03燃烧产物和热平衡

1、第三章燃烧产物和热平衡第三章燃烧产物和热平衡 第一节空气量计算空气量计算（作业）（作业） 第二节烟气量的计算烟气量的计算（作业）（作业） 第三节完全燃烧方程式完全燃烧方程式 第四节根据烟气分析确定过量空气系数根据烟气分析确定过量空气系数 第五节空气与烟气焓的计算空气与烟气焓的计算（作业）（作业） 第六节锅炉的热平衡锅炉的热平衡（作业）（作业） 一、锅炉燃烧计算的前提一、锅炉燃烧计算的前提 1空气量与烟气量的计算均以1kg燃料的 收到基为基础； 2空气和烟气的所有组成成分（包括水蒸 汽，分压很小），均可作理想气体，每 摩尔气体在标准状态的容积是22.4Nm3； 3. 气体容积计算的单位均为Nm3

2、/kg。 二、计算原则二、计算原则 n燃料完全燃烧 n所需理论空气量，由燃料中各个可燃元 素在燃烧时所需空气量相加而得。 理论空气量（氧气量） n碳燃烧消耗的氧气量 n氢燃烧消耗的氧气量 n硫燃烧消耗的氧气量 n燃料本身的氧量 碳燃烧消耗的氧气量 3 22 12 4 .22 1 4 .2212 Nmkg COOC 3 100 866. 1 10012 4 .22 Nm CC arar 氢燃烧消耗的氧气量 3 222 4 4 .22 1 4 .224 22 Nmkg OHOH 3 100 56. 5 1004 4 .22 Nm HH arar 硫燃烧消耗的氧气量 3 22 32 4 .22 1

3、4 .2232 Nmkg SOOS 3 100 7 . 0 10032 4 .22 Nm SS arar 燃料本身的氧量 3 100 7 . 0 10032 4 .22 Nm OO arar 1kg燃料完全燃烧所需的氧量 30 100 7 . 0 100 7 . 0 100 55. 5 100 866. 1 2 Nm OSHC V arararar O 1kg 燃料完全燃烧所需的理论空气量 300 )(0333. 0265. 00889. 0 21. 0 1 2 NmOSHCVV ararararO 实际空气量 n炉膛内的混合不可能绝对均匀，为保证 完全燃烧，需多送一部分空气， n定义过量空气

4、系数。 0 V V k 漏风系数 负压工作下的锅炉，存在炉外 的空气漏入炉内的漏风 0 V V k 要点 n烟气侧：炉膛后直至排烟处，过量空气 系数逐渐增大， n烟气侧过量空气系数， n存在一个最佳的过量空气系数，通常用炉膛 出口的过量空气系数表示; n空气侧：由锅炉送风机开始，均为正压， n空气侧过量空气系数; n逐渐减小，向外的漏风逐渐减少 l grlgr kysmgrsm pykykyky 解释以上各式的意义解释以上各式的意义 grkyky zfllky zflkyl Air Leakage 解释以上各式的意义解释以上各式的意义 第三章燃烧产物和热平衡第三章燃烧产物和热平衡 第一节空气量

5、计算空气量计算（作业）（作业） 第二节烟气量的计算烟气量的计算（作业）（作业） 第三节完全燃烧方程式完全燃烧方程式 第四节根据烟气分析确定过量空气系数根据烟气分析确定过量空气系数 第五节空气与烟气焓的计算空气与烟气焓的计算（作业）（作业） 第六节锅炉的热平衡锅炉的热平衡（作业）（作业） 一、烟气的组成烟气的组成 n当1kg煤完全燃烧时，烟气的组成成分为 （*W） Vy Vy0 VRO2 V0N2 V0H2O (-1)V0标米干空气的湿空气/公斤 烟气量的表示方法 kgNmVVVVVV OHONSOCOy / 3 22222 kgNmVVV OHgyy / 3 2 kgNmVVVV V OHyy

6、 /) 1( 300 2 000 2222 OHNSOCOy VVVVV V OH V 2 过量空气带入的水蒸汽 0 y V理论上燃烧所生成的烟气，不随过量空气系数而变。 二、理论烟气量理论烟气量 n计算理论烟气量中的各项气体的容积 1、三原子气体烟气量 2、理论氮气量 3、理论水蒸汽量 222 SOCORO VVV 0 2 N V 0 2O H V 000 2222 OHNSOCOy VVVVV 1、三原子气体烟气量 222 SOCORO VVV 4 .2232 100 866. 1 10032 4 .22 4 .2212 100 866. 1 10012 4 .22 22 22 arar

7、arar SS SOOS CC COOC 100 7 . 0 100 866. 1 2 ARar RO SC V 2、理论氮气量 00 79. 0 10028 4 .22 2 V N V ar N 00 79. 0 100 8 . 0 2 V N V ar N 3、理论水蒸汽量 （1）由煤中的水分 （2）煤中氢元素转换的水分 （3）由理论空气量V0带入的水分，即相对 于每kg燃煤带入的水蒸汽容积 0.0161dV0 Nm3/kg ar ar M M 0124. 0 10018 4 .22 ar ar H H 111. 0 10022 4 .222 不考虑过量空气中水蒸汽的容积 n理论烟气量 w

8、hararH GVHMV24. 10161. 0111. 00124. 0 00 0 2 000 2222 OHNSOCOy VVVVV 三、过量空气中的水蒸汽容积三、过量空气中的水蒸汽容积 000 0 ) 1(0161. 0) 1(00161. 0 222 VVdVVV OHOH V H 四、实际烟气量实际烟气量 000 ) 1(0161. 0) 1(VVVV yy 00 ) 1(0161. 1VVV yy OHgyy VVV 2 每 kg 燃料燃烧后产生的烟气的质量 0 306. 1 100 1VG A G wh ar y 五、三原子气体的容积份额三原子气体的容积份额 n在辐射换热计算中，

9、三原子气体RO2， H2O均参与辐射换热。 n三原子气体的容积份额 2 2 2 RO y RO RO p V V rOH y OH OH p V V r 2 2 2 immi VpVp 六、烟气中的飞灰浓度烟气中的飞灰浓度 n对辐射换热有较大的作用，即每kg烟气 中飞灰的质量。 nafh烟气携带出炉膛的飞灰占总灰量的 份额（0.850.95）。 kgkg G aA y fhar / 100 第三章燃烧产物和热平衡第三章燃烧产物和热平衡 第一节空气量计算空气量计算 第二节烟气量的计算烟气量的计算 第三节完全燃烧方程式完全燃烧方程式 第四节根据烟气分析确定过量空气系数根据烟气分析确定过量空气系数

10、第五节空气与烟气焓的计算空气与烟气焓的计算 第六节锅炉的热平衡锅炉的热平衡 原理 n在燃料与空气完全燃烧的条件下， 燃烧烟气产物中的RO2和O2与燃料的元素 分析成分之间必然存在一定的关系。 n完全燃烧方程反映其间内在关系。 一、推导过程推导过程 n由烟气分析的结果（均为干烟气成分） %100 2 2 gy RO V V RO %100 2 2 gy O V V O %100 2 2 gy N V V N 100 222 NORO 二、完全燃烧方程表达式 n燃料特性系数 22 )1 (21ROO arar ararar RO ar SC NOH V V N 375. 0 038. 0126.

11、0 35. 2 79. 0 79. 0 100 8 . 0 21. 0 2 0 讨论 n烟气中三原子气体的最大百分比含量: 由完全燃烧方程得： 当送入理论空气量，且完全燃烧时， 1 21 2 2 O RO 1 21 )( max2 RO 基本常识 n在燃煤的条件下，通常， %1914 2 RO %42 2 O RO2 O2 三、不完全燃烧方程不完全燃烧方程 n在不完全燃烧的条件下，且认为仅存在 CO，将满足如下方程， n由不完全燃烧方程，可以干烟气中CO的 含量 )(605. 021 222 COROCOORO 605. 0 )()21( 222 ORORO CO 第三章燃烧产物和热平衡第三章

12、燃烧产物和热平衡 第一节空气量计算空气量计算 第二节烟气量的计算烟气量的计算 第三节完全燃烧方程式完全燃烧方程式 第四节根据烟气分析确定过量空气系数根据烟气分析确定过量空气系数 第五节空气与烟气焓的计算空气与烟气焓的计算 第六节锅炉的热平衡锅炉的热平衡 第四节根据烟气分析确定过量空气系根据烟气分析确定过量空气系 数数 n一、烟气分析的目的烟气分析的目的 n二、过量空气系数的推导过量空气系数的推导 n三、烟气分析的手段烟气分析的手段 一、烟气分析的目的烟气分析的目的 n对于一台正在运行中的锅炉，如何知道 实际送入锅炉的空气量？如何知道空气 量是否合适？锅炉燃烧调整？ n答案：通过实时、在线监测锅

13、炉过量空 气系数。 n炉膛出口及烟道各处的过量空气系数？ 烟气分析测出某处的烟气成分，再由过 量空气系数的计算式算出。 二、过量空气系数的推导过量空气系数的推导 由锅炉过量空气系数的定义出发推导 完全燃烧的情况下，与烟气成分之间的关系： K ggk kk V VVV V V V 1 1 0 7979. 079. 0 100 8 . 0 79. 0 2 2 2 2 NVV N V V V gyN ar N air N k 2121. 0 2 2 OVV V gyO g )(100 7921 21 22 2 ORO O 锅炉空气系数的不同表达式 （a）完全燃烧；（b）Nar可被忽略 再略去 2 m

14、ax2 )( RO RO 2 21 21 O )(100 7921 21 22 2 ORO O 测定烟气中的O2，即可计算得 到过量空气系数 n广泛采用 2 21 21 O 测定烟气中的RO2，也可计算 得到过量空气系数 n用的较少 2 max2 )( RO RO 烟气成分随过量空气系数的变化 21 CO2%，O2% O2 CO2 三、烟气分析烟气分析 n烟气分析手段： 吸收剂吸收 燃烧吸收 色谱分析 化学方法 导热性 导磁性 导电性 光学性 物理方法 烟气成分分析仪 煤质元素分析仪煤质元素分析仪 n各种分析设备均已经商业化。电厂均要 求上烟气在线监测系统，EMS。 n在燃烧正常的情况下，煤粉

15、炉炉膛出口 烟气中的主要成分含量范围： RO2=1416%；O2=25% 第三章燃烧产物和热平衡第三章燃烧产物和热平衡 第一节空气量计算空气量计算 第二节烟气量的计算烟气量的计算 第三节完全燃烧方程式完全燃烧方程式 第四节根据烟气分析确定过量空气系数根据烟气分析确定过量空气系数 第五节空气与烟气焓的计算空气与烟气焓的计算 第六节锅炉的热平衡锅炉的热平衡 第五节空气与烟气焓的计算空气与烟气焓的计算 一、焓值的概念与计算一、焓值的概念与计算 n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； n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； n实际计算中需要知道燃烧产物（常压

16、）的温 度与焓值间的关系； n水蒸汽则需要根据温度和压力来求得焓值； n前人均已经制成表格、图线或程序。 二、空气、烟气焓值的定义空气、烟气焓值的定义 n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。 n单位：kJ/kg，kcal/kg 三、空气焓的计算三、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。 n每公斤空气含有10克水。 kkk cVII)( 00 k c )( 四、烟气焓的计算烟气焓的计算 n1. 烟气的组成 Vy Vy0 VRO2 V0N2 V0H2O (-1)V0标米干空气的湿空

17、气/公斤 2烟气焓的组成 n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。 hfh ar kyy ca A cVII)( 100 )() 1( 00 Iy Iy0 IRO2= VRO2 I0N2= V0N2 I0H2O= V0H2O (-1)I0=(-1)V0 Ifh 3理论烟气焓 1m3的成分在温度时的焓值，查 表。 OHOHNNROROy cVcVcVI 22 )()()( 0 2 0 222 0 i c )( 4. 飞灰热焓值Ifh hfh ar ca A )( 100 4烟焓表 n通过燃烧产物的焓值的计算，列出焓值 与温度对应的表格（编程计算），是锅 炉热力计算的基础：即，

18、 ),(fI y 第六节锅炉的热平衡锅炉的热平衡 n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。 一、热平衡的定义热平衡的定义 n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。 n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。 n方法：通过锅炉机组的热平衡试验。 n现代电站锅炉的效率为90%左右，容量 越大、效率越高。 二、热平衡方程式热平衡方程式 n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） 654321 QQQQQQ

19、Qr r Q送入锅炉的热量； 1 Q有效利用热； 2 Q排烟热损失； 3 Q化学不完全燃烧损失； 4 Q机械不完全燃烧损失； 5 Q散热损失； 6 Q其它热损失。 热平衡的另一种表示式 n通常用送入热量的百分比来表示： 654321 %100qqqqqq .%,100 1 1 r Q Q q 三、锅炉的热效率锅炉的热效率 n正平衡表达式： n反平衡表达式： rr gl BQ Q Q Q q%100 1 1 %)(100 65432 qqqqq gl 本节以下内容的目的 计算各项热损失、锅炉热效率和锅 炉燃煤量B 654321 QQQQQQQr 四、送入锅炉的热量送入锅炉的热量 whwrkrpn

20、etarr QQiQQ , 五、机械不完全燃烧损失机械不完全燃烧损失q4 n 灰渣中未燃烧或未燃尽的碳粒引 起的损失； n 未燃尽碳粒随烟气排出炉外而引 起的热损失 fhlz QQQ 444 lz Q4 fh Q4 机械不完全燃机械不完全燃热损失计算 n原则：灰渣及飞灰中的含碳量与碳的发 热量的乘积的总和 n定义： 灰渣中含碳的重量百分比为： ，灰渣量： 飞灰中含碳的重量百分比为： ，飞灰量： % lz C hkgGlz/ hkgG fh / % fh C CONT. n每小时所损失的可燃物重量 n每小时损失的热量 n折算到每公斤燃料所损失的热量： hkg C G C G fh fh lz l

21、z / 100100 hkcal C G C G fh fh lz lz /) 100100 (7830 kgkcal C G C G B Q fh fh lz lz /) 100100 ( 3 .78 4 lz G可知， fhlz CC ,可以取样测得， fh G最不易测得 灰平衡 n进入锅炉的总灰量等于排出锅炉的灰渣、 飞灰中的灰分的总和 n定义 100 100 100 100 100 fh fh lz lz ar C G C G A B ar fhfh ar lzlz BA CG BA CG )100( )100( 1 %1 fhlz aa ar lzlz lz BA CG a )100

22、( ar fhfh fh BA CG a )100( CONCLUSION ) 100100 (3 .78 4 fh fh fh lz lz lzar C C a C C aAQ %100 4 4 r Q Q q 讨论 n在锅炉运行中， 可以取样测得， n 可以查表，或做灰平衡实验得到 n锅炉的设计中，根据燃料的种类及燃烧 方式直接选用：0.55% n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 4 q fhlz CC , fhlz aa , 对空气量和烟气量的影响 n假定送入锅炉的燃煤量B中，有

23、的 燃料根本没有燃烧，即没有产生烟气量， 也不需要空气量， n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 n热平衡计算用实际燃料量B，计算空气量 和烟气量时用Bj 4 q ) 100 ( 4 B q 100 100 100 44 q B q BBB j 六、化学不完全燃烧损失化学不完全燃烧损失 n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。 n每公斤燃料所损失的热量为各可燃气体 的容积与各自的容积发热量乘积的总和。 100 100 )( 4 44223 q QVQVQVQ CHCHHHCOCO n一般仅计入CO，其它忽略，发热量， 3020，kcal/Nm3，12600 kJ/Nm3 . 100 gyCO V CO V 100 100 .).2 .30( 4 3 q COVQ gy CORO SC V arar gy 2 375. 0 866. 1 ).%.100( 2 35.56375. 0 43 q CORO CO Q SC q r arar 讨论 n电站锅炉可燃气体很小； n对煤粉炉： =0； n气体或液体燃料炉： =0.5； n层燃炉： =0.51.0 3 q 3 q 3 q 3 q 七、排烟损失排烟损失 n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