锅炉原理课件：锅炉热平衡计算

1、锅炉原理锅炉热平衡计算锅炉原理锅炉热平衡计算目录锅炉热效率1锅炉各项热损失2燃料消耗量3中外热效率计算方法简介4锅炉机组热平衡试验51/37目录锅炉热效率1锅炉各项热损失2燃料消耗量3中外热效率计算方一、锅炉热效率锅炉热效率1锅炉各项热损失2燃料消耗量3中外热效率计算方法简介4锅炉机组热平衡试验52/37一、锅炉热效率锅炉热效率1锅炉各项热损失2燃料消耗量3中外热内容1、热平衡的基本概念2、锅炉有效利用热3、锅炉效率3/37一、锅炉热效率问题：锅炉热平衡的目的是什么？内容3/37一、锅炉热效率问题：锅炉热平衡的目的是什么？1、热平衡基本概念定义:在稳定运行状态下，锅炉输入热量与输出 热量及各项

2、热损失之间的热量平衡。基准:热平衡是以1kg固体或液体燃料，或0、0.1MPa的1m3气体燃料为基础进行计算的。目的:通过热平衡可知锅炉的有效利用热量、各 项热损失，从而计算锅炉热效率和燃料消耗量。4/37一、锅炉热效率1、热平衡基本概念4/37一、锅炉热效率一、锅炉热效率Qr 带入炉内的热量(kJ/kg) Q1 有效利用热量(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)6Q其它热损失(kJ/kg)kJ/kg热平衡方程:Qr = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6

3、 100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6qi = QiQr ,i = 1, , 6煤粉锅炉机组热平衡示意图5/37OrO1O5O2O3O4O4O6一、锅炉热效率Qr 带入炉内的热量(kJ/kg) Q1 一、锅炉热效率6/37锅炉输入热量Qr是从锅炉范围以外输入锅炉的热 量，但不包括锅炉范围内循环的热量，通常：Qr = Qnet,ar + ir + Qwr + QzqQnet,ar：燃料的收到基低位发热量，kJ/kg；ir：燃料物理显热，kJ/kg；Qwr：外来热源加热空气时带入的热量，kJ/kg；Qzq：雾化燃油所用蒸汽带入的热量，kJ/kg。一、锅炉热效率6/37

4、锅炉输入热量Qr是从锅炉范围以外输入锅一、锅炉热效率燃料物理显热irir = cp,artr t0tr：燃料温度，；t0：基准温度，取送风机入口温度或取30， ；cp,ar：燃料的收到基定压比热容，kJ/(kg)；cp,ar = cdr 100Mar + 4.187 MarkJ/(kg)100100对于燃煤锅炉，如果燃料和空气都没有利用外界热630量进行预热，且燃煤水分Mar Qnet,ar %，输入热量7/37Qr = Qnet,ar一、锅炉热效率燃料物理显热ir630量进行预热，且燃煤水分M一、锅炉热效率2、锅炉有效利用热是指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量：Bgrzrzr8/37Q1 =

5、 1Dgr gs+ Dzr Y+ DpwY gsB：燃料消耗量，kg/s；Dgr,Dzr,Dpw：过热蒸汽量、再热蒸汽量和排污水流量，kg/s；“,Y ,grgs：出口过热蒸汽焓、饱和水焓和给水焓，kJ/kg。“，Y：再热器出口和进口蒸汽焓， kJ/kg。zrzr空气在空气预热器吸热后又回到炉膛，这部分热量属 锅炉内部热量循环，不应计入。一、锅炉热效率2、锅炉有效利用热Bgrzrzr8/37Q一、锅炉热效率3、锅炉效率锅炉热效率的确定有两种方法。一种为正平衡法， 即由锅炉热效率的定义直接获得，即为锅炉的有 效利用热量与锅炉送入热量之比：Qr另一种是在锅炉设计或热效率试验时常用的反平 衡法，即求

6、出各项热损失后，用下式求得锅炉的 热效率：5 = Q1 100, %5 = 100 q2 + q3+ q4+ q5 + q6, %9/37一、锅炉热效率3、锅炉效率Qr5 = Q1 100, %二、各项热损失锅炉热效率1各项热损失2燃料消耗量3中外热效率计算方法简介4锅炉机组热平衡试验510/37二、各项热损失锅炉热效率1各项热损失2燃料消耗量3中外热效率内容1、机械未完全燃烧热损失，q42、化学未完全燃烧热损失，q33、排烟热损失，q24、散热损失，q55、其它热损失，q6二、各项热损失煤粉锅炉机组热平衡示意图11/37OrO1O5O2O3O4O4O6内容5二、各项热损失煤粉锅炉机组热平衡示

7、意图11/37OrO1、机械未完全燃烧热损失1、机械未完全燃烧热损失即q4，指燃料中未燃尽碳造成的热损失，这些碳 残留在灰渣中，也称为固体未完全燃烧损失或未 燃碳损失。O412/37O4对于煤粉炉：灰渣 = 飞灰 + 底灰(冷灰) fh + 1h = 1fh， 1h分别为飞灰和冷灰斗 灰渣的灰量占入炉燃料总灰 分的质量份额；1、机械未完全燃烧热损失1、机械未完全燃烧热损失O412/31、机械未完全燃烧热损失飞灰与冷灰质量分别为 fh ar ,1h ar,kg/kg100100飞灰与冷灰含碳量(kg/kg)分别为mC,fh, mC,1h飞灰与冷灰含碳量百分数分别为Cfh, C1hmC,Fh100

8、 FhAar+mC,FhmC,fh = CFhCFhfh ar100100CFh100mC,1h =Clh1h ar100Clh100同理Q4 = 1hClh100Clh+ fhCFh100CFh100ar 32700kJ/kg13/371、机械未完全燃烧热损失飞灰与冷灰质量分别为mC,Fh100对于煤粉炉q4 = C1h1h 100 C1h+ Cfhfh 100 Cfh32700AarQr 1h + fh = 11h ， fh 分别为冷灰斗灰渣和飞灰的灰量占入 炉燃料总灰分的质量份额；C1h，Cfh分别为冷灰斗灰渣和飞灰中可燃物(碳) 含量的百分数；32700：每kg纯碳的发热量，kJ/kg

9、；Aar：入炉燃料灰分的收到基含量，%14/371、机械未完全燃烧热损失对于煤粉炉q4 = C1h+ Cfh32700Aar 12、化学未完全燃烧热损失即q3，这是由于CO、H2、CH4等可燃气体未燃烧 放热就随烟气离开锅炉而造成的热损失，也称为 为可燃气体不完全燃烧损失。Q3 =VCOQCO + VH2 QH2 + VCH4 QCH4 100q4100kJ/kg15/37QCO：一氧化碳的发热量， QCO=12640 kJ/m3；QH ：氢气的发热量， QH =10800 kJ/m3；22QCH :甲烷的发热量， QCH =35820 kJ/m3 ；44VCO、VH 、VCH ：分别为烟气中

10、对应于1kg燃料的氧化24碳、氢气、甲烷的体积，m3/kg；2、化学未完全燃烧热损失2、化学未完全燃烧热损失Q3 =VCOQCO + VH2 Q以百分率来表示，则有3QrVgyq=126.4CO + 108.0H+ 358.2CH24100CO、H2、CH4：分别为干烟气中一氧化碳、氢 气、甲烷的容积百分数，可从烟气分析测得。Vgy：标准状态下的干烟气量，m3/kg 100 q4 100, %16/372、化学未完全燃烧热损失以百分率来表示，则有3QrVgy24100 100 2、化学未完全燃烧热损失将Vgy的表达式代入上式，得正常燃烧时，q3值很小。在进行锅炉设计时，q3 值可按燃料种类和燃

11、烧方式选取：煤粉炉，q3=0； 燃油和燃气炉，q3=0.5%；火床炉，q3=(0.51.0)%。影响q3的主要因素有：炉膛过量空气系数、燃烧 器结构和布置、炉膛温度和炉内空气动力工况等。q3= Car + 0.375Sar 236CO 100 q4 100, % QrRO2 + CO10017/372、化学未完全燃烧热损失将Vgy的表达式代入上式，得正常燃烧3、排烟热损失3、排烟热损失即q2，锅炉排烟带走的热量所造成的热损失，等于排 烟焓与入炉空气焓之差：hpy：排烟焓， kJ/kg；0 ：进入锅炉的冷空气焓， kJ/kg ；1kpy：排烟处的过量空气系数。设计时hpy按选取的排烟温度Ppy和

12、py查焓温表得到；锅炉运行时，py按测得的烟气成分计算得到，Ppy 实 测得到，hpy由有关公式计算得到。py py0Qrq2 =1kq41001 , %18/373、排烟热损失3、排烟热损失hpy：排烟焓， kJ/kg；q2 损失是锅炉热损失中最主要的一项，对大中型 锅炉，约为48%，小型锅炉的这一数值可能更高。通常排烟温度Ppy每升高1520，排烟热损失q2 增加约1%。降低排烟温度可以降低q2,但排烟温度过低将会引 起锅炉尾部受热面的低温腐蚀，特别是在燃用高 硫分的燃料时。因此排烟温度不能降得太低。合理的排烟温度应通过技术经济比较来确定。近 代大型电站锅炉的排烟温度约在110160(空气

13、 预热器出口)。19/373、排烟热损失q2 损失是锅炉热损失中最主要的一项，对大中型 锅炉，约为4影响q2 的主要因素为排烟温度和烟气容积。影响 锅炉排烟温度和烟气容积的因素有：燃料的性质：水分、硫分含量等；受热面的积灰、结渣或结垢；炉膛出口的过量空气系数；烟道各处漏风等；20/373、排烟热损失影响q2 的主要因素为排烟温度和烟气容积。影响 锅炉排烟温度3、排烟热损失q2随过量空气系数增大;q3随先降后增;q4随先降后增;存在一个最优过量空气 系数使q2 + q3 + q4 最 小。 min最优过量空气系数21/373、排烟热损失q2随过量空气系数增大;21/374、散热损失22/374、

14、散热损失即q5，由于锅炉本体及锅炉范围内各种管道、附 件的温度高于环境温度而散失的热量。影响散热损失的主要因素有：锅炉外表面积的大 小、外表面温度、炉墙结构、保温隔热性能及环 境温度等。测量及计算方法复杂。常用的方法是按锅炉容量 选一经验值，设计锅炉时可查图或用简单公式计 算得到。4、散热损失22/374、散热损失锅炉散热损失q523/37设计锅炉时可查图或按下式求额定蒸发量时的散 热损失：q5 = 5.82 Ded0.38Ded：额定蒸发量，t/h。1锅炉整体(联通尾部受热面)2锅炉本身(无尾部受热面)3我国电站锅炉性能验收规程中的曲 线(连同尾部受热面)4、散热损失锅炉散热损失q523/3

15、7设计锅炉时可查图或按下式求额定蒸发非额定工况下运行时的散热损失，通常乘以一个 负荷修正系数计算：D：实际蒸发量，t/h；q5,ed：额定蒸发量时的散热损失，%；Ded24/37Dq5 q5,ed4、散热损失非额定工况下运行时的散热损失，通常乘以一个 负荷修正系数计算5、其它热损失即q6，锅炉的其它热损失主要指灰渣物理显热损25/37失qhz 。另外，在大容量锅炉中，由于某些部件6(如尾部受热面的支撑梁等)要用水或空气冷却，所吸收的热量不能送回锅炉系统中利用，就造成666冷却热损失q1q。故q6 = qhZ + qlq。5、其它热损失5、其它热损失25/37失qhz 。另外，在大容量锅炉中，由

16、三、燃料消耗量锅炉热效率1锅炉各项热损失2燃料消耗量3中外热效率计算方法简介4锅炉机组热平衡试验526/37三、燃料消耗量锅炉热效率1锅炉各项热损失2燃料消耗量3中外热三、燃料消耗量1、实际燃料消耗量燃料带入锅炉的热量，大部分被工质吸收，将给 水加热成过热蒸汽，每kg燃料燃烧锅炉所吸收的 这部分热量称为锅炉的有效利用热Q1(kJ/kg)。如Qyx为工质的总有效利用热(kJ/s)，则B = Qyx = 100Qyx ，kg/s Q15Qr由上式求出的燃料消耗量B称为锅炉的实际燃料 消耗量。在进行燃料运输系统和制粉系统计算时 要用B计算。27/37三、燃料消耗量1、实际燃料消耗量27/372、计算

17、燃料消耗量但由于q4的存在，使部分燃料未参加燃烧，实际 上，1kg燃料只有(1-q4/100)kg参加了燃烧反应。 因此，在计算燃烧所需的的空气量和生成的烟气 量时，必须对B进行修正，即按所谓的计算燃料 量Bcal来进行计算:Ca1B= B1 q4100，kg/s28/37三、燃料消耗量2、计算燃料消耗量Ca1B= B1 q4100，kg四、中外热效率计算方法简介锅炉热效率1各项热损失2燃料消耗量3中外热效率计算方法简介4锅炉机组热平衡试验529/37四、中外热效率计算方法简介锅炉热效率1各项热损失2燃料消耗量不同的锅炉热力计算方法，对热损失的界定是不同的。 以上介绍的是前苏联1973年锅炉热

18、力计算标准方法和 我国采用的方法。随着同世界其他国家之间工业与技术交流及合作的发 展，掌握锅炉热力计算的我国国家标准同其他国家的 标准之间的差别是非常有意义的。主要有ASME PTC4.1标准及德国DIN标准。80年代我国三大锅炉厂从美国燃烧工程公司(CE)引进 锅炉设计制造技术后， 所生产的引进型300MW 、 600MW、锅炉采用的是CE公司的计算方法。该方法 是根据美国机械工程师学会动力试验规程(ASME PTC4.1)。30/37四、中外热效率计算方法简介不同的锅炉热力计算方法，对热损失的界定是不同的。 以上介绍的五、锅炉机组热平衡试验锅炉热效率1各项热损失2燃料消耗量3中外热效率计算方法简介4锅炉机组热平衡试验531/37五、锅炉机组热平衡试验锅炉热效率1各项热损失2燃料消耗量3中一、锅炉热效率3、锅炉效率锅炉热效率的确定有两种方法。一种为正平衡法， 即由锅炉热效率的定义直接获得，即为锅炉的有 效利用热量与锅炉送入热量之比：Qr另一种是在锅炉设计或热效率试验时常用的反平 衡法，即求出各项热损失后，用下式求得锅炉的 热效率：5 = Q1 100, %5 = 100 q2 + q3+ q4+ q5 + q6, %32/37一、锅炉热效率3、锅炉效率Qr5 = Q1 100, %正反平衡热效率试验比较锅炉正平衡只能求得锅炉的热效率，不能据此 研究