燃烧产物和热平衡

燃烧产物和热平衡第1页/共84页一、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/kg。第2页/共84页二、计算原则燃料完全燃烧所需理论空气量，由燃料中各个可燃元素在燃烧时所需空气量相加而得。第3页/共84页理论空气量（氧气量）1kg(或1m3)燃料完全燃烧时所需的最低限度的空气量（空气中的氧无剩余）成为理论空气量。组成碳燃烧消耗的氧气量氢燃烧消耗的氧气量硫燃烧消耗的氧气量燃料本身的氧量第4页/共84页碳燃烧消耗的氧气量第5页/共84页氢燃烧消耗的氧气量第6页/共84页硫燃烧消耗的氧气量第7页/共84页燃料本身的氧量第8页/共84页1kg燃料完全燃烧所需的氧量第9页/共84页实际空气量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，定义过量空气系数。第10页/共84页

负压工作下的锅炉，存在炉外的空气漏入炉内的漏风漏风系数第11页/共84页第12页/共84页要点烟气侧：炉膛后直至排烟处，过量空气系数逐渐增大，烟气侧过量空气系数α，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;空气侧：由锅炉送风机开始，均为正压，空气侧过量空气系数β;β逐渐减小，向外的漏风逐渐减少第13页/共84页解释以上各式的意义第14页/共84页解释以上各式的意义第15页/共84页第三章燃烧产物和热平衡第一节空气量计算第二节烟气量的计算第三节完全燃烧方程式第四节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第六节锅炉的热平衡第16页/共84页一、烟气的组成当1kg煤完全燃烧时，烟气的组成成分为VyVy0VRO2V0N2V0H2O(α-1)V0标米干空气的湿空气/公斤第17页/共84页烟气量的表示方法第18页/共84页二、理论烟气量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、理论水蒸汽量第19页/共84页1、三原子气体烟气量第20页/共84页2、理论氮气量第21页/共84页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

0.0161dV0Nm3/kgd——每公斤干空气的含湿量，10kg/kg;第22页/共84页不考虑过量空气中水蒸汽的容积理论烟气量第23页/共84页三、过量空气中的水蒸汽容积第24页/共84页四、实际烟气量第25页/共84页五、三原子气体的容积份额在辐射换热计算中，三原子气体RO2，H2O均参与辐射换热。三原子气体的容积份额第26页/共84页六、烟气中的飞灰浓度对辐射换热有较大的作用，即每kg烟气中飞灰的质量。afh—烟气携带出炉膛的飞灰占总灰量的份额（0.85~0.95）。飞灰浓度第27页/共84页第三章燃烧产物和热平衡第一节空气量计算第二节烟气量的计算第三节完全燃烧方程式第四节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第六节锅炉的热平衡第28页/共84页原理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。完全燃烧方程反映其间内在关系。第29页/共84页一、推导过程由烟气分析的结果（均为干烟气成分）第30页/共84页二、完全燃烧方程表达式燃料特性系数第31页/共84页讨论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，第32页/共84页基本常识在燃煤的条件下，通常，αRO2O2第33页/共84页三、不完全燃烧方程在不完全燃烧的条件下，且认为仅存在CO，将满足如下方程:由不完全燃烧方程，可以干烟气中CO的含量第34页/共84页第三章燃烧产物和热平衡第一节空气量计算第二节烟气量的计算第三节完全燃烧方程式第四节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第六节锅炉的热平衡第35页/共84页第四节根据烟气分析确定过量空气系数一、烟气分析的目的二、过量空气系数的推导三、烟气分析的手段第36页/共84页一、烟气分析的目的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？锅炉燃烧调整是否合理？答案：通过实时、在线监测锅炉过量空气系数。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。第37页/共84页二、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，α与烟气成分之间的关系：第38页/共84页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β第39页/共84页测定烟气中的O2，即可计算得到过量空气系数α广泛采用第40页/共84页测定烟气中的RO2，也可计算得到过量空气系数α用的较少第41页/共84页

烟气成分随过量空气系数的变化21αCO2%，O2%O2CO2第42页/共84页三、烟气分析烟气分析手段：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第43页/共84页烟气成分分析仪第44页/共84页煤质元素分析仪第45页/共84页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。在燃烧正常的情况下，煤粉炉炉膛出口烟气中的主要成分含量范围：RO2=14~16%；O2=2~5%第46页/共84页第三章燃烧产物和热平衡第一节空气量计算第二节烟气量的计算第三节完全燃烧方程式第四节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第六节锅炉的热平衡第47页/共84页第五节空气与烟气焓的计算第48页/共84页一、焓值的概念与计算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；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；实际计算中需要知道燃烧产物（常压）的温度与焓值间的关系；水蒸汽则需要根据温度和压力来求得焓值；前人均已经制成表格、图线或程序。第49页/共84页二、空气、烟气焓值的定义相应于1公斤收到基燃料的空气（或烟气），由温度0℃加热到θ℃所需要的热量，称为空气的焓或烟气的焓。单位：kJ/kg，kcal/kg第50页/共84页三、空气焓的计算

为每标准立方米干空气连同其相应的水蒸汽在温度θ时的焓，kJ/Nm3，可以查表得到。每公斤空气含有10克水。第51页/共84页四、烟气焓的计算1.烟气的组成VyVy0VRO2V0N2V0H2O(α-1)V0标米干空气的湿空气/公斤第52页/共84页2．烟气焓的组成热力学：混合气体的焓等于各组成气体焓的和，外加灰分的焓。IyIy0IRO2=VRO2I0N2=V0N2I0H2O=V0H2O(α-1)I0=(α-1)V0Ifh第53页/共84页3．理论烟气焓1m3的成分在温度时θ的焓值，查表。第54页/共84页4.飞灰热焓值Ifh第55页/共84页4．烟焓表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：第56页/共84页第六节锅炉的热平衡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。第57页/共84页一、热平衡的定义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。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。方法：通过锅炉机组的热平衡试验。现代电站锅炉的效率为90%左右，容量越大、效率越高。第58页/共84页二、热平衡方程式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）第59页/共84页第60页/共84页热平衡的另一种表示式通常用送入热量的百分比来表示：第61页/共84页三、锅炉的热效率正平衡表达式：反平衡表达式：第62页/共84页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第63页/共84页四、送入锅炉的热量第64页/共84页五、机械不完全燃烧损失q4

—灰渣中未燃烧或未燃尽的碳粒引起的损失；

—未燃尽碳粒随烟气排出炉外而引起的热损失第65页/共84页机械不完全燃热损失计算原则：灰渣及飞灰中的含碳量与碳的发热量的乘积的总和定义：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：第66页/共84页每小时所损失的可燃物重量每小时损失的热量折算到每公斤燃料所损失的热量：第67页/共84页灰平衡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定义第68页/共84页第69页/共84页讨论在锅炉运行中，可以取样测得，可以查表，或做灰平衡实验得到锅炉的设计中，根据燃料的种类及燃烧方式直接选用：0.5~5%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）等第70页/共84页

对空气量和烟气量的影响假定送入锅炉的燃煤量B中，有的燃料根本没有燃烧，即没有产生烟气量，也不需要空气量；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；热平衡计算用实际燃料量B，计算空气量和烟气量时用Bj；第71页/共84页六、化学不完全燃烧损失由于锅炉排烟中CO，H2，CH4等可燃气体的存在，所引起的热损失。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。第72页/共84页一般仅计入CO，其它忽略，发热量，3020，kcal/Nm3，12600kJ/Nm3第73页/共84页讨论电站锅炉可燃气体很小；对煤粉炉：=0；气体或液体燃料炉：=0.5；层燃炉：=0.5~1.0第74页/共84页七、排烟损失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损失。第75页/共84页影响排烟损失的主要因素：1．排烟温度：

温度高，则损失大，提高10C，损失增加约1%；

温度低，则金属的消耗大，流动的阻力大，还可能造成受热面金属的低温腐蚀。2．排烟的容积：主要决定于过量空气系数的选取：过量空气系数大，风机的消耗大，排烟损失增大；不完全燃烧损失小过量空气系数小，则可能不完全燃烧损失增大。第76页/共84页排烟温度与过量空气系数是一个经济技术综合考虑的参数存在一个最佳过量空气系数q，%∑qq3+q4q2最佳第77页/共84页八、散热损失锅炉的外表面温度高于环境的温度而向外界通过大空间自然对流和辐射换热。散热损失与锅炉的容