(高清版)GBT 14909-2021 能量系統(tǒng)?分析技術(shù)導(dǎo)則

代替GB/T14909—2005能量系統(tǒng)煙分析技術(shù)導(dǎo)則Technicalguidelinesforexergyan國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB/T14909—2021 I 4畑的計(jì)算 5煙衡算(師平衡) 3 47畑分析的步驟 6附錄A(規(guī)范性)師值和焓值、師平衡與師損失的計(jì)算方法 8附錄B(資料性)能量系統(tǒng)煙分析實(shí)例 IGB/T14909—2021本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件代替GB/T14909—2005《能量系統(tǒng)煙分析技術(shù)導(dǎo)則》,與GB/T14909—2005相比，除編輯-——修改了標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍(見第1章，2005年版的第1章)?！薷牧谁h(huán)境參考態(tài)的大氣組成，并完善了元素的基準(zhǔn)物體系(見4.1、表1和表2,2005年版的表1和表2)。——修改并完善了畑的計(jì)算方法(見第4章，2005年版的第3章)。在師分析的評(píng)價(jià)指標(biāo)中，增加了析”的說明(見第7章，2005年版的第6章)。 —修改了附錄A(規(guī)范性)煙值和焓值、師平衡與煙損失的計(jì)算。增加了“物質(zhì)的師值和焓值”的——修改了附錄B(資料性)能量系統(tǒng)師分析實(shí)例。以“四種建筑供熱方式煙分析及品位分析”替代“鍋爐的煙分析”,以“甲醇合成與分離工藝煙分析”替代了“苯加氫制取環(huán)己烷工藝的州分析” (見附錄B,2005年版的附錄B)。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國能源基礎(chǔ)與管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC20)提出并歸口。院有限公司、北京市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司、同方人工環(huán)境有限公司、天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公本文件于1994年首次發(fā)布，2005年第一次修訂，本次為第二次修訂。1GB/T14909—2021能量系統(tǒng)煙分析技術(shù)導(dǎo)則1范圍本文件規(guī)定了能量系統(tǒng)州分析中州的計(jì)算、州衡算(州平衡)、州分析的評(píng)價(jià)指標(biāo)，以及畑分析的步驟。本文件適用于涉及能量利用或能量轉(zhuǎn)換的單元設(shè)備、過程、工藝流程或系統(tǒng)的畑分析；也適用于綜合考慮經(jīng)濟(jì)性能或者生態(tài)環(huán)境影響的能量系統(tǒng)煙分析，以及供能方案規(guī)劃、能源審計(jì)等能源管理工作。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T2587用能設(shè)備能量平衡通則GB/T3102.4熱學(xué)的量和單位GB/T3484企業(yè)能量平衡通則GB/T17781技術(shù)能量系統(tǒng)基本概念GB/T35071能量系統(tǒng)優(yōu)化導(dǎo)則3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。根據(jù)研究目的而確定的具有明確邊界的分析對(duì)象。注：理論分析時(shí)亦稱為體系，可以根據(jù)一定的研究目的和邊界劃分原則，將其內(nèi)部分割成多個(gè)子系統(tǒng)(subsystem)。環(huán)境參考態(tài)environmentalreferencestate一個(gè)具有限定條件的理想化的外界，由處于完全平衡狀態(tài)下的大氣、地表和海洋等地球范疇中的選定基準(zhǔn)物質(zhì)體系(見4.1)所組成，同時(shí)具有298.15K(25℃)的環(huán)境參考態(tài)溫度和100kPa的環(huán)境參考態(tài)壓力(見7.2),是畑分析計(jì)算的數(shù)值基準(zhǔn)。體系從所處的任意狀態(tài)(具有一定的溫度、壓力與化學(xué)組成)達(dá)到與環(huán)境參考態(tài)相平衡狀態(tài)的可逆過程中對(duì)外界做出的功。3.4內(nèi)部煙損失internalexergyloss由于體系內(nèi)部過程不可逆性所造成的體系做功能力的減少。2GB/T14909—2021外部煙損失externalexergyloss由于體系發(fā)生的摩擦生熱、絕熱不良、廢氣排熱等導(dǎo)致的做功能力減少，以及環(huán)境污染物和廢棄物等外部廢棄造成的做功能力減少。標(biāo)準(zhǔn)煙和標(biāo)準(zhǔn)焓standardexergyandstandardenthalpy處于環(huán)境參考態(tài)溫度、環(huán)境參考態(tài)壓力下單質(zhì)或化合物的師值和焓值(見A.3)。能量品位energygrade單位能量中含有的做功能力，即處于給定狀態(tài)下體系的師值與焓值之比(物質(zhì)的能量品位)和用能過程中體系發(fā)生的州值變化與焓值變化之比(過程的能量品位)。注：物質(zhì)的能量品位和過程的能量品位又分別簡稱為物質(zhì)品位和過程品位。煙效率exergyefficiency基于過程或系統(tǒng)的州衡算，表征過程或系統(tǒng)的熱力學(xué)完善度的數(shù)值；為輸出州與輸入州之比，或?yàn)槭找鎺熍c支付師之比。煙分析exergyanalysis以狀態(tài)函數(shù)煙為量化工具的熱力學(xué)第二定律過程能量分析方法，該方法以能量不僅具有“數(shù)量”,而的貶值情況及其能量利用的熱力學(xué)完善度，提出高質(zhì)量用能的改進(jìn)措施。4煙的計(jì)算4.1煙的計(jì)算基準(zhǔn)煙值以環(huán)境參考態(tài)作為計(jì)算基準(zhǔn)。環(huán)境參考態(tài)基準(zhǔn)物質(zhì)體系的基準(zhǔn)物質(zhì)為表1中所列的純物質(zhì)。其中特別規(guī)定，大氣物質(zhì)所含元素的基準(zhǔn)物質(zhì)取大氣中的對(duì)應(yīng)成分，其組成如表2所示，即在上述環(huán)境參考態(tài)溫度和壓力條件下的干空表1元素的基準(zhǔn)物質(zhì)元素基準(zhǔn)物質(zhì)元素基準(zhǔn)物質(zhì)元素基準(zhǔn)物質(zhì)AgAgClBiOClAlAl?O?PtBr?ArAr(空氣)CCO?(空氣)AsAs?OAuAuCdCl?BH?BO?CeO?Ba(NO?)?NaClFNa?AlF?BeO·Al?O?CoFe?O?Fe?O?3GB/T14909—2021表1(續(xù))元素基準(zhǔn)物質(zhì)元素基準(zhǔn)物質(zhì)元素基準(zhǔn)物質(zhì)Ga?O?NN?(空氣)SeO?GdF?NaNaNO?SiO?GeO?NbNb?O?SmCl?HH?O(液態(tài))NdNdF?SnO?HeHe(空氣)NeNe(空氣)SrF?HfHfO?NiNiO·Al?O?Ta?O?HgHgCl?OO?(空氣)TbO?HoOsO?TeO?IPdI?P3CaO·P?O?ThO?PbPbClTiO?PdPdTICl?KKNO?PrPrF?Tm?O?KrKrPtPtULaF?Rb?SO?VV?O?LiNO?WCaWO?Lu?O?YY?O?MgCaCO?MgCO?SYbYb?O?MnMnO?Sb?O?ZnSiO?MoCaMoO?Sc?O?ZrSiO?表2環(huán)境參考態(tài)下的大氣組成N?O?ArCO?NeHe組成(摩爾分?jǐn)?shù))0.780850.2094770.009340.0003145.24×10-64.2煙的數(shù)值計(jì)算功和熱量的煙、物質(zhì)的煙、穩(wěn)定流動(dòng)體系與封閉體系(狀態(tài))的煙按附錄A的方法計(jì)算。其中使用的物理量及符號(hào)按照GB/T3102.4編制。5煙衡算(煙平衡)總州損失按公式(1)計(jì)算：I=Iin+Iext……(1)I——總師損失，單位為千焦或千焦每時(shí)(kJ或kJ/h);4Iin,Iext——分別為內(nèi)部煙損失與外部煙損失，單位為千焦或千焦每時(shí)(kJ或kJ/h)。各類基本過程(單元設(shè)備)的州損失計(jì)算式見A.5。5.2輸入與輸出之間的煙衡算輸入與輸出之間的煙衡算按公式(2)計(jì)算：式中：師在系統(tǒng)內(nèi)部的積存量，單位為千焦或千焦每時(shí)(kJ或kJ/h)。穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)(如無特殊聲明，本文件的系統(tǒng)均屬此類)按公式(3)計(jì)算：Ein=Eout十Iin (3)絕熱設(shè)備，以及管路、閥門、孔板、彎頭與管件等單元部件內(nèi)的絕熱自發(fā)過程的畑衡算按公式(3)計(jì)算。5.3供給側(cè)與接受側(cè)之間的煙衡算煙供給側(cè)過程的支付與煙接受側(cè)過程的收益之間的煙衡算按公式(4)計(jì)算： (4)式中：各類基本過程(單元設(shè)備)的州衡算計(jì)算式見A.5。6煙分析的評(píng)價(jià)指標(biāo)6.1煙效率普遍州效率按公式(5)計(jì)算： (5)式中：目的煙效率按公式(6)計(jì)算：式中：閥門、孔板、彎頭與管件單元部件的師效率采用公式(5)計(jì)算。公式(6)考察的是總師損失。5GB/T14909—2021 (7)或kJ/h)。 (8)6.4能量品位6.4.1物質(zhì)品位…………(10)(kJ/mol);H(T,p,x)——處于溫度為T、壓力為p和組成為x下體系的狀態(tài)焓值，單位為千焦每摩6GB/T14909—2021注：數(shù)學(xué)上，變量的下劃橫線，表示此變量為“一維數(shù)組”。這里表示x有N個(gè)組分，分別有摩爾分?jǐn)?shù)：x1、x?…x;xN。6.4.2過程品位過程品位按公式(11)計(jì)算：式中：A——過程品位；△E,△H——分別為體系從狀態(tài)1(初始狀態(tài))變化到狀態(tài)2(終了狀態(tài))時(shí)的過程師值變化與過程焓值變化，單位為千焦每摩爾(kJ/mol);E?,E?——分別為處于狀態(tài)1和狀態(tài)2下體系的狀態(tài)師值，單位為千焦每摩爾(kJ/mol);H?,H?——分別為處于狀態(tài)1和狀態(tài)2下體系的狀態(tài)焓值，單位為千焦每摩爾(kJ/mol)。各類基本過程(單元設(shè)備)的品位分析見A.5。7煙分析的步驟7.1確定對(duì)象系統(tǒng)按照GB/T17781界定評(píng)價(jià)對(duì)象系統(tǒng)的邊界、子系統(tǒng)的分割方式，以及穿過邊界的所有物質(zhì)和能量(例如功或熱量),并以示意圖說明。選擇適宜形式表格，列表說明系統(tǒng)的參數(shù)，例如各個(gè)工藝物流節(jié)點(diǎn)的溫度、壓力、流量與物質(zhì)組成等。7.2明確環(huán)境參考態(tài)的選擇一般情況下宜采用本文件的環(huán)境參考態(tài)(見4.1);涉及化學(xué)反應(yīng)和物質(zhì)品位等物質(zhì)組成的煙分析，應(yīng)采用本文件的環(huán)境參考態(tài)；如需酌情選擇其他的環(huán)境參考態(tài)溫度與(或)環(huán)境參考態(tài)壓力，應(yīng)予以特別說明(參見附錄B的B.1);相互比較的煙分析，應(yīng)采用相同的環(huán)境參考態(tài)。7.3說明計(jì)算依據(jù)說明特殊的設(shè)定、簡化和省略條件。說明所使用的熱力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(如物質(zhì)的熱容、焓和熵等)的來源。列出直接應(yīng)用本文件的計(jì)算公式或由本文件定義外延得到的數(shù)學(xué)關(guān)系式，并說明使用條件。必要時(shí)，宜說明采用的數(shù)值計(jì)算軟件。7.4進(jìn)行焓值與煙值的計(jì)算根據(jù)選定的環(huán)境參考態(tài)條件、計(jì)算依據(jù)和方法，計(jì)算出師分析和能量品位分析所需要的系統(tǒng)各個(gè)物流的焓值、煙值和物質(zhì)品位；或計(jì)算出各個(gè)用能單元設(shè)備內(nèi)部過程的焓值變化、煙值變化和過程品位。然后，列表整理計(jì)算結(jié)果。表格形式和內(nèi)容宜與7.1的系統(tǒng)條件參數(shù)對(duì)應(yīng)。7.5進(jìn)行能量衡算宜首先核實(shí)系統(tǒng)的質(zhì)量衡算；建立系統(tǒng)的能量衡算關(guān)系，進(jìn)行能量衡算。用能單元設(shè)備的能量衡算應(yīng)符合GB/T2587的規(guī)定，企業(yè)的能量衡算應(yīng)符合GB/T3484的規(guī)定。列表整理計(jì)算結(jié)果。表格形式和內(nèi)容宜與7.4的表格對(duì)應(yīng)。同時(shí)，宜體現(xiàn)輸入與輸出(包括損失)之間的能量平衡關(guān)系。亦可計(jì)算系統(tǒng)和用能單元設(shè)備的能效，繪制能流圖，以備分析比較。7GB/T14909—2021建立與系統(tǒng)的能量衡算關(guān)系所對(duì)應(yīng)的煙衡算關(guān)系。計(jì)算出煙效率、局部煙損失率或局部煙損失系數(shù)，以及單位產(chǎn)品的消耗煙等評(píng)價(jià)指標(biāo)。列表整理計(jì)算結(jié)果。表格形式和內(nèi)容宜與7.5的表格對(duì)應(yīng)。同時(shí)，宜體現(xiàn)輸入州與輸出州以及畑損失之間的平衡關(guān)系，或支付州、收益畑以及煙損失之間的平衡關(guān)7.7開展評(píng)價(jià)與分析根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，分析系統(tǒng)在能量利用過程中畑的傳遞和利用情況，以減少過程的煙損失，探明系統(tǒng)改進(jìn)方向與節(jié)能潛力，按照GB/T35071研究系統(tǒng)進(jìn)一步合理用能的可能性。主要的煙分析和能量品位分析工作包括：a)以過程或系統(tǒng)的煙效率和單位產(chǎn)品的消耗煙等數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)過程或系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化與利用特性。b)考察系統(tǒng)的師損失分布，揭示系統(tǒng)中煙損失的主要部位、師損失的大小與產(chǎn)生原因。c)根據(jù)能量的授受關(guān)系，將過程分為州的供給側(cè)與接受側(cè)。通過比較供給側(cè)與接受側(cè)能的品位匹配情形，評(píng)價(jià)能量在兩個(gè)過程間傳遞的合理性，并結(jié)合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性，針對(duì)性地采用適宜節(jié)能技術(shù)適度把握過程之間推動(dòng)力(溫度差、壓力差，或濃度差等熱力學(xué)勢(shì)差)。d)根據(jù)物質(zhì)品位數(shù)值的大小，認(rèn)識(shí)其品位的高低水平。比較物質(zhì)在能量轉(zhuǎn)化與利用過程前后或相關(guān)狀態(tài)能的品位變化，選擇系統(tǒng)合理用能、高品質(zhì)用能的技術(shù)途徑與決策。煙分析步驟與方法的計(jì)算實(shí)例(四種建筑供熱方式師分析及品位分析、甲醇合成與分離工藝的煙分析)參見附錄B。8GB/T14909—2021(規(guī)范性)煙值和焓值、煙平衡與煙損失的計(jì)算方法A.1功和熱量的煙A.1.1功的煙功全部為煙，其值按照公式(A.1)計(jì)算：△Ew=W…………(A.1)式中：△Ew——師值變化(以下簡稱煙變),單位為千焦或千焦每時(shí)(kJ或kJ/h);W——功(包括體積功、機(jī)械功、電功、重力功、表面功等),單位為千焦或千焦每時(shí)(kJ或kJ/h)。A.1.2熱量的煙熱量或冷量所含的州按照公式(A.2)計(jì)算：…………(A.2)式中：△E?-——熱量或冷量所含的州，單位為千焦或千焦每時(shí)(kJ或kJ/h);T。--—環(huán)境參考態(tài)溫度，單位為開(K);T——體系的溫度，T可以高于T?,也可以低于To,單位為開(K);Q——過程中傳輸?shù)臒峄蚶?，單位為千焦或千焦每時(shí)(kJ或kJ/h)。若熱源溫度恒定，其熱量所含的煙見公式(A.3):…………(A.3)若體系溫度是變化的，其熱量或冷量所含的州按照公式(A.4)計(jì)算：式中：m———物質(zhì)質(zhì)量，單位為千克或千克每時(shí)(kg或kg/h);…………cp——定壓比熱容，是隨溫度而變化的函數(shù)，單位為千焦每千克開[kJ/(kg·K)]。A.2穩(wěn)定流動(dòng)體系與封閉體系的煙A.2.1穩(wěn)定流動(dòng)體系在不計(jì)動(dòng)能與位能時(shí)，處于給定狀態(tài)下穩(wěn)定流動(dòng)體系的州按照公式(A.5)計(jì)算：E=(H—T。S)一(H。—T,S。)…………(A.5)式中：H,H?——分別為給定狀態(tài)和環(huán)境參考態(tài)下體系的焓，單位為千焦或千焦每時(shí)(kJ或kJ/h);S,S?——分別為給定狀態(tài)和環(huán)境參考態(tài)下體系的熵，單位為千焦每開或千焦每開時(shí)[kJ/K或kJ/(K·h)]。從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2穩(wěn)定流動(dòng)體系的師變按照公式(A.6)計(jì)算：9E?—E?=(H?—T?S?)一(H?—T?S?)…………(A.6)E?,E?——分別為狀態(tài)1和狀態(tài)2下體系的煙，單位為千焦或千焦每時(shí)(kJ或kJ/h)。A.2.2封閉體系的煙處于給定狀態(tài)下封閉體系的師按照公式(A.7)計(jì)算：p——環(huán)境參考態(tài)壓力，單位為千帕(kPa);V,V?———分別為給定狀態(tài)和環(huán)境參考態(tài)下體系的體積，單位為立方米(m3);U,U?——分別為給定狀態(tài)和環(huán)境參考態(tài)下體系的熱力學(xué)能，單位為千焦(kJ)。從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2封閉體系的師變按照公式(A.8)計(jì)算：E?—E?=(U?—T?S?+pV?)一(U?—T?S?+pV?)………………(A.8)式中：U?,U?——分別為狀態(tài)1和狀態(tài)2下體系的熱力學(xué)能，單位為千焦(kJ);V?,V?——分別為狀態(tài)1和狀態(tài)2下體系的體積，單位為立方米(m3);S?,S?———分別為狀態(tài)1和狀態(tài)2下體系的熵，單位為千焦每開(kJ/K)。A.3物質(zhì)的煙值和焓值A(chǔ).3.1物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)煙和標(biāo)準(zhǔn)焓A.3.1.1化學(xué)元素的標(biāo)準(zhǔn)煙和標(biāo)準(zhǔn)焓化學(xué)元素的標(biāo)準(zhǔn)煙和標(biāo)準(zhǔn)焓見表A.1。表A.1化學(xué)元素的標(biāo)準(zhǔn)煙和標(biāo)準(zhǔn)焓元素標(biāo)準(zhǔn)師kJ/mol標(biāo)準(zhǔn)焓kJ/mol元素標(biāo)準(zhǔn)師kJ/mol標(biāo)準(zhǔn)焓kJ/mol元素標(biāo)準(zhǔn)煙kJ/mol標(biāo)準(zhǔn)焓kJ/molAg(s)86.68299.412499.860509.132Al788.246796.68323.11156.370HAr57.723240.301249.275He30.14067.764As386.237396.880523.650530.686HfAu0399.816425.218HgB609.942611.671Ho967.785990.144Ba784.395803.028Dy958.304980.633I35.49152.798Be594.317597.149977.880984.139412.432429.664Bi308.235325.139873.949897.1430Br25.84248.531F211.392241.624K388.586407.876C410.514412.246Fe367.821375.960Kr048.926714.003726.373496.288508.452989.565297.694313.136988.211374.850383.525表A.1(續(xù))元素標(biāo)準(zhǔn)師kJ/mol標(biāo)準(zhǔn)焓kJ/mol元素標(biāo)準(zhǔn)師kJ/mol標(biāo)準(zhǔn)焓kJ/mol元素標(biāo)準(zhǔn)師kJ/mol標(biāo)準(zhǔn)焓kJ/mol891.524906.729Pd0950.678963.050Mg616.914626.630Pr978.331909.307931.161Mn463.366472.906Pt0265.709280.527Mo713.769722.329354.783377.664N0.30728.86909.392885.578894.761Na360.962376.22608.497Nb878.054888.936S601.102610.706894.344916.406Nd969.476990.673420.622434.187UNe27.05743.620906.794917.109V704.656713.272Ni218.475227.390W795.480805.262O32.513850.609856.214Y905.416918.654294.717304.435879.632900.826Yb860.494878.323P863.668875.971516.103531.367323.099335.532Pb422.406441.723740.923757.529化合物(A?B?Ce)的標(biāo)準(zhǔn)煙按照公式(A.9)計(jì)算：a,b,c—-—分別為元素A、B和C的化學(xué)計(jì)量數(shù)；E?(A),E(B),E(C)——分別為元素A、B和C的標(biāo)準(zhǔn)煙，單位為千焦每摩爾(kJ/mol)。化合物(A.B?Ce)的標(biāo)準(zhǔn)焓按照公式(A.10)計(jì)算：△H?(A.B?C.)——化合物A?B?C。的標(biāo)準(zhǔn)生成焓，單位為千焦H?(A),H?(B),H(C)——分別為元素A、B和C的標(biāo)準(zhǔn)焓，單位為千焦每摩爾(kJ/mol)。由此計(jì)算，表A.2列出了部分常見單質(zhì)和無機(jī)化合物(102種)的標(biāo)準(zhǔn)煙和標(biāo)準(zhǔn)焓數(shù)值，表A.3列出了部分常見有機(jī)化合物(45種)的標(biāo)準(zhǔn)煙和標(biāo)準(zhǔn)焓數(shù)值。GB/T14909—2021化合物聚集態(tài)標(biāo)準(zhǔn)師標(biāo)準(zhǔn)焓化合物聚集態(tài)標(biāo)準(zhǔn)煙標(biāo)準(zhǔn)焓sgAgNO?sgAICl?SgsHgI?sAsCI?SSssSHg?SOSSgSH?OgsH?O?SSHg?SOsggBe(OH)?sSSSssK?SOSSSsSSsCaCl?SSCdF?SSCd(NO?)?SsgSCO?gLi?OSssSssMgCl?SCsO?SMgCO?SCuF?SMg(OH)?SCu?OSsSSSSsSSN?gSNa?OSH?gNaNO?s表A.2(續(xù))化合物聚集態(tài)標(biāo)準(zhǔn)畑kJ/mol標(biāo)準(zhǔn)焓kJ/mol化合物聚集態(tài)標(biāo)準(zhǔn)畑kJ/mol標(biāo)準(zhǔn)焓kJ/molNaOHsPbOs234.709254.236NaBrS37.78363.658PbO?s201.737223.949Na?SO?s60.808PbCl?sNa?CO?s90.052PbBr?s213.206261.385NaHCO?s56.61686.790PbSO?S218.278262.580NiSO?s64.74194.947PbCO?s213.352252.408NH?NO?S293.172338.193SO?g304.931378.931HNO?42.99589.387g235.879312.444NH?g336.721394.206TiNO?s729.167777.169NOg88.834TiCl?s418.258444.286NO?g55.442S260.93277.980O?g3.87565.026SO?g304.931378.931g240.239ZnOs4.547P?O1381.466416.407ZnSO?s63.24596.189化合物聚集態(tài)標(biāo)準(zhǔn)煙標(biāo)準(zhǔn)焓化合物聚集態(tài)標(biāo)準(zhǔn)煙標(biāo)準(zhǔn)焓glC?H?glC?H?g1glgg1gg1C?H?gC?H?(1-丁烯)glC?H?(1,3-丁二烯)ggC?H?gglgC?H?2(環(huán)己烷)l1gl1GB/T14909—2021化合物聚集態(tài)標(biāo)準(zhǔn)州標(biāo)準(zhǔn)焓化合物聚集態(tài)標(biāo)準(zhǔn)煙標(biāo)準(zhǔn)焓lCO(NH?)?sgC?H?NO?1gC?H?NH?1gsl111CH?NH?gC?H?O(環(huán)氧乙烷)g1A.3.1.3燃料標(biāo)準(zhǔn)煙和標(biāo)準(zhǔn)焓的估算對(duì)于未知化學(xué)組成的燃料(例如，低階煤、頁巖油以及各種可再生燃料等),基于燃料的高熱值或低熱值，可由以下方法估算其標(biāo)準(zhǔn)師和標(biāo)準(zhǔn)焓。燃料的標(biāo)準(zhǔn)州按照公式(A.11)、公式(A.12)和公式(A.13)計(jì)算：E=ag(△.Hg)2+bg△.Hg+cg(12400<△.Hg<55200)Ei=a?(△.H?)2+b?△.H?+c?(5500<△.H?<48600)E=a(△.Hg)2+b?！?H,+c?(2800<△.H?<44400)…………(A.11)式中：E?,Ej,Eag,bg,cg;a,b?,c;as,b?！謩e為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)燃料標(biāo)準(zhǔn)師的估算值，單位為千焦每千克——分別為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)燃料的高熱值或低熱值，單位為千焦每千克(kJ/kg);,cg——分別為燃料高熱值或低熱值的對(duì)應(yīng)項(xiàng)系數(shù)，從表A.4中選取。表A.4采用高熱值或低熱值時(shí)公式(A.11)、公式(A.12)和公式(A.13)的系數(shù)聚焦態(tài)公式燃燒熱kJ/kgabC氣態(tài)(g)高熱值—1.2983×10-6—9.4419×102低熱值—2.5351×10-6—1.7133×103液態(tài)(1)高熱值—2.5674×10-6—5.9389X102低熱值—1.8804×10-64.9754×102固態(tài)(s)高熱值2.2668×10-80.978641.3779×103低熱值—5.6089×10-81.9642×103燃料的標(biāo)準(zhǔn)焓按照公式(A.14)、公式(A.15)和公式(A.16)計(jì)算：H?=eg(△.Hg)2+fg△.Hg+gg(12400<△.Hg<55200)Hi=e?(△eH?)2+f?△.H?+g?(5500<△.H?<48600)H=es(△eHg)2+f?△.H,+gs(2800<△.H,<44400)…………(A.14)Hg,H',Heg,fg,gg;e,fi,gi;es,fs,gs———--—分別為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)燃料標(biāo)準(zhǔn)焓的估算值，單位為千焦每千克(kJ/kg);分別為燃料高熱值或低熱值的對(duì)應(yīng)項(xiàng)系數(shù)，從表A.5中選取。表A.5采用高熱值或低熱值時(shí)公式(A.14)、公式(A.15)和公式(A.16)的系數(shù)聚焦態(tài)公式燃燒熱kJ/kgefg氣態(tài)(g)高熱值—3.2637×10-1.2546×103低熱值—1.7208×10-62.6563×102液態(tài)(1)高熱值—2.4489×10-62.3726×10低熱值—1.7929×10-61.3177×103固態(tài)(s)高熱值—4.2236×10-71.5416×103低熱值—5.5948×10-72.1333×103A.3.2純物質(zhì)的煙值和焓值純物質(zhì)的煙值和焓值分別按如下方法計(jì)算。純物質(zhì)的州值按照公式(A.17)計(jì)算：E;(T,p)=E?+△E;(T?,p→T,p)…………(A.17)式中：E(T,p)-——給定溫度T和壓力p下，純物質(zhì)i的摩爾州，單位為千焦每摩爾(kJ/mol);E——純物質(zhì)i的標(biāo)準(zhǔn)煙，單位為千焦每摩爾(kJ/mol);參見A.3.1.2;△E;(T?,p?→T,p)———純物質(zhì)i從環(huán)境參考態(tài)溫度T?與環(huán)境參考態(tài)壓力p?變化到給定溫度T和壓力p時(shí)的州變，單位為千焦每摩爾(kJ/mol),其值按照公式(A.18)△E;(T?,p→T,p)=△H?(T?,p→T,p)一T?△S;(T?,p?→T,p)……(A.18)式中：△H;(T?,p→T,p)——純物質(zhì)i從環(huán)境參考態(tài)溫度T。與環(huán)境參考態(tài)壓力p變化到給定溫度T和壓力p時(shí)的焓值變化(以下簡稱焓變),單位為千焦每摩爾(kJ/mol);△S;(T?,p?→T,p)——純物質(zhì)i從環(huán)境參考態(tài)溫度T。與環(huán)境參考態(tài)壓力p變化到給定溫度T和壓力p時(shí)的熵值變化(以下簡稱熵變),單位為千焦每摩爾開[kJ/(mol·K)]。公式(A.18)中的焓變△H;與熵變△S;可以選擇體系適宜的熱力學(xué)性質(zhì)模型計(jì)算，也可以從適宜的熱力學(xué)性質(zhì)圖或表查取。純物質(zhì)的焓值按照公式(A.19)計(jì)算：H;(T,p)=H?+△H;(T?,p→T,p)……(A.19)式中：H;(T,p)——給定溫度T和壓力p下，純物質(zhì)i的摩爾焓，單位為千焦每摩爾(kJ/mol);H:———純物質(zhì)i的標(biāo)準(zhǔn)焓，單位為千焦每摩爾(kJ/mol);參見A.3.1.2。A.3.3混合物的煙值和焓值混合物的州值和焓值分別按如下方法計(jì)算。混合物的師值按照公式(A.20)計(jì)算：E(T,p,x)=Zx;{E;(T,p)+RT?In(f:/f)-RTIn(1-T?/T)[0In(f:/f9)0InT],z}……(A.20)式中：E(T,p,x)——給定溫度T、壓力p和組成x下，混合物的摩爾煙，單位為千焦每摩爾(kJ/mol);f給定溫度T和壓力p下，組分i的逸度，單位為千帕(kPa);fiθ———壓力100kPa下，組分i的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)逸度，單位為千帕(kPa)。公式(A.20)中的組分i的逸度f;與標(biāo)準(zhǔn)態(tài)逸度fi可以選擇體系適宜的熱力學(xué)性質(zhì)模型計(jì)算。理想混合物的摩爾師按照公式(A.21)計(jì)算：Eid(T,p,x)=Zx;[E;(T,p)+RT?Inx;]……(A.21)混合物的焓值按照公式(A.22)計(jì)算：H(T,p,x)=Σx;{H;(T,p)-RT2[31n(f;/式中：H(T,p,x)———給定溫度T、壓力p和組成x下，混合物的摩爾焓，單位為千焦每摩爾(kJ/mol)。理想混合物的摩爾焓按照公式(A.23)計(jì)算：Hi(T,p,x)=Σx?H;(T,p)…………(A.23)A.4壓力低于100kPa條件下的煙值和焓值A(chǔ).4.1無化學(xué)反應(yīng)，一個(gè)或多個(gè)狀態(tài)的壓力低于100kPa不計(jì)環(huán)境參考態(tài)基準(zhǔn)物體系的影響，將環(huán)境參考態(tài)壓力po規(guī)定為1×10-?kPa,環(huán)境參考態(tài)溫度T。依然維持298.15K。此時(shí)，純物質(zhì)的師按照公式(A.24)計(jì)算：E;(T,p)=△E;(T。,po→T,p)…………(A.24)式中：E;(T,p)——給定溫度T和壓力p下，純物質(zhì)i的摩爾師，單位為千焦每摩爾(kJ/mol);△E?(T?,po→T,p)——純物質(zhì)i從環(huán)境參考態(tài)溫度T。與環(huán)境參考態(tài)壓力po變化到給定溫度T和壓力p時(shí)的州變，單位為千焦每摩爾(kJ/mol),其值按照公式(A.25)計(jì)算：△E;(T。,po→T,p)=△H;(T?,po→T,p)一T?△S;(T?,po→T,p)……(A.25)式中：△H;(T?,po→T,p)——△S;(T?,po→T,p)——純物質(zhì)i從環(huán)境參考態(tài)溫度T。與環(huán)境參考態(tài)壓力po變化到給定溫度T和壓力p時(shí)的焓變，單位為千焦每摩爾(kJ/mol);純物質(zhì)i從環(huán)境參考態(tài)溫度T。與環(huán)境參考態(tài)壓力po變化到給定溫度T和壓力p時(shí)的熵變，單位為千焦每摩爾開[kJ/(mol·K)]。式(A.25)中的焓變△H;與熵變△S;可以選擇體系適宜的熱力學(xué)性質(zhì)模型計(jì)算，也可以從適宜的熱力學(xué)性質(zhì)圖或表查取。此時(shí)，純物質(zhì)的焓按照公式(A.26)計(jì)算：H;(T,p)=△H:(To,po→T,p)…………(A.26)式中：H;(T,p)-——給定溫度T和壓力p下，純物質(zhì)i的摩爾師，單位為千焦每摩爾(kJ/mol)。此時(shí)，混合物的州和焓見公式(A.20)和公式(A.22);而理想混合物的州和焓見公式(A.21)和公式(A.23)。A.4.2負(fù)環(huán)境壓力狀態(tài)下化學(xué)反應(yīng)的煙變和焓變計(jì)算將環(huán)境參考態(tài)壓力po規(guī)定為1×10-?kPa,環(huán)境參考態(tài)溫度T。依然維持298.15K,按以下四步路第一步：以A.4.1的方法計(jì)算反應(yīng)物從反應(yīng)溫度T和壓力p改變至298.15K和100kPa的煙變△E?與焓變△H?;第二步：分別以公式(A.27)和公式(A.28)計(jì)算298.15K和100kPa下化學(xué)反應(yīng)的煙變△.E?與焓…………(A.27)…………(A.28)第三步：以A.4.1的方法計(jì)算產(chǎn)物從298.15K和100kPa改變至反應(yīng)溫度T和壓力p的師變△E?公式(A.29)和公式(A.30)?！鱁=△E?十△E?+△E?…………(A.29)A.5基本過程的平衡、煙損失、煙效率與過程品位其中的能量衡算均忽略了熱損失和機(jī)械效率等損失。每類過程均舉例說明了幾種具有不同特征的情①流動(dòng)過程特征或目的輸出功輸入功輸入功實(shí)際過程或設(shè)備汽(氣)輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)壓縮機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)真空泵FH1,L?H,h成能量平衡H?=H?+WH?+W=H?H?十W=H?煙平衡E?=E?+W+IinE?十W=E?+IintE?+W=E?+Iint內(nèi)部煙損失Iin=E?—E?一WIin=E?+W—E?Iint=E?十W—E?普遍師效率煙供給側(cè)過程流體膨脹過程動(dòng)力機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程品位11師接受側(cè)過程動(dòng)力機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)流體壓縮過程流體被抽成負(fù)壓過程品位1(E?—E?)/(H?—H?)表A.6(續(xù))①流體流動(dòng)②換熱過程特征或目的節(jié)流膨脹熱量傳遞冷量傳遞實(shí)際過程或設(shè)備閥門換熱器、加熱器制冷或低溫系統(tǒng)的換熱器H?F?能量平衡H?=H?H?+H?=H?+H?H?+H?=H?+H師平衡E?=E?+IintE?+E?=E?+E?+IintE?+E?=E?+E?+Iin內(nèi)部州損失Iin=E?—E?Iint=E?+E?—E?-E?Iint=E?+E?—E?—E?普遍師效率E?煙供給側(cè)過程放熱過程供冷過程(吸熱)過程品位(E?—E?)/(H?—H?)(E?—E?)/(H?一H?)師接受側(cè)過程吸熱過程受冷過程(放熱)過程品位(E?一E?)/(H?—H?)③化學(xué)反應(yīng)過程特征或目的絕熱反應(yīng)放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)電解實(shí)際過程或設(shè)備絕熱反應(yīng)器有冷卻的反應(yīng)器有加熱的反應(yīng)器電解槽H4E4H,EW能量平衡H?=H?H?+H?=H?+H?H?+H?=H?+H?H?+W=H?州平衡E?=E?+IintE?+E?=E?+E?+IintE?+E?=E?+E?+IintE?+W=E?+Ii內(nèi)部州損失Iint=E?—E?Iint=E?+E?一E?—EIint=E?+E?—E?—E?Iint=E?+W—E?普遍師效率師供給側(cè)過程放熱反應(yīng)過程供熱過程供電過程過程品位(E?—E?)/(H?一H?)1師接受側(cè)過程冷卻過程吸熱反應(yīng)過程電解反應(yīng)過程過程品位(E?一E?)/(H?—H?)(E?—E?)/(H?—H?)GB/T14909—2021表A.6(續(xù))④混合過程⑤分離過程特征或目的絕熱混合放熱混合輸入熱的分離輸入功的分離實(shí)際過程或設(shè)備絕熱混合器有冷卻的混合器蒸餾釜微分過濾、反滲透H AEW能量平衡H?+H?=H?H?+H?+H?=H?+H?H?+H?=H?+H?+H?H?十W=H?+H?煙平衡E?+E?=E?十IintE?十E?+E?=E?+E?+IintE?+E?=E?+E?+E?+IintE?+W=E?十E?+Iint內(nèi)部師損失Iint=E?十E?一E?Iint=E?+E?十E?—E?—E?Iint=E?+E?一E?—E?—E?Iint=E?+W—E?—E?普遍師效率州供給側(cè)過程混合過程供熱過程機(jī)械功或供電過程品位(E?—E?)/(H?—H?)1用接受側(cè)過程冷卻過程分離過程分離過程過程品位GB/T14909—2021(資料性)能量系統(tǒng)煙分析實(shí)例B.1四種建筑供熱方式煙分析及品位分析B.1.1確定對(duì)象系統(tǒng)本案例選取四種建筑供熱方案作為分析對(duì)象，包括天然氣燃?xì)忮仩t供熱、直接電加熱供熱、電熱泵供熱以及太陽能供熱。圖B.1的上部是四種供熱系統(tǒng)的簡化示意圖；圖中的虛線表示系統(tǒng)邊界，方案1、2和4的供熱側(cè)與用戶側(cè)構(gòu)成基本相同；方案3則包含了熱泵的內(nèi)部換熱表示。熱泵先從水熱源(進(jìn)口溫度為50℃,出口溫度為35℃)汲取熱量，升溫后再借助熱泵出口加熱管(進(jìn)口溫度為115℃,出口溫度為95℃)向用戶側(cè)熱水加熱管供熱。圖B.1的下部是四種供熱方式的供熱側(cè)與用戶側(cè)概念化圖形表示。供熱側(cè)的各個(gè)設(shè)備效率與性能參數(shù)分別設(shè)定為：方案1的燃?xì)忮仩t的熱效率是95%;方案2的電加熱器的加熱效率是97%;方案3的熱泵的性能系數(shù)COP是3.5;方案4中太陽能集熱器的表面平均集熱溫度是200℃;集熱效率是80%。供熱側(cè)的能源輸入各不相同，而用戶側(cè)的輸出熱水負(fù)荷與參數(shù)均相同。用戶側(cè)熱水加熱管的供水(設(shè)備出口)溫度為95℃,回水(設(shè)備進(jìn)口)溫度為75℃;熱水供應(yīng)量為每天3t。供熱側(cè)鍋爐電加熱器熱泵集熱器用戶側(cè)熱水加熱管熱水加熱管熱水加熱管熱水加熱管用戶太陽能用戶水熱源用戶方案4(太陽能集熱供熱)方案3(電熱泵供熱)空氣鍋爐圖B.1四種建筑供熱系統(tǒng)的示意圖B.1.2明確環(huán)境基準(zhǔn)本案例未采用本文件的環(huán)境參考態(tài)溫度，而是根據(jù)所在地區(qū)情況設(shè)環(huán)境溫度T。為20℃(293.15K計(jì)算依據(jù)如下：a)燃?xì)忮仩t的燃料天然氣設(shè)為純甲烷，并以其為主進(jìn)行分析；b)忽略電熱泵供熱系統(tǒng)的熱損失；并假設(shè)電熱泵內(nèi)部換熱的工質(zhì)比熱容為1.22kJ/(kg·K);c)假設(shè)設(shè)備表面平均溫度為50℃(323.15K),以此計(jì)算各個(gè)設(shè)備因散熱導(dǎo)致的外部煙損失。B.1.4能量衡算和煙衡算B.1.4.1能量衡算基于四種供熱系統(tǒng)的給定參數(shù)可以計(jì)算出各個(gè)系統(tǒng)的供熱側(cè)輸入能量(供能負(fù)荷)、用戶側(cè)接受能量(熱負(fù)荷)和熱損失等數(shù)據(jù)，如表B.1。顯然，外界的輸入與用戶側(cè)的接受是對(duì)圖B.1的虛線邊界而言。其中，熱泵的輸入能量有兩部分，電耗2.989MJ/h和從水熱源汲取的熱7.471MJ/h。表B.1四種供熱系統(tǒng)的能量衡算結(jié)果方案系統(tǒng)與設(shè)備供能負(fù)荷MJ/h熱負(fù)荷MJ/h熱損失MJ/h能效1燃?xì)忮仩t2電加熱器3熱泵0水熱源4太陽能集熱器根據(jù)系統(tǒng)能量衡算的原理，表B.1中熱負(fù)荷為四種供熱系統(tǒng)的供熱側(cè)裝置(燃?xì)忮仩t、電加熱器、熱泵、太陽能集熱器)向用戶側(cè)的熱水加熱管提供的熱量。供熱側(cè)裝置的供能負(fù)荷，即燃?xì)忮仩t的燃料熱負(fù)荷、電加熱器的用電負(fù)荷、熱泵的用電負(fù)荷、太陽能集熱器的集熱負(fù)荷，分別基于熱水加熱管的熱負(fù)荷和各自的設(shè)備效率與性能參數(shù)推算。供能負(fù)荷與熱負(fù)荷之差為各個(gè)設(shè)備的熱損失。然而，熱泵供熱系統(tǒng)比較特殊，其能效指標(biāo)COP不是效率概念，無法據(jù)其確定其系統(tǒng)的熱損失量。另外，根據(jù)COP,熱泵的水熱源負(fù)荷可根據(jù)熱泵熱負(fù)荷與用電負(fù)荷算出；進(jìn)而根據(jù)設(shè)定的熱泵性能參數(shù)可推算出水熱源流量為119.048kg/h;類似地，還可推算出熱泵內(nèi)部工質(zhì)流量為428.689kg/h,兩者的計(jì)算式見公式(B.1):式中：m———流體質(zhì)量流量，單位為千克每時(shí)(kg/h);Q--——流體吸熱量或放熱量，單位為千焦每時(shí)(kJ/h);C——流體定壓比熱容，單位為千焦每千克開[kJ/(kg·K)];Th,T?——分別為高溫流體溫度和低溫流體溫度，單位為開(K)。B.1.4.2煙衡算如表B.2所示，基于四種供熱系統(tǒng)的給定參數(shù)和本案例設(shè)定的環(huán)境溫度(293.15K)和設(shè)備表面平均溫度為(323.15K),根據(jù)第5章和第6章的方法和公式，可以計(jì)算出各個(gè)方案的供熱側(cè)與用戶側(cè)的州值變化和過程品位、師損失和師效率。例如：方案1的燃?xì)忮仩t支付煙(9.190MJ/h)基于其供能負(fù)荷(燃燒負(fù)荷)與燃燒溫度(1773K),按公式△Ep——燃?xì)忮仩t支付師，單位為兆焦每時(shí)(MJ/h);GB/T14909—2021△Hp——燃?xì)忮仩t供能負(fù)荷，單位為兆焦每時(shí)(MJ/h);TB——燃?xì)忮仩t燃燒溫度，單位為開(K)。另外，方案4的太陽能集熱器的支付煙(4.974MJ/h),以及各個(gè)供熱系統(tǒng)的外部師損失(見基于表B.1的系統(tǒng)熱損失和設(shè)備表面平均溫度323.15K)也由此公式算出。方案2的電加熱器支付師(10.784MJ/h)為其供能負(fù)荷(用電負(fù)荷)。2.349MJ/h是熱泵出口加熱管(進(jìn)口溫度為115℃,出口溫度為95℃)供熱負(fù)荷的煙變；并由此師變計(jì)算出熱泵供熱系統(tǒng)的供熱過程品位。該數(shù)值按公式(B.3)計(jì)算：另外，用戶側(cè)熱水加熱管的收益師(1.896MJ/h)、方案3的熱泵的水熱源支付師(0.531MJ/h)也是利用此公式算出的。可以看到，與表B.1的用戶側(cè)熱負(fù)荷相似，各個(gè)方案用戶側(cè)收益煙的數(shù)值都相同；而供熱側(cè)的支付煙差異很大，因而各個(gè)方案的煙損失和師效率也完全不同。與表B.1同樣，表B.2中的表B.2四種供熱系統(tǒng)的煙衡算結(jié)果方案系統(tǒng)與設(shè)備供熱側(cè)用戶側(cè)外部煙損失MJ/h內(nèi)部煙損失MJ/h煙效率%支付煙MJ/h過程品位收益煙MJ/h過程品位1燃?xì)忮仩t2電加熱器3熱泵0水熱源4太陽能集熱器4.974B.1.5評(píng)價(jià)與分析B.1.5.1煙效率方案1和方案2兩個(gè)系統(tǒng)的州效率最低，分別為20.632%和17.584%。原因是這兩個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部州損失最大，分別為7.294MJ/h和8.887MJ/h,即絕大部分輸入的州都被消耗了。反觀其能效卻是四個(gè)方案中最高的，分別為95%和97%,表明數(shù)量評(píng)價(jià)與質(zhì)量評(píng)價(jià)在視角上的巨大差異。比較而言，方案3和方案4兩個(gè)系統(tǒng)的煙效率明顯高出很多，體現(xiàn)了相對(duì)優(yōu)良的熱力學(xué)完善度?；诒鞡.1和表B.2的數(shù)據(jù)，可以示意性地繪制各個(gè)系統(tǒng)的能流圖(圖B.2)與州流圖(圖B.3)。比較兩幅圖，可以發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)的一些能量負(fù)荷特性。總體數(shù)值上，圖B.2與圖B.3相同部位的能流幅寬與煙流幅寬不同，煙流幅寬不同程度要窄。圖B.2或圖B.3中，各個(gè)系統(tǒng)的熱水(用戶)流幅寬均相同，其他則各不相同。在圖B.2中，四個(gè)系統(tǒng)的輸入(支付)與輸出(收益)大體情況相同，都表現(xiàn)出相當(dāng)好的能量數(shù)量轉(zhuǎn)換GB/T14909—2021行為。除了方案3沒能表示出熱損失，其他三個(gè)系統(tǒng)的熱損失非常有限。然而，在圖B.3中的四個(gè)系統(tǒng)的情況卻截然不同，雖然可以粗略地認(rèn)為，方案1與方案2歸作一類，方案3與方案4歸作另一類。前者存在很大內(nèi)部煙損失，支付煙與收益師流變化很大，表明過程存在巨大的能量貶值。后者的變化有限，表現(xiàn)出相對(duì)適度的過程熱力學(xué)代價(jià)。特別是比較方案2和方案3,同樣是基于網(wǎng)電供熱，電熱泵大約以電加熱器1/3的電耗提取水熱源的能量，達(dá)到與電加熱器相同的供熱負(fù)荷(見圖B.2),盡管水熱源所含的師非常少(見圖B.3)。熱損失熱損失0.551MJ/h熱損失網(wǎng)電2.989MJ/h熱水(用戶)7.471MI/h0.342MJ/h熱水(用戶)熱水(用戶)網(wǎng)電太陽能電加熱器燃?xì)忮仩t2.615MJ/h電熱泵方案4圖B.2四種建筑供熱系統(tǒng)的能流圖外部州損失外部州損失0.030MJ/h內(nèi)部煙損失0.243MJ/h內(nèi)部煙損失3.078M,J/h0.051MJ/h內(nèi)部煙損失7.294MJ/h熱水(用戶)天然氣9.190MJ/h網(wǎng)電2,989MJ/h網(wǎng)電太陽能4.974MJ/h方案4方案1方案3電熱泵圖B.3四種建筑供熱系統(tǒng)的煙流圖基于表B.2和表B.3的過程品位和熱負(fù)荷數(shù)據(jù)，還可以繪制各個(gè)系統(tǒng)的A-△H圖(圖B.4)。這個(gè)圖分別以過程品位(A)和過程焓變(即熱負(fù)荷，△H)為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)；圖中的紅色線和綠色線分別表示提供能量(熱)和接受能量(熱)的過程。四個(gè)方案系統(tǒng)的過程焓變(10.460MJ/h)都相同，但過程品位匹配關(guān)系卻有很大差異，因?yàn)楦鱾€(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換方式不一樣。圖B.4中，過程線與環(huán)境參考態(tài)線(A=0)所圍的面積表示該過程的畑變。各個(gè)方案的紅色線下的面積表示煙供給側(cè)的支付煙，綠色線下的面積表示煙接受側(cè)得到的效益煙。其間的差或者說兩根線所圍的面積即過程的內(nèi)部師損失。顯然，方案2的師損失最大，方案4的最小。GB/T14909—20210,832燃?xì)忮仩tA方案2電加熱器(網(wǎng)電)A熱水加熱管電熱泵(水熱源)0.071方案37.471M/h2.989AH電熱泵(網(wǎng)電)MJ/h電熱泵(換熱管)0.225AHA熱水加熱管(用戶)0.181AH方案4太陽能0.380圖B.4四種建筑供熱系統(tǒng)的A-△H圖如圖B.4所示，方案3的A-△H圖構(gòu)成比較復(fù)雜。其中描述了兩組線。一組線表示電熱泵內(nèi)的泵熱過程的匹配關(guān)系);另一組線表示電熱泵和熱水加熱管的匹配關(guān)系。前者表示在電熱泵中，熱泵輸入電(A=1.0,△H=2.989(A=0.225,△H=10.460A=0.181,△H=10.460MJ/h)汲取水熱源的煙(A=0.071,△H=7.471MJ/h),升溫后輸出熱量師MJ/h);后者表示在熱泵內(nèi)部換熱的師傳遞(A=0.225,△H=10.460MJ/h對(duì)MJ/h)情況。很明顯，比較前后兩者，電熱泵的煙損失主要圖B.4直觀地揭示了方案1和方案2的煙效率低、煙損失大的原因，即過程推動(dòng)力設(shè)置過度，過程品位很不匹配；而方案3和方案4則比較好地把握了這一點(diǎn)。在本案例是四種供熱方式的比較分析中，強(qiáng)調(diào)的是科學(xué)用能。實(shí)際上，選擇合理、可行的用能方式取決于多種因素。例如，四種供熱系統(tǒng)中，方案1與方案2目前在實(shí)際中用的比較多，而方案3與方案4方還存在一些技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性的問題，可以作為方案1與方案2的改進(jìn)方式考慮。例如，在城市小區(qū)的天然氣鍋爐供熱系統(tǒng)中(類似方案1)就是采用噴淋水進(jìn)一步回收煙氣余熱；然后將回收的熱水作為熱泵系統(tǒng)的熱源，提升溫度后替代部分供熱負(fù)荷；也就是說以部分電耗的增加換取部分燃燒負(fù)荷的減少。這可以看作是組合方案1與方案3而構(gòu)成的新型供熱系統(tǒng)。B.2甲醇合成與分離工藝的煙分析B.2.1確定對(duì)象系統(tǒng)本案例為示意于圖B.5的簡化甲醇合成與分離工藝系統(tǒng)。在圖B.5中，該系統(tǒng)被分成了兩個(gè)子系統(tǒng)，反應(yīng)子系統(tǒng)和分離子系統(tǒng)。前者包括甲醇合成反應(yīng)器和循環(huán)氣壓縮機(jī)等單元設(shè)備；后者包括甲醇精餾塔和氣液分離器等單元設(shè)備。在該系統(tǒng)工藝流程中，新鮮原料合成氣(S1)進(jìn)入反應(yīng)子系統(tǒng)，經(jīng)原料換熱器后(S2),進(jìn)入混合器與循環(huán)氣(S13)混合；該循環(huán)氣最初(S11)經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)增壓后(S12)進(jìn)入產(chǎn)物換熱器升溫，然后送至混合器。混合原料氣(S3)進(jìn)入甲醇合成反應(yīng)器生成的反應(yīng)產(chǎn)物氣(S4);再經(jīng)過兩次換熱后(S5,S6),經(jīng)冷卻器降溫(S7),進(jìn)入閃蒸分離器，分出的氣相物流(S9)被分流器分成兩股物流，一股為馳放氣(S10)排出反應(yīng)子系統(tǒng)，另一股作為循環(huán)氣(S11)返回至循環(huán)氣壓縮機(jī)。閃蒸分離器的液相物流(S8)離開反應(yīng)子系統(tǒng)，進(jìn)入分離子系統(tǒng)，經(jīng)精餾塔換熱器(S14)進(jìn)入甲醇精餾塔；輕組分(S15)由塔頂排出分離子系統(tǒng)；離開塔底的粗甲醇產(chǎn)品(S16)經(jīng)精餾塔換熱器后(S17),送出分離子系統(tǒng)。循環(huán)氣壓縮機(jī)閃燕分離器原料氣原料換熱器粗甲醇甲醇合成反應(yīng)器粗甲醇產(chǎn)品冷卻器產(chǎn)物換熱器精餾塔換熱器產(chǎn)物氣馳放氣原料氣分流器S9產(chǎn)物氣反應(yīng)子系統(tǒng)循環(huán)圖B.5甲醇合成工藝流程示意圖對(duì)應(yīng)圖B.5的物流編號(hào)，表B.3給出了各個(gè)物流的溫度、壓力、流量與組成等數(shù)據(jù)。表B.4給出了各個(gè)單元設(shè)備的操作溫度與公用工程負(fù)荷數(shù)據(jù)。物流名稱原料氣原料氣原料氣產(chǎn)物氣產(chǎn)物氣產(chǎn)物氣產(chǎn)物氣產(chǎn)物液產(chǎn)物氣物流號(hào)溫度C230.028.928.9壓力MPa5555544氣相分率111111101摩爾流量kmol/h438.433397.308397.308397.308397.30721.272376.035摩爾分?jǐn)?shù)N?0.0030.0030.0070.0080.0080.0080.00800.008H?O0000.0010.0010.0010.0010.0270H?0.6700.6700.6720.6360.6360.6360.6360.0010.6720.2800.2800.2280.2010.2010.2010.2010.0010.213CO?0.0270.0270.0440.0470.0470.0470.0470.0130.0490.0200.0200.0450.0500.0500.0500.0500.0010.052CH?OH000.0050.0570.0570.0570.0570.9560.006GB/T14909—2021物流名稱馳放氣循環(huán)氣循環(huán)氣循環(huán)氣產(chǎn)物液輕組分醇產(chǎn)品醇產(chǎn)品物流號(hào)溫度C28.928.91200.096.960.0壓力MPa44664333氣相分率11110100摩爾流量kmol/h37.604338.432338.432338.43221.2720.13821.13421.134摩爾分?jǐn)?shù)N?0.0080.0080.0080.00800.01500H?O00000.0270.0010.0270.027H?0.6720.6720.6720.6720.0010.194000.2130.2130.2130.2130.0010.16900CO?0.0490.0490.0490.0490.0130.3420.0110.011CH?0.0520.0520.0520.0520.0010.1450.0010.001CH?OH0.0060.0060.0060.0060.9560.1340.9610.961表B.4部分單元設(shè)備操作參數(shù)與公用工程負(fù)荷單元設(shè)備號(hào)操作溫度動(dòng)力負(fù)荷加熱負(fù)荷冷卻負(fù)荷反應(yīng)子系統(tǒng)甲醇合成反應(yīng)器循環(huán)氣壓縮機(jī)冷卻器分離子系統(tǒng)精餾塔-再沸器—精餾塔-冷凝器96.85(370.00)B.2.2明確環(huán)境參考態(tài)的選擇本案例采用本文件的環(huán)境參考態(tài)計(jì)算物流熱物性。本案例的計(jì)算采取下列設(shè)定和數(shù)據(jù)來源：a)忽略各個(gè)單元設(shè)備與管路的熱損失；c)采用煙數(shù)據(jù)檢索與計(jì)算軟件ExergyCalculator計(jì)算本案例所需的物流熱物性數(shù)據(jù)。GB/T14909—2021B.2.4.1物料衡算基于表B.3的物流條件，可以計(jì)算出表B.5所列的系統(tǒng)輸入與輸出物流的元素衡算表。四種元素的平均偏差為0.0032%。以類似方法核算各個(gè)單元設(shè)備，輸入與輸出物流的元素偏差也極小，說明表B.3的數(shù)據(jù)滿足物料守恒關(guān)系。進(jìn)入kmol/h離開kmol/h偏差%合成氣馳放氣輕組分粗甲醇合計(jì)C—0.005H82.448O—0.015N0基于表B.3的物流條件，利用軟件ExergyCalculator得到表B.6所列各工藝物流的焓值、煙值和物質(zhì)品位數(shù)據(jù)結(jié)果。物流名稱原料氣原料氣原料氣產(chǎn)物氣產(chǎn)物氣產(chǎn)物氣產(chǎn)物氣產(chǎn)物液產(chǎn)物氣物流號(hào)師值GJ/h25.83825.873焓值GJ/h29.75330.013物質(zhì)品位0.8680.8620.8660.8680.8730.8750.8850.9500.875物流名稱馳放氣循環(huán)氣循環(huán)氣循環(huán)氣產(chǎn)物液輕組分醇產(chǎn)品醇產(chǎn)品物流號(hào)師值GJ/h92.12992.52092.8690.044焓值GJ/h0.052物質(zhì)品位0.8750.8750.8740.8670.9340.8530.9310.946GB/T14909—2021B.2.4.3能量衡算表B.7單元設(shè)備供給側(cè)與接受側(cè)的能量衡算單元設(shè)備號(hào)供給側(cè)焓變GJ/h接受側(cè)焓變GJ/h動(dòng)力負(fù)荷GJ/h熱負(fù)荷GJ/h冷卻負(fù)荷GJ/h反應(yīng)子系統(tǒng)原料換熱器混合器甲醇合成反應(yīng)器循環(huán)氣壓縮機(jī)產(chǎn)物換熱器冷卻器閃蒸分離器00分流器00分離子系統(tǒng)精餾塔換熱器—精餾塔B.2.4.4煙衡算同樣，基于本案例的設(shè)定條件，按照5.3和第6章的方法和公式，可以計(jì)算出各個(gè)單元設(shè)備供給側(cè)與接受側(cè)的煙衡算情況，結(jié)果如表B.8所示；以及各個(gè)子系統(tǒng)和整個(gè)系統(tǒng)輸入與輸出的煙衡算情況，結(jié)果如表B.9所示。單元設(shè)備號(hào)供給側(cè)支付燈GJ/h接受側(cè)收益師GJ/h內(nèi)部燈損失GJ/h局部燈損失率(1)%局部師損失率(2)%師效率%反應(yīng)子系統(tǒng)原料換熱器0.0640.0350.0292.9954.98混合器0.06300.0636.676.510甲醇合成反應(yīng)器0.7690.5480.22123.5222.9671.27循環(huán)氣壓縮機(jī)0.5150.3900.12575.81產(chǎn)物換熱器0.4370.3490.0889.399.1779.84冷卻器0.2330.0310.20321.5821.07閃蒸分離器0.21200.21222.5321.990分流器000000分離子系統(tǒng)精餾塔換熱器0.0780.0590.01985.012.0175.30E10精餾塔0.0270.0230.0030.3587.22表B.9子系統(tǒng)與系統(tǒng)輸入與輸出的煙衡算輸入州GJ/h輸出州GJ/h內(nèi)部煙損失GJ/h局部煙損失率(2)%普遍煙效率%反應(yīng)子系統(tǒng)輸入：S1和W(E4)輸出：S8、S10、Q(E3)和Q(E6)分離子系統(tǒng)輸入：S8和Q(E10,再沸器)輸出：S15、S17和Q(E10,冷凝器)系統(tǒng)輸入：S1、W(E4)和Q(E10,再沸器)輸出：S10、S15、S17、Q(E3)、Q(E6)和Q(E10,冷凝器)表B.8中的甲醇合成反應(yīng)器(E3)、冷卻器(E6)、甲醇精餾塔(E10)的再沸器和冷凝器的換熱過程州變按式(B.4)計(jì)算：△E?=△H?(1-298.15/T