第2章锅炉燃料及热力辅助计算=锅炉原理=华中科技大学

1、第二章锅炉燃料及热力辅助计算第二章锅炉燃料及热力辅助计算n 煤的常规特性煤的常规特性煤的常规特性对锅炉工作的影响煤的常规特性对锅炉工作的影响煤的分类煤的分类燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算烟气分析烟气分析锅炉热平衡锅炉热平衡习题习题煤煤 的的 组组 成成 特特 性性 煤的工业分析成分煤的工业分析成分 水分水分(M)(M)、灰分、灰分(A)(A)、挥发分、挥发分(V)(V)、固定碳、固定碳(FC)(FC) 煤的元素分析成分煤的元素分析成分 碳碳(C)(C)、氢、氢(H)(H)、硫、硫(S)(S)、氧、氧(0)(0)、氮、氮(N)(N) 不可燃元素不可燃元素（内部杂质）（内部杂质） O O、N N 不

2、可燃成分不可燃成分（外部杂质）（外部杂质） M M（内、外）、（内、外）、A A 可燃气体可燃气体 挥发份挥发份 煤中的氢、氧、氮、硫与部分碳所组成的有机化合物加热后分解煤中的氢、氧、氮、硫与部分碳所组成的有机化合物加热后分解, ,形成气体挥发出来形成气体挥发出来rSlyS可燃元素可燃元素 C（固定碳和挥发分中的（固定碳和挥发分中的C）、）、H、S（可燃硫（可燃硫 和硫酸盐和硫酸盐 硫硫 ）煤煤 的的 成成 分分 基基 准准u收到基收到基（arar）（原应用基）（原应用基y y） 以入炉煤（包括煤的全部成分）为基准以入炉煤（包括煤的全部成分）为基准u空气干燥基空气干燥基（adad）（原分析基）

3、（原分析基f f） 以风干状态煤（除外部水分）为基准以风干状态煤（除外部水分）为基准u干燥基干燥基（d d）（原干燥基）（原干燥基g g） 以去掉全部水分煤为基准以去掉全部水分煤为基准u干燥无灰基干燥无灰基（dafdaf）（原可燃基）（原可燃基r r） 以去掉全部水分及灰分煤为基准以去掉全部水分及灰分煤为基准煤成分基准间的换算煤成分基准间的换算)12(%100AMSNOHCararararararar )22(%100AMSNOHCadadadadadadad )32(%100ASNOHCdddddd )42(%100SNOHCdafdafdafdafdaf 不同基准之间的换算公式不同基准之间

4、的换算公式 X = K XX = K X0 0 （2-92-9） 式中式中 X X0 0 、 X X 某成分原基准及新基准质量百分比，某成分原基准及新基准质量百分比，% % K K 换算系数（见表换算系数（见表2-12-1）araradadCM100M100C 例例: : 煤煤 的的 发发 热热 量量 煤的发热量（煤的发热量（kJ/kg)kJ/kg) 单位质量的煤完全燃烧时所释放的热量单位质量的煤完全燃烧时所释放的热量 低位发热量低位发热量（Q Qnetnet） 烟气中的水蒸汽在锅炉中一般不会凝结，形成烟气中的水蒸汽在锅炉中一般不会凝结，形成水蒸汽所吸收的汽化潜热无法被利用，使煤的发热量降低，

5、降低后的发水蒸汽所吸收的汽化潜热无法被利用，使煤的发热量降低，降低后的发热量称为低位发热量。热量称为低位发热量。低位发热量（燃料在锅炉中的实际发热量）小于低位发热量（燃料在锅炉中的实际发热量）小于高位发热量高位发热量 高位发热量高位发热量(Q(Qgrgr) ) 煤的理论发热量，由实验测得的煤的理论发热量，由实验测得的弹筒发热量弹筒发热量（Q Qb b）减去校正值确定（式减去校正值确定（式2-102-10）高、低高、低发热量间的换算发热量间的换算 干燥基干燥基高、低位发热量之间的换算高、低位发热量之间的换算 式中式中 rr水的汽化潜热，通常取水的汽化潜热，通常取r = 2510 kJ/kg r

6、= 2510 kJ/kg )142(H226Q100H9rQQdgr.ddgr.dnet.d 收到基收到基高、低位发热量之间的换算高、低位发热量之间的换算 )122(M1 .25H226Q100M100H9rQQarargr.ararargr.arnet.ar 发热量各基准间的换算发热量各基准间的换算 高位发热量高位发热量(Q(Qgrgr) )各基准间的换算采用表（各基准间的换算采用表（2 21 1）换算系数）换算系数低位发热量低位发热量(Q(Qnetnet) )各基准间的换算分三步进行各基准间的换算分三步进行已知基准的已知基准的 Q Qnet net 已知基准的已知基准的 Q Qgr gr

7、( (式式2-122-12等等) )已知基准的已知基准的 Q Qgr gr 所求基准的所求基准的 Q Qgr gr ( (采用上述换算系数采用上述换算系数) )所求基准的所求基准的 Q Qgr gr 所求基准的所求基准的 Q Qnet net ( (式式2-122-12等等) )发发 热热 量量 相相 关关 值值 标准煤标准煤 收到基低位发热量为收到基低位发热量为29270 kJ/kg29270 kJ/kg的燃料为标准煤的燃料为标准煤 标准煤耗量标准煤耗量 式中式中 、 分别为标准煤耗量与实际煤耗量分别为标准煤耗量与实际煤耗量 29270QBBnet.arsb bBsB 折算成分折算成分 相对

8、于每相对于每4182 kJ/kg4182 kJ/kg收到基低位发热量的煤中所含收到基低位发热量的煤中所含的收到基水分、灰分和硫分，称为折算水分、折算灰分和折算硫分的收到基水分、灰分和硫分，称为折算水分、折算灰分和折算硫分 )162(,%4182QMMnet.ararzs.ar )172(,%4182QAAnet.ararzs.ar )182(,%4182QSSnet.ararzs.ar 煤煤 的的 灰灰 分分 特特 性性 灰分特性影响因素灰分特性影响因素 煤灰的化学组成煤灰的化学组成 煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高；碱性氧化物使灰熔点降低煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高；碱性氧化物使灰熔点降低 煤灰

9、周围高温介质的性质煤灰周围高温介质的性质 氧化性介质中，灰熔点较高；还原性介质中，灰熔点较低氧化性介质中，灰熔点较高；还原性介质中，灰熔点较低 煤的灰分特性煤的灰分特性 用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定 灰的变形温度灰的变形温度 DTDT（原（原t t1 1） 灰的软化温度灰的软化温度 STST（原（原t t2 2） 灰的流动温度灰的流动温度 FTFT（原（原t t3 3） 煤中煤中V V对锅炉工作的影响对锅炉工作的影响 挥发分挥发分 V V V V的含量代表了煤的地质年龄，的含量代表了煤的地质年龄，地质年龄越短，煤的碳化程度越浅，地质年龄越短，煤的碳化程度越浅，V

10、 V含量越多。含量越多。 V V含量越多（含量越多（C C含量越少），含量越少），V V中含中含O O量亦多，其中的可燃成分相应减少，量亦多，其中的可燃成分相应减少，这时，这时，V V的热值低的热值低 V V含量越多，含量越多，煤的着火温度低，煤的着火温度低，易着火燃烧易着火燃烧 V V 多，多，V V挥发使挥发使煤的孔隙多，反应表面积大，煤的孔隙多，反应表面积大，反应速度加快反应速度加快 V V 多，煤中难燃多，煤中难燃的固定碳含量便少，的固定碳含量便少，煤易于燃尽煤易于燃尽 V V 多，多， V V着火燃烧造成高温，着火燃烧造成高温，有利于碳的着火、燃烧有利于碳的着火、燃烧煤中煤中M M、

11、A A对对锅炉工作的影响锅炉工作的影响 水分水分M M、灰分、灰分A A M M、A A 高，煤中可燃成分相对减少，高，煤中可燃成分相对减少，煤的热值低煤的热值低 M M、A A 高，高，M M 蒸发、蒸发、A A熔融均要吸热，熔融均要吸热，炉膛温度降低炉膛温度降低 M M、A A 高，高，增加着火热或包裹碳粒，增加着火热或包裹碳粒，使煤着火、燃烧与燃尽困难使煤着火、燃烧与燃尽困难 M M、A A 高，高，q q2 2、q q3 3、q q4 4、q q6 6 增加，增加，效率下降效率下降 M M、A A 高，高，过热器易超温过热器易超温 M M、A A 高，高，受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加

12、重受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重 M M、A A 高，高，煤粉制备困难或增加能耗煤粉制备困难或增加能耗 煤中煤中C C、S S、STST对锅炉工作的影响对锅炉工作的影响 灰熔点（灰熔点（STST） 灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣，危及锅炉运行灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣，危及锅炉运行的安全性和经济性。的安全性和经济性。 对于固态排渣炉，对于固态排渣炉， ST 1350ST6.56.5101021.021.0贫煤贫煤 低挥发份煤低挥发份煤1010191918.518.5烟煤烟煤 中挥发份煤中挥发份煤 高挥发份煤高挥发份煤191927272727404016.516.5

13、15.515.5褐煤褐煤 超高挥发份超高挥发份 煤煤404011.511.5电厂锅炉用煤分类电厂锅炉用煤分类煤煤 的的 类类 型型 无烟煤无烟煤 碳化程度高，含碳量很高，碳化程度高，含碳量很高，达达95%95%，杂质很少，发热量很高，杂质很少，发热量很高, ,约约为为250002500032500 kJ/kg32500 kJ/kg； 挥发份很少，挥发份很少，小于小于10%10%，V Vdafdaf析出的温度较高（可达析出的温度较高（可达400400），着），着火和燃尽均较困难火和燃尽均较困难, ,储存时不易自燃储存时不易自燃 褐煤褐煤 碳化程度低，含碳量低，碳化程度低，含碳量低，约为约为404

14、050%50%，水分及灰分很高，发热，水分及灰分很高，发热量低量低, , 约约100001000021000 kJ/kg21000 kJ/kg； 挥发分含量高，挥发分含量高，约约404050%50%，甚至，甚至60%60%，挥发分的析出温度低，挥发分的析出温度低（200200），着火及燃烧均较容易），着火及燃烧均较容易 煤煤 的的 类类 型型 烟煤烟煤 碳化程度次于无烟煤，含碳量较高，碳化程度次于无烟煤，含碳量较高，一般为一般为404060%,60%,杂质少，杂质少，发热量较高发热量较高, , 约为约为200002000030000 kJ/kg30000 kJ/kg； 挥发分含量较高，挥发分含

15、量较高，约约1010 45%45%，着火及燃烧均较容易，着火及燃烧均较容易 贫煤贫煤 挥发分含量挥发分含量101020%20%的烟煤的烟煤挥发份较少，挥发份较少，性质介于无烟煤与烟煤之间，燃烧性能方面比较接性质介于无烟煤与烟煤之间，燃烧性能方面比较接近无烟煤；近无烟煤； 劣质烟煤劣质烟煤 挥发份挥发份202030%30%；但水分高，灰分更高的烟煤；但水分高，灰分更高的烟煤 发热发热量低，量低，为为110001100012500 kJ/kg12500 kJ/kg 这两种烟煤着火及燃烧均较困难这两种烟煤着火及燃烧均较困难 燃料的燃烧工况燃料的燃烧工况 设计工况设计工况 实际送入的空气量大于理论空气

16、量，以保证燃料完全燃烧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）组成成分燃烧产物（烟气）组成成分 COCO2 2、SOSO2 2、N N2 2、H H2 2O O和剩余和剩余O O2 2 实际烟气量实际烟气量 V Vy y 实际工况实际工况 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）组成成分燃烧产物（烟气）组成成分 COCO2 2、SOSO2 2、N N2 2 、 H H2 2O O、剩余、剩余O O2 2 和未完全和未完全燃燃烧气体烧气体COCO 实际烟气量实际烟气量 V Vy y 理论工况理论工况

17、 燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成成分燃烧产物（烟气）组成成分 COCO2 2、SOSO2 2、N N2 2和和H H2 2O O 理论烟气量理论烟气量 0yV煤煤 的的 燃燃 烧烧 反反 应应 煤中可燃元素的燃烧反应煤中可燃元素的燃烧反应是燃烧计算的基础，是燃烧计算的基础，1kg1kg收到基燃料包括收到基燃料包括 KgKg的碳、的碳、 kgkg的氢、的氢、 kgkg的硫的硫 100Car100Har100Sar 碳完全燃烧反应方程式碳完全燃烧反应方程式 C + OC + O2 2 COCO2 2 12 kg C + 22.41 Nm

18、12 kg C + 22.41 Nm3 3 O O2 2 22.41 Nm22.41 Nm3 3 COCO2 2 1kg1kg C + 1.866 NmC + 1.866 Nm3 3 O O2 2 1.866 Nm1.866 Nm3 3 COCO2 2 1kg H + 5.56 Nm 1kg H + 5.56 Nm3 3 O O2 2 11.1 Nm11.1 Nm3 3 H H2 2O O 1kg S + 0.7 Nm 1kg S + 0.7 Nm3 3 O O2 2 0.7 Nm 0.7 Nm3 3 SOSO2 2燃烧所需要的空气量燃烧所需要的空气量 理论空气量理论空气量 V V 0 0 1

19、kg 1kg 燃料完全燃烧时所需要的最小空气量燃料完全燃烧时所需要的最小空气量( (无剩余无剩余氧氧) )可通过燃料中可燃元素（可通过燃料中可燃元素（C C、H H、S S）的燃烧化学反应方程式求得）的燃烧化学反应方程式求得)100 O0.7 - 100 S 0.7 100 H5.56 100C866. 1(21. 01Vr ar ar ar a 0 )232(O333. 0H265. 0)S375. 0C(0889. 0arararar 实际空气量实际空气量 V V 式中式中 、分别为烟气侧和空气侧的过剩空气系数分别为烟气侧和空气侧的过剩空气系数 0V)(V 0VV)( 过剩空气系数过剩空气

20、系数与漏风系数与漏风系数 各受热面处烟气侧漏风系各受热面处烟气侧漏风系数，查表数，查表2-72-7确定；确定；V V为烟道漏风为烟道漏风量量 为炉膛出口处过剩空气系数，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，表征炉内燃烧状况的重要物理量，在推荐值范围内选取在推荐值范围内选取 )242( 0VV 过剩空气系数过剩空气系数与漏风系数与漏风系数zfky kykyky 为空气预热器出、为空气预热器出、进口处空气侧过剩空气系数进口处空气侧过剩空气系数 分别为炉分别为炉膛、制粉系统和空预器漏风系数，膛、制粉系统和空预器漏风系数，查表查表2-72-7确定确定kyzf 、kyky 、烟烟 气气

21、 容容 积积 理论烟气容积理论烟气容积 =1=1、完全燃烧：、完全燃烧：O O2 2 = 0 = 0；CO = 0CO = 00yV)252(VVVVOOH0NRO0y222 )282(kg/Nm,V0161. 0100M24. 1100H1 .1130arar )27262(V79. 0100N8 . 0100)S375. 0C(866. 10ararar 实际烟气容积实际烟气容积 11、完全（不完全）燃烧：、完全（不完全）燃烧：O O2 2 0 0；CO=0CO=0（ CO0CO0） yV22222OOHNSOCOyVVVVVV 000yV10161. 0V1V )292(kg/Nm,V)

22、1(0161. 1V300y 烟烟 气气 的的 焓焓 值值 烟气焓烟气焓 1kg1kg燃料燃烧生成的烟气在定压下从燃料燃烧生成的烟气在定压下从0 0（）加热到）加热到 （）时所需要的热量时所需要的热量yH )462(cVcVcVHOH0OHN0NRORO0y222222 )472(cVHk00k )452(kg/kJ,HH1HHfh0k0yy )482(ca100AHhfharfh 时时可可不不计计算算6QAa4182net.ararfh fh0k0yHHH、为理想烟气焓、理想空气焓和飞灰焓为理想烟气焓、理想空气焓和飞灰焓 为为1Nm1Nm3 3空气、烟气各成分和空气、烟气各成分和1kg1kg

23、灰在温度为灰在温度为 时的焓值，见表时的焓值，见表2-92-9； 为烟气携带飞灰的质量份额。对固态排渣煤粉炉，取为烟气携带飞灰的质量份额。对固态排渣煤粉炉，取fha ic 95. 09 . 0afh 焓焓 温温 表表 烟气的焓值烟气的焓值 取决于燃料种类、过剩空气系数及烟气温度取决于燃料种类、过剩空气系数及烟气温度 yH 由（由（ 、）查焓温表可很快确定烟气温度）查焓温表可很快确定烟气温度 ； 由（由（ 、）查表可很快确定烟气焓）查表可很快确定烟气焓 。 yHyH yHyH焓温表焓温表 对给定的燃料和各受热面前、后的过剩空气系数对给定的燃料和各受热面前、后的过剩空气系数计算计算出该受热面对应烟

24、气温度出该受热面对应烟气温度 范围内的烟气焓范围内的烟气焓 ，制成的烟气，制成的烟气（ ）表）表 yHyH烟烟 气气 分分 析析 成成 分分)312(,%100NCOORO222 )332(,%100VVOgyO22 )342(,%100VVCOgyCO )352(,%100VVNgyN22 )322(,%100VVROgyRO22 烟气分析烟气分析是以是以1kg1kg燃料燃烧生成的干烟气（除去水分后的烟气）容积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为基础，采用奥氏分析仪进行的 烟气分析烟气分析可得到可得到 在干烟气在干烟气V Vgygy中所占的容积百分比中所

25、占的容积百分比 222NCOORO、判判 断断 燃燃 烧烧 状状 况况)402(21)CORO(OCO605. 0RO222 不完全燃烧方程式不完全燃烧方程式 arararararS375. 0CN038. 08OH35. 2 式中式中 为燃料特性系数为燃料特性系数 )392(605. 0)ORO(RO21CO222 判判 断断 燃燃 烧烧 状状 况况)432(,%121ROmax2 =1=1、且完全燃烧：、且完全燃烧：CO=0CO=0，O O2 2= 0= 0 完全燃烧方程式：完全燃烧方程式： l l、且完全燃烧：、且完全燃烧： CO=0 CO=0 )422(,%1O21RO22 锅炉常用燃

26、料的锅炉常用燃料的值和值和 RORO2 2max max 值见表值见表2-82-8。为保持炉内良好的燃。为保持炉内良好的燃烧工况烧工况, ,运行中应监测并维持炉内一定的运行中应监测并维持炉内一定的 RORO2 2，使其尽量靠近，使其尽量靠近 RORO2 2maxmax 运行中过剩空气系数及烟气容积的确定运行中过剩空气系数及烟气容积的确定RORO2 2、O O2 2 可由烟气分析或相关仪表测定可由烟气分析或相关仪表测定 2max2RORO )442(O21212 过剩空气系数过剩空气系数 完全燃烧且不计完全燃烧且不计OHgyy2VVV 烟气容积烟气容积)382(kg/Nm,CORO)S375.

27、0C(866. 1V32arargy 干烟气容积干烟气容积)362(100VVVVOROgycosoco2222 锅炉热平衡方程式锅炉热平衡方程式)492(QQQQQQQ654321r )502(qqqqqq100654321 q q1 1 = Q = Qi i / Q / Qr r 100 100 式中式中 输入热量输入热量 Q Q1 1 有效利用热有效利用热 Q Q2 2 排烟损失排烟损失 Q Q3 3 化学不完全燃烧热损失化学不完全燃烧热损失 Q Q4 4 机械不完全燃烧热损失机械不完全燃烧热损失 Q Q5 5 散热损失散热损失 Q Q6 6 其他热损失其他热损失rQ锅炉输入热量锅炉输入

28、热量 Q Qr r 对于燃煤锅炉，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，且燃煤水分满足燃煤水分满足则则 630/QMnet.arar net.arrQQ )512(kg/kJ,QQhQQwhwrrnet.arr 式中式中 whwrrQQh燃料的物理显热；燃料的物理显热；外来热源加热空气时带入的热量；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雾化燃油所用蒸汽带入的热量锅炉有效利用热锅炉有效利用热 Q Q1 1 式中式中 Q 工质总吸热量，工质总吸热量， kJ/ s B 燃料消耗量，燃料消耗量， kg/s Dgr、Dzr、DPw

29、过热蒸汽量、再热蒸汽量和排污量，过热蒸汽量、再热蒸汽量和排污量，kg/s 、 、h g s 过热蒸汽焓、饱和蒸汽焓和给水焓，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，再热蒸汽出口和进口焓，kJ/kgzrh zrh grh bsh )hh(DhhDhhDB1Qgsbspwzrzrzrgsgrgr1 54)-(2kJ/kg,BQ 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，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锅炉热平衡中不予考虑未完全燃烧热损失未完全燃烧热损失 q q4 4设计时设计时, q, q4 4、按推荐

30、数据选取（表、按推荐数据选取（表2-102-10）对固态排渣煤粉炉取对固态排渣煤粉炉取 q q4 4 =0.5=0.55 %5 % 未完全燃烧热损失未完全燃烧热损失 包括包括 q q4 4、q q3 3 固体未完全燃烧热损失固体未完全燃烧热损失 q q4 4 q q4 4 锅炉主要热损之一，取失决于燃料种类、燃烧方式、炉膛型式锅炉主要热损之一，取失决于燃料种类、燃烧方式、炉膛型式与结构、燃烧器设计与布置、锅炉运行工况与结构、燃烧器设计与布置、锅炉运行工况 V Vdafdaf小；（小；（M Marar、A Aar ar ）大，）大，q q4 4 大；大； R R9090大，大， q q4 4 大

31、；大； 过大或过小，过大或过小，q q4 4 大大 煤粉在炉膛停留时间煤粉在炉膛停留时间过小，过小， q q4 4 大大 未被完全利用热损失未被完全利用热损失 q q2 2 排烟热损失排烟热损失 q q2 2式中式中 - - 排烟焓排烟焓, , 取决于取决于 与与 ，kJ/kgkJ/kg - - 进入锅炉的冷空气焓进入锅炉的冷空气焓, , kJ/kgkJ/kg - - 排烟处过剩空气系数排烟处过剩空气系数 ）（572,%Qq100)HH(qr40lkpypy2 0lkHpy pyHpy py 由由q2、受热面低温腐蚀及金属耗量综合确定。、受热面低温腐蚀及金属耗量综合确定。 电站锅炉电站锅炉 约在约在110110160160之间。之间。 取决于