单位热量完全转化为功时相当的功量。热功转换公式如下:
Q=AW
式中 Q——热量;
W——功量;
A——热功当量。
如热量单位用卡,功的单位用焦耳,则根据1956年同际计量委员会的规定:1cal=
4.1868J,热功当量A=4.1868J/cal。
按照《中华人民共和国法定计量单位》的规定,焦耳(J) 和千瓦小时(kW·h) 是许用单位,卡(cal) 和英热单位(Btu )是不允许使用的单位。国际单位制(SI)中,热和功都采用相同的能量单位焦耳,A=1,因此,采用法定计量单位就不再有热功当量的概念。为了保证信息传递的传递一致性和准确性.我们在能源计量工作中应认真执行国家有关规定,采取法定计量单位。
三、当量单位
不同能源的实物量是不能直接进行比较的。由于各种能源都有一种共同的属性,即含有能量,且在一定条件下都可以转化为热。为了便于对各种能源进行计算、对比和分析,我们可以首先选定某种统一的标准燃料作为计算依据,然后用各种能源实际含热值与标准燃料热值之比,即能源折算系数,计算出各种能源折算成标准燃料的数量。所选标准燃料的计量单位即为当量单位。
国际上习惯采用的标准燃料有两种,一种是标准煤,另一种是标准油。由于我国能源结构是以煤为主、煤炭在全国的使用比较普遍和广泛,最常用的单位是标准煤。下面就从能源热值的概念和标准燃料的规定开始,分析标准煤和标准油的含义及能源实物单位与标准煤及标准油的换算关系。
1.低位热值与高位热值
燃料燃烧会释放出一定数量的热量,单件质量(指固体或液体)或单位体积(指气体)的燃料完全燃烧,燃烧产物冷却到燃烧前的温度(一般为环境温度)时所释放出来的热量,就是燃料热值,也叫燃料发热量。
燃料热值有高位热值和低位热值两种。高位热值是指燃料完全燃烧,且燃烧产物中的水蒸气凝结成水时的发热量,其数值由测量获得。低位热值是指燃料完全燃烧,燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时的发热量,它等于从高位热值中扣除水蒸气凝结热后的热量。
由于燃料大都用于燃烧,各种炉窑的排烟温度均超过水蒸气的凝结温度,不可能使水蒸气的凝结热释放出来,所以在能源利用中一般都以燃料的应用基低位热值作为计算依据。
燃料的应用基是指以使用状态的燃料为基准的表示方法。如煤的应用基低位热值就是从处于使用状态的煤中取出具有代表性的煤样为应用煤样,以一定量的这种煤样作低位热值的测定,所得之值就是该煤样以应用基表示的低位热值。
2.当量热值与等价热值
当量热值是指某种能源本身所含的热量。具有一定品位的某种能源,其当量热值是固定不变的,如汽油的当量热值是42054kJ/kg,电的当量热值即是电本身的热功当量3600kJ/(kWh)。
等价热值是指为了获得一个度量单位的某种二次能源(如汽油、柴油、煤油、焦碳、煤气、电力。蒸汽等)或耗能工质(如压缩空气、氧气、各种水等)所消耗的,以热值表示的一次能源量。耗能工质是指生产过程中所消耗的,不作原料使用,也不进入产品,制取时又需要消耗能源的工作物质。只有作为能量形式使用的耗能工质才具有等价热值和当量热值。
由于等价热值,实质上是除当量热值外,加上了能源转换过程中的能量损失,因此等价热值是个变动值,它与能源加工转换技术有关。随着技术水平的提高,等价热值会不断降低,而趋向于二次能源所具有的能量。例如,电的等价热值就是在不断变化的,我国1978年发电煤耗(标准煤)为0.429kg(kw·h),每千克标准煤为29308kJ,这时电的等价热值为12573kJ/(kw·h)。随着发电效率的不断提高,l983年的发电煤耗(标准煤)下降为0.404kg/(kw·h),表明电的等价热值已下降为11840kJ/(kw·h)。有些国家选取固定的数值,如日本发电效率较高,取发电煤耗为0.35 kg/(kw·h)。目前我国取0.404kg/(kw·h)是比较固定的。这里还需要强调指出,由于电的当量热值为3600kW/(kw·h),相当于标准煤0.1229kg/(kw·h),电力的当量热值与等价值相差约3倍。
等价热值可由下面的计算公式求得可见,:
等价热值=当量热值/ 转化效率
例1 如果焦碳的低位发热量为29308kJ/kg,炼焦炉效率为0.85,则
1kg焦碳的等价热值=29308÷0.85=34480kJ/kg
例2 如果1kg低压饱和蒸汽所具有的能量为272kJ,实测锅炉效率为0.72,则
1kg低压饱和蒸汽的等价热值=650÷0.72=3779kJ/kg
严格地说,等价热值应按实测数据计算。在无实测数据时,可取一些参考数据。
3.标准煤与标准油
标准煤(又称煤当量)是指按照标准煤的热当量值计算各种能源量时所用的综合换算指标。标准煤迄今尚无国际公认的统一标准,1kg标准煤的热当量值,联合国、中国、日本,西欧和前独联体诸国等大陆国家按29.3MJ(7000kcal)计算,而英国则是根据用作能源的煤的加权平均热值确定的,一般按25.5MJ(6100kcal)计算,所以同样是标准煤,由于热当量值的计算方法不同,差别相当可观。中华人民共和国标准(GB2589-1990)《综合能耗计算通则》规定,应用基低(位)发热量等于29.3076MJ(兆焦)的燃料,称为1kg(千克)标准煤。在统计计算中可采用t(吨)(标准煤)做单位,用符号表示即为tce。
标准油(又称油当量)是指按照标准油的热当量值计算各种能源量时所用的综合换算指标。与标准煤相似,到目前为止国际上还没有公认的油当量标准。中国采用的油当量(标准油)热值为41.87MJ(10000kcal/kg)常用单位有油当量(toe)和桶油当量(boe)。
4.标准煤和标准油折算方法
要计算某种能源折算成标准煤或标准油的数量,首先要计算这种能源的折算系数,能源折算系数可由下式求得:
能源折算系数=能源实际含热值/标准燃料热值
然后再根据该折算系数,计算出具有一定实物量的该种能源折算成标准燃料的数量。其计算公众如下:
能源标准燃料数量=能源实物量×能源折算系数
由于各种能源的实物量折算成标准煤或标准油数量的方法相同,下面仅以标准煤折算方法为例加以说明。
按照中华人民共和国标准GB2589-1990《综合能耗计算通则》规定,任一规定的体系实际消耗的燃料能源均应按应用基低(位)发热量为计算依据,折算为标准煤量。任一规定的体系实际消耗的二次能源及耗能工质均按相应的能源等价值折算为一次能源。我们在计算消耗量时,能源标准煤折算系数(以下简称折标煤系数)要分别采取当量计算和等价计算两种方法。
(1)燃料能源的当量计算方法,即以燃料能源的应用基低位发热量为计算依据。
例如,我国原煤1kg的平均低位发热量为20910kJ(5000kcal),则
原煤的折标煤系数=20910÷29307.6=0.7143
如果某企业消耗了10000t原煤,折合为标准煤即为
10000× 0.7143= 7143t(标准煤)
(2)二次能源及耗能工质的等价计算方法,即以等价热值为计算依据。
例如,目前我国电的等价热值为11825.08kJ(2828kcal), 则
电的折标煤系数=11825.08÷29307.6=0.404
如果一个单位消耗了1×104kWh电量,折算成标准煤即为:
10000×0.404=4040kg(标准煤)
又如某厂以压缩空气作为耗能厂质,假设1m3压缩空气的等价热值为1172.3kJ,那么
该压缩空气的折标煤系数=1172.3÷29307.6=0.0400
如果该厂消耗了5000m3压缩空气,折算成准煤即为
5000×0.0400=200kg (标准煤)
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