第3章燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡-锅炉燃烧技术..ppt

第三章燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡,I研究燃料、空气、烟气之间的数量关系1、燃烧需要空气量2、燃烧产生烟气量3、燃烧方程式4、运行中过量空气系数的确定II空气烟气的焓III锅炉热平衡分析,研究对象,基本假设和理论依据,以1kg燃料为计算基础所有气体均视为理想气体（22.4Nm3/kg）假定完全燃烧认为空气只由N2和O2组成,容积比为79:21,基本假设：,理论依据：,普通化学工程热力学（理想气体、混合气体、湿空气等）,第一部分燃料燃烧计算,燃料的燃烧工况,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燃烧产物（烟气）组成成分CO2、SO2、N2、H2O和剩余O2实际烟气量Vy,实际工况实际送入的空气量大于理论空气量，仍为不完全燃烧燃烧产物（烟气）组成成分CO2、SO2、N2、H2O、剩余O2和未完全燃烧气体CO实际烟气量Vy,理论工况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CO2、SO2、N2和H2O理论烟气量,煤的燃烧反应,煤中可燃元素的燃烧反应是燃烧计算的基础，1kg收到基燃料包括Kg的碳、kg的氢、kg的硫,碳完全燃烧反应方程式C+O2CO212kgC+22.41Nm3O222.41Nm3CO2,1kgC+1.866Nm3O21.866Nm3CO21kgH+5.56Nm3O211.1Nm3H2O1kgS+0.7Nm3O20.7Nm3SO2,1燃烧所需要的空气量,一、理论空气量,理论空气量V01kg燃料完全燃烧时所需要的最小空气量(无剩余氧)可通过燃料中可燃元素（C、H、S）的燃烧化学反应方程式求得,燃烧所需要的理论空气量,实际空气量V与过量空气系数式中、分别为烟气侧和空气侧的过剩空气系数,二、实际空气量和过量空气系数,过剩空气系数与漏风系数,各受热面处烟气侧漏风系数，查表确定；V为烟道漏风量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，在推荐值范围内选取,为空气预热器出、进口处空气侧过剩空气系数分别为炉膛、制粉系统和空预器漏风系数，查表确定,过剩空气系数与漏风系数,2燃烧产生烟气量（烟气容积）,理论烟气容积=1、完全燃烧：O2=0；CO=0,实际烟气容积1、完全（不完全）燃烧：O20；CO=0（CO0）,五、烟气成分分析,烟气分析是以1kg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烟气分析可得到在干烟气Vgy中所占的容积百分比,3燃烧方程式,不完全燃烧方程式,式中为燃料特性系数,判断燃烧状况,=1、且完全燃烧：CO=0，O2=0,完全燃烧方程式：l、且完全燃烧：CO=0,锅炉常用燃料的值和RO2max值见表2-8。为保持炉内良好的燃烧工况,运行中应监测并维持炉内一定的RO2，使其尽量靠近RO2max,4运行中过量空气系数的确定,为什么要确定过量空气系数,过量空气系数的推导,过量空气系数表达式,RO2、O2可由烟气分析或相关仪表测定,过量空气系数完全燃烧且不计,烟气容积,干烟气容积,5空气和烟气的焓,三、空气焓的计算,空气的焓：理论空气的焓:I0k=V0(ct)k,kJ/kg实际空气的焓:Ik=I0k=V0(ct)k,kJ/kg,四、烟气焓的计算,烟气焓1kg燃料燃烧生成的烟气在定压下从0（）加热到（）时所需要的热量,为理想烟气焓、理想空气焓和飞灰焓,为1Nm3空气、烟气各成分和1kg灰在温度为时的焓值，见表2-9；为烟气携带飞灰的质量份额。对固态排渣煤粉炉，取,烟气焓的计算公式,焓温表,烟气的焓值取决于燃料种类、过剩空气系数及烟气温度,由（、）查焓温表可很快确定烟气温度；由（、）查表可很快确定烟气焓。,焓温表对给定的燃料和各受热面前、后的过剩空气系数计算出该受热面对应烟气温度范围内的烟气焓，制成的烟气（）表,习题,1.某锅炉燃用煤种的收到基成分为：Car=59.6%；Har=2.0%；Sar=0.5%；Oar=0.8%；Nar=0.8%；Aar=26.3%；Mar=10.0%；Q=22186kJ/kg烟气中的飞灰份额afh=95%计算：1）V02）及=1.45时的Vy3）=1.45，=300时的Hy2.某锅炉燃用无烟煤，计算得到完全燃烧所需理论空气量V0为5.81Nm3/kg，实测得到炉膛出口过剩氧量O2为4.846（%），如果炉膛的漏风系数为0.05，此时供给炉膛的实际空气量是多少？,第二部分锅炉机组热平衡,一、热平衡的概念二、热平衡方程式三、锅炉输入热量四、锅炉输出热量五、锅炉热效率分析,主要内容,1、为什么开展锅炉热平衡研究燃料的热量在锅炉中利用的情况:有多少被有效利用，有多少变成了热量损失，表现在哪些方面,产生的原因。研究的目的是为了有效地提高锅炉热效率2、锅炉热平衡的研究对象以lkg固体燃料或液体燃料(气体燃料以1Nm3)为单位组成热量平衡。1kg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。,一、热平衡的概念,3、锅炉热平衡的定义,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失的热量。方法：通过锅炉机组的热平衡试验现代电站锅炉的热效率在90%左右，容量越大，效率越高,热平衡范围,二、锅炉热平衡方程式,qi=Qi/Qr100,式中输入热量Q1有效利用热Q2排烟热损失Q3气体不完全燃烧热损失Q4固体不完全燃烧热损失Q5散热损失Q6灰渣物理热损失,三、锅炉输入热量Qr,对于燃煤锅炉，若燃料和空气没有利用外界热量进行预热，且燃煤水分满足则,四、锅炉输出热量,1、排烟热损失2、气体不完全燃烧热损失3、固体不完全燃烧热损失4、散热损失5、灰渣物理热损失6、有效利用热,定义烟气排入大气所造成的热损失计算,1、排烟热损失Q2,影响排烟热损失的主要因素,1、排烟热损失Q2,排烟温度,排烟容积,1)排烟温度排烟温度越高，排烟热损失越大。排烟温度每提高1215，q2将提高1%。排烟温度过低经济上不合理，甚至技术上不允许。（1）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。（2）为了避免尾部受热面的腐蚀，排烟温度也不宜过低,主要影响因素分析,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温度。供热锅炉的排烟温度在150200范围内,2)排烟容积影响排烟容积大小的因素有：（1）炉膛出口过量空气系数，（2）烟道各处漏风量（3）燃料所含水分。,锅炉最佳过量空气系数的确定使q2、q3、q4三项热损失的总和最小，所对应的炉膛出口过量空气系数,主要影响因素分析,2、气体未完全燃烧热损失,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，是锅炉排烟中残留的可燃气未燃烧放热而造成的热损失，等于烟气中各种可燃气体的容积与其容积发热量之和。,计算,2、气体未完全燃烧热损失,影响Q3的主要因素,2、气体未完全燃烧热损失,影响Q3的主要因素分析1燃料特性的影响挥发份高的燃料，在其它条件相同时，q3相对要大一些。2锅炉结构的影响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。3燃烧方式的影响炉膛过量空气系数（过小或过大）；配风炉内气流的混合与扰动等。,3、固体未完全燃烧热损失,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。,形成,3、固体未完全燃烧热损失,计算,主要影响因素分析,灰分含量高和灰分熔点低的煤，固态可燃物被灰包裹，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。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，飞灰损失就增加。,(1)燃料特性对q4的影响,煤粉炉没有漏煤损失，但飞灰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,(2)燃烧方式对q4的影响,煤粉炉炉膛的高低燃烧器布置的位置,(3)炉子结构对q4的影响,负荷增加，炉膛的气流速度增加，q4加大。煤粉细度及配风。过量空气系数:如太低，q4会增加。,(4)锅炉运行工况对q4的影响,计算（1）额定负荷下（2）非额定负荷下,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传热的方式向周围散热造成散热损失。,4、散热损失Q5,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q5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,4、散热损失Q5,主要影响因素,4、散热损失Q5,定义灰渣物理热损失是指锅炉排出的炉渣、飞灰与沉降灰所携带的热量未被利用而引起的热损失。,5、灰渣物理热损失Q6,计算,6、锅炉有效利用热Q1,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。,计算,6、锅炉有效利用热Q1,式中Q工质总吸热量，kJ/sB燃料消耗量，kg/sDgr、Dzr、DPw过热蒸汽量、再热蒸汽量和排污量，kg/s、hgs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，kJ/kg,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,五、锅炉热效率与燃料消耗量,热效率正平衡反平衡,燃料消耗量,计算燃料消耗量,正反平衡热效率比较,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途径。反平衡依据对各种热损失的测定来计算锅炉热效率。对小型锅炉而言，一般以正平衡为主，反平衡为辅。对于大型锅炉，由于不易准确测定燃料消耗量，其锅炉热平衡主要靠反平衡求得。,锅炉机组的热平衡试验,目的确定锅炉机组热效率；确定锅炉机组各项热损失的大小；确定过量空气系数、排烟温度、过热蒸汽温度等参数与锅炉负荷的关系。方法（1）正平衡法；（2）反平衡法,习题,1.某锅炉燃用煤种的收到基成分为：Car=59.6%；