03第三章-燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡解析

教师：高攀gaopanncepu@

锅炉原理第三章燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡第一节

燃烧过程的化学反应第二节

燃烧所需的空气量第三节

燃烧产生的烟气量第四节

烟气分析第五节

燃烧方程式第六节运行中过量空气系数的确定第七节空气和烟气的焓第八节

锅炉机组的热平衡第九节锅炉机组的热平衡实验第一节燃烧过程的化学反应单位质量1kg燃料燃烧

需要的空气量

生成的烟气量锅炉设计中的重要部分

热力计算课程设计一、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，每千摩尔气体在标准状态的容积是22.4Nm3；认为空气只由N2和O2组成,容积比为79:213.气体容积计算的单位均为Nm3/kg。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。理论空气量（氧气量）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第二节燃烧所需空气量理论空气量V0：1kg燃料完全燃烧时所需的最少空气量称为理论空气量。V0=燃料中各元素完全燃烧所需空气量之和减去燃料自带的含氧折算量1kg燃料完全燃烧所需的氧量1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量燃料本身的氧量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。理论空气量V0实际空气量Vk过量空气系数α(用于烟气量计算)

或β

(用于空气量计算)同一种燃料成分相同，其V0相同，因此习惯上用α表示实际空气量的大小。炉膛出口过量空气系数炉内燃烧过程在炉膛出口位置结束，对燃烧过程有影响的是炉膛出口的过量空气系数。对于固态排渣炉，燃用无燃煤、贫煤和劣质烟煤时，当燃用烟煤和褐煤时，漏风系数及空气平衡定义：对于1kg燃料，漏入的空气量ΔV与理论空气量V0之比，以Δα表示

。漏风使烟道内的过量空气系数沿烟气流程逐渐增大，从炉膛出口烟道内任意截面的过量空气系数可表示为：后果：排烟温度

排烟容积风机电耗

锅炉效率↓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解释空预器中，空气侧压力高于烟气侧，所以会有部分空气漏入烟气侧——空预器进口过量空气系数——空预器出口过量空气系数第三节燃烧生成的烟气量(计算)理论烟气量：参加燃烧的湿空气中的干空气量等于理论空气量，且使1kg燃料完全燃烧时产生的烟气量，称为理论烟气量。形成理论烟气量的基本物质有：燃料、理论空气量、随理论空气代入的水分。1kg燃料完全燃烧的理论烟气体积Vy0：理论烟气量理论烟气量可燃物燃烧生成的CO2、SO2

C+O2

CO2燃烧生成的CO2

的体积：理论氮气体积：燃料中的氮和空气中的氮3.水蒸汽体积：燃料中氢完全燃烧生成的水蒸汽：燃料中的水汽化生成的水蒸汽空气量带入的水蒸汽采用蒸汽雾化等设备带入的水蒸汽体积。水蒸气体积：5.理论烟气量完全燃烧实际烟气量可燃物燃烧生成的CO2、SO2

C+O2

CO2燃烧生成的CO2

的体积：N2的体积：理论氮气量和过量空气中的氮O2的体积：完全燃烧实际烟气量3.水蒸气的体积：理论水蒸汽量和随过量空气代入的水蒸气量将以上各式代入：整理得：不完全燃烧的烟气与完全燃烧相比，一部分可燃气H2、CO、CmHn进入烟气，其中CO的含量用来判断不完全燃料的程度1kg燃料中Car中Car,COkg的碳生成CO，Car,CO2kg的碳生成CO2不完全燃烧时O2的体积:过量空气中氧的体积与不完全燃烧少消耗的氧不完全燃烧时干烟气体积：第四节烟气分析烟气成分及含量直接反映炉内的燃烧工况炉膛出口过量空气系数→炉膛的空气供给量排烟的过量空气系数→排烟热损失CO、H2、CH4等可燃气体成分→化学不完全燃烧损失烟气分析手段化学方法：吸收剂燃烧吸收色谱分析物理方法：导热性导磁性导电性光学性奥氏气体分析仪KOH（吸收CO2，SO2）焦性没食子酸（吸收O2，亦吸收RO2）氯化亚铜氨（吸收CO，亦吸收O2）Gasmet红外傅立叶便携式多组分分析仪商业化的成熟产品电厂要求上在线烟气监测系统Testo350第五节燃烧方程式燃料的特性系数β

不完全燃烧方程:

21=RO2+O2+0.605CO+β(RO2+CO)

烟气中CO含量的计算:RO2和RO2max的计算

不完全燃烧方程

:21=RO2+O2+0.605CO+β(RO2+CO)

当完全燃烧时,CO=0,则得,完全燃烧方程式:21=O2+(1＋β)RO2

若在α＝1的情况下完全燃烧,则得RO2max,即:RO2max只取决于燃料特性参数β，对于固体燃料（油页岩除外）β=0.035~0.15，因此RO2max=18~20第六节运行中过量空气系数的确定O2氧气在干烟气中的份额α＝1.2

O2＝3.5过量空气系数与过氧量的关系氧化锆氧量分析仪送风机自动调节运行中到底送了多少风？第七节空气和烟气的焓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。空气和烟气的焓是指在定压条件下，将1kg燃料所需的空气量或所产生的烟气量从0℃加热到θ℃时所需要的热量，单位kJ/kg。理论空气的焓：实际空气的焓：（cθ）k：1m3干空气连同其携带的水蒸气在温度θ℃时的焓，

kJ/m3理论烟气的焓：理论烟气是多种成分的混合气体，由热力学可知，其焓等于各组成成分焓的总和。实际烟气的焓：实际烟气焓等于理论烟气焓、过量空气焓和烟气中飞灰焓之和。飞灰焓：（cθ）h：1kg灰在θ

℃时的焓，

kJ/kg。飞灰焓值小，满足下式时才计算：第八节锅炉机组的热平衡热平衡概念锅炉热平衡研究燃料的热量在锅炉中利用的情况:

有多少被有效利用，有多少变成了热量损失，表现在哪些方面,产生的原因。

研究的目的是为了有效地提高锅炉热效率锅炉热平衡以lkg固体燃料或液体燃料(气体燃料以1Nm3)为单位组成热量平衡。1kg燃料带入炉内的热量及锅炉有效利用热量和损失热量之间的关系。锅炉热平衡方程式qi=Qi/Qr×100式中输入热量

Q1

有效利用热

Q2

排烟损失

Q3

化学不完全燃烧热损失

Q4

机械不完全燃烧热损失

Q5

散热损失

Q6

其他热损失锅炉输入热量Qr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燃煤水分满足则—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锅炉输入热量Qr燃料的物理显热ir

固体燃料收到基比热：

kJ/kg•℃

液体燃料收到基比热：

kJ/kg•℃

蒸汽带入热Qzq:当用蒸汽雾化重油或喷入锅炉蒸汽时考虑.2510—排烟中蒸汽焓近似值，kJ/kg外来热量Qzq:用锅炉范围以外的废气、废热等来预热空气时锅炉有效利用热Q1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.

式中：Q工质总吸热量，kJ/hB燃料消耗量，kg/sh

Dgr、Dzr、

Dzy、DPw

过热蒸汽量、再热蒸汽量、自用蒸汽量和排污量，kg/h

、、hzy、hgs

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，kJ/kg锅炉的各项热损失机械(固体)未完全燃烧热损失化学(气体)未完全燃烧热损失排烟热损失散热热损失其它热损失机械未完全燃烧热损失q4机械未完全燃烧热损失是灰中未燃烧或未燃尽的碳造成的热损失和使用中速磨煤机时排出石子煤的热量损失。形成：灰渣损失：未参与燃烧或未燃尽的碳粒与灰渣一同落入灰斗所造成的损失。沉降灰损失：沉降灰中未燃尽碳损失飞灰损失：未燃尽的碳粒随烟气带走所造成的损失。石子煤热损失：中速磨排出石子煤的碳损失机械(固体)未完全燃烧热损失q4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

Vdaf小；（Mar、Aar）大，q4大；

R90大，q4大；过大或过小，q4大煤粉在炉膛停留时间τ过小，q4大机械未完全燃烧热损失q4设计时,q4、按推荐数据选取.无烟煤

q4取4～6%，贫煤取2～3%，烟煤1～2%，褐煤0.5～1

%

煤粉细度R90是指用一个筛孔宽度为90微米的筛子来筛选煤粉，留在筛子上方的粗煤粉所占总煤粉的百分率。百分数越低，说明煤粉越细。一般无烟煤的话煤粉细度R90控制在6%左右，烟煤的话在15%~20%左右。机械未完全燃烧热损失q41.燃料特性对q4的影响灰分含量高和灰分熔点低的煤，固态可燃物被灰包裹，难以燃尽，灰渣损失大。层燃时燃用挥发物低而焦结性强的煤：燃烧过程主要集中在炉排上，燃烧层温度高，较易形成熔渣，阻碍通风，增加灰渣损失。层燃时燃用水分低，焦结性弱而细末又多的煤时：特别是在提高燃烧强度而增强通风的情况下，飞灰损失就增加。机械未完全燃烧热损失q42．燃烧方式对q4的影响：煤粉炉没有漏煤损失，但飞灰损失比层燃炉大沸腾炉在燃用石煤或煤矸石时，飞灰损失大3．炉子结构对q4的影响煤粉炉炉膛的高低燃烧器布置的位置机械未完全燃烧热损失q44．锅炉运行工况对q4的影响负荷增加，炉膛的气流速度增加，q4加大。煤粉细度及配风。过量空气系数:如太低，q4会增加。固体未完全燃烧热损失是燃煤锅炉的主要热损失之一，一般仅次于排烟热损失。机械未完全燃烧热损失q4上式中：32700——纯碳的发热量，kJ/kg；Gfh,Glz,Gcjh——飞灰、炉渣、沉降灰的质量，kg/h;Cfh,Clz,Ccjh——飞灰、炉渣、沉降灰的含碳量，%B——锅炉的燃煤量，kg/hBsz——中速磨排出的石子煤量，kg/hQar,net——石子煤的低位发热量，kJ/kg。气体不完全燃烧热损失q3气体不完全燃烧热损失的测定及计算1．测定用烟气分析方法测出（Nm3/kg燃料）

2．计算公式

%

CO2、H2、CH4

：干烟气中CO、H2、CH4的容积百分数，由热平衡试验通过验器分析仪测得。由于实际运行中，烟气中H2、CH4

、CmHn的含量极少，可忽略不计，计算简化。

气体不完全燃烧热损失q3形成：

q3是由于部分CO、H2、CH4等可燃气体未燃烧放热就随烟气排出所造成的。影响因素

1．炉子结构的影响炉膛高度不够或炉膛体积太小。当炉内水冷壁布置过多时，会使炉膛温度过低。2．燃料特性的影响挥发份高的燃料，在其它条件相同时，q3相对要大一些。3．燃烧方式的影响炉膛过量空气系数（过小或过大）；配风炉内气流的混合与扰动等。排烟热损失q2排烟热损失：是指由排烟所带走的热量损失，烟气离开锅炉排入大气时，其温度比进入锅炉的空气温度高很多。

由q2、受热面低温腐蚀及金属耗量综合确定。电站锅炉约在110～160℃之间。取决于及烟道漏风Δα，后者同时影响

对大中型锅炉q2约为4～8%排烟热损失q2影响因素：影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和排烟容积1．排烟温度排烟温度越高，排烟热损失越大。排烟温度每提高12~15℃，q2将提高1%。排烟温度过低经济上不合理，甚至技术上不允许。（1）烟气与工质的传热温差小，换热所需金属受热面就大大增加。（2）为了避免尾部受热面的腐蚀，排烟温度也不宜过低。排烟热损失是锅炉热损失中最大的一项，大中型锅炉正常运行时的q2约为4%-8%，排烟热损失，主要取决于排烟温度和排烟容积。散热热损失q5

额定容量下锅炉的散热损失

散热损失q5外表温度高于环境温度通过对流与辐射散失热量造成的损失。可根据锅炉尾部受热面的布置查图确定

--锅炉额定容量和实际蒸发量，t/h锅炉在额定蒸发量的散热损失：锅炉在非额定蒸发量的散热损失：灰渣物理热损失q6灰渣物理热损失

固态排渣煤粉锅炉只在高灰分煤时才考虑

tlz——炉膛排出的炉渣温度，不能直接测量时，固态排渣炉可取800℃，液态排渣炉取t3+100℃,t3为煤灰的融化温度锅炉效率及燃料消耗量计算反平衡正平衡%

正反平衡热效率比较锅炉正平衡只能求得锅炉的热效率，不能据此研究和分析影响锅炉热效率的种种因素，以寻求提高热效率的途径。反平衡则是依据对各种热损失的测定来计算其锅炉热效率。对小型锅炉而言，一般以正平衡为主，反平衡为辅。对于大型锅炉，由于不易准确测定燃料消耗量，其锅炉热平衡主要靠反平衡求得。燃料消耗量B

燃料消耗量

计算燃料消耗量思考题1、什么是q4，影响q4的因素有哪些？计算它至少需要测试哪些项目？在运行中可以采取哪些措施减小它？2、什么是q2，影响q2的因素有哪些？计算它至少需要测试哪些项目？在运行中可以采取哪些措施减小它？3、分别论述在炉膛、烟道前部、烟道尾部、及制粉系统中，漏风对锅炉运行有哪些影响？4、锅炉燃料消耗量和计算燃料消耗量有何不同？各在什么情况下使用？作业题1、试比较煤的收到基水分Mar和空气干燥基水分Mad的区别，并推导Mar、Mad、外在水分Mf、内在水分Minh之间的关系式。2、已知煤的分析数据如下：Car=57.87%Har＝3.90％Oar＝5.70％Nar=1.13%Sar＝0.72％Aar＝14.01％Mar=16.67%Vdaf=18.0%Qnet，ar=22600kJ/kg试计算：（1）理论空气量V0；（2）实际空气量Vk；（α=1.2）（3）完全燃烧时的烟气体积Vy、Vgy、VH2O；（4）完全燃烧时形成的烟气在1200℃时的焓。3、某锅炉燃煤的特性系数β＝0.09，理论空气量V0＝16Nm3/kg。运行中测知省煤器前后的RO2值分别为15.2%及14.9%。求该省煤器处的漏风系数及漏风量。作业题4、已知某台锅炉每