1、锅 炉,主讲：王子兵 副教授,河北理工大学本科优秀课程,第三章 燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡,完全燃烧计算,烟气分析,不完全燃烧计算,锅炉过量空气系数的确定,空气和燃烧产物的焓,锅炉热平衡计算,第一节 完全燃烧计算,一、完全燃烧的计算内容,1.- 2.- 3.- 4.-,第一节 完全燃烧计算,二、空气量计算,1.理论空气量：固体、液体燃料计算公式,L0=1.293V0=0.115Kar+0.342Har-0.043Oar,1.实际空气量,第一节 完全燃烧计算,气体燃料计算公式,理论空气量为干空气,第一节 完全燃烧计算,2.实际空气量,过量空气系数和漏风系数,实际空气量与理论空气量的比值称为过量
2、空气系数，用或 表示，即,过量空气系数,或,第一节 完全燃烧计算,各部件所处烟道内漏入的空气量 与理论空气量的比值，称为该烟道的漏风系数，表示如下：,锅炉各烟道漏风系数的大小取决于负压的大小及烟道的结构型式，一般为0.010.1。,漏风系数,第一节 完全燃烧计算,3.实际空气量控制关键,烟风流程气体流量变化,炉膛出口过剩空气系数:燃烧完成的位置,固态排渣：挥发分较低的煤:1.2-1.25烟煤、褐煤：1.15-1.2,三、烟气量计算,第一节 完全燃烧计算,1.基本概念,理论烟气量,实际烟气量,干烟气量,第一节 完全燃烧计算,理论烟气量:包含的基本物质,实际烟气量:包含的基本物质,干烟气量：理论干
3、烟气、实际干烟气量,第二节 不完全燃烧计算,不完全燃烧烟气量:基本物质,3-30、3-32,3-36,三原子气体容积份额,3-37、3-38,飞灰浓度,3-39、3-40,第三节 烟气分析,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？ 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。,第三节 烟气分析,实际干烟气的基本物质,3-41至3-48,烟气分析的意义,判断燃烧状态 判断空气过剩系数 判断漏风情况,烟气分析手段：,吸收剂吸收 燃烧吸收 色谱分析,导热性
4、 导磁性 导电性 光学性,第三节 烟气分析,化学方法,物理方法,图1 烟气成分分析仪,第三节 烟气分析,图2 煤质元素分析仪,第三节 烟气分析,第三节 烟气分析,奥式气体分析仪工作原理,按测试结果计算干烟气量,3-50,三原子气体较准、CO不准,第三节 烟气分析,CO的测定方法-不完全燃烧方程式,3-53,完全燃烧时，RO2与O2的关联,3-55,完全燃烧时，RO2的最大值,3-56,经简化,第三节 烟气分析,广泛采用,第三节 烟气分析,用的较少,第五节 锅炉运行状态下过量空气系数的确定,不完全燃烧时过量空气系数测试计算式。,第六节 空气和燃烧产物焓的计算,描述流动介质进行能量交换的关系时，焓
5、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。,相应于1kg收到基燃料的空气（或烟气），由温度0加热到所需要的热量，称为空气的焓或烟气的焓。单位：kJ/kg,第六节 空气和燃烧产物焓的计算,空气、烟气焓值的定义,空气焓,每标准立方米干空气连同其相应的水蒸汽在温度时的焓，kJ/Nm 3 ，可以查表得到,每公斤空气含有10g水。,第六节 空气和燃烧产物焓的计算,理论烟气焓,1m3的成分在温度时的焓值，查表。,烟气焓的计算,第六节 空气和
6、燃烧产物焓的计算,烟气的组成,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。,第六节 空气和燃烧产物焓的计算,飞灰热焓值Ifh,第六节 空气和燃烧产物焓的计算,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：即,第七节 锅炉机组的热平衡计算,锅炉热平衡,指在稳定运行状态下，锅炉输入热量与输出热量及各项热损失之间的热量平衡。热平衡是以1kg固体或液体燃料，或0、0.1 MPa 的1m3气体燃料为基础进行计算的。通过热平衡可知锅炉的有效利用热量、各项热损失，从而计算锅炉效率和燃料消耗量。,一般的热平衡方程式为：,第七节 锅炉机组的热平衡计算,
7、式中：Qr 锅炉输入热量Q1 锅炉有效利用的热量Q2 排烟热损失Q3 可燃气体不完全燃烧热损失Q4 固体不完全燃烧热损失Q5 锅炉散热损失Q6 其他热损失,将上述方程用方程右侧各项热量占输入热量的比值百分数来表示，则为,第七节 锅炉机组的热平衡计算,其中：,锅炉输入热量是由锅炉范围以外输入的热量，不包括锅炉范围内循环的热量。,第七节 锅炉机组的热平衡计算,式中： Qar,net 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）,各项热量的计算公式为：,第七节 锅炉机组的
8、热平衡计算,ir=cp,artr,式中： Cp,ar 燃料的收到基比定压热容，kJ/ （kg ）；tr 燃料温度，；,当用外来热源加热燃料时，（用蒸汽加热重油或蒸汽干燥器等）及开式系统使燃料干燥时，应计算此项，并根据燃料的炉前状态取用tfu 和燃料水分。若未经预热，则只有当 时才须计算，此时可取 tr=。,第七节 锅炉机组的热平衡计算,固体燃料比热容Car,fu为：,式中： dr 燃料干燥基比热容，kJ/ （kg ），按表4-7取用。,锅炉有效利用热,第七节 锅炉机组的热平衡计算,锅炉有效利用热指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。锅炉有效利用热 Q1为：,第七节 锅炉机组的热平衡计算,锅炉热效
9、率的确定有两种方法。一种为由锅炉热效率的定义直接获得，即为锅炉的有效利用热与锅炉送入热量之比：,这种方法称为正平衡法。,锅炉效率,第七节 锅炉机组的热平衡计算,锅炉设计或热效率试验时常用反平衡法，即求出各项热损失后，用下式求得 ：,锅炉正平衡试验法简单易行，对于热效率较低的工业锅炉（ 80）比较准确；反平衡法较复杂，但通过各项热损失的测定和分析，可以找出提高锅炉经济性的途径。,第七节 锅炉机组的热平衡计算,固体不完全燃烧热损失q4,燃料中未燃烧或未燃尽碳造成的热损失，这些碳残留在灰渣中，也称为机械未完全燃烧损失或未燃碳损失。针对不同燃烧方式，燃料燃烧生成不同形式的灰渣，固体不完全燃烧热损失 q
10、4的计算公式为：,第七节 锅炉机组的热平衡计算,残碳存在的部位,火床炉：炉膛炉渣、烟道沉降灰、排烟飞灰,煤粉炉：炉膛炉灰、烟道沉降灰、排烟飞灰、制粉系统所排石子,循环流化床炉：炉膛炉灰、烟道沉降灰、灰阀排灰、排烟飞灰,第七节 锅炉机组的热平衡计算,运行时测定灰量分布,进行灰分平衡计算可得q4,测定灰量(含灰),测定灰含碳量,灰分平衡式,计算飞灰灰量,第七节 锅炉机组的热平衡计算,对于火床炉,第七节 锅炉机组的热平衡计算,对于煤粉炉,第七节 锅炉机组的热平衡计算,设计锅炉时， 可按燃料种类和燃烧方式选用，热力计算方法中有推荐值。对固态除渣煤粉炉：褐煤 q4=1%，烟煤 q4=2%，贫煤 q4=3
11、%，无烟煤q4= 4%；燃油和燃气炉 q4=0。,影响 q4的主要因素有：燃料的性质、燃烧方式、炉膛型式和结构、燃烧器设计和布置、炉膛温度、锅炉负荷、运行水平、燃料在炉内的停留时间和与空气的混合情况等。,第七节 锅炉机组的热平衡计算,燃料消耗量,实际燃料消耗量:B,计算燃料消耗量:Bj= B(1-q4/100),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，也称化学不完全燃烧损失。锅炉运行中可用下式计算。,第七节 锅炉机组的热平衡计算,可燃气体不完全燃烧热损失q3,式中： CO、H2、CH4 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，RO2干
12、烟气中三原子气体容积百分比。,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：燃料的挥发分、炉膛过理空气系数、燃烧器结构和布置、炉膛温度和炉内空气动力工况等。,第七节 锅炉机组的热平衡计算,排烟热损失q2,第七节 锅炉机组的热平衡计算,式中 Ipy 排烟焓， kJ/ kg 进入锅炉的冷空气焓，按冷空气温度 tlk=计算，kJ/ kgpy 排烟处的过量空气系数，,这是锅炉排烟物理显热造成的热损失，等于排烟焓与入炉空气焓之差，即,第七节 锅炉机组的热平衡计算,影响排烟损失
13、的因素,燃料性质,积灰、结渣、结垢,炉膛过量空气系数、漏风系数,排烟温度,第七节 锅炉机组的热平衡计算,最佳炉膛出口过量空气系数的涵义,使q2 + q3 + q4 最小的炉膛出口过 量空气系数（理解图3-3）,第七节 锅炉机组的热平衡计算,额定蒸发量时的散热损失,当锅炉在其他蒸发量运行时，应换算成实际散热损失 q5,式中：Ded、D 额定蒸发量和实际蒸发量q5,ed 额定蒸发量时的散热损失（%）,查图或按下式计算,第七节 锅炉机组的热平衡计算,其他热损失q6,锅炉的其他热损失q6主要是灰渣物理显热损失 ，,灰渣物理显热损失 用下式计算,式中：hz 排灰渣量占入炉燃料总灰分的质量份额。,燃料消耗量,第七节 锅炉机组的热平衡计算,则可求出燃料消耗量B：,扣除 q4造成的影响，实际参加燃烧的燃料量为,Bj称为计算燃烧消耗量，在锅炉热力计算中均以Bj进行计算。,第七节 锅炉机组的热平衡计算,另外，以上5项热损失可分成二类：q2、q5、q6表示燃料燃烧放出的热量中以各种形式逸离锅炉而造成的损失；q3和q4则表示进入锅炉的燃料因没有燃烧、放出热量而造成的损失，反映燃烧的完全程度，通常用燃烧效率来表示：,
