《锅炉热平衡测试》PPT课件

14 22 55 1 锅炉房设备的基本知识 燃料 燃烧设备 锅炉热平衡 技术要求 14 22 55 2 锅炉的定义利用燃料燃烧释放的热能 或其他热能 将工质加热到一定参数 温度和压力 的设备 14 22 55 3 锅炉的分类锅炉按其用途通常可以分为动力锅炉和工业锅炉两种 1 动力锅炉 用于发电和动力方面的锅炉 动力锅炉产生的蒸汽用作将热能转换为机械能的工质以产生动力 其蒸汽的温度和压力一般都很高 2 工业锅炉 用于为工农业生产和建筑采暖及人民生活提供蒸汽或热水的锅炉 又称供热锅炉 14 22 55 4 1 锅炉房设备的基本知识锅炉其它分类方法用途 动力锅炉 工业锅炉 输出工质 工业锅炉 蒸汽锅炉 热水锅炉 导热油锅炉 燃料和能源 燃煤锅炉 燃气锅炉 燃油锅炉 余热锅炉 燃烧方式 燃煤锅炉 层燃炉 室燃炉 沸腾炉 锅炉本体结构 烟管锅炉 水管锅炉 锅筒放置方式 立式 卧式锅炉 出厂形式 整装 快装 组装 散装锅炉 14 22 55 5 1 锅炉房设备的基本知识 14 22 55 6 锅炉房设备的组成 锅炉本体 锅 炉 锅 吸热容纳水和蒸汽的受压部件 包括锅筒 汽包 对流管束 水冷壁 集箱 联箱 蒸汽过热器 省煤器和管道组成的一个封闭的汽水系统 1 锅炉房设备的基本知识 14 22 55 7 锅炉房设备的组成 锅炉本体 锅 炉 炉 放热锅炉中使燃料进行燃烧产生高温烟气的场所 是由煤斗 炉排 炉膛 除渣板 送风装置等组成的燃烧设备 1 锅炉房设备的基本知识锅炉房设备的组成 锅炉辅助设备燃料供应与除灰渣系统通风系统水 汽系统仪表控制系统 14 22 55 8 1 锅炉房设备的基本知识锅炉的主要性能指标 1 蒸发量或热功率蒸发量 Dt h 蒸汽锅炉每小时生产的额定蒸汽量 热功率 QMW 热水锅炉 14 22 55 9 1 锅炉房设备的基本知识锅炉的主要性能指标 2 压力和温度锅炉的额定工作压力 P 蒸汽锅炉出汽口处蒸汽的额定压力或热水锅炉出水口处热水的额定压力 低压锅炉2 45MPa以下 中压2 49 4 9Mpa 高压9 9 8Mpa 超高压11 8 14 7MPa 亚临界压力15 7 19 6MPa 超临界压力22 0MPa以上温度 t 蒸汽锅炉蒸汽过热器出口处的蒸汽温度或热水锅炉的额定出水口供水温度和进口回水温度 14 22 55 10 1 锅炉房设备的基本知识锅炉的主要性能指标 3 锅炉热效率锅炉热效率是指送入锅炉的全部热量中被有效利用的百分数 也称锅炉效率 4 锅炉的耗电率锅炉的耗电率 生产1t蒸汽 锅炉房设备耗用电的总度数 14 22 55 11 1 锅炉房设备的基本知识锅炉的规格与型号我国工业锅炉产品型号由三部分组成 各部分之间用短横线相连 本体形式代号 燃烧设备代号 额定蒸发量 t h 或额定热功率 MW 额定蒸汽压力或允许工作压力 MPa 过热蒸汽温度或出水温度 进水温度 燃料种类代号 14 22 55 12 燃料的定义可以燃烧并能释放出热能可加以利用的物质 燃料的分类固体燃料 煤 油页岩 稻壳 甘蔗渣等 液体燃料 重油 渣油 轻柴油 气体燃料 天然气 高炉煤气 焦炉煤气 城市煤气 14 22 55 13 燃料的元素分析成分 C H O N S A M碳 C 燃料中主要的可燃成分 1kg碳完全燃烧时可释放33900kJ的热量 含碳量高的煤 发热量也高 但碳的着火点也高 所以含碳量高的煤着火和燃烧均较困难 煤的含碳量随地质年代增长而增加 煤的含碳量约为可燃成分总量的30 90 之间 氢 H 燃料中重要的可燃成分 1kg氢完全燃烧时可释放125600kJ的热量 氢极易着火燃烧 含氢量高的燃料 不仅发热量高 而且容易着火燃烧 煤中氢的含量只有2 4 左右 地质年代愈久的煤 含氢量愈少 14 22 55 14 燃料的元素分析成分 C H O N S A M硫 S 固体燃料中的硫包括三种形态 即有机硫 硫化铁硫和硫酸盐硫 前两种硫能参加燃烧 称为可燃硫 后一种硫不参加燃烧 算在灰分中 可燃硫虽然能够燃烧 但其放热量很少 仅为9050kJ kg 硫的燃烧产物二氧化硫和三氧化硫气体部分愈烟气中的水蒸气结合生成亚硫酸及硫酸 会对锅炉低温受热面产生腐蚀 另一部分随烟气排入大气中 会污染环境 所以燃料中的硫是一种有害成分 14 22 55 15 燃料的元素分析成分 C H O N S A M氧 O 和氮 N 燃料中的不可燃成分 其存在使得燃料中的可燃成分相对减少 使燃烧放出的热量降低 氧的含量随燃料地质年代的增长而降低 氧在无烟煤中仅有1 3 在泥煤中最高可达35 氮是一种有害元素 煤燃烧时 部分氮与氧化合生成有害气体 污染大气 氮在煤中的含量占可燃成分的0 5 2 5 天然气中含氮量较少 液体燃料氮含量通常在0 2 以下 14 22 55 16 燃料的元素分析成分 C H O N S A M水分 M 燃料中的主要杂质 由于它的存在 不仅使燃料中可燃元素相对减少 发热量降低 而且燃料燃烧时水分汽化还要吸收热量 使炉膛温度降低 燃烧着火困难 排烟带走的热损失增加 同时还可能加剧尾部低温受热面的低温腐蚀和堵灰 煤中的水分由外水分和内水分两部分组成 内水分是凝聚或吸附在煤炭内部毛细孔中的水分 也称固有水分 内水分要将煤加热到105 左右并持续一段时间才能除去 外水分是煤炭在开采 贮运过程中受外界影响而吸附或凝聚在煤炭颗粒表面的水分 它可以通过自然干燥除去 14 22 55 17 燃料的元素分析成分 C H O N S A M灰分 A 灰分是燃料中不可燃的固体矿物杂质 它不仅使固体燃料的发热量降低 燃烧困难 而且增加运煤 出灰的工作量和运输费用 此外 灰分中一部分飞灰在锅炉中随烟气流动 造成受热面和引风机磨损 排入大气污染环境 若灰的熔点过低 会造成炉排和受热面结渣 影响传热和正常燃烧 固体燃料中灰分含量变化很大 一般为5 50 液体燃料中灰分很少 在0 1 以下 气体燃料基本不含灰分 14 22 55 18 燃料成分分析基准固体燃料和液体燃料的组成成分均用质量分数来表示 C H O N S M A 100 四种分析基 收到基 空气干燥基 干燥基 干燥无灰基收到基用准备燃烧的燃料成分总量为基准进行分析得出的各种成分 称为收到基成分 旧标准称为应用基成分 空气干燥基用经自然风干除去水分的燃料成分总量为基准进行分析得出的成分 称为空气干燥基成分 旧标准为分析基 14 22 55 19 燃料成分分析基准干燥基以烘干除去全部水分的燃料成分总量为基准分析得出的各种成分称为干燥基成分 干燥无灰基以除去水分和灰分的燃料成分总量为基准分析得出的成分称为干燥无灰基成分 旧标准为可燃基 14 22 55 20 煤的工业分析煤的工业分析是测定煤的水分 M 挥发分 V 固定碳 V 和灰分 A 的含量 用以表明煤的某些燃烧特性 在煤的着火 燃烧过程中 煤中各种成分的变化情况为 将煤加热到一定温度时 首先水分 M 被蒸发出来 接着再加热 煤中的H O N S及部分C所组成的有机化合物便分解 变成气体挥发出来 这些气体称为挥发分 V 挥发分析出后 剩下的是焦炭 焦炭就是固定碳 C 和灰分 A 再将焦炭加热灼烧至其质量不发生变化时取出冷却 剩余部分即灰分 A 14 22 55 21 煤成分及其各种基准间关系示意图 14 22 55 22 燃料的发热量定义燃料的发热量是指1kg燃料 气体燃料为1m3 完全燃烧时所放出的热量 单位为kJ kg 或kJ Nm3 燃料的发热量分为高位发热量和低位发热量 高位发热量 Qgr 燃料完全燃烧时放出的全部热量 它包含燃料燃烧时产生的水蒸气的汽化潜热 即认为烟气中的水蒸气完全凝结成水并放出汽化潜热 低位发热量 Qnet 从高位发热量中扣除水蒸气汽化潜热后的发热量 实际工程中常用收到基低位发热量Qar net 燃料发热量的测定目前 国内外均采用氧弹测热仪来测定固体和液体燃料的发热量 14 22 55 23 无烟煤 有明亮的黑色光泽 硬度大 挥发分含量最低 一般 10 含碳量很高 灰分 水分等杂质较少 因而发热量高 约在21000 32500kJ kg 着火和燃烬都很困难 贫煤 煤化程度略低于无烟煤 是主要的动力用煤 挥发分一般在10 20 动力用煤中的贫煤 实际上也包括了干燥无灰基挥发分为14 20 胶质层厚度比贫煤略大的瘦煤 它的着火和燃烬特性优于无烟煤 但仍属反应性能较差的煤 14 22 55 24 烟煤 中等煤化程度的煤 干燥无灰基挥发分含量较高 一般在20 45 水分和灰分较少 因而发热量较高 在20000 30000kJ kg 烟煤容易着火和燃烬 但对于高灰分的烟煤 着火和燃烬都相应比较困难 褐煤 形成年代较短的煤 煤质松 略程褐色 挥发分含量很高 约为40 50 很容易着火和燃烧 但是褐煤中灰分和水分含量也都相对较高 发热量低 一般仅为10000 20000kJ kg 14 22 55 25 14 22 55 26 燃料的燃烧过程 1 煤的燃烧过程 燃烧的准备阶段燃料的燃烧阶段燃尽阶段三个阶段虽有先有后 但不是截然分开的 根据燃煤的特性 燃烧方式及燃烧设备的不同 燃烧的各个阶段常互相影响和互相重叠交叉进行 14 22 55 27 燃料的燃烧过程 2 液体燃料的燃烧过程 油滴的燃烧过程 蒸发 扩散 燃油在炉膛内燃烧的过程 油的雾化过程油滴的蒸发和热分解过程油气与空气混合 燃烧过程 3 可燃气体混合物的着火与燃烧过程气体燃料的燃烧非常容易 简单 只有与空气和混合和燃烧两个过程 14 22 55 28 燃烧设备的分类燃烧设备一般按燃料在炉内燃烧方式的不同 分为层燃炉 悬燃炉和沸腾炉三类 循环流化床炉 层燃炉燃料在炉排上铺成层状进行燃烧的锅炉 层燃炉在供热锅炉中用得最为广泛 常用的层燃炉有火上加煤的固定炉排炉 火前给煤的链条炉排炉 往复推动炉排炉及振动炉排炉等 14 22 55 29 燃烧设备的分类层燃炉 手烧炉 链条炉排炉 往复推动炉排炉 抛煤机炉 14 22 55 30 燃烧设备的分类悬燃炉燃料在燃烧空间内呈悬浮状态进行燃烧的锅炉 又称室燃炉 悬燃炉有燃用煤粉的煤粉炉 燃用液体燃料的燃油炉和燃用气体燃料的燃气炉 14 22 55 31 燃烧设备的分类悬燃炉 煤粉炉 燃油炉 燃气炉 14 22 55 32 燃烧设备的分类沸腾炉一定粒径的煤在燃烧室内被自下而上送入的空气流托起 并上下翻滚进行燃烧 14 22 55 33 循环流化床炉燃煤和空气进入一个流态化燃烧室 发生掺混和点火燃烧 夹带有大量细颗粒物料的烟气进入后部一个分离器 被分离收集的物料通过一个返料器被送回主燃烧室循环再进行燃烧 锅炉热平衡是基于能量守恒和质量不灭的规律 研究在稳定工况下锅炉的输入热量和输出热量及各项热损失之间的平衡关系 研究的目的 在于掌握和弄清楚锅炉燃料的热量在锅炉中的利用情况 有多少被有效利用 有多少变成了热量损失 这些损失的热量体现在哪些方面以及产生的原因 通过热平衡不单可以求出锅炉的热效率和燃料消耗量 更重要的是可以寻求提高锅炉热效率的途径 14 22 55 34 锅炉热平衡概念输入锅炉的热量有效利用热量 输出锅炉的热量未完全燃烧的热损失其它热损失 锅炉热平衡的计算基础 1kg固体 液体 或1Nm3气体燃料 14 22 55 35 锅炉热平衡方程式为 14 22 55 36 将上式变成以百分数表示的热平衡方程式 14 22 55 37 14 22 55 38 锅炉热平衡的意义 知道锅炉有效利用热量的大小和燃料热量的利用程度 更重要的是知道各项热损失的大小 可以判断锅炉的设计和运行水平 寻找提高锅炉运行水平的措施 锅炉热平衡必须通过试验求得 该试验即 热平衡试验 也称为热效率试验 14 22 55 39 锅炉效率 同一时间内锅炉有效利用热量与输人热量的百分比 锅炉热平衡方法 正平衡测量法反平衡测量法 14 22 55 40 正平衡测量法 直接测量输人热量和输出热量来确定效率的方法 注 正平衡测量法亦称直接测量法或输入输出法 反平衡测量法 通过测定各种燃烧产物热损失和锅炉散热损失来确定效率的方法 注 反平衡测量法亦称间接测量法或热损失法 14 22 55 41 正平衡测量法 锅炉输入热量对应于1kg固体或液体燃料 其输入锅炉的热量可用下式计算 14 22 55 42 14 22 55 43 14 22 55 44 14 22 55 45 锅炉有效利用热量过热蒸汽的吸热锅炉有效利用热量再热蒸汽的吸热饱和蒸汽的吸热排污水的吸热当锅炉不对外供应饱和蒸汽时 锅炉每小时有效利用热量可用下式计算 即 14 22 55 46 14 22 55 47 反平衡测量法 14 22 55 48 1 机械不完全燃烧热损失q4燃用固体燃料的锅炉 部分固体可燃物在炉内没有参与燃烧或没有燃尽被排除炉外而造成的热损失 包括部分燃料经炉排掉入灰斗的漏煤损失 未燃尽的可燃物包裹在灰渣中被排出 落入灰斗造成的灰渣损失 未燃尽的碳粒随烟气带走的飞灰损失 q4是燃用固体燃料锅炉热损失中较大的一项 对于燃用气体或液体燃料的锅炉 正常燃烧时可认为q4 0 影响固体不完全燃烧热损失的主要因素有锅炉的燃烧方式 燃料特性 锅炉运行情况等 14 22 55 49 在锅炉设计时 机械不完全燃烧热损失只能按经验数据来选取 对于运行中的锅炉 机械不完全燃烧热损失可通过热平衡试验来测定 热平衡试验时 测定的项目包括 锅炉每小时的飞灰量 灰渣量以及飞灰和灰渣中残余碳的含量 此时 机械不完全燃烧热损失可按以下方法计算 即 14 22 55 50 14 22 55 51 影响机械不完全燃烧热损失的主要因素机械不完全燃烧热损失是锅炉热损失中的一个主要项目 通常仅次于排烟热损失 影响机械不完全燃烧热损失的主要因素有燃料性质 煤的颗粒度 燃烧方式 炉膛结构 锅炉负荷 炉内空气动力场以及运行情况等 燃料性质 灰分 水分越大 挥发分越小 机械不完全燃烧热损失越大 炉膛结构 炉膛结构决定了煤在炉内停留的时间和风混合的质量 从而影响到q4 14 22 55 52 影响机械不完全燃烧热损失的主要因素 锅炉负荷 锅炉负荷过高时 单位时间送入炉内的煤粉量和空气量都增加 煤停留时间缩短 使机械不完全燃烧热损失增大 锅炉负荷较低时 炉膛温度降低 燃烧反应速度减小 使机械不完全燃烧热损失增大 14 22 55 53 影响机械不完全燃烧热损失的主要因素 运行时的过量空气系数 当 较小时 随着 的增大 机械不完全燃烧热损失不断减小 当 较大时 随着 的增大 机械不完全燃烧热损失会逐渐增加 煤颗粒度 煤粉颗粒越细小 则煤粉细度的数值越小 机械不完全燃烧热损失越小 14 22 55 54 2 排烟热损失q2烟气的温度比进入锅炉的空气温度要高 烟气离开锅炉排入大气所带走的热量损失 它是锅炉热损失中较大的一项 影响排烟热损失的因素主要是排烟温度和排烟容积 排烟热损失按下式计算kJ kg 14 22 55 55 理论空气量当1kg收到基燃料中可燃成分完全燃烧 烟气中又无剩余氧存在时 这种理想情况下燃烧所需的空气量称为理论空气量 实际空气量在锅炉实际运行时 由于锅炉燃烧技术条件的限制 不可能做到空气与燃料理想的混合 为使燃料尽可能的燃尽 完全燃烧 实际供给的空气量要比计算出的理论空气量多 14 22 55 56 过量空气系数 实际空气量与理论空气量之差称为过量空气 而实际空气量与理论空气量的比值称为过量空气系数 过量空气系数是锅炉运行的重要指标之一 其值偏低时 不能保证完全燃烧 其值偏大时 不参与燃烧的大量冷空气进入炉内吸热 并随烟气排入大气而带走热量 使热损失增大 同时使风机耗电量增加 因此 锅炉运行中应确定合理的过量空气系数 既使燃料完全燃烧 又使各项热损失最小 14 22 55 57 3 气体不完全燃烧热损失 q3 由于一部分可燃气体 CO H2等 未能燃烧放热 随烟气排出造成的热量损失 kJ kg kJ kg 14 22 55 58 4 炉体散热损失 q5 锅炉运行时 由于炉墙 锅筒 钢架 管道及其他附件等表面温度高于周围空气温度 部分热量从炉体表面向外界散失 形成炉体散热损失 其大小主要取决于锅炉散热表面面积的大小 外表面温度以及周围空气的温度 GB T10180 2003中规定了3种取值方法 14 22 55 59 14 22 55 60 14 22 55 61 14 22 55 62 5 其他热损失 q6 主要包括灰渣物理热损失 冷却热损失等 kJ kg 14 22 55 63 1 测试依据标准GB10180 2003 工业锅炉热工试验规范 GB T15317 94 工业锅炉节能监测方法 考核依据标准GB T15317 94 工业锅炉节能监测方法 14 22 55 64 2 考核指标 1 1热效率合格指标 14 22 55 65 2 考核指标 1 2排烟温度合格指标 14 22 55 66 2 考核指标 1 3空气系数合格指标 14 22 55 67 2 考核指标 1 4炉渣含碳量合格指标 1 5炉体外表面温度合格指标 14 22 55 68 3 标准适用范围GB10180 2003规定了工作压力小于3 8MPa的蒸汽锅炉以及热水锅炉热工性能试验 包括定型试验 验收试验 仲栽试验和运行试验 的方法 并规定了以表格形式表示试验结果 本标准适用于手工或机械燃烧固体燃料的锅炉 燃烧液体或气体燃料的锅炉和以电作为热能的锅炉 热油载体锅炉及以垃圾作燃料的锅炉可参照采用 本标准不适用于余热锅炉 14 22 55 69 4 总则测定锅炉效率应同时采用正平衡法和反平衡法 锅炉效率取正平衡法与反平衡法测得的平均值 当锅炉额定燕发量 额定热功率 大于或等于20t h 14MW 用正平衡法测定有困难时 可采用反平衡法测定锅炉效率 手烧锅炉允许只用正平衡法测定锅炉效率 14 22 55 70 5 试验要求5 1正式试验应在锅炉热工况稳定和燃烧调整到试验工况1h后开始进行 锅炉热工况稳定系指锅炉主要热力参数在许可波动范围内其平均值已不随时间不断变化的状态 热工况稳定所需时间 自冷态点火开始 一般规定为 对无砖墙 快 组装 的锅壳式燃油 燃气锅炉不少于1h 燃煤锅炉不少于4h b 对轻型炉墙锅炉不少于8h c 对重型炉墙锅炉不少于24h 14 22 55 71 5 2锅炉出力的最大允许波动正负值应符合图1要求 14 22 55 72 5 3在试脸结束时 锅筒水位和煤斗的煤位均应与试验开始时一致 如不一致应进行修正 试验期间过量空气系数 给煤量 给水量 炉排速度 煤层或沸腾嫌烧锅沪料层高度应基本相同 对于手烧锅炉在试验开始前和试验结束前均应进行一次清炉 注意结束时与开始时 煤层厚度和燃烧状况应基本一致 14 22 55 73 5 4正式试验测试时间应按下述规定 a 火床燃烧 火室燃烧 沸腾燃烧固体燃料锅炉应不少于4h b 火床燃烧甘蔗渣 木柴 稻壳及其他固体燃料锅护应不少于6h c 对于手烧炉排 下饲炉排等锅炉应不少于5h 对于手烧锅炉 试验时间内至少应包含一个完整的出渣周期 d 液体燃料和气体燃料锅炉应不少于2h 14 22 55 74 5 5每次试验的正 反平衡测得的效率之差应不大于5 两次试验测得的正平衡效率之差应不大于3 两次试验测得的反平衡效率之差应不大于4 但是 对于燃油 燃气锅炉各种平衡的效率值之差均应不大于2 14 22 55 75 5 6当锅炉额定蒸发量 额定热功率 大于或等于20t h 14MW 仅用反平衡法测定效率时 试验燃料消耗量应按相应的效率计算公式进行反算得出 式中的锅炉效率先行估取