锅炉原理第3章燃料燃烧计算和锅炉热平衡计算

1、1 第三章燃料燃烧计算和锅炉热平衡计算 2 第一节概述 燃烧计算 （物质平衡） 热平衡计算 （能量平衡） 空气量的计算（成分、容积） 烟气量的计算（成分、容积） 辅助计算 空气、烟气焓 锅炉有效利用热 锅炉各项损失 锅炉效率 3 第二节燃烧所需空气量的计算 1.计算前提 l 理想气体 l 标准状态（0,101325Pa） l 单位燃料所需干空气量 固体和液体燃料：Nm3（干空气）/kg收到基燃料 气体燃料： Nm3（干空气）/ Nm3收到基燃料 4 第二节燃烧所需空气量的计算 2.理论空气量的计算 （1）理论空气量的定义 l1kg收到基燃料完全燃烧且没有剩余氧存在时 所需要的空气量 （2）理论

2、空气量的计算 l方法 C、H、S燃烧化学反应方程式理论空气量 5 第二节燃烧所需空气量的计算 （2）理论空气量的计算 碳完全燃烧反应方程式 C + O2 CO2 12kg C + 22.41Nm3 O2 22.41Nm3 CO2 1kg C + 1.866Nm3 O2 1.866Nm3 CO2 1kg H + 5.56Nm3 O2 11.1Nm3 H2O 1kg S + 0.7Nm3 O2 0.7Nm3 SO2 6 第二节燃烧所需空气量的计算 （2）理论空气量的计算 0 1 (1.8665.560.70.7) 0.21100100100100 a ra ra ra rCSOH V 0.0889

3、(0.375)0.2650.333 arararar CSHO 燃料本身包含的氧量 当量碳量 Nm3/kg 收到基燃料 外界提供的理论空气量 00 1.293GV kg（空气）（空气）/kg（收到基燃料）（收到基燃料） 7 第二节燃烧所需空气量的计算 （3）理论空气量的经验估算 无烟煤、贫煤Nm3/kg ,0 600 0.238 900 ar net Q V 烟煤 Nm3/kg ,0 1.05 0.2380.278 1000 ar net Q V 3.实际空气量的计算 0 ( )VV 0 ( ) V V 烟气侧过量空气系数 空气侧过量空气系数 （定义） 8 第三节燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计

4、算 1.计算前提 l 理想气体 l 标准状态（0,101325Pa） l 单位燃料所产生的烟气量 固体和液体燃料：Nm3（烟气）/kg收到基燃料 气体燃料： Nm3（烟气）/ Nm3收到基燃料 9 第三节燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算 理论工况 2.燃烧工况 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：CO2、SO2、N2和H2O 理论烟气量：Vg0 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：CO2、SO2、N2 、H2O和剩余O2 实际烟气量：Vg 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：CO2

5、、SO2、N2 、H2O、剩余O2和CO 实际烟气量：Vg 10 第三节燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算 3.理论烟气量的计算 （1）理论烟气量的定义 l1kg收到基燃料在以理论空气量V0条件下完全燃烧时 生成的烟气量（或烟气容积） （2）理论烟气量的计算 l方法 C、H、S燃烧化学反应方程式理论烟气量 =1 完全燃烧 O2 = 0 CO = 0 11 第三节燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算 （2）理论烟气量的计算 l二氧化碳和二氧化硫容积 C + O2 CO2 12kg C + 22.41Nm3 O2 22.41Nm3 CO2 1kg C + 1.866Nm3 O2 1.866Nm3 CO2

6、 1kg S + 0.7Nm3 O2 0.7Nm3 SO2 CO2+SO2 三原子气体RO2 S + O2 SO2 12 第三节燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算 （2）理论烟气量的计算 l 理论氮气容积 V0： Nar： 0 0.79V 22.41 0.8 28 100100 arar NN 2 00 0.790.8 100 ar N N VV 13 第三节燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算 （2）理论烟气量的计算 l 水蒸汽 1kg H + 5.56Nm3 O2 11.1Nm3 H2O 22.41 1.24 18100100 arar MM 0 0 1.293 0.0161 0.804 100

7、0 a dV V Mar： V0： 2 00 11.11.240.0161 100100 arar H O HM VV Gat： 1.24 0.804 at at G G da=10g/kg空气 14 第三节燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算 （2）理论烟气量的计算 000 (0.375) 1.8660.80.7911.11.240.0161 100100100100 ararararar g CSNHM VVV VRO2 VN20 VH2O0 Vdg0 Nm3（烟气）（烟气）/kg（收到基燃料）（收到基燃料） 15 第三节燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算 （3）设计工况下实际烟气量的计算 （1

8、 完全燃烧O2 0 CO = 0） 000 10.01611 gg VVVV 过量的空气 过量空气带入的水蒸汽 222 0000 10.01611 RONH O VVVVV VdgVH2O 16 第三节燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算 （3）理论烟气量与设计工况下实际烟气量的关系 2 (0.375) 1.8660.71.866 100100100 arararar RO CSCS V 2 00 11.11.240.0161 100100 arar H O HM VV 2 00 0.790.8 100 ar N N VV 2 0 0.211 O VV 22 00 0.791 NN VVV 22

9、00 0.01611 H OH O VVV C VCO2 S VSO2 N2 VN2 O2 VO2 H2O VH2O 0 1 V 0 1.01611 V Vg0 Vg 过量干空气 过量湿空气 1717 第三节燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算 （4）实际工况下实际烟气量的计算 1 不完全燃烧 O2 0 CO 0 22222 gCOCOSONOH O VVVVVVV 1.866 100 ar C 变化 1818 第三节燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算 4.与烟气量有关的概念 l烟气质量 l三原子气体容积份额（分压力） l水蒸汽容积份额（分压力） 00 111.29311.306 100100010

10、0 araar g AdA GVV 2 2 H O H O g V r V 22 H OH O prp 2 2 RO RO g V r V 22 RORO prp p：烟气总压力 kg/kg 19 第三节燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算 4.与烟气量有关的概念 l飞灰浓度 100 arfa g A G kg/kg烟气 飞灰系数 100 arfa g A V kg/Nm3烟气 0.95 20 第四节烟气分析 1.目的 l 测定运行中烟气的成分和容积 l 燃烧的完全程度 l 炉膛空气供给量 2.烟气分析仪 l 奥氏烟气分析仪 l 磁性、氧化锆氧量计 l 电化学烟气分析仪 l 红外烟气分析仪 21

11、第四节烟气分析 3. 奥氏烟气分析仪 （1）原理：化学吸收法 （2）说明：吸收剂顺序 干烟气组分 （3）结果：RO2，O2，CO 2 2 100% RO dg V RO V 2 2 100% O dg V O V 100% CO dg V CO V N2 Vdg 难以测 量 22 第四节烟气分析 3. 干烟气成分 2 2 100% RO dg V RO V 2 2 100% O dg V O V 100% CO dg V CO V 222 100ROOCON 2 2 100% N dg V N V 23 第五节燃烧方程 1.定义 燃料元素组成和燃烧产物之间的关系 f（ Car，Har， Oar

12、， Nar， Sar， RO2，CO，O2）0 2.不完全燃烧方程 222 0.605()21ROCOOROCO 燃料特性系数 222 21() 0.605 ROROO CO 24 第五节燃烧方程 l 燃料特性系数只取决于燃料的可燃元素，与水分和灰分无关 l 无因次量，与采用何种燃料成分基准无关 l ：自由氢（尚未与氧化合的氢，消耗外界氧的氢） 8 ar ar O H 0.038 8 2.35 0.375 ar arar arar O HN CS 25 第五节燃烧方程 3.完全燃烧方程 222 21() 0.605 ROROO CO 1且完全燃烧：CO=0 22 121ROO max 2 21

13、 1 RO 1且完全燃烧：CO=0 O2=0 判 断 燃 烧 状 况 26 第五节燃烧方程 4.说明 22 121ROO l实际燃烧过程中（O2 0 ）不可能达到RO2max 22 21ROO l判断烟气分析成分的合理性 27 第六节过量空气系数 1.过量空气系数 （1）定义 实际供给的空气量与理论空气量之比 反映设备的完善程度和运行水平 0 V V （2）表征 炉膛出口处过量空气系数 f 28 第六节过量空气系数 （3）选择 f 排烟热损失 化学未完全燃烧热损失 机械未完全燃烧热损失 最佳f ：三项损失之和为最小时 29 第六节过量空气系数 （4）推荐值无烟煤和贫煤1.201.25 烟煤和褐

14、煤1.151.20 液体和气体1.10 （5）运行状态下确定过量空气系数 2 22 1 0.5 1 3.76 100 OCO ROOCO 24 224 1 0.52 1 3.76 100 OCOCH ROOCOCH 不完全燃烧 30 第六节过量空气系数 完全燃烧 max 2 2 RO RO （6）运行状态下监督过量空气系数 2 21 21 O 1烟煤 2褐煤 3重油 4天然气 RO2变化 燃料变化 O2监督监督 31 第六节过量空气系数 2.漏风系数 （1）定义 漏入空气量与理论空气量之比 0 V V （2）危害 炉膛温度水平 燃烧效率 烟气容积 排烟热损失和引风机电耗 漏风点温度 烟气温度水

15、平 排烟温度 32 第六节过量空气系数 （3）推荐 项目漏风系数 炉膛0.05 凝渣管和屏0 过热器0.03 再热器0.03 省煤器0.02 管式空气预热器0.03 回转式空气预热器0.080.1 33 第六节过量空气系数 3.空气平衡 （1）定义 送入锅炉的过量空气量排出锅炉的过量空气量 （2）基本关系 出口 进口 漏风 受热面 34 第六节过量空气系数 （3）各受热面空气平衡 受热面1 1 1 1 受热面2 2 2 111 222 2 12 2112 35 第六节过量空气系数 （3）各受热面空气平衡 f 36 第六节过量空气系数 （4）空气平衡表 受热面名称 炉膛、屏 凝渣管 高温 过热器

16、 低温 过热器 高温 省煤器 高温 空气预热器 低温 省煤器 低温 空气预热器 1.151.201.231.261.281.311.33 0.050.030.030.020.030.020.03 1.201.231.261.281.311.331.36 37 第七节空气和烟气焓的计算 1.理论空气焓和理论烟气焓定义 单位燃料所需要的理论空气量V0和所产生的理论烟气量 Vg0在等压下从0加热到所需要的热量 2.计算前提 l单位燃料所需要的空气和所产生的烟气的焓值 固体和液体燃料：kJ/kg收到基燃料 气体燃料： kJ/ Nm3收到基燃料 l计算起点：0（ 0对应焓值为0 ） l计算比热：定压比热

17、（燃烧过程为定压） lRO2比热： CO2比热（VCO2 VSO2 ） 38 第七节空气和烟气焓的计算 3.计算通式 IVc V空气量或烟气量 c空气或烟气定压比热 空气或烟气温度 4.空气焓的计算 00 a a IVc a a IV c 理论空气焓 实际空气焓 39 第七节空气和烟气焓的计算 5.烟气焓的计算 222 222 000 gRONH O RONH O IVcVcVc 00 1 ggafa IIII 100 ar fafa ash A Ic . 41826 faar ar net A Q 理论烟气焓 烟气焓 不计入 40 第七节空气和烟气焓的计算 6.烟气焓温表 温度/ 理论烟气焓

18、 I0g/kJ/kg 理论空气焓 I0a/kJ/kg 飞灰焓 Ifa/kJ/kg IgI0g（1）I0aIfa 炉膛过热器省煤器空预器 30265 10099489613.8 2002013180628.92602 3003063273645.038753957 4004146368061.552385349 5005256464478.3640366356774 41 第七节空气和烟气焓的计算 5. 烟气焓温图 烟气质量增加 42 第八节锅炉热平衡计算 1. 定义 输入热量输出热量 燃料燃烧的放热量 产生蒸汽所利用的热量 未利用而损失掉的热量 2. 前提 1kg收到基燃料为基准 锅炉处于稳定

19、状态 43 第八节锅炉热平衡计算 3. 热平衡方程 123456f QQQQQQQ Qf ：输入热量，kJ/kg Q1 ：有效利用热，kJ/kg Q2 ：排烟热损失，kJ/kg Q3 ：化学未完全燃烧热损失，kJ/kg Q4 ：机械未完全燃烧热损失，kJ/kg Q5 ：散热损失，kJ/kg Q6 ：灰渣物理热损失，kJ/kg 44 第八节锅炉热平衡计算 3. 热平衡方程 123456 100qqqqqq 123456f QQQQQQQ 除以Qf i i f Q q Q 4. 锅炉效率 正平衡效率 反平衡效率 1 1 100 f Q q Q 6 2 100 i i q 45 第八节锅炉热平衡计算

20、 5.输入热量 燃料和空气没有利用外界热量 燃煤水分满足 , . 41826.65 ar ar red ar net M M Q .far net QQ .far netphexat QQQQQ 燃料收到基低位发热量 燃料的物理显热； 外来热源加热空气时带入的热量； 雾化燃油所用蒸汽带入的热量 为什么空气预热器所带入的热量不计入输入热量？ 46 第八节锅炉热平衡计算 6.机械未完全燃烧热损失Q4 （1）原因：固体颗粒未燃尽 飞灰Qfa4 灰渣Qsl4 （2）选择 设计：选取 运行：热平衡试验测定 固态排渣煤粉炉0.55.0 燃油和燃气炉0.0% （3）灰平衡：进入炉内的总灰量灰渣中灰量飞灰中灰

21、量 排渣率 飞灰系数0.90.95 飞灰量？ 47 第八节锅炉热平衡计算 7.化学未完全燃烧热损失Q3 （1）原因：排烟中残留的可燃气体 CO，H2，CH4 CmHn（忽略） （2）选择 设计：选取，煤粉炉不大于0.5 运行：计算 4 1 100 q 燃料种类，燃烧方式 炉膛型式与结构 燃烧器设计与布置 锅炉运行工况 （4）影响因素 （3）影响因素 修正 48 第八节锅炉热平衡计算 8.排烟热损失Q2 （1）原因：排烟温度高于环境温度 （2）计算 0 4 2 1 100 exgexg ca q QIVct 排烟焓冷空气焓30 （3）影响因素 （4）特点：电厂锅炉中最大的损失（56） 排烟温度 排烟容积 110 150 增加15 20，损失增加1 49 第八节锅