燃烧计算和热平衡计算.ppt

第三章锅炉物质平衡和热平衡 1 第一节燃烧所需空气量及过量空气系数 慨念 理想气体 标准状态 22 4Nm3 kg 一 理论空气量 定义 1 燃料完全燃烧 无剩余氧表示 Vo Nm3 kg推导 以碳的完全燃烧为例 2 1kg收到基燃料含有碳 完全燃烧时需要的氧量为 同样可得到 1kg燃料中含有氧量为 由此可得 3 所以 1kg应用基燃料完全燃烧的理论空气量为 当量碳量 以上所计算的空气量都是干空气量 4 定义 二 实际供给空气量及过量空气系数 表示 过量空气系数 过量空气量 炉膛出口过量空气系数的作用及最佳值 与燃料种类 燃烧方式以及燃烧设备的完善程度有关 5 炉膛出口 固态排渣煤粉炉中 无烟煤和贫煤的炉膛出口过量空气系数为1 25 而烟煤与褐煤则为1 20 思考 这是为什么 6 第二节烟气成分及其烟气量的计算 一 烟气成分 当 1并且完全燃烧时 烟气由CO2 SO2 N2和H2O组成 其容积为 当 1并且完全燃烧时 烟气由CO2 SO2 O2 N2和H2O组成 其容积为 7 当 1且不完全燃烧时 烟气由CO2 SO2 CO O2 N2和H2O组成 其容积为 二 根据燃烧化学反应计算烟气容积 计算思路 实际烟气容积 理论烟气容积 过量空气容积 干 过量空气带入的水蒸气容积或 实际烟气容积 干烟气容积 水蒸气容积 8 一 理论烟气容积 定义 1并且燃料完全燃烧 计算 1 VRO2的计算 9 2 理论氮容积的计算理论氮容积 理论空气中的氮 燃料中的氮 3 理论水蒸气容积的计算 燃料中的氢生成的水蒸气 10 燃料中的水分生成的水蒸气 理论空气量带入的水蒸气 空气含湿量dk 是指1kg干空气带入的水蒸气量 单位为g kg干空气 每标准立方米干空气带入的水蒸气容积为 11 理论空气量带入的水蒸气容积为 对于固体燃料 理论水蒸气容积为上述三部分之和 即 二 实际烟气容积 12 或者 烟气的质量 13 三 运行锅炉的烟气分析及计算 成分 CO2 SO2 O2 CO N2 CO2 SO2 O2 CO N2 100 其中 CO2 VCO2 VgyVSO2 VSO2 Vgy 14 烟气分析 分析设备 奥氏分析仪 顺序 RO2 O2 CO 15 四 烟气中三原子气体 水蒸气容积份额和灰粒浓度 一 三原子气体容积份额及分压力 二 水蒸气容积份额及分压力 16 三 灰粒浓度 3 2 17 第三节燃烧方程式 一 完全燃烧方程式及RO2最大值定义 1 CO 0完全燃烧方程式为 18 由式 3 36 可以看出 当燃料的 值一定时 无论过量空气量如何 干烟气成分都应满足该式 如不满足 可能有以下几种情况 1 烟气分析不准确 2 有碳未燃尽 3 烟气中有CO存在 4 2 3 同时存在 在有CO存在时 若无未燃尽碳 可用式 3 41 计算CO 如烟气分析完全而准确 则可用式 3 36 求出 值 并与用式 3 37 求出的 值相比较 从而判断有无未燃尽碳存在 燃料特性系数 19 二 不完全燃烧方程式定义 燃料不完全燃烧时 各烟气成分之间的关系 表达 燃料的元素成分 烟气分析所得各烟气成分 20 第四节根据烟气成分求过量空气系数及烟气焓 一 运行时过量空气系数的计算运行时过量空气系数可以由烟气分析结果加以确定 推导思路 利用过量空气系数的定义式和烟气成分的定义式得到只包含烟气分析结果的计算公式 推导过程要点 21 22 23 氧公式与二氧化碳公式的比较 如图3 2所示 当燃料成分改变时 二氧化碳的含量也随着发生变化 同一含量对应的过量空气系数差别较大 不能正确指导锅炉运行 容易引起误操作 而用烟气中过剩氧量来监视过量空气系数大小 则燃料成分改变的影响就很小 24 二 漏风系数的计算 锅炉的通风方式 1 锅炉通风的任务 送入燃料燃烧需要的空气 排出燃烧产生的烟气 2 锅炉通风的方式 主要采用 平衡通风 即同时使用送风机和引风机 炉膛保持微负压的方式 另外还有 负压通风 和 正压通风 的方式 3 平衡通风的特点 锅炉不向外喷火焰和冒烟气 但会有空气从未密封处或密封不严密处漏入炉膛内 从而使烟气沿烟气流程的过量空气系数不断增大 25 漏风系数 的定义漏风系数的表达式及其确定方法 某级受热面的漏风系数 可以根据烟气分析结果 利用以下公式进行计算 26 27 28 第五节空气 烟气焓及焓温表 29 一 焓值的概念与计算 描述流动介质进行能量交换的关系时 焓是最有用和有效的 单位质量的物质所含的全部热能 仅与状态有关 而与途径无关 实际计算中需要知道燃烧产物 常压 的温度与焓值间的关系 水蒸汽则需要根据温度和压力来求得焓值 前人均已经制成表格 图线或程序 30 二 空气 烟气焓值的定义 相应于1公斤收到基燃料的空气 或烟气 由温度0 加热到 所需要的热量 称为空气的焓或烟气的焓 单位 kJ kg kcal kg 31 三 空气焓的计算 每标准立方米干空气连同其相应的水蒸汽在温度 时的焓 kJ Nm3 可以查表得到 每公斤空气含有10克水 32 四 烟气焓的计算 1 烟气的组成 33 2 烟气焓的组成 热力学 混合气体的焓等于各组成气体焓的和 外加灰分的焓 34 3 理论烟气焓 1m3的成分在温度时 的焓值 查表 35 4 飞灰热焓值Ifh 36 五 烟焓表 37 燃料的化学能转变为蒸汽的热能 一定存在有效利用热和损失的热量 第六节锅炉热平衡 38 一 热平衡的定义 送入锅炉的燃料拥有热量等于锅炉的有效输出热量加上各项热损失 目的 确定锅炉有效利用热 各项热损失 锅炉热效率 燃料消耗量 运行水平 原因及改进措施 新产品的鉴定等 方法 通过锅炉机组的热平衡试验 现代电站锅炉的效率为90 左右 容量越大 效率越高 39 二 热平衡方程式 相应于每公斤固体及液体燃料 kJ kg 美国ASME以每磅燃料的发热量 德国以单位时间内所用燃料的发热量 kJ s 40 41 热平衡的另一种表示式 通常用送入热量的百分比来表示 42 三 锅炉的热效率 正平衡表达式 反平衡表达式 43 四 送入锅炉的热量 44 五 机械不完全燃烧损失q4 灰渣中未燃烧或未燃尽的碳粒引起的损失 未燃尽碳粒随烟气排出炉外而引起的热损失 45 46 讨论 在锅炉运行中 可以取样测得 可以查表 或做灰平衡实验得到锅炉的设计中 根据燃料的种类及燃烧方式直接选用 0 5 5 大小取决于 燃料的种类 挥发份与灰分等 煤粉的细度 过量空气系数 炉膛的结构 决定了停留时间 锅炉的运行方式 炉膛的温度 负荷 等 47 对空气量和烟气量的影响 假定送入锅炉的燃煤量B中 有的燃料根本没有燃烧 即没有产生烟气量 也不需要空气量 实际上参加燃烧的不是实际送入的燃料量B 而是计算燃料量Bj热平衡计算用实际燃料量B 计算空气量和烟气量时用Bj 48 六 化学不完全燃烧损失 由于锅炉排烟中CO H2 CH4等可燃气体的存在 所引起的热损失 49 讨论 电站锅炉可燃气体很小 对煤粉炉 0 气体或液体燃料炉 0 5 层燃炉 0 5 1 0 50 七 排烟损失 由于排出锅炉的烟气焓高于进入锅炉时的冷空气焓而造成的热损失 51 影响排烟损失的主要因素 1 排烟温度 温度高 则损失大 提高10C 损失增加约1 温度低 则金属的消耗大 流动的阻力大 还可能造成受热面金属的低温腐蚀 2 排烟的容积 主要决定于过量空气系数的选取 过量空气系数大 风机的消耗大 排烟损失增大 不完全燃烧损失小过量空气系数小 则可能不完全燃烧损失增大 52 排烟温度与过量空气系数是一个经济技术综合考虑的参数 存在一个最佳过量空气系数 53 八 散热损失