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1、热能与动力工程,第三章 锅炉物质平衡和热平衡,热能与动力工程,第一节 燃烧所需空气量及过量空气系数,慨念：理想气体标准状态22.4Nm3/kg,一、理论空气量,定义：1燃料完全燃烧、无剩余氧 表示：Vo ，Nm3/kg 推导：以碳的完全燃烧为例,热能与动力工程,1kg收到基燃料含有 碳，完全燃烧时需要的氧量为： 同样可得到： 1kg燃料中含有氧量为： 由此可得：,热能与动力工程,所以，1kg应用基燃料完全燃烧的理论空气量为,当量碳量,以上所计算的空气量都是干空气量！,热能与动力工程,定义：,二、实际供给空气量及过量空气系数,表示：,“过量空气系数”、“过量空气量”,炉膛出口过量空气系数 的作用
2、及最佳值,与燃料种类、燃烧方式以及燃烧设备的完善程度有关,热能与动力工程,炉膛出口,固态排渣煤粉炉中， 无烟煤和贫煤的炉 膛出口过量空气系数 为1.25，而烟煤与 褐煤则为1.20。 思考：这是为什么？,热能与动力工程,第二节 烟气成分及其烟气量的计算,一、烟气成分,当=1并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、N2和H2O组成， 其容积为,当1并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、O2 、 N2和H2O 组成，其容积为,热能与动力工程,当1且不完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、CO、O2 、 N2 和H2O组成，其容积为,二、根据燃烧化学反应计算烟气容积,计算思路： 实际烟气容积=理论烟气容积
3、+过量空气容积（干）+过量空气带入 的水蒸气容积 或：实际烟气容积=干烟气容积+水蒸气容积,热能与动力工程,（一）理论烟气容积,定义：=1并且燃料完全燃烧,计算：,（1）VRO2 的计算,热能与动力工程,（2）理论氮容积的计算 理论氮容积=理论空气中的氮+燃料中的氮,（3）理论水蒸气容积的计算,燃料中的氢生成的水蒸气,热能与动力工程,燃料中的水分生成的水蒸气,理论空气量带入的水蒸气,“空气含湿量dk”是指1kg干空气带入的水蒸气量，单位为 g/kg干空气。 每标准立方米干空气带入的水蒸气容积为：,热能与动力工程,理论空气量带入的水蒸气容积为,对于固体燃料，理论水蒸气容积为上述三部分之和，即,（
4、二）实际烟气容积,热能与动力工程,或者,烟气的质量,热能与动力工程,三、运行锅炉的烟气分析及计算,成分：CO2、SO2、O2、CO、N2,CO2SO2O2CO+N2=100%,其中：CO2VCO2 / Vgy VSO2VSO2 / Vgy ,热能与动力工程,烟气分析,分析设备：奥氏分析仪,顺序：RO2、O2、CO,热能与动力工程,四、烟气中三原子气体、水蒸气容积份额和灰粒浓度,（一）三原子气体容积份额及分压力,（二）水蒸气容积份额及分压力,热能与动力工程,（三）灰粒浓度,3-2,热能与动力工程,第三节 燃烧方程式,一、完全燃烧方程式及RO2最大值 定义：1、CO=0 完全燃烧方程式为,热能与动
5、力工程,由式（3-36）可以看出，当燃料的 值一定时，无论过量空气 量如何，干烟气成分都应满足该式。如不满足，可能有以下几 种情况： （1）烟气分析不准确； （2）有碳未燃尽； （3）烟气中有CO存在; （4）(2)、(3)同时存在。 在有CO存在时，若无未燃尽碳,可用式 （3-41）计算CO . 如烟气分析完全而准确，则可用式 （3-36）求出 值，并与用 式 （3-37）求出的 值相比较，从而判断有无未燃尽碳存在。,燃料特性系数,热能与动力工程,二、不完全燃烧方程式 定义：燃料不完全燃烧时，各烟气成分之间的关系。 表达：燃料的元素成分、烟气分析所得各烟气成分。,热能与动力工程,第四节 根据
6、烟气成分求过量空气系数及烟气焓,一、运行时过量空气系数的计算 运行时过量空气系数可以由烟气分析结果加以确定。 推导思路：利用过量空气系数的定义式和烟气成分的定义式 得到只包含烟气分析结果的计算公式。 推导过程要点：,热能与动力工程,热能与动力工程,热能与动力工程, 氧公式与二氧化碳公式的比较,如图3-2所示，当 燃料成分 改变时，二 氧化碳的含量也 随着发生变化，同一含量对 应的过量空气系数差别较大， 不能正确 指导锅炉运行，容 易引起误操作。而用烟 气中 过剩氧量来监视 过量空气系 数大小，则燃料成分改变的 影 响就很小。,热能与动力工程,二、漏风系数的计算 锅炉的通风方式： （1）锅炉通风
7、的任务送入燃料燃烧需要的空气，排出燃 烧产生的烟气。 （2）锅炉通风的方式主要采用“平衡通风”，即同时 使用送风机和引风机，炉膛保持微负压 的方式；另外还有 “负压通风”和“正压通风”的方式。 （3）平衡通风的特点锅炉不向外喷火焰和冒烟气，但会 有空气从未密封处或密封不严密处漏入炉膛内，从而使烟气 沿烟气流程的过量空气系数不断增大。,热能与动力工程,“漏风系数”的定义 漏风系数的表达式及其确定方法：,某级受热面的漏风系数，可以根据烟气分析结果，利用以下 公式进行计算。,热能与动力工程,热能与动力工程,热能与动力工程,第五节 空气、烟气焓及焓温表,热能与动力工程,一、焓值的概念与计算,描述流动介
8、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。,热能与动力工程,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加热到所需要的热量，称为空气的焓或烟气的焓。 单位：kJ/kg，kcal/kg,热能与动力工程,三、空气焓的计算,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/Nm3，可以查表得到。 每公斤空气含有10克水。,热能与动力工程,四、烟气焓的计算,1. 烟气的组成,
9、热能与动力工程,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。,热能与动力工程,3理论烟气焓,1m3的成分在温度时的焓值，查表。,热能与动力工程,4. 飞灰热焓值Ifh,热能与动力工程,五、烟焓表,热能与动力工程,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。,第六节 锅炉热平衡,热能与动力工程,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
10、、效率越高。,热能与动力工程,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）,热能与动力工程,热能与动力工程,热平衡的另一种表示式,通常用送入热量的百分比来表示：,热能与动力工程,三、锅炉的热效率,正平衡表达式： 反平衡表达式：,热能与动力工程,四、送入锅炉的热量,热能与动力工程,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,热能与动力工程,热能与动力工程,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
11、料的种类及燃烧方式直接选用：0.55% 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,热能与动力工程,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,热能与动力工程,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。,热能与动力工程,讨论,电站锅炉可燃气体很小； 对煤粉炉： =0； 气体或液体
12、燃料炉： =0.5； 层燃炉： =0.51.0,热能与动力工程,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。,热能与动力工程,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。,热能与动力工程,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,热能与动力工程,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量成反比 散热损失与锅炉的负荷成反比,热能与动力工程,九、炉渣带出的物理热损失及冷却热损失,热能与动力工程,十、锅炉的热效率和燃料消耗量的计算,计算煤耗： Bj=B(1-q4/100),热能与动力工程,锅炉总的有效利用热，kcal/h，kJ/h,各焓值按相应的温度和压力查表,
