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1、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 燃烧所需要的空气量 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 锅炉机组热平衡试验 目的目的 燃料燃烧计算主要是计算燃料燃烧所需燃料燃烧计算主要是计算燃料燃烧所需 空气量、燃烧生成的烟气量和烟气的热焓空气量、燃烧生成的烟气量和烟气的热焓等等 。 概念概念 燃料的燃烧燃料的燃烧是指燃料中的可燃元素与氧是指燃料中的可燃元素与氧 气在高温条件下进行的强烈化学反应过程。气在高温条件下进行的强烈化学反应过程。 当烟气中不
2、含可燃物质时称为当烟气中不含可燃物质时称为完全燃烧完全燃烧，否，否 则称为则称为不完全燃烧不完全燃烧。 在计算时假定：在计算时假定： 1 1）空气和烟气的所有组成成分，包括水蒸）空气和烟气的所有组成成分，包括水蒸 气都是理想气体，因此，气都是理想气体，因此，每一千摩尔气体在标每一千摩尔气体在标 准状态下的容积是准状态下的容积是22.41m22.41m 3 3 ； 2 2）所有空气和其它气体容积的计算单位都）所有空气和其它气体容积的计算单位都 是是m m 3 3 ，即以，即以00一标准大气压（一标准大气压（0.1013MPa0.1013MPa）状态）状态 下的立方米为单位。下的立方米为单位。 第
3、一节 燃烧过程的化学反应 煤的可燃燃烧成分：碳（煤的可燃燃烧成分：碳（C C）、氢（）、氢（H H）、硫（）、硫（S S） 。 1. 碳的燃烧： C+OC+O 2 2 COCO 2 2 12.1kgC+22.41m12.1kgC+22.41m 3 3 OO 2 2 22.41m22.41m 3 3 COCO 2 2 完全燃烧 （反应方程式）： 1kgC+1.866m1kgC+1.866m 3 3 OO 2 2 1.866m1.866m 3 3 COCO 2 2 1kg收到基燃料中含有Car/100Kg,因而1Kg燃料中C完全 燃烧时需要1.866Car/100m3 2C+O2C+O 2 2 2
4、CO2CO 即即 ：1kgC+0.51.866m1kgC+0.51.866m 3 3 OO 2 2 1.866m1.866m 3 3 COCO 也即：每也即：每1kg1kg的的C C不完全燃烧需要不完全燃烧需要0.51.866m0.51.866m 3 3 的的 OO 2 2 并产生并产生1.866m1.866m 3 3 的的COCO。 不完全燃烧：不完全燃烧： （反应方程式） 2H 2H 2 2 +O+O 2 2 2H2H 2 2 OO 即 ：1kgH2+5.56m3O211.1m3H2O 也即：每1kg的H燃烧需要5.56m3的O2并产生 11.1m3的H2O。 2. 氢的燃烧: （反应方程
5、式） 3 3、硫的燃烧：、硫的燃烧： （反应方程式）（反应方程式） S+OS+O 2 2 SOSO 2 2 即即 ：1kgS+0.7m1kgS+0.7m 3 3 OO 2 2 0.7m0.7m 3 3 SOSO 2 2 也即：也即： 每每1kg1kg的的S S燃烧需要燃烧需要0.7m0.7m 3 3 的的OO 2 2 并产并产 生生 0.7m0.7m 3 3 的的SOSO 2 2 。 第二节 燃烧所需要的空气量 一、理论空气量一、理论空气量 概念 ： 1kg（或1m3）燃料完全燃烧而又无过剩氧 存在时所需的空气量称为理论空气量，其代 表符号为V0。 求理论空气量的一般过程：求理论空气量的一般过
6、程： 1kg收到基燃料中C、H、S的量（前已讲述 ） C、H、S完全燃烧所需的O2量 1kg燃料完全燃烧真正需要空气提供的O2量 1kg燃料燃烧所需的理论空气量V0 理论空气量：理论空气量： 上式有三点说明：上式有三点说明： 1）V0是不含水蒸汽的干空气(锅炉计算中认为空气中只有氧 气和氮气)； 2）V0只决定于燃料的成分，当燃料一定时V0即为一常数； 3）碳和硫的完全燃烧反应可写成通式 R+O2RO2， 其中 Rar=Car+0.375Sar。 考虑空气中氧的 容积成分为21%计算 二、二、实际空气量和过量空气系数实际空气量和过量空气系数 在锅炉的实际运行中，为使燃料燃尽，实际供给 的空气量
7、总是要大于理论空气量，超过的部分称为过 量空气量。实际空气量Vk与理论空V0之比，即 称为过量空气系数（用于烟气量计算， 用于空 气量计算）。 炉内过量空气系数炉内过量空气系数，一般是指炉膛出口处，一般是指炉膛出口处 的过量空气系数的过量空气系数 。 太大，增加排烟热损失；太大，增加排烟热损失； 太小，不能保证完全燃烧。太小，不能保证完全燃烧。 显然，显然，1kg1kg燃料完全燃烧时需要的实际空气量燃料完全燃烧时需要的实际空气量V V k k 为：为： 过量空气量过量空气量VV g g 等于：等于： 对于固态排渣煤粉炉：对于固态排渣煤粉炉： 当燃用无烟煤、贫煤和劣质烟煤时约为当燃用无烟煤、贫煤
8、和劣质烟煤时约为1.20 1.20 1.251.25， 当燃用烟煤和褐煤时约为当燃用烟煤和褐煤时约为 1.151.151.201.20。 三、漏风系数和空气平衡三、漏风系数和空气平衡 对于对于负压运行负压运行的锅炉，外界冷空气会通过锅炉的的锅炉，外界冷空气会通过锅炉的 不严密处漏入炉膛以及其后的烟道中，致使烟气中不严密处漏入炉膛以及其后的烟道中，致使烟气中 的过量空气增加。的过量空气增加。 相对于相对于1kg1kg燃料而言，漏入的空气量燃料而言，漏入的空气量VV与理论空与理论空 气量气量V V 0 0 之比称为之比称为漏风系数漏风系数， 以以 表示，表示， 即：即： 烟道内的过量空气系数：烟道
9、内的过量空气系数： 漏风使烟道内的过量空气系数沿烟气流程是 逐渐增大的。 从炉膛出口开始，烟道内任意截面处的过量 空气系数为： 式中炉膛出口与计算烟道截面间 ，各段烟道漏风系数的总和。 空气预热器中的过量空气系数：空气预热器中的过量空气系数： 空气预热器中，空气侧压力比烟气侧高，所以 会有部分空气漏入烟气侧，该级的漏风系数ky 要高些。在空气预热器中： 式中：ky 、ky分别为空气预热器进口和出口 的过量空气系数。 考虑到炉膛及制粉系统的漏风， ky与1 之间关系为： 式中 l 炉膛漏风系数 zf 制粉系统漏风系统 例：某锅炉尾部受热面采用双级布置如图示，负压制粉 系统。假定、级空气预热器、炉
10、膛和制粉系统的漏 风系数 以及炉膛出口过量 空气系数 均已知。试写出第级空气预热器入口处 的过量空气系数 。 第三节 燃烧产生的烟气量 一、理论烟气容积一、理论烟气容积 标准状态下，l kg固体及液体燃料在理论空气量下完全 燃烧时所产生的燃烧产物的体积称为固体及液体燃料的 理论烟气量，即，当=1且完全燃烧时，生成的烟气容 积称为理论烟气容积。用符号Vy0表示， 理论烟气的组成成分为：理论烟气的组成成分为： 其相应的体积分别记为：其相应的体积分别记为： CO2、SO2、N2、H2O 各组成成分体 积均可根据燃 烧反应求出 1 1、 理论烟气的组成成分理论烟气的组成成分 2 2理论烟气量的计算理论
11、烟气量的计算 理论烟气量： 理论干烟气量 （1 1）二氧化碳和二氧化硫的体积）二氧化碳和二氧化硫的体积V VCO CO 2 2 、V VSO2 根据根据C C、S S的燃的燃 烧反应可求出烧反应可求出 ： （2 2）理论氮气体积）理论氮气体积（V V 0 0 N N2 2 ） 由两部分组成：由两部分组成： 燃料中的氮燃料中的氮所占体积所占体积 理论空气量中的氮理论空气量中的氮所占的体积所占的体积 （3 3）理论水蒸气体积（）理论水蒸气体积（V V 0H2O ） 四部分组成：四部分组成： 燃料中的氢完全燃烧生成的水蒸气体积： 燃料中的水汽化生成的水蒸气体积： 理论空气量带入的水蒸气体积： 采用蒸
12、汽雾化等设备带入的水蒸气体积： 1）燃料中的氢完全燃烧产生的水蒸汽 2）燃料中的水分蒸发形成的水蒸汽 3）随同理论空气量V 0带入的水蒸气，其体积为 dk为1kg干空气带入的水蒸气的量，为干空气的密度 1.293kg/m3 理论水蒸汽量：理论水蒸汽量： 理论烟气量：理论烟气量： CO2、SO2、N2、O2、H2O 其相应的体积分别记为：其相应的体积分别记为： 实际烟气的组成成分为：实际烟气的组成成分为： 从成分上看比理论从成分上看比理论 烟气量多了一项自烟气量多了一项自 由氧由氧OO 2 2 。从烟气的从烟气的 总量上看，多了过总量上看，多了过 量空气量空气 ，以及随其，以及随其 带入的水蒸气
13、带入的水蒸气 。 其中：其中： 过量空气： 0.21 0.21 的氧的氧 0.79 0.79 的氮的氮 水蒸汽 二、完全燃烧时的实际烟气量二、完全燃烧时的实际烟气量 2 2、 完全燃烧时实际烟气量的计算完全燃烧时实际烟气量的计算 完全燃烧时烟气体积： 完全燃烧时烟气中的 各成分均假设为理想 气体， 根据前面所讲述的内容总结出实际烟 气中各组成部分的体积表达式： 实际烟气量：实际烟气量： 三、不完全燃烧时的烟气量三、不完全燃烧时的烟气量 1 1、不完全燃烧烟气的成分、不完全燃烧烟气的成分： COCO 2 2 、SOSO 2 2 、N N 2 2 、OO 2 2 、HH 2 2 、COCO、C C
14、m mH H n n 其中其中 HH 2 2 、C Cm mH Hn n 数量很少一般在工程计算可以 数量很少一般在工程计算可以 忽略。因此燃料不完全燃烧时的烟气量：忽略。因此燃料不完全燃烧时的烟气量： 其中：其中： 与完全燃烧时完全相同与完全燃烧时完全相同 ， 需要重新计算需要重新计算 的量。的量。 2 2、二氧化碳与一氧化碳的体积、二氧化碳与一氧化碳的体积 1kg1kg燃料中含碳燃料中含碳 燃烧生成燃烧生成COCO 2 2 燃烧生成燃烧生成COCO 这两部分碳燃烧生成的这两部分碳燃烧生成的COCO和和COCO 2 2 的体积的体积V VCO CO、 、V VCO CO 2 2 为为 : : 可见，如果不 完全燃烧产物 只有CO，那么 不论燃烧是否 完全，烟气中 碳的燃烧产物 的总容积是不 变的。 3 3不完全燃烧时烟气中氧的体积不完全燃烧时烟气中氧的体积 不完全燃烧时，烟气中氧的体积等于过量空不完全燃烧时，烟气中氧的体
