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动力、蒸汽与公用工程免费计算器

锅炉房与公用工程的 14 项计算:锅炉、蒸汽、冷却塔、燃料、CO₂ 与压缩空气。每项均附公式和练习题。

锅炉与蒸汽

锅炉效率(正平衡法)

公式η = S × (hg − hfw) ÷ (F × PC) × 100  ·  hfw ≈ 4.19 × Tfw
t/h
°C
kg/h
MJ/kg
蒸汽吸热量—MW
燃料输入热量—MW
锅炉效率 (η)—%

按干饱和蒸汽计,忽略排污。须注明基准:高位热值(天然气 ≈ 80–85 %)或低位热值(≈ 88–93 %)。

按热负荷计算蒸汽耗量

公式ṁ = Q × 3600 ÷ hfg
kW
蒸汽流量 (ṁ)—kg/h
汽化潜热 (hfg)—kJ/kg
饱和温度—°C

按干饱和蒸汽完全冷凝、凝结水以饱和状态排出计算。另加 5–10 % 作为损失和启动余量。

凝结水闪蒸汽

公式x = (hf1 − hf2) ÷ hfg2  ·  ṁflash = x × ṁ
kg/h
闪蒸率 (x)—%
闪蒸汽量—kg/h

P₁ 下为饱和凝结水。这部分低压蒸汽可回收(除氧器、加热),不必从放空口浪费。

锅炉排污与浓缩倍数

公式N = Cb ÷ Cfw  ·  BD = S × Cfw ÷ (Cb − Cfw)  ·  FW = S + BD
µS/cm
µS/cm
t/h
浓缩倍数 (N)—×
排污率(占给水 %)—%
排污量 (BD)—t/h
给水量 (FW)—t/h

也可用溶解性总固体或氯离子(两侧单位一致)。典型排污率:给水量的 1–8 %;须遵守制造商的炉水限值。

凝结水回收与补水

公式R = C ÷ S × 100  ·  MU = S − C  ·  Tmix = (C × Tc + MU × Tmu) ÷ S
t/h
t/h
°C
°C
回收率 (R)—%
补水量 (MU)—t/h
混合水温度 (Tmix)—°C

简化平衡(忽略排污和除氧用汽)。回收率每提高一个百分点,都能节省处理水、药剂和燃料。

冷却水与泵

冷却塔:冷幅、逼近度与蒸发损失

公式ΔT = Th − Tc  ·  A = Tc − Twb  ·  η = ΔT ÷ (ΔT + A) × 100  ·  E ≈ 0.00153 × Q × ΔT  ·  P = Q ÷ 3.6 × 4.18 × ΔT
m³/h
°C
°C
°C
冷幅 (ΔT)—K
逼近度 (A)—K
冷却塔效率 (η)—%
蒸发损失 (E)—m³/h
排热量 (P)—kW

E ≈ 0.00085 × gpm × °F,即 0.00153 × Q × ΔT(m³/h、°C;约 85 % 的热量靠蒸发带走)。常见逼近度:3–6 °C。

冷却塔:浓缩倍数、排污与补水

公式N = Cc ÷ Cmu  ·  B = E ÷ (N − 1)  ·  M = E + B
m³/h
µS/cm
µS/cm
浓缩倍数 (N)—×
排污 + 风吹损失 (B)—m³/h
补水量 (M)—m³/h

在补水和集水池分别测电导率(或氯离子、二氧化硅)。浓缩倍数由 3 提高到 6 可大幅减少补水,上限取决于结垢。

泵功率

公式Ph = ρ × g × Q × H ÷ 3600 ÷ 1000  ·  Pa = Ph ÷ ηp  ·  Pe = Pa ÷ ηm
m³/h
m
%
%
h/yr
有效功率 (Ph)—kW
轴功率 (Pa)—kW
电功率 (Pe)—kW
年耗电量—kWh/年

按水 ρ = 1000 kg/m³、g = 9.81 m/s² 计算;其他液体乘以相对密度。泵偏离最佳效率点运行会浪费能量。

燃料、效率与 CO₂

燃料能量(低位与高位热值)

公式P = F × 热值 ÷ 3600  ·  E = F × 24 × LHV ÷ 1000
kg/h
按低位热值计功率—MW
按高位热值计功率—MW
每日能量(低位)—GJ/d

典型值 (MJ/kg,低位 / 高位):天然气 47.1 / 52.2;丙烷 46.6 / 50.2;柴油 42.8 / 45.8;重油 39.5 / 42.2;煤 22.7 / 24.0;氢 120.0 / 141.9。有供应商分析数据时以其为准。

燃料燃烧 CO₂ 排放

公式E = m × NCV  ·  CO₂ = E × EF ÷ 10⁶
t
能量(低位)—GJ
CO₂ 排放量—t CO₂
每吨燃料 CO₂—t CO₂/t

采用 IPCC 2006 缺省值(第 2 卷表 1.2、1.4),按完全氧化计。正式报告应使用实测低位热值与含碳量。天然气约 0.7–0.8 kg/Sm³。

热耗率与热效率

公式η = P ÷ (F × LHV ÷ 3.6) × 100  ·  HR = 3600 ÷ η × 100
kg/h
MJ/kg
kW
燃料输入热量—MW
热效率 (η)—%
热耗率 (HR)—kJ/kWh
热耗率 (HR)—Btu/kWh

以低位热值计:内燃机或简单循环燃气轮机 30–42 %;联合循环 50–60 %。热耗率越低越好。1 kJ = 0.9478 Btu。

压缩空气

压缩空气泄漏:流量与能耗

公式ṁ = Cd × A × P₀ × √(k ÷ (R × T)) × (2 ÷ (k + 1))(k + 1) ÷ (2(k − 1))  ·  Q = ṁ ÷ ρair  ·  P = Q × SP
mm
bar(g)
kW/(m³/min)
h/yr
泄漏量(自由空气,Q)—m³/min
泄漏量(自由空气,Q)—L/s
损失功率 (P)—kW
年损失电量—kWh/年

按理想气体临界流动计算(k = 1.4,空气 20 °C),适用于表压约 1 bar 以上。锐边孔 Cd ≈ 0.61,圆角孔可达 0.97。自由空气按 20 °C、1.013 bar 折算。

按加载 / 卸载时间测泄漏

公式L = T ÷ (T + t) × 100  ·  QL = C × L ÷ 100  ·  PL = Pc × L ÷ 100
s
s
m³/min
kW
h/yr
泄漏率 (L)—%
泄漏量 (QL)—m³/min
损失功率 (PL)—kW
年损失电量—kWh/年

在无用气(停产)时测试,取多个周期平均。维护良好的管网泄漏率低于 10 %,常见为 20–30 %。忽略卸载功率。

储气罐容积

公式V = t × (Cd − Cs) × Pa ÷ (P₁ − P₂)  ·  Pa = 1.013 bar
m³/min
m³/min
min
bar(g)
bar(g)
所需储气罐容积 (V)—m³
供气缺口—m³/min

流量按自由空气计。储气罐只能应付短时峰值;若缺口持续,需要增加压缩机能力,而不是加大储气罐。

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