鍋爐的熱平衡

1、 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 1 13.1 鍋爐熱平衡及鍋爐熱效率鍋爐熱平衡及鍋爐熱效率 3.2 固體不完全燃燒熱損失固體不完全燃燒熱損失3.3 氣體不完全燃燒熱損失氣體不完全燃燒熱損失3.4 排煙熱損失排煙熱損失 返返 回回第三章第三章 鍋爐熱平衡鍋爐熱平衡 3.5 散熱損失散熱損失 3.6 .6 其它熱損失其它熱損失 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 2 23.1 3.1 鍋爐熱平衡及鍋爐熱效率鍋爐熱平衡及鍋爐熱效率 第三章鍋爐熱平衡

2、鍋爐熱平衡是研究燃料的熱量在鍋爐中利用的情況，有多少被有效利用，有多少變成了熱量損失，這些損失又表現(xiàn)在哪些方面以及它們產(chǎn)生的原因。研究的目的是為了有效地提高鍋爐熱效率熱效率熱效率是鍋爐的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它表明鍋爐設(shè)備的完善程度和運(yùn)行管理的水平。提高鍋爐熱效率以節(jié)約燃料，它是鍋爐運(yùn)行管理的一個(gè)重要方面。 為了全面評(píng)定鍋爐的工作狀況，必須對(duì)鍋爐進(jìn)行測(cè)試，這種試驗(yàn)稱為鍋爐的熱平衡鍋爐的熱平衡(或熱效率或熱效率)試驗(yàn)試驗(yàn)。通過(guò)測(cè)試進(jìn)行分析概括了解鍋爐熱效率的影響因素得出較先進(jìn)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作為設(shè)計(jì)鍋爐和改進(jìn)運(yùn)行的可靠依據(jù)。 一、鍋爐熱平衡一、鍋爐熱平衡1鍋爐熱平衡方程式鍋爐熱平衡方程式鍋爐熱平衡是

3、以lkg固體燃料或液體燃料(氣體燃料以1Nm3)為單位組成熱量平衡的。1kg燃料(1Nm3氣體燃料)帶入爐內(nèi)的熱量及鍋爐有效利用熱量和損失熱量之間的關(guān)系可參考圖 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 3 33.1 3.1 鍋爐熱平衡及鍋爐熱效率鍋爐熱平衡及鍋爐熱效率 鍋爐熱平衡的公式可寫(xiě)為：鍋爐熱平衡的公式可寫(xiě)為： 654321QQQQQQQrkJkg (3-la) Qr每公斤燃料帶入鍋爐的熱量，kJ/kg； Q1鍋爐有效利用熱量kJ/kg； Q2排出煙氣帶走的熱量，稱為鍋爐排煙熱損失，kJ/kg Q3未燃完可燃?xì)怏w所帶走

4、的熱量，稱為氣體不完全燃燒熱損失（化學(xué)不完全燒熱損失），kJ/kg； Q4未燃完的固體燃料所帶走的熱量，稱為固體不完全燃燒熱損失（機(jī)械不完全燃燒熱損失），kJ/kg； Q5鍋爐散熱損失，kJ/kg； Q6灰渣物理熱損失及其他熱損失，kJ/kg。Qr Q5 Q2 Q6 Q3 Q4 Q1 第三章 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 4 43.1 3.1 鍋爐熱平衡及鍋爐熱效率鍋爐熱平衡及鍋爐熱效率 如果在等式(3-la)兩邊分別除以Qr，則鍋爐熱平衡就以帶入熱量的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，即： 654321100qqqqqq2燃料帶入鍋

5、爐的熱量燃料帶入鍋爐的熱量Qr它由以下幾個(gè)部分組成： wlzqrdwrQQiQQ1）燃料的物理顯熱）燃料的物理顯熱ir rarrtCi（1）固體燃料應(yīng)用基比熱：）固體燃料應(yīng)用基比熱： darararCMMC100100100187.4kJ/kg （2）液體燃料應(yīng)用基比熱：）液體燃料應(yīng)用基比熱： rartC0025. 0738. 1kJ/kg 2）蒸汽帶入熱）蒸汽帶入熱Qzq當(dāng)用蒸汽霧化重油或噴入鍋爐蒸汽時(shí)考慮)2500(zqzqzqiGQ式中 2500排煙中蒸汽焓近似值，kJ/kg 第三章 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Pa

6、ge 5 53.1 3.1 鍋爐熱平衡及鍋爐熱效率鍋爐熱平衡及鍋爐熱效率 3）外來(lái)熱量）外來(lái)熱量Qwl當(dāng)用鍋爐范圍以外的廢氣、廢熱等來(lái)預(yù)熱空氣時(shí)考慮 )(00lkrkwlIIQ一般情況下： dwrQQ 二、鍋爐熱效率二、鍋爐熱效率1鍋爐正平衡熱效率鍋爐正平衡熱效率%1001rglQQ1）鍋爐有效利用熱量Qgl 2）鍋爐每小時(shí)有效利用熱量Qgl BQQgl1kJ/kg )(10)(1033gspspsgsqgliiDiiDQkJ/h（1）飽和蒸汽焓： 100rWiiq （2）熱水鍋爐每小時(shí)有效利用熱量Qglr-汽化潛熱，kJ/kgW-蒸汽濕度 %1%51電站鍋爐工業(yè)鍋爐)(10123iiGQgl

7、kJ/h第三章 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 6 63.1 3.1 鍋爐熱平衡及鍋爐熱效率鍋爐熱平衡及鍋爐熱效率 1）鍋爐有效利用熱量Qgl 2）鍋爐每小時(shí)有效利用熱量Qgl BQQgl1kJ/kg )(10)(1033gspspsgsqgliiDiiDQkJ/h（1）飽和蒸汽焓： 100rWiiq r-汽化潛熱，kJ/kgW-蒸汽濕度 %1%51電站鍋爐工業(yè)鍋爐)(10123iiGQglkJ/hi 式中 igs，ips鍋爐給水和排污水焓， kJ/kg； 干飽和蒸汽的焓，kJ/kg； i1，i2鍋爐進(jìn)、出熱水的焓，

8、kJ/kg； 所以， i ydwgspspsgsqglBQiiDiiD)(10)(10332鍋爐反平衡熱效率鍋爐反平衡熱效率 )(100%1006543211qqqqqqQQrgl% 鍋爐正平衡只能求得鍋爐的熱效率，不能據(jù)此研究和分析影響鍋爐熱效率的種種因素，以尋求提高熱效率的途徑。而反平衡則是依據(jù)對(duì)各種熱損失的測(cè)定來(lái)計(jì)算其鍋爐熱效率。對(duì)小型鍋爐而言，一般以正平衡為主，反平衡為輔。對(duì)于大型鍋爐，由于不易準(zhǔn)確測(cè)定燃料消耗量，其鍋爐熱平衡主要靠反平衡求得。第三章 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 7 73.1 3.1 鍋爐

9、熱平衡及鍋爐熱效率鍋爐熱平衡及鍋爐熱效率 r-汽化潛熱，kJ/kgW-蒸汽濕度 %1%51電站鍋爐工業(yè)鍋爐熱平衡試驗(yàn)在精度上有一定要求： (1) 只進(jìn)行正平衡試驗(yàn)，要求應(yīng)進(jìn)行兩次測(cè)試偏差在4%以內(nèi) (2)同時(shí)進(jìn)行正、反平衡實(shí)驗(yàn)時(shí)，兩種方法測(cè)試偏差應(yīng)在5%以內(nèi)(3)只以反平衡法進(jìn)行測(cè)定時(shí)，兩次測(cè)試偏差應(yīng)在6%以內(nèi) glj3鍋爐的毛效率及凈效率鍋爐的毛效率及凈效率鍋爐的毛效率 通常所指的鍋爐效率都是毛效率鍋爐的凈效率 是在毛效率基礎(chǔ)上扣除鍋爐自用汽和電能消耗后的效率。 glj%1002930010)(3ydwzgsqzBQbNiiD式中 自用汽和自用電能消耗所相當(dāng)?shù)腻仩t效率降低值 Dz自用汽消耗量

10、，t/h； Nz自用電耗量，kWh/h b生產(chǎn)每度電的標(biāo)準(zhǔn)煤，kg/kWh，取0.407 kg/kWh 第三章 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 8 83.2 3.2 固體不完全燃燒熱損固體不完全燃燒熱損失失 一、形成一、形成: :部分固體部分固體燃料未經(jīng)燃燒排出爐外所造成的損失?；以鼡p失 ( ) :未參與燃燒或未燃盡的碳粒與灰渣一同落入灰斗所造成的損失。漏煤損失 ( ) :部分燃料經(jīng)爐排落入灰坑造成的損失。對(duì)于煤粉爐，則飛灰損失 ( ) :未燃盡的碳粒隨煙氣帶走所造成的損失hzQ4lmQ4fhQ404lmQ二、影響因

11、素二、影響因素1燃料特性對(duì)燃料特性對(duì)q4的影響的影響( (灰分含量,灰分熔點(diǎn)和焦結(jié)性) 當(dāng)燃用灰分含量高和灰分熔點(diǎn)低的煤時(shí)，它的固態(tài)可燃物被灰包裹，難以燃盡，灰渣損失大。當(dāng)燃用揮發(fā)物低而焦結(jié)性強(qiáng)的煤時(shí)，燃燒過(guò)程主要集中在爐排上，燃燒層溫度高，較易形成熔渣，阻礙通風(fēng)，既加重司爐撥火的工作量，又增加灰渣損失。當(dāng)燃用水分低，焦結(jié)性弱而細(xì)末又多的煤時(shí)，特別是在提高燃燒強(qiáng)度而增強(qiáng)通風(fēng)的情況下，飛灰損失就增加。 第三章 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 9 93.2 3.2 固體不完全燃燒熱損固體不完全燃燒熱損失失 2燃燒方式對(duì)燃

12、燒方式對(duì)q4的影響（燃燒設(shè)備形式）的影響（燃燒設(shè)備形式）不同燃燒方式的q4數(shù)值差別很大，如機(jī)械威風(fēng)力拋煤機(jī)爐的飛灰損失就較鏈條爐大。煤粉爐沒(méi)有漏煤損失，但它的飛灰損失卻比層燃爐大得多。沸騰爐在燃用石煤或煤矸石時(shí)，飛灰損失將更大。3爐子結(jié)構(gòu)對(duì)爐子結(jié)構(gòu)對(duì)q4的影響的影響( (爐膛形式爐膛形式, ,爐膛尺寸) 層燃爐的爐拱，二次風(fēng)以及爐排的大小，長(zhǎng)短和通風(fēng)孔隙的大小等對(duì)燃燒都有影響。如爐排的通風(fēng)孔隙較大面又燃用細(xì)末多的燃料時(shí)，漏煤損失就會(huì)有較大的增加。煤粉爐爐膛的高低、燃燒器布置的位置等也對(duì)燃燒有影響。如爐膛尺寸過(guò)小，煙氣在爐內(nèi)的流程及停留時(shí)間過(guò)短，燃料來(lái)不及燃盡而被煙氣帶走，使飛灰損失增大。 4鍋

13、爐運(yùn)行工況對(duì)鍋爐運(yùn)行工況對(duì)q4的影響的影響( (鍋爐負(fù)荷增加) 運(yùn)行時(shí)鍋爐負(fù)荷增加，相應(yīng)地穿過(guò)燃料層和爐膛的氣流速度迅速增加，以致飛灰損失也加大。此外，層燃爐運(yùn)行時(shí)的煤層厚度、鏈條爐爐排速度以及風(fēng)量分配，煤粉爐運(yùn)行時(shí)的煤粉細(xì)度及配風(fēng)操作等對(duì)q4也有影響。過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)q4也有影響，如 太低，q4會(huì)增加，而隨稍增，則q4會(huì)有所降低。 ll第三章 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 10103.2 3.2 固體不完全燃燒熱損固體不完全燃燒熱損失失 三、固體不完全燃燒熱損失的測(cè)定和計(jì)算三、固體不完全燃燒熱損失的測(cè)定和計(jì)算1測(cè)定

14、數(shù)據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)在鍋爐正常運(yùn)行工況下，定時(shí)收集： 、 、 （kg/h）取樣分析：(1) 可燃物百分?jǐn)?shù)：Rhz、Rlm、Rfh (%)； (2) 可燃物的發(fā)熱量： （kJ/kg） 32700fhlmhzQQQhzGfhGlmG2計(jì)算公式計(jì)算公式 （kJ/kg） %BGRQQhzhzhzhz1004BGRQQlmlmlmlm1004BGRQQfhfhfhfh1004)(100327004444fhfhlmlmhzhzfhlmhzRGRGRGBQQQQfhlmhzrqqqQQq44444100（kJ/kg） （kJ/kg） （kJ/kg） 第三章 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2

15、003 Page ppt, 05/2003 Page 11113.2 3.2 固體不完全燃燒熱損固體不完全燃燒熱損失失 3灰平衡方程灰平衡方程熱平衡試驗(yàn)中，飛灰量很難準(zhǔn)確測(cè)定，一般通過(guò)灰平衡方法解決灰平衡灰平衡：進(jìn)入爐內(nèi)燃料的總灰量應(yīng)等于灰渣、漏煤及飛灰之和 100100100100100100100fhfhlmlmhzyRGRGRhzGBA令： ,yhzhzhzBARGa)100(ylmlmlmBARGa)100(yfhfhfhBARGa)100(則：灰平衡方程為： 1fhlmhzaaalmhzfhaaa1上式兩邊分別乘以 yBA100yfhfhylmlmyhzhzBARGBARGBARG)

16、100()100()100(1lmhzfhaaa1第三章 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 12123.2 3.2 固體不完全燃燒熱損固體不完全燃燒熱損失失 fhyfhfhRBAaG100hzyhzhzRBAaG100lmylmlmRBAaG100)100100100(100327004fhfhfhlmlmlmhzhzhzyRRaRRaRRaAQ10044rQQq% 第三章 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 13133.3 3.3 氣體不完全燃

17、燒熱損失氣體不完全燃燒熱損失q3 q3 一、氣體不完全燃燒熱損失的形成一、氣體不完全燃燒熱損失的形成 q3是由于部分CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w未燃燒放熱就隨煙氣排出所造成的。 二、影響因素二、影響因素 1爐子結(jié)構(gòu)的影響爐子結(jié)構(gòu)的影響( (爐膛尺寸)爐膛高度不夠或爐膛體積太小，煙氣流程過(guò)短，使煙氣中一些可燃?xì)怏w未能燃盡而離開(kāi)爐子，增大q3損失。當(dāng)爐內(nèi)水冷壁布置過(guò)多時(shí)，會(huì)使?fàn)t膛溫度過(guò)低，不利于燃燒反應(yīng)，也會(huì)增大q3損失。2燃料特性的影響燃料特性的影響( (揮發(fā)份)一般揮發(fā)份高的燃料，在其它條件相同時(shí)，q3損失相對(duì)要大一些。 3燃燒方式的影響燃燒方式的影響( (過(guò)量空氣系數(shù))爐子的過(guò)量空氣系數(shù)、二

18、次風(fēng)的引入和分布以及爐內(nèi)氣流的混合與擾動(dòng)等都影響q3的大小。a取得過(guò)小；a取得過(guò)大；層燃爐燃料層過(guò)厚；當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)第三章 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 14143.3 3.3 氣體不完全燃燒熱損失氣體不完全燃燒熱損失q3 q3 三、氣體不完全燃燒熱損失的測(cè)定及計(jì)算三、氣體不完全燃燒熱損失的測(cè)定及計(jì)算1測(cè)定用煙氣分析方法測(cè)出 （Nm3/kg燃料） 42CHHCOVVV、2計(jì)算公式 )1001)(2 .3581084 .126()1001)(3582010800126404424342qCHHCOVqVVVQgyCHH

19、CO10033rQQq%COROSCVyygy2)375.0(866.1式中： ，Nm3/kg燃料 ：是考慮固體不完全燃燒的修正；實(shí)際燃燒的燃料量 CO、H2、CH4 ：干煙氣中CO、H2、CH4的容積百分?jǐn)?shù)，由熱平衡試驗(yàn)通過(guò)分析儀測(cè)得。由于實(shí)際運(yùn)行中，煙氣中H2、CH4的含量極少，可忽略不計(jì)，計(jì)算簡(jiǎn)化： )1001(4q)1001(375.09.235)1001(4.1264243qCOCOROSCqCOVQyygy100)1001(375.09.235%1004233qCOCOROSCQQQqyyrr第三章 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt,

20、 05/2003 Page 15153.3 3.3 氣體不完全燃燒熱損失氣體不完全燃燒熱損失q3 q3 3缺少元素成分資料時(shí) )1001 (2 .343qCOq第三章 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 16163.4 3.4 排煙熱損失排煙熱損失 排煙熱損失排煙熱損失：是指由排煙所帶走的熱量損失，煙氣離開(kāi)鍋爐排入大氣時(shí)，其溫度比進(jìn)入鍋爐的空氣溫度高很多。 一、形成及其影響因素一、形成及其影響因素 影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度和排煙容積1排煙溫度排煙溫度排煙溫度越高，排煙熱損失越大。一般排煙溫度每提高1215，q2

21、將提高1%。排煙溫度過(guò)低經(jīng)濟(jì)上是不合理的，甚至技術(shù)上是不允許的。（1） 因尾部受熱面處于低溫?zé)煹?，煙氣與工質(zhì)的傳熱溫差小傳熱溫差小，傳熱較弱，若排煙溫度降得過(guò)低，傳熱溫差也就更小，換熱所需金屬受熱面就大大增加。（2） 為了避免尾部受熱面的腐蝕受熱面的腐蝕，排煙溫度也不宜過(guò)低。當(dāng)然用含硫分較高的燃料時(shí)，排煙溫度相應(yīng)要高一些。 因此必須根據(jù)燃料與金屬耗量進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)合理確定排煙溫度。供熱鍋爐的排煙溫度在150200范圍內(nèi)。第三章 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 17173.4 3.4 排煙熱損失排煙熱損失 2排煙容

22、積排煙容積( (過(guò)量空氣系數(shù)，漏風(fēng)和燃料所含水分）影響排煙容積大小的因素有爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)，煙道各處漏風(fēng)量及燃料所含水分。如爐墻及煙道漏風(fēng)嚴(yán)重，過(guò)量空氣系數(shù)大，燃料水分高，則排煙容積就大，排煙損失就增加。為了減少排煙損失，必須盡力設(shè)法減少爐墻煙道各處的漏風(fēng)，在鍋爐安裝施工時(shí)應(yīng)重視爐墻，煙道等砌筑的嚴(yán)密性。 3鍋爐最佳過(guò)量空氣系數(shù)的確定鍋爐最佳過(guò)量空氣系數(shù)的確定爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)的大小，應(yīng)注意到它不僅與q2有關(guān)，還與q3、q4有關(guān)。減小出口過(guò)量空氣系數(shù)，q2可以降低，但q3、q4會(huì)增加。所以合理的值應(yīng)使q2、q3、q4三項(xiàng)熱損失的總和最小，即：所對(duì)應(yīng)的出口過(guò)量空氣系數(shù)第三章 鍋爐及鍋爐房設(shè)

23、備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 18183.4 3.4 排煙熱損失排煙熱損失 經(jīng)驗(yàn)公式 ： % 100)1001)(43lkpypytqnmq二、計(jì)算公式二、計(jì)算公式)1001()()1001)(40402qctVIqIIQlkkpypykpypy10022rQQq% 第三章 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 19193.5 3.5 散熱損失散熱損失 一、形成一、形成:爐體表面溫度高于周圍環(huán)境溫度，向環(huán)境散失熱量。(1) 爐墻砌制質(zhì)量及保溫材料的性能 (2) 層燃爐操作情況，如撥火、觀火、清爐、投煤等二、影響因素二、影響因素(1) 爐體表面積 (2) 爐體表面溫度(3) 爐墻結(jié)構(gòu)形式（光管式比水膜式大）(4) 爐墻保溫層性能(5) 周圍環(huán)境溫度(6) 鍋爐負(fù)荷大小第三章 鍋爐及鍋爐房設(shè)備鍋爐及鍋爐房設(shè)備. .ppt, 05/2003 Page ppt, 05/2003 Page 20203.5 3.5 散熱損失散熱損失 三、計(jì)算公式三、計(jì)算公式1計(jì)算 BttFQlksss)(5式中： 鍋爐散熱表面積，m2； 鍋爐散熱表面的放熱系數(shù)，W/m2 鍋爐散熱表面的溫度，sF