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1、锅锅 炉炉主讲：王子兵主讲：王子兵 副教授副教授河北理工大学本科优秀课程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烟气分析不完全燃烧计算不完全燃烧计算锅炉过量空气系数的确定锅炉过量空气系数的确定空气和燃烧产物的焓空气和燃烧产物的焓锅炉热平衡计算锅炉热平衡计算第一节 完全燃烧计算一、完全燃一、完全燃烧的的计算内容算内容1.-2.-3.-4.-第一节 完全燃烧计算二、空气量二、空气量计算算1.1.理论空气量：固体、液体燃料计算公式理论空气量：固体、液体燃料计算公式L0=1.293V0 =0.115Kar+0.342Har-0.043Oar1.实际空气量第一节
2、完全燃烧计算气体燃料计算公式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实际空气量与理空气量与理论论空气量的比空气量的比值值称称为为过过量空气量空气系数系数，用，用或或 表表示，即示，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：固态排渣： 挥发分较低的煤挥发分较低的
3、煤:1.2-1.25:1.2-1.25 烟煤、褐煤：烟煤、褐煤：1.15-1.21.15-1.2三、烟气量三、烟气量计算算第一节 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、3-323-36 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l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？l答案：通过实时、在线监测锅炉过量空气系数。l炉膛出口及烟道
4、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u导热性u导磁性u导电性u光学性第三节 烟气分析化化学学方方法法物理方法图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-
5、56经简化第三节 烟气分析 完全燃烧时实际空气过剩系数广泛采用第三节 烟气分析用的较少用的较少第五节 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过量空气系数测试计算式。 不完全燃烧时实际空气过剩系数第六节 空气和燃烧产物焓的计算n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；n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；n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；n水蒸汽则需要根据温度和压力来求得焓值；n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，称为空气空气的的焓或烟气的或烟
6、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VyVy0VRO2V0N2V0H2O(-1)V0标米干空气的湿空气/公斤第六节 空气和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。IyIy0IRO2= VRO2I0N2= V0N2I0H2O= V0H2O(-1)I0=(-1)V0Ifh第六节 空气和燃烧产物焓的计算飞灰热焓值Ifh第六
7、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
8、 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，（
9、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正平衡法。锅炉效率 第七节 锅
10、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机械未完全燃烧损失或未燃碳损失燃碳损失。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 q4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残碳存在的部位火床炉：炉膛炉渣、烟
11、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运行时测定灰量分布测定灰量分布,进行灰分平衡计算可得进行灰分平衡计算可得q4测定灰量测定灰量(含灰含灰)测定灰含碳量测定灰含碳量灰分平衡式灰分平衡式计算飞灰灰量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%，无烟煤q4= 4
12、%；燃油和燃气炉 q4=0。影响 q4的主要因素有：燃料的性质、燃烧方燃料的性质、燃烧方式、炉膛型式和结构、燃烧器设计和布置、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
13、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：燃燃料的料的挥发分、炉膛分、炉膛过理空气系数、燃理空气系数、燃烧器器结构和布置、炉膛温度和炉内空气构和布置、炉膛温度和炉内空气动力工力工况等。况等。第七节 锅炉机组的热平衡计算排烟热损失排烟热损失q q2 2第七节 锅炉机组的热平衡计算式中 Ipy 排烟焓， kJ/ k
14、g 进入锅炉的冷空气焓，按冷空气温度 tlk=计算，kJ/ kg py 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的因素影响排烟损失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最佳炉膛出口过量空气系数的涵义使使q q2 2 + q q3 3 + q q4 4 最小的炉膛出口过最小的炉膛出口过量空气系数（理解图量空气系数（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额定蒸发量时的散热损失当锅炉在其他蒸发量运行时，
15、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，通常用燃燃烧效率效率来表示：
