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1、第三章 工业锅炉热工计算 n3 1煤和燃料油的燃烧计算及燃烧工况检测 n3 2气体燃料的燃烧计算及燃烧工况检测 n3 3烟气焓的计算 n3 4锅炉机组的热平衡 n1 燃料的燃烧 燃料中的可燃元素和氧在高温条件下发生剧烈 的氧化反应 同时放出大量热量的过程 n2 燃料的燃烧产物 烟气 灰和渣 n3 锅炉热工计算 燃烧计算 的任务 确定燃料燃烧时 需要的空气量 生成的烟气量 空气焓 烟气焓 n4 计算基准 固体燃料和液体燃料 以1kg质量燃料为基准 气体燃料 以标准状态下1m3体积燃料为基准 n5 几个假定 空气 烟气所含有的各组成气体及水蒸气 均 为理想气体 在标准状态下 1kmol气体的体 积
2、为22 4m3 空气只是氧和氮的混合气体 其体积比为 21 79 n一 燃料燃烧所需的空气量的计算 1 理论空气量 理论公式 1kg接收基燃料完全燃烧 而又无过剩氧存 在时所需的空气量 称为理论空气量 C完全燃烧反应方程式 C O2 CO2 12kg C 22 4m3O2 22 4m3 CO2 1kg C 完全燃烧 需1 866m3O2 并产生 1 866m3CO2 3 1煤和燃料油的燃烧计算及 燃烧工况监测 S完全燃烧反应方程式 S O2 SO2 32kg S 22 4m3O2 22 4m3SO2 即1kg S完全燃烧 需0 7m3O2 生成 0 7m3SO2 H完全燃烧反应方程式 2H2
3、O2 2H2O 2 2 016kgH2 22 4m3O2 44 8m3H2O 即1kg H完全燃烧 需5 56m3O2 生成 11 1m3H2O n1kg接收基燃料中 含 kg碳 kg硫 kg氢 而1kg接收基燃料中已含有 kg氧 在标准状态下其容积为 m3 kg 所以 1kg接收基燃料完全燃烧时所需外界供 应的理论氧气量为 m3 kg n理论空气量 m3 kg n2 实际空气量Vk 实际空气量Vk比理论空气量 多出的空气 称为过量空气 二者之比称为过量空气系数 即 炉膛出口过量空气系数 通常用锅炉炉膛出口处的过量空气系数 表 示锅炉过量空气系数的大小 f 燃料种类 燃烧方式 燃烧设备完善 程
4、度 供热锅炉常用层燃炉 1 3 1 6 n为了使燃料在炉内尽可能完全燃烧 实际送入 炉内的空气量总是大于理论空气量 n过量空气系数是锅炉运行的重要指标 它直接 影响到锅炉运行的经济性和安全性 二 燃烧所生成的烟气量 n1 理论烟气量 理论公式 燃料燃烧后生成烟气 如过量空系数 1 又达到完 全燃烧 则烟气中只含有CO2 SO2 水蒸气H2O N2四种气体 这时烟气的体积称为理论烟气量 二氧化碳体积 1kg碳完全燃烧生成1 866m3CO2 1kg燃料中 含 kg碳 燃烧后为 m3 kg 二氧化硫体积 1kg硫完全燃烧生成0 7m3SO2 1kg燃料中含 kg硫 燃烧后为 m3 kg 三原子气体
5、体积 m3 kg 理论水蒸气体积 1 燃料中氢完全燃烧生成水蒸气 m3 kg 2 燃料中水分形成的水蒸气 m3 kg 3 理论空气量 带入的水蒸气 4 燃用重油 且用蒸汽雾化时 带入炉内 的水蒸气 雾化1kg重油消耗蒸汽量为Gwh 这部分水蒸气的体积为1 24Gwhm3 kg m3 kg 理论氮气体积 理论空气中的含有氮 燃料本身所含的氮 n理论烟气量 m3 kg 为干烟气体积 n2 实际烟气量 1 过量空气的体积 2 过量空气中水蒸气的体积 则实际烟气量为 n一 气体燃料燃烧所需空气量 1 理论空气量 理论公式 1m3燃气完全燃烧 且无过剩氧存在时 燃烧所需 的空气量 用符号 表示 单位为m
6、3 m3 可燃组 分 H2 CO CmHn和H2S H完全燃烧反应方程式 2H2 O2 2H2O 2 22 4m3 H2 22 4m3O2 2 22 4m3H2O 1m3H完全燃烧 需0 5m3 O2 生成1m3 H2O 3 2气体燃料的燃烧计算及燃烧 工况监测 CO完全燃烧反应方程式 2CO O2 2CO2 2 22 4m3CO 22 4m3 O2 2 22 4m3CO2 1m3CO完全燃烧 需0 5m3 O2 生成1m3CO2 CmHn完全燃烧反应方程式 CmHn m n 4 O2 mCO2 n 2 H2O 22 4m3 CmHn m n 4 22 4m3 O2 m 22 4 m3 CO2
7、 n 2 22 4m3H2O 1m3CmHn完全燃烧 需 m n 4 m3 O2 生成m m3CO2 n 2m3 H2O H2S完全燃烧反应方程式 2H2S 3O2 2S2O 2H2O 2 22 4m3 H2S 3 22 4m3 O2 2 22 4m3 S2O 2 22 4m3 H2O 1m3 H2S完全燃烧 需1 5m3 O2 生成 1m3 S2O 1m3 H2O n 1 m3 燃气中 含 m3 H2 m3 CO m3 CmHn m3 H2S 完全燃烧时所需 外界供应的理论氧气量为 n理论空气量 n 2 实际空气量 二 燃烧生成的烟气量 n1 理论烟气量 理论公式 燃料燃烧后生成烟气 如过量
8、空系数 1 又达到完全燃烧 则烟气中只含有CO2 SO2 水蒸气H2O N2四种气体 这时 烟气的体积称为理论烟气量 n2 实际烟气量 n烟气焓的组成 理论烟气量的焓 过量空 气量的焓 飞灰的焓 即 n1 理论空气量的焓 lkg固体燃料或燃料油或1m3气体燃料完全燃烧 所需的理论空气量 在等压下从0 加热到 或t 所需的热量 称为理论空气量的焓 3 3烟气焓的计算 n2 理论烟气量的焓 lkg固体燃料或燃料油或1m3气体燃料在理论 空气量下完全燃烧生成的烟气量 在等压下从 0 加热到 所需的热量 称为理论烟气量的 焓 可查表得到 n3 过量空气的焓 n4 飞灰的焓 下列情况飞灰焓可忽略不计 否
9、则必须计算 在层燃炉和煤粉炉中 当 在流化床锅炉中 当 n对于其他情况的燃煤 燃气 燃油锅炉 由于 烟气中飞灰的含量很少或者根本没有飞灰 其 焓占据烟气焓的比例很小或者为零 由此产生 的误差在工程上是可以接受的 可以不予考虑 n由于锅炉燃料不同 锅炉各部位过量空气系数 不相同 烟气温度也在变化 一般烟气焓要分 别进行计算 为了计算方便一般需要预先编制 焓温表或焓温图 已知烟气温度和过量空气系 数 可以查取烟气焓值 或者已知烟气的焓和 过量空气系数 查取烟气的温度 n1 研究的内容 研究燃料的热量在锅炉中的利用情况 有效利 用 热量损失的表现及产生的原因 n2 研究的目的 寻求提高锅炉热效率的途
10、径 n3 锅炉热平衡 为了全面评定锅炉的工作状况 必须对锅炉进 行测试 这种测验称为锅炉热平衡 或热效率 试验 如图3 1所示 3 4 锅炉机组的热平衡 n一 锅炉热平衡方程 锅炉热平衡的基准 1kg固体燃料 液 体燃料或1Nm3气体燃料 建立1kg燃料带入炉内的热量与有效利用热 和各项热损失的平衡关系 见图3 2 两边同除以Qr 则得 式中 Qr 1kg燃料带入炉内的热量 kJ kg Q1 锅炉有效利用热量 kJ kg Q2 锅炉排烟热损失 kJ kg Q3 气体 化学 不完全燃烧热损失 kJ kg Q4 固体 机械 不完全燃烧热损失 kJ kg Q5 锅炉散热损失 kJ kg Q6 灰渣物
11、理热损失 kJ kg q 有效利用热和各项热损失的百分数 为什么热平衡中不考虑预热空气用循环热量 n二 输入锅炉的热量 1kg煤或燃料油带入锅炉的热量 kJ kg lm3气体燃料带入锅炉的热量 kJ m3 More Information Qnet v ar燃料燃烧放出的热量 即燃料的 低位发热量 燃料物理热 hr Cr tr Qwr为外部热源加热空气带入炉内的热量 Qwh蒸汽雾化重油带入炉内的热量 n三 锅炉有效利用热量 有效利用热量 饱和蒸汽锅炉 过热蒸汽锅炉 热水锅炉 More Information n四 锅炉的各项热损失 1 排烟热损失 排烟热损失q2的形成 烟气离开锅炉排入大气时
12、烟气温度 过 高 或过低 进入锅炉的空气温度 排烟所带走的热量损失称为排烟热损失 2 排烟热损失的测定与计算 由于固体未完全燃烧的存在 对烟 气容积的修正 More q2是锅炉热损失的最大项 装省煤器的 水管锅炉q2 6 12 不装省煤器的水 管锅炉q2 20 以上 n2 气体不完全燃烧热损失 化学热损失 气体不完全燃烧热损失q3的形成 q3是由于部分CO H2 CH4等可燃气体未燃 烧就随烟气排出所造成的损失 q3 f 炉子的结构 燃料特性 燃烧过程的 组织 运行水平 降低q3的有效措施 保持炉膛足够的高 温和适量的过量空气系数 注意炉内一 次风 二次风的配比和强烈混合 保证 整个火焰充满整
13、个炉膛 气体不完全燃烧热损失的测定与计算 用烟气分析仪测定烟气中的CO H2 CH4 实际上烟气中的H2 CH4的含量很少 可忽略不计 可用简化公式进行计算 n3 固体不完全燃烧热损失 固体不完全燃烧热损失q4的形成 q4是由于进入炉膛的燃料 有一部分没有参 与燃烧或未燃尽而被排出炉外所造成的损失 由三部分组成 灰渣损失Qhz 漏煤损失 Qlm 飞灰损失Qfh 是锅炉热损失中的主 要项目 q4 f 燃料特性 燃烧方式 锅炉结构 运行 工况 n 固体不完全燃烧热损失的测定与计算 在锅炉运行中 收集每小时的灰渣 漏煤和飞灰重量 Ghz Glm和Gfh 分析可燃物的质量百分数Chz Clm和Cfh
14、通过试验测定并按照下式计算 kJ kg Cfh通过灰平衡法确定 当设计新锅炉时 q4可根据燃烧方式 燃料 种类由查表5 2选取 n4 散热损失 散热损失q5的形成 锅炉运行时 炉墙 钢架 管道 其他附 件的表面温度 周围环境温度造成的热量散 失 称锅炉的散热损失 散热损失的计算 对于中 低压锅炉 q5可查下表 Fs 锅炉散热表面积 m2 s 锅炉散热表面积的放热系数 w m2 ts tk 散热表面温度和周围空气温度 B 燃料消耗量 kg h 锅炉的散热损失q5 3 保温系数 保热系数 表示烟气在烟道中的放热量被 该烟道中的受热面所吸收的份额 假定 各 烟道与整台锅炉的保热系数是相等 则 当没有
15、空气预热器或空气预热器吸热很小时 则 n5 灰渣物理热损失 是由于锅炉排出灰渣 一般都在600 800 以上 造成的热损失 固态排渣煤粉炉 当 时 可 忽略不计 灰渣中灰分的质量占燃料总灰分质量 的质量份额 当层燃炉漏煤量很少时 可近似按照 计算 对于层燃炉与固态排渣煤粉 对 于沸腾炉 灰渣物理热损失的大小与锅炉形式 燃 料性质以及排渣率有关 n五 锅炉热效率 锅炉效率可用热平衡试验测定 测定方法 正平衡和反平衡 试验条件 锅炉稳定运行工况下进行 n1 正平衡法 正平衡效率 锅炉效率为有效利用热量占燃料带入锅炉 热量的百分比 即 正平衡只能求锅炉效率 不能据此研究和 分析影响锅炉热效率的各种因素 n 2 反平衡法 反平衡效率 在实验过程中 测出锅炉的各项热损失 再计算锅炉效率的方法 即 六 锅炉燃料消耗量 n1 燃料消耗量B 锅炉每小时耗用的燃料量称为燃料消耗 量 即 n2 计算燃料消耗量Bj 考虑不完全燃烧热损失q4的存在 实际 参与燃烧反应的燃料消耗量 称为计算 燃料消耗量 n习题2 3 6 9
