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）理论空气量的计算l方法 C、H、S燃烧化学反应方程式理论空

2、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 CO21kg C + 1.866Nm3 O2 1.866Nm3 CO21kg H + 5.56Nm3 O2 11.1Nm3 H2O 1kg S + 0.7Nm3 O2 0.7Nm3 SO26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)0.21100100100100a ra ra ra rCSOHV 0.0889(0.375)0.2650.333ararararCSHO燃料本身包含的氧量当量碳量N

3、m3/kg收到基燃料外界提供的理论空气量001.293GVkg（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 ,06000.238900ar netQV烟煤 Nm3/kg ,01.05 0.2380.2781000ar netQV 3.实际空气量的计算 0( )VV 0( )VV 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

4、（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、SO2、N2 、H2O、剩余O2和CO实际烟气量：Vg10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

5、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 = 011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 CO21kg C + 1.866Nm3 O2 1.866Nm3 CO21kg S + 0.7Nm3 O2 0.7Nm3 SO2CO2+SO2三原子气体RO2S + O2 SO212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：00.79V22.410.

6、828 100100ararNN2000.790.8100arNNVV13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 H2O22.411.2418100100ararMM001.2930.01610.804 1000adVVMar：V0：20011.11.240.0161100100ararH OHMVVGat：1.240.804atatGGda=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)1.8660.80.7911.11.240.016110010010

7、0100ararararargCSNHMVVVVRO2VN20VH2O0Vdg0Nm3（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 完全燃烧O2 0 CO = 0）00010.01611ggVVVV过量的空气过量空气带入的水蒸汽222000010.01611RONH OVVVVVVdgVH2O16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)1.8660.71.866100100100ararararROCSCSV20011.11.240.0161100100

8、ararH OHMVV2000.790.8100arNNVV200.211OVV22000.791NNVVV22000.01611H OH OVVVC VCO2S VSO2N2 VN2O2 VO2H2O VH2O01 V01.01611 VVg0Vg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 022222gCOCOSONOH OVVVVVVV1.866100arC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）00111.

9、29311.3061001000100araargAdAGVV 22H OH OgVrV22H OH Oprp22ROROgVrV22ROROprpp：烟气总压力kg/kg19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100arfagAGkg/kg烟气飞灰系数100arfagAVkg/Nm3烟气0.9520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

10、干烟气组分（3）结果：RO2，O2，CO22100%ROdgVROV22100%OdgVOV100%COdgVCOVN2Vdg难以测量22第四节烟气分析3. 干烟气成分22100%ROdgVROV22100%OdgVOV100%COdgVCOV222100ROOCON22100%NdgVNV23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， Nar， Sar， RO2，CO，O2）02.不完全燃烧方程2220.605()21ROCOOROCO燃料特性系数22221()0.605ROROOCO24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

11、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）8ararOH0.03882.350.375arararararOHNCS25第五节燃烧方程3.完全燃烧方程22221()0.605ROROOCO1且完全燃烧：CO=022121ROOmax2211RO1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22121ROOl实际燃烧过程中（O2 0 ）不可能达到RO2max2221ROOl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0VV（2）表

12、征炉膛出口处过量空气系数f28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22210.51 3.76100OCOROOCO2422410.521 3.76100OCOCHROOCOCH不完全燃烧30第六节过量空气系数完全燃烧max22RORO（6）运行状态下监督过量空气系数22121 O1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

13、入空气量与理论空气量之比0VV（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0.080.133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 11 1受热面2 22111222 212211235第六节过量空气系数（3）各受热面空气平衡f36第六节过量空气系数（4）空气平衡表受热面

14、名称炉膛、屏 凝渣管高温过热器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 1.151.201.231.261.281.311.330.050.030.030.020.030.020.03 1.201.231.261.281.311.331.3637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（燃烧过程为

15、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IVcV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00aaIVcaaIV 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222222000gRONH ORONH OIVcVcVc001ggafaIIII100arfafaashAIc.41826faarar netAQ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I0g/kJ/kg理论空气焓I0a/kJ/kg飞灰焓Ifa/kJ/kgIgI0g（1）I0aIfa炉膛过热器省煤器

16、空预器3026510099489613.8 2002013180628.92602 3003063273645.0387539574004146368061.5523853495005256464478.364036635677441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状态43第八节锅炉热平衡计算3. 热平衡方程123456fQQQQQQQQf ：输入热量，kJ/kg Q1 ：有效利用热，kJ/kg Q2 ：排烟热损失，kJ/kg

17、 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123456100qqqqqq123456fQQQQQQQ除以QfiifQqQ4. 锅炉效率正平衡效率反平衡效率11100fQqQ62100iiq45第八节锅炉热平衡计算5.输入热量 燃料和空气没有利用外界热量燃煤水分满足,.41826.65arar redar netMMQ.far netQQ.far netphexatQQQQQ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

18、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，CH4CmHn（忽略）（2）选择设计：选取，煤粉炉不大于0.5运行：计算41100q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0421100exgexgcaqQIVct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149第八节锅炉热