第3章燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡_锅炉燃烧技术

1、第三章第三章 燃料燃烧计算和燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡锅炉机组热平衡 基本假设：基本假设：理论依据：理论依据：第一部分第一部分 燃料燃烧计算燃料燃烧计算燃料的燃烧工况燃料的燃烧工况 设计工况设计工况 实际送入的空气量大于理论空气量，以保证燃料完全燃烧实际送入的空气量大于理论空气量，以保证燃料完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成成分燃烧产物（烟气）组成成分 COCO2 2、SOSO2 2、N N2 2、H H2 2O O和剩余和剩余O O2 2 实际烟气量实际烟气量 V Vy y 实际工况实际工况 实际送入的空气量大于理论空气量，仍为不完全燃烧实际送入的空气量大于理论空气量，仍为不完全燃烧 燃烧产物

2、（烟气）组成成分燃烧产物（烟气）组成成分 COCO2 2、SOSO2 2、N N2 2 、 H H2 2O O、剩余、剩余O O2 2 和未完全和未完全燃燃烧气体烧气体COCO 实际烟气量实际烟气量 V Vy y 理论工况理论工况 燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成成分燃烧产物（烟气）组成成分 COCO2 2、SOSO2 2、N N2 2和和H H2 2O O 理论烟气量理论烟气量 0yV煤煤 的的 燃燃 烧烧 反反 应应 煤中可燃元素的燃烧反应煤中可燃元素的燃烧反应是燃烧计算的基础，是燃烧计算的基础，1kg1kg收到基燃料包括收到基燃料

3、包括 KgKg的碳、的碳、 kgkg的氢、的氢、 kgkg的硫的硫 100Car100Har100Sar 碳完全燃烧反应方程式碳完全燃烧反应方程式 C + OC + O2 2 COCO2 2 12 kg C + 22.41 Nm 12 kg C + 22.41 Nm3 3 O O2 2 22.41 Nm22.41 Nm3 3 COCO2 2 1kg1kg C + 1.866 NmC + 1.866 Nm3 3 O O2 2 1.866 Nm1.866 Nm3 3 COCO2 2 1kg H + 5.56 Nm 1kg H + 5.56 Nm3 3 O O2 2 11.1 Nm11.1 Nm3

4、3 H H2 2O O 1kg S + 0.7 Nm 1kg S + 0.7 Nm3 3 O O2 2 0.7 Nm 0.7 Nm3 3 SOSO2 2 理论空气量理论空气量 V 0 1kg 燃料完全燃烧时所需要的最小空气燃料完全燃烧时所需要的最小空气量量(无剩余氧无剩余氧)可通过燃料中可燃元素（可通过燃料中可燃元素（C、H、S）的燃烧化）的燃烧化学反应方程式求得学反应方程式求得)100 O0.7 - 100 S 0.7 100 H5.56 100C866. 1(21. 01Vr ar ar ar a 0 )232(O333. 0H265. 0)S375. 0C(0889. 0arararar

5、 实际空气量实际空气量 V与过量空气系数与过量空气系数 式中式中 、分别为烟气侧和空气侧的过剩空气系数分别为烟气侧和空气侧的过剩空气系数 0V)(V 0VV)( 过剩空气系数过剩空气系数与漏风系数与漏风系数 各受热面处烟气侧漏风各受热面处烟气侧漏风系数，查表确定；系数，查表确定；V V为烟道漏为烟道漏风量风量 为炉膛出口处过剩空气系数，为炉膛出口处过剩空气系数，表征炉内燃烧状况的重要物理量，表征炉内燃烧状况的重要物理量，在推荐值范围内选取在推荐值范围内选取 0VV zfky kykyky 为空气预热器出、为空气预热器出、进口处空气侧过剩空气系数进口处空气侧过剩空气系数 分别为炉分别为炉膛、制粉

6、系统和空预器漏风系数，膛、制粉系统和空预器漏风系数，查表确定查表确定kyzf 、kyky 、过剩空气系数过剩空气系数与漏风系数与漏风系数 理论烟气容积理论烟气容积 =1、完全燃烧：、完全燃烧：O2 = 0；CO = 00yV22200OyRONH OVVVV0311.11.240.0161,/100100ararHMVNmkg0(0.375)1.8660.80.79100100arararCSNV 实际烟气容积实际烟气容积 1、完全（不完全）燃烧：、完全（不完全）燃烧：O2 0；CO=0（ CO0） yV22222OOHNSOCOyVVVVVV 000yV10161. 0V1V )292(kg

7、/Nm,V)1(0161. 1V300y 五、烟五、烟 气气 成成 分分 分分 析析 )312(,%100NCOORO222 )332(,%100VVOgyO22 )342(,%100VVCOgyCO )352(,%100VVNgyN22 )322(,%100VVROgyRO22 烟气分析烟气分析是以是以1kg1kg燃料燃烧生成的干烟气（除去水分后的烟气）容积燃料燃烧生成的干烟气（除去水分后的烟气）容积为基础，采用奥氏分析仪进行的为基础，采用奥氏分析仪进行的 烟气分析烟气分析可得到可得到 在干烟气在干烟气V Vgygy中所占的容积百分比中所占的容积百分比 222NCOORO、21)(605.

8、0222COROOCORO 不完全燃烧方程式不完全燃烧方程式 arararararS375. 0CN038. 08OH35. 2 式中式中 为燃料特性系数为燃料特性系数 605. 0)(21222OROROCO判判 断断 燃燃 烧烧 状状 况况)432(,%121ROmax2 =1=1、且完全燃烧：、且完全燃烧：CO=0CO=0，O O2 2= 0= 0 完全燃烧方程式：完全燃烧方程式： l l、且完全燃烧：、且完全燃烧： CO=0 CO=0 )422(,%1O21RO22 锅炉常用燃料的锅炉常用燃料的值和值和 RORO2 2max max 值见表值见表2-82-8。为保持炉内良好的燃。为保持

9、炉内良好的燃烧工况烧工况, ,运行中应监测并维持炉内一定的运行中应监测并维持炉内一定的 RORO2 2，使其尽量靠近，使其尽量靠近 RORO2 2maxmax 为什么要确定过量空气系数为什么要确定过量空气系数过量空气系数的推导过量空气系数的推导RORO2 2、O O2 2 可由烟气分析或相关仪表测定可由烟气分析或相关仪表测定 2max2RORO )442(O21212 过量空气系数过量空气系数 完全燃烧且不计完全燃烧且不计OHgyy2VVV 烟气容积烟气容积)382(kg/Nm,CORO)S375. 0C(866. 1V32arargy 干烟气容积干烟气容积)362(100VVVVOROgyc

10、osoco2222 烟气焓烟气焓 1kg1kg燃料燃烧生成的烟气在定压下从燃料燃烧生成的烟气在定压下从0 0（）加）加热到热到 （）时所需要的热量）时所需要的热量yI 222222000yRONH ORONH OIIcIcIc00kkIVc001,/yykfhIIIIkJ kg100arfhfhhAIac时时可可不不计计算算6QAa4182net.ararfh fhkyIII、00为理想烟气焓、理想空气焓和飞灰焓为理想烟气焓、理想空气焓和飞灰焓 为为1Nm1Nm3 3空气、烟气各成分和空气、烟气各成分和1kg1kg灰在温度为灰在温度为 时的焓值，见表时的焓值，见表2-92-9； 为烟气携带飞灰

11、的质量份额。对固态排渣煤粉炉，取为烟气携带飞灰的质量份额。对固态排渣煤粉炉，取fhaic95. 09 . 0afh 焓焓 温温 表表 烟气的焓值烟气的焓值 取决于燃料种类、过剩空气系数及烟气温度取决于燃料种类、过剩空气系数及烟气温度 yH 由（由（ 、）查焓温表可很快确定烟气温度）查焓温表可很快确定烟气温度 ； 由（由（ 、）查表可很快确定烟气焓）查表可很快确定烟气焓 。 yHyH yHyH焓温表焓温表 对给定的燃料和各受热面前、后的过剩空气系数对给定的燃料和各受热面前、后的过剩空气系数计算计算出该受热面对应烟气温度出该受热面对应烟气温度 范围内的烟气焓范围内的烟气焓 ，制成的烟气，制成的烟气

12、（ ）表）表 yHyH习习 题题1. 1. 某锅炉燃用煤种的收到基成分为：某锅炉燃用煤种的收到基成分为：Car=59.6%Car=59.6%；Har=2.0%Har=2.0%； Sar=0.5%Sar=0.5%； Oar=0.8%Oar=0.8%；Nar=0.8%Nar=0.8%；Aar=26.3%Aar=26.3%； Mar=10.0%Mar=10.0%； Q=22186kJ/kgQ=22186kJ/kg烟气中的飞灰份额烟气中的飞灰份额a afhfh=95%=95%计算：计算：1 1）V V0 0 2 2） 及及=1.45=1.45时的时的Vy Vy 3 3）=1.45=1.45，=300=

13、300时的时的HyHy2. 2. 某锅炉燃用无烟煤，计算得到完全燃烧所需理论空气量某锅炉燃用无烟煤，计算得到完全燃烧所需理论空气量V V0 0为为5.81Nm5.81Nm3 3/kg/kg，实测得到炉膛出口过剩氧量，实测得到炉膛出口过剩氧量O O2 2为为4.8464.846（% %），如果炉膛的漏风系数），如果炉膛的漏风系数 为为0.050.05，此时供给炉膛的，此时供给炉膛的实际空气量是多少？实际空气量是多少？0yV 第二部分第二部分 锅炉机组热平衡锅炉机组热平衡一、热平衡的概念一、热平衡的概念二、热平衡方程式二、热平衡方程式三、锅炉输入热量三、锅炉输入热量四、锅炉输出热量四、锅炉输出热量

14、五、锅炉热效率分析五、锅炉热效率分析1 1、为什么开展锅炉热平衡研究、为什么开展锅炉热平衡研究p燃料的热量在锅炉中利用的情况燃料的热量在锅炉中利用的情况: :F有多少被有效利用，有多少被有效利用，F有多少变成了热量损失，表现在哪些方面有多少变成了热量损失，表现在哪些方面, ,产生的原因。产生的原因。p研究的目的是为了有效地提高锅炉热效率研究的目的是为了有效地提高锅炉热效率2 2、锅炉热平衡的研究对象、锅炉热平衡的研究对象 以以lkglkg固体燃料或液体燃料固体燃料或液体燃料( (气体燃料以气体燃料以1Nm3)1Nm3)为单位组成为单位组成热量平衡。热量平衡。1kg1kg燃料带入炉内的热量及锅炉

15、有效利用热量和燃料带入炉内的热量及锅炉有效利用热量和损失热量之间的关系。损失热量之间的关系。 3 3、锅炉热平衡的定义、锅炉热平衡的定义u稳定工况下，输入锅炉的热量等于输出锅炉的热稳定工况下，输入锅炉的热量等于输出锅炉的热量，输出锅炉的热量包括被有效利用的热量和损量，输出锅炉的热量包括被有效利用的热量和损失的热量。失的热量。u方法：通过锅炉机组的热平衡试验方法：通过锅炉机组的热平衡试验u现代电站锅炉的热效率在现代电站锅炉的热效率在90%左右，容量越大，左右，容量越大，效率越高效率越高二、锅炉热平衡方程式二、锅炉热平衡方程式654321QQQQQQQr654321100qqqqqq qi = Q

16、i / Qr 100 式中式中 输入热量输入热量 Q1 有效利用热有效利用热 Q2 排烟热损失排烟热损失 Q3 气体不完全燃烧热损失气体不完全燃烧热损失 Q4 固体不完全燃烧热损失固体不完全燃烧热损失 Q5 散热损失散热损失 Q6 灰渣物理热损失灰渣物理热损失rQ三、锅炉输入热量三、锅炉输入热量 Qr 对于燃煤锅炉，对于燃煤锅炉，若燃料和空气没有利用外界热量进行若燃料和空气没有利用外界热量进行预热，且燃煤水分满足预热，且燃煤水分满足 则则 628/QMQQrkJ/kg ,rQQiQQ式中式中 zqwrrQQi燃料的物理显热；燃料的物理显热；外来热源加热空气时带入的热量；外来热源加热空气时带入的

17、热量；雾化燃油所用蒸汽带入的热量雾化燃油所用蒸汽带入的热量四、锅炉输出热量四、锅炉输出热量1、排烟热损失、排烟热损失 2、气体不完全燃烧热损失、气体不完全燃烧热损失3、固体不完全燃烧热损失、固体不完全燃烧热损失4、散热损失、散热损失 5、灰渣物理热损失、灰渣物理热损失6、有效利用热、有效利用热 定义定义 烟气排入大气所造成的热损失烟气排入大气所造成的热损失 计算计算1、排烟热损失、排烟热损失 Q2 影响排烟热损失的主要因素影响排烟热损失的主要因素1、排烟热损失、排烟热损失 Q22py, , , , lQf燃性受热面无损程度排烟温度排烟温度排烟容积排烟容积1)1)排烟温度排烟温度p排烟温度越高，

18、排烟热损失越大。排烟温度每提高排烟温度越高，排烟热损失越大。排烟温度每提高1215，q2将提高将提高1%。p排烟温度过低经济上不合理，甚至技术上不允许。排烟温度过低经济上不合理，甚至技术上不允许。（1 1）烟气与工质的传热温差小，换热所需金属受热面就）烟气与工质的传热温差小，换热所需金属受热面就大大增加。大大增加。（2 2）为了避免尾部受热面的腐蚀，排烟温度也不宜过低）为了避免尾部受热面的腐蚀，排烟温度也不宜过低 须须根据燃料与金属耗量进行技术经济比较来合理确定排烟根据燃料与金属耗量进行技术经济比较来合理确定排烟温度。供热锅炉的排烟温度在温度。供热锅炉的排烟温度在150200150200范围内

19、范围内2)2)排烟容积排烟容积p影响排烟容积大小的因素有：影响排烟容积大小的因素有：（1 1）炉膛出口过量空气系数，）炉膛出口过量空气系数，（2 2）烟道各处漏风量）烟道各处漏风量（3 3）燃料所含水分。）燃料所含水分。锅炉最佳过量空气系数的确定锅炉最佳过量空气系数的确定 % ,100kJ/kg ,HC59079CH35818H10798CO12636100r33nm42gy3QQqVQ 定义定义 可燃气体未完全燃烧热损失亦称化学未完全燃烧热损失，可燃气体未完全燃烧热损失亦称化学未完全燃烧热损失，是锅炉排烟中残留的可燃气未燃烧放热而造成的热损失，等是锅炉排烟中残留的可燃气未燃烧放热而造成的热损

20、失，等于烟气中各种可燃气体的容积与其容积发热量之和。于烟气中各种可燃气体的容积与其容积发热量之和。 计算计算 影响Q3的主要因素3, , , lQf燃料特性 锅炉结构锅炉负荷 影响影响Q3的主要因素分析的主要因素分析 1燃料特性的影响燃料特性的影响n挥发份高的燃料，在其它条件相同时，挥发份高的燃料，在其它条件相同时，q3相对要大一些。相对要大一些。2锅炉结构的影响锅炉结构的影响炉膛高度不够或炉膛体积太小。炉膛高度不够或炉膛体积太小。当炉内水冷壁布置过多时，会使炉膛温度过低。当炉内水冷壁布置过多时，会使炉膛温度过低。3燃烧方式的影响燃烧方式的影响p炉膛过量空气系数（过小或过大）；配风炉膛过量空气

21、系数（过小或过大）；配风p炉内气流的混合与扰动等。炉内气流的混合与扰动等。 定义定义 固体未完全燃烧热损失亦称机械未完全燃烧热损失，是固体未完全燃烧热损失亦称机械未完全燃烧热损失，是燃料颗粒中未燃烧或未燃尽的碳造成的热损失和使用磨煤机燃料颗粒中未燃烧或未燃尽的碳造成的热损失和使用磨煤机时排出石子煤的热量损失。时排出石子煤的热量损失。 形成形成 计算计算 主要影响因素分析主要影响因素分析 4l, , , , , Qf燃料特性 燃烧方式 锅炉结构锅炉负荷szcjhcjhszar,netfhfhlzlz4CCC32700100100100GB QGGQBBBB!灰分含量高灰分含量高和和灰分熔点低灰分

22、熔点低的煤，固态可燃物被灰的煤，固态可燃物被灰包裹，难以燃尽，灰渣损失大。包裹，难以燃尽，灰渣损失大。!层燃时燃用挥发物低而焦结性强的煤：燃烧过程层燃时燃用挥发物低而焦结性强的煤：燃烧过程主要集中在炉排上，燃烧层温度高，较易形成熔主要集中在炉排上，燃烧层温度高，较易形成熔渣，阻碍通风，增加灰渣损失。渣，阻碍通风，增加灰渣损失。!层燃时燃用水分低，焦结性弱而细末又多的煤时：层燃时燃用水分低，焦结性弱而细末又多的煤时：特别是在提高燃烧强度而增强通风的情况下，飞特别是在提高燃烧强度而增强通风的情况下，飞灰损失就增加。灰损失就增加。 (煤粉炉没有漏煤损失，但飞灰损失比层燃炉大煤粉炉没有漏煤损失，但飞灰

23、损失比层燃炉大沸腾炉在燃用石煤或煤矸石时，飞灰损失大沸腾炉在燃用石煤或煤矸石时，飞灰损失大(2) F煤粉炉炉膛的高低煤粉炉炉膛的高低F燃烧器布置的位置燃烧器布置的位置 Y负荷增加，炉膛的气流速度增加，负荷增加，炉膛的气流速度增加，q q4 4加大。加大。Y煤粉细度及配风。煤粉细度及配风。Y过量空气系数过量空气系数: :如太低，如太低，q q4 4会增加。会增加。 ( 计算计算 （1）额定负荷下）额定负荷下 （2）非额定负荷下）非额定负荷下0.385,eded5.82qD 定义定义 锅炉表面温度高于周围环境温度，通过自然对流和辐射锅炉表面温度高于周围环境温度，通过自然对流和辐射传热的方式向周围散

24、热造成散热损失。传热的方式向周围散热造成散热损失。ed55,edDqqD 额定负荷下的散热损失是外部冷却损失，可根据锅额定负荷下的散热损失是外部冷却损失，可根据锅炉尾部受热面的布置查图确定炉尾部受热面的布置查图确定 q5 与锅炉运行负荷近似成反比变化与锅炉运行负荷近似成反比变化额定容量下锅炉的散热损失额定容量下锅炉的散热损失 主要影响因素主要影响因素 glhj5()kF ttQB5Qf锅炉表面温度,环境温度,锅炉表面积,锅炉表面粗糙程度 定义定义 灰渣物理热损失是指锅炉排出的炉渣、飞灰与沉降灰所灰渣物理热损失是指锅炉排出的炉渣、飞灰与沉降灰所携带的热量未被利用而引起的热损失。携带的热量未被利用

25、而引起的热损失。 计算计算 6、锅炉有效利用热、锅炉有效利用热 Q1 定义定义 锅炉有效利用热指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。锅炉有效利用热指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。 计算计算 6、锅炉有效利用热、锅炉有效利用热 Q1 式中式中 Q 工质总吸热量，工质总吸热量， kJ/ s B 燃料消耗量，燃料消耗量， kg/s Dgr、Dzr、DPw 过热蒸汽量、再热蒸汽量和排污量，过热蒸汽量、再热蒸汽量和排污量，kg/s 、 、h g s 过热蒸汽焓、饱和蒸汽焓和给水焓，过热蒸汽焓、饱和蒸汽焓和给水焓，kJ/kg 、 再热蒸汽出口和进口焓，再热蒸汽出口和进口焓，kJ/kgzrh zrh gr

26、h bsh )hh(DhhDhhDB1Qgsbspwzrzrzrgsgrgr1 54)-(2kJ/kg,BQ 空气在空气预热器中吸收的热量又返回炉膛，属锅炉内部热量循环，空气在空气预热器中吸收的热量又返回炉膛，属锅炉内部热量循环，锅炉热平衡中不予考虑锅炉热平衡中不予考虑五、锅炉热效率与燃料消耗量五、锅炉热效率与燃料消耗量 热效率热效率 正平衡正平衡 反平衡反平衡,%100QQqr11g ),%qqqqq(10065432g ）（622s/kg,QQ100QQBrg1 燃料消耗量燃料消耗量）（632s /kg),100q1 (BB4j 计算燃料消耗量计算燃料消耗量Y锅炉正平衡只能求锅炉的热效率，不能据此研究和分锅炉正平衡只能求锅炉的热效率，不能据此研究和分析影响锅炉热效率的种种因素，以寻求提高热效率的