第3章燃料燃燒計算和鍋爐機組熱平衡_鍋爐燃燒技術(shù).

1、第三章第三章 燃料燃燒計算和燃料燃燒計算和鍋爐機組熱平衡鍋爐機組熱平衡 基本假設(shè)：基本假設(shè)：理論依據(jù)：理論依據(jù)：第一部分第一部分 燃料燃燒計算燃料燃燒計算燃料燃料的燃燒工況的燃燒工況 設(shè)計工況設(shè)計工況 實際送入的空氣量大于理論空氣量，以保證燃料完全燃燒實際送入的空氣量大于理論空氣量，以保證燃料完全燃燒 燃燒產(chǎn)物（煙氣）組成成分燃燒產(chǎn)物（煙氣）組成成分 COCO2 2、SOSO2 2、N N2 2、H H2 2O O和剩余和剩余O O2 2 實際煙氣量實際煙氣量 V Vy y 實際工況實際工況 實際送入的空氣量大于理論空氣量，仍為不完全燃燒實際送入的空氣量大于理論空氣量，仍為不完全燃燒 燃燒產(chǎn)物

2、（煙氣）組成成分燃燒產(chǎn)物（煙氣）組成成分 COCO2 2、SOSO2 2、N N2 2 、 H H2 2O O、剩余、剩余O O2 2 和未完全燃和未完全燃燒氣體燒氣體COCO 實際煙氣量實際煙氣量 V Vy y 理論工況理論工況 燃料在沒有過?？諝獾那闆r下完全燃燒燃料在沒有過?？諝獾那闆r下完全燃燒 燃燒產(chǎn)物（煙氣）組成成分燃燒產(chǎn)物（煙氣）組成成分 COCO2 2、SOSO2 2、N N2 2和和H H2 2O O 理論煙氣量理論煙氣量 0yV煤煤 的的 燃燃 燒燒 反反 應(yīng)應(yīng) 煤中可燃元素的燃燒反應(yīng)煤中可燃元素的燃燒反應(yīng)是燃燒計算的基礎(chǔ)，是燃燒計算的基礎(chǔ)，1kg1kg收到基燃料包括收到基燃料

3、包括 KgKg的碳、的碳、 kgkg的氫、的氫、 kgkg的硫的硫 100Car100Har100Sar 碳完全燃燒反應(yīng)方程式碳完全燃燒反應(yīng)方程式 C + OC + O2 2 COCO2 2 12 kg C + 22.41 Nm 12 kg C + 22.41 Nm3 3 O O2 2 22.41 Nm22.41 Nm3 3 COCO2 2 1kg1kg C + 1.866 NmC + 1.866 Nm3 3 O O2 2 1.866 Nm1.866 Nm3 3 COCO2 2 1kg H + 5.56 Nm 1kg H + 5.56 Nm3 3 O O2 2 11.1 Nm11.1 Nm3

4、3 H H2 2O O 1kg S + 0.7 Nm 1kg S + 0.7 Nm3 3 O O2 2 0.7 Nm 0.7 Nm3 3 SOSO2 2 理論空氣量理論空氣量 V 0 1kg 燃料完全燃燒時所需要的最小空氣燃料完全燃燒時所需要的最小空氣量量(無剩余氧無剩余氧)可通過燃料中可燃元素（可通過燃料中可燃元素（C、H、S）的燃燒化）的燃燒化學(xué)反應(yīng)方程式求得學(xué)反應(yīng)方程式求得)100 O0.7 - 100 S 0.7 100 H5.56 100C866. 1(21. 01Vr ar ar ar a 0 )232(O333. 0H265. 0)S375. 0C(0889. 0arararar

5、 實際空氣量實際空氣量 V與過量空氣系數(shù)與過量空氣系數(shù) 式中式中 、分別為煙氣側(cè)和空氣側(cè)的過剩空氣系數(shù)分別為煙氣側(cè)和空氣側(cè)的過?？諝庀禂?shù) 0V)(V 0VV)( 過剩空氣系數(shù)過?？諝庀禂?shù)與漏風(fēng)系數(shù)與漏風(fēng)系數(shù) 各受熱面處煙氣側(cè)漏風(fēng)各受熱面處煙氣側(cè)漏風(fēng)系數(shù)，系數(shù)，查表確定查表確定；V V為煙道漏為煙道漏風(fēng)量風(fēng)量 為為爐膛出口處過剩空氣系數(shù)，爐膛出口處過?？諝庀禂?shù)，表征爐內(nèi)燃燒狀況的重要物理量，表征爐內(nèi)燃燒狀況的重要物理量，在推薦值范圍內(nèi)選取在推薦值范圍內(nèi)選取 0VV zfky kykyky 為空氣預(yù)熱器出、為空氣預(yù)熱器出、進口處空氣側(cè)過剩空氣系數(shù)進口處空氣側(cè)過?？諝庀禂?shù) 分別為爐分別為爐膛、制粉系

6、統(tǒng)和空預(yù)器漏風(fēng)系數(shù)，膛、制粉系統(tǒng)和空預(yù)器漏風(fēng)系數(shù)，查表確定查表確定kyzf 、kyky 、過?？諝庀禂?shù)過?？諝庀禂?shù)與漏風(fēng)系數(shù)與漏風(fēng)系數(shù) 理論煙氣容積理論煙氣容積 =1、完全燃燒：、完全燃燒：O2 = 0；CO = 00yV22200OyRONH OVVVV0311.11.240.0161,/100100ararHMVNmkg0(0.375)1.8660.80.79100100arararCSNV 實際煙氣容積實際煙氣容積 1、完全（不完全）燃燒：、完全（不完全）燃燒：O2 0；CO=0（ CO0） yV22222OOHNSOCOyVVVVVV 000yV10161. 0V1V )292(kg/

7、Nm,V)1(0161. 1V300y 五、煙五、煙 氣氣 成成 分分 分分 析析 )312(,%100NCOORO222 )332(,%100VVOgyO22 )342(,%100VVCOgyCO )352(,%100VVNgyN22 )322(,%100VVROgyRO22 煙氣分析煙氣分析是以是以1kg1kg燃料燃燒生成的干煙氣（除去水分后的煙氣）容積燃料燃燒生成的干煙氣（除去水分后的煙氣）容積為基礎(chǔ)，采用奧氏分析儀進行的為基礎(chǔ)，采用奧氏分析儀進行的 煙氣分析煙氣分析可得到可得到 在干煙氣在干煙氣V Vgygy中所占的容積百分比中所占的容積百分比 222NCOORO、21)(605. 0

8、222COROOCORO 不完全燃燒方程式不完全燃燒方程式 arararararS375. 0CN038. 08OH35. 2 式中式中 為燃料特性系數(shù)為燃料特性系數(shù) 605. 0)(21222OROROCO判判 斷斷 燃燃 燒燒 狀狀 況況)432(,%121ROmax2 =1=1、且完全燃燒：、且完全燃燒：CO=0CO=0，O O2 2= 0= 0 完全燃燒方程式：完全燃燒方程式： l l、且完全燃燒：、且完全燃燒： CO=0 CO=0 )422(,%1O21RO22 鍋爐常用燃料的鍋爐常用燃料的值和值和 RORO2 2max max 值見表值見表2-82-8。為保持爐內(nèi)良好的燃。為保持爐

9、內(nèi)良好的燃燒工況燒工況, ,運行中應(yīng)監(jiān)測并維持爐內(nèi)一定的運行中應(yīng)監(jiān)測并維持爐內(nèi)一定的 RORO2 2，使其盡量靠近，使其盡量靠近 RORO2 2maxmax 為什么要確定過量空氣系數(shù)為什么要確定過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)的推導(dǎo)過量空氣系數(shù)的推導(dǎo)RORO2 2、O O2 2 可由煙氣分析或相關(guān)儀表測定可由煙氣分析或相關(guān)儀表測定 2max2RORO )442(O21212 過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù) 完全燃燒且不計完全燃燒且不計OHgyy2VVV 煙氣容積煙氣容積)382(kg/Nm,CORO)S375. 0C(866. 1V32arargy 干煙氣容積干煙氣容積)362(100VVVVOROgyco

10、soco2222 煙氣煙氣焓焓 1kg1kg燃料燃燒生成的煙氣在定壓下從燃料燃燒生成的煙氣在定壓下從0 0（）加）加熱到熱到 （）時所需要的熱量）時所需要的熱量yI 222222000yRONH ORONH OIIcIcIc00kkIVc001,/yykfhIIIIkJ kg100arfhfhhAIac時可不計算時可不計算6QAa4182net.ararfh fhkyIII、00為理想煙氣焓、理想空氣焓和飛灰焓為理想煙氣焓、理想空氣焓和飛灰焓 為為1Nm1Nm3 3空氣、煙氣各成分和空氣、煙氣各成分和1kg1kg灰在溫度為灰在溫度為 時的焓值，見表時的焓值，見表2-92-9； 為煙氣攜帶飛灰的

11、質(zhì)量份額。對固態(tài)排渣煤粉爐，取為煙氣攜帶飛灰的質(zhì)量份額。對固態(tài)排渣煤粉爐，取fhaic95. 09 . 0afh 焓焓 溫溫 表表 煙氣的焓值煙氣的焓值 取決于燃料種類、過?？諝庀禂?shù)及煙氣溫度取決于燃料種類、過剩空氣系數(shù)及煙氣溫度 yH 由（由（ 、）查焓溫表可很快確定煙氣溫度）查焓溫表可很快確定煙氣溫度 ； 由（由（ 、）查表可很快確定煙氣焓）查表可很快確定煙氣焓 。 yHyH yHyH焓溫表焓溫表 對給定的燃料和各受熱面前、后的過?？諝庀禂?shù)對給定的燃料和各受熱面前、后的過?？諝庀禂?shù)計算計算出該受熱面對應(yīng)煙氣溫度出該受熱面對應(yīng)煙氣溫度 范圍內(nèi)的煙氣焓范圍內(nèi)的煙氣焓 ，制成的煙氣，制成的煙氣（

12、 ）表）表 yHyH習(xí)習(xí) 題題1. 1. 某鍋爐燃用煤種的收到基成分為：某鍋爐燃用煤種的收到基成分為：Car=59.6%Car=59.6%；Har=2.0%Har=2.0%； Sar=0.5%Sar=0.5%； Oar=0.8%Oar=0.8%；Nar=0.8%Nar=0.8%；Aar=26.3%Aar=26.3%； Mar=10.0%Mar=10.0%； Q=22186kJ/kgQ=22186kJ/kg煙氣中的飛灰份額煙氣中的飛灰份額a afhfh=95%=95%計算：計算：1 1）V V0 0 2 2） 及及=1.45=1.45時的時的Vy Vy 3 3）=1.45=1.45，=300=3

13、00時的時的HyHy2. 2. 某鍋爐燃用無煙煤，計算得到完全燃燒所需理論空氣量某鍋爐燃用無煙煤，計算得到完全燃燒所需理論空氣量V V0 0為為5.81Nm5.81Nm3 3/kg/kg，實測得到爐膛出口過剩氧量，實測得到爐膛出口過剩氧量O O2 2為為4.8464.846（% %），如果爐膛的漏風(fēng)系數(shù)），如果爐膛的漏風(fēng)系數(shù) 為為0.050.05，此時供給爐膛的，此時供給爐膛的實際空氣量是多少？實際空氣量是多少？0yV 第二部分第二部分 鍋爐機組熱平衡鍋爐機組熱平衡一、熱平衡的概念一、熱平衡的概念二、熱平衡方程式二、熱平衡方程式三、鍋爐輸入熱量三、鍋爐輸入熱量四、鍋爐輸出熱量四、鍋爐輸出熱量五

14、、鍋爐熱效率分析五、鍋爐熱效率分析1 1、為什么開展鍋爐熱平衡研究、為什么開展鍋爐熱平衡研究p燃料的熱量在鍋爐中利用的情況燃料的熱量在鍋爐中利用的情況: :F有多少被有效利用有多少被有效利用，F(xiàn)有多少變成了熱量損失，表現(xiàn)在哪些方面有多少變成了熱量損失，表現(xiàn)在哪些方面, ,產(chǎn)生的原因產(chǎn)生的原因。p研究的目的是為了有效地提高鍋爐熱效率研究的目的是為了有效地提高鍋爐熱效率2 2、鍋爐熱平衡的研究對象、鍋爐熱平衡的研究對象 以以lkglkg固體燃料或液體燃料固體燃料或液體燃料( (氣體燃料以氣體燃料以1Nm3)1Nm3)為單位組成為單位組成熱量平衡。熱量平衡。1kg1kg燃料帶入爐內(nèi)的熱量及鍋爐有效利

15、用熱量和燃料帶入爐內(nèi)的熱量及鍋爐有效利用熱量和損失熱量之間的關(guān)系。損失熱量之間的關(guān)系。 3 3、鍋爐熱平衡的定義、鍋爐熱平衡的定義u穩(wěn)定工況下，輸入鍋爐的熱量等于輸出鍋爐的熱穩(wěn)定工況下，輸入鍋爐的熱量等于輸出鍋爐的熱量，輸出鍋爐的熱量包括被有效利用的熱量和損量，輸出鍋爐的熱量包括被有效利用的熱量和損失的熱量。失的熱量。u方法：通過鍋爐機組的熱平衡試驗方法：通過鍋爐機組的熱平衡試驗u現(xiàn)代電站鍋爐的熱效率在現(xiàn)代電站鍋爐的熱效率在90%左右，容量越大，左右，容量越大，效率越高效率越高二、鍋爐熱平衡二、鍋爐熱平衡方程式方程式654321QQQQQQQr654321100qqqqqq qi = Qi /

16、 Qr 100 式中式中 輸入輸入熱量熱量 Q1 有效有效利用熱利用熱 Q2 排煙熱損失排煙熱損失 Q3 氣體不完全燃燒熱損失氣體不完全燃燒熱損失 Q4 固體不完全燃燒熱損失固體不完全燃燒熱損失 Q5 散熱損失散熱損失 Q6 灰渣物理熱損失灰渣物理熱損失rQ三、鍋爐三、鍋爐輸入熱量輸入熱量 Qr 對于對于燃煤鍋爐，燃煤鍋爐，若燃料和空氣沒有利用外界熱量進行若燃料和空氣沒有利用外界熱量進行預(yù)熱，且燃煤水分滿足預(yù)熱，且燃煤水分滿足 則則 628/QMQQrkJ/kg ,rQQiQQ式中式中 zqwrrQQi燃料的物理顯熱；燃料的物理顯熱；外來熱源加熱空氣時帶入的熱量；外來熱源加熱空氣時帶入的熱量；

17、霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量四、鍋爐輸出熱量四、鍋爐輸出熱量1、排煙熱損失、排煙熱損失 2、氣體不完全燃燒熱損失、氣體不完全燃燒熱損失3、固體不完全燃燒熱損失、固體不完全燃燒熱損失4、散熱損失、散熱損失 5、灰渣物理熱損失、灰渣物理熱損失6、有效利用熱、有效利用熱 定義定義 煙氣排入大氣所造成的熱損失煙氣排入大氣所造成的熱損失 計算計算1、排煙熱損失、排煙熱損失 Q2 影響排煙熱損失的主要因素影響排煙熱損失的主要因素1、排煙熱損失、排煙熱損失 Q22py, , , , lQf燃性受熱面無損程度排煙溫度排煙溫度排煙容積排煙容積1)1)排煙溫度排煙溫度p排煙溫度越高，排煙熱

18、損失越大。排煙溫度每提高排煙溫度越高，排煙熱損失越大。排煙溫度每提高1215，q2將提高將提高1%。p排煙溫度過低經(jīng)濟上不合理，甚至技術(shù)上不允許。排煙溫度過低經(jīng)濟上不合理，甚至技術(shù)上不允許。（1 1）煙氣與工質(zhì)的傳熱溫差小，換熱所需金屬受熱面就）煙氣與工質(zhì)的傳熱溫差小，換熱所需金屬受熱面就大大增加。大大增加。（2 2）為了避免尾部受熱面的腐蝕，排煙溫度也不宜過低）為了避免尾部受熱面的腐蝕，排煙溫度也不宜過低 須須根據(jù)燃料與金屬耗量進行技術(shù)經(jīng)濟比較來合理確定排煙根據(jù)燃料與金屬耗量進行技術(shù)經(jīng)濟比較來合理確定排煙溫度。供熱鍋爐的排煙溫度在溫度。供熱鍋爐的排煙溫度在150200150200范圍內(nèi)范圍內(nèi)

19、2)2)排煙容積排煙容積p影響排煙容積大小的因素有：影響排煙容積大小的因素有：（1 1）爐膛出口過量空氣系數(shù)，）爐膛出口過量空氣系數(shù)，（2 2）煙道各處漏風(fēng)量）煙道各處漏風(fēng)量（3 3）燃料所含水分。）燃料所含水分。鍋爐最佳過量空氣系數(shù)的確定鍋爐最佳過量空氣系數(shù)的確定 % ,100kJ/kg ,HC59079CH35818H10798CO12636100r33nm42gy3QQqVQ 定義定義 可燃氣體未完全燃燒熱損失亦稱化學(xué)未完全燃燒熱損失，可燃氣體未完全燃燒熱損失亦稱化學(xué)未完全燃燒熱損失，是鍋爐排煙中殘留的可燃氣未燃燒放熱而造成的熱損失，等是鍋爐排煙中殘留的可燃氣未燃燒放熱而造成的熱損失，等

20、于煙氣中各種可燃氣體的容積與其容積發(fā)熱量之和。于煙氣中各種可燃氣體的容積與其容積發(fā)熱量之和。 計算計算 影響Q3的主要因素3, , , lQf燃料特性 鍋爐結(jié)構(gòu)鍋爐負荷 影響影響Q3的主要因素分析的主要因素分析 1燃料特性的影響燃料特性的影響n揮發(fā)份高的燃料，在其它條件相同時，揮發(fā)份高的燃料，在其它條件相同時，q3相對要大一些。相對要大一些。2鍋爐結(jié)構(gòu)的影響鍋爐結(jié)構(gòu)的影響爐膛高度不夠或爐膛體積太小。爐膛高度不夠或爐膛體積太小。當(dāng)爐內(nèi)水冷壁布置過多時，會使爐膛溫度過低。當(dāng)爐內(nèi)水冷壁布置過多時，會使爐膛溫度過低。3燃燒方式的影響燃燒方式的影響p爐膛過量空氣系數(shù)（過小或過大）；配風(fēng)爐膛過量空氣系數(shù)（

21、過小或過大）；配風(fēng)p爐內(nèi)氣流的混合與擾動等。爐內(nèi)氣流的混合與擾動等。 定義定義 固體未完全燃燒熱損失亦稱機械未完全燃燒熱損失，是固體未完全燃燒熱損失亦稱機械未完全燃燒熱損失，是燃料顆粒中未燃燒或未燃盡的碳造成的熱損失和使用磨煤機燃料顆粒中未燃燒或未燃盡的碳造成的熱損失和使用磨煤機時排出石子煤的熱量損失。時排出石子煤的熱量損失。 形成形成 計算計算 主要影響因素分析主要影響因素分析 4l, , , , , Qf燃料特性 燃燒方式 鍋爐結(jié)構(gòu)鍋爐負荷szcjhcjhszar,netfhfhlzlz4CCC32700100100100GB QGGQBBBB!灰分含量高灰分含量高和和灰分熔點低灰分熔點低

22、的煤，固態(tài)可燃物被灰的煤，固態(tài)可燃物被灰包裹，難以燃盡，灰渣損失大。包裹，難以燃盡，灰渣損失大。!層燃時燃用揮發(fā)物低而焦結(jié)性強的煤：燃燒過程層燃時燃用揮發(fā)物低而焦結(jié)性強的煤：燃燒過程主要集中在爐排上，燃燒層溫度高，較易形成熔主要集中在爐排上，燃燒層溫度高，較易形成熔渣，阻礙通風(fēng)，增加灰渣損失。渣，阻礙通風(fēng)，增加灰渣損失。!層燃時燃用水分低，焦結(jié)性弱而細末又多的煤時：層燃時燃用水分低，焦結(jié)性弱而細末又多的煤時：特別是在提高燃燒強度而增強通風(fēng)的情況下，飛特別是在提高燃燒強度而增強通風(fēng)的情況下，飛灰損失就增加?；覔p失就增加。 (煤粉爐沒有漏煤損失，但飛灰損失比層燃爐大煤粉爐沒有漏煤損失，但飛灰損失比

23、層燃爐大沸騰爐在燃用石煤或煤矸石時，飛灰損失大沸騰爐在燃用石煤或煤矸石時，飛灰損失大(2) F煤粉爐爐膛的高低煤粉爐爐膛的高低F燃燒器布置的位置燃燒器布置的位置 Y負荷增加，爐膛的氣流速度增加，負荷增加，爐膛的氣流速度增加，q q4 4加大。加大。Y煤粉細度及配風(fēng)。煤粉細度及配風(fēng)。Y過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù): :如太低，如太低，q q4 4會增加。會增加。 ( 計算計算 （1）額定負荷下）額定負荷下 （2）非額定負荷下）非額定負荷下0.385,eded5.82qD 定義定義 鍋爐表面溫度高于周圍環(huán)境溫度，通過自然對流和輻射鍋爐表面溫度高于周圍環(huán)境溫度，通過自然對流和輻射傳熱的方式向周圍散熱造成

24、散熱損失。傳熱的方式向周圍散熱造成散熱損失。ed55,edDqqD額定額定負荷下的散熱損失是外部冷卻損失，可根據(jù)鍋負荷下的散熱損失是外部冷卻損失，可根據(jù)鍋爐尾部受熱面的布置查爐尾部受熱面的布置查圖確定圖確定 q5 與鍋爐運行負荷近似成反比變化與鍋爐運行負荷近似成反比變化額定容量額定容量下鍋爐的散熱損失下鍋爐的散熱損失 主要影響因素主要影響因素 glhj5()kF ttQB5Qf鍋爐表面溫度,環(huán)境溫度,鍋爐表面積,鍋爐表面粗糙程度 定義定義 灰渣物理熱損失是指鍋爐排出的爐渣、飛灰與沉降灰所灰渣物理熱損失是指鍋爐排出的爐渣、飛灰與沉降灰所攜帶的熱量未被利用而引起的熱損失。攜帶的熱量未被利用而引起的

25、熱損失。 計算計算 6、鍋爐、鍋爐有效利用熱有效利用熱 Q1 定義定義 鍋爐有效利用熱指水和蒸汽流經(jīng)各受熱面時吸收的熱量。鍋爐有效利用熱指水和蒸汽流經(jīng)各受熱面時吸收的熱量。 計算計算 6、鍋爐、鍋爐有效利用熱有效利用熱 Q1 式中式中 Q 工質(zhì)總吸熱量，工質(zhì)總吸熱量， kJ/ s B 燃料消耗量，燃料消耗量， kg/s Dgr、Dzr、DPw 過熱蒸汽量、再熱蒸汽量和排污量，過熱蒸汽量、再熱蒸汽量和排污量，kg/s 、 、h g s 過熱蒸汽焓、飽和蒸汽焓和給水焓，過熱蒸汽焓、飽和蒸汽焓和給水焓，kJ/kg 、 再熱蒸汽出口和進口焓，再熱蒸汽出口和進口焓，kJ/kgzrh zrh grh bs

26、h )hh(DhhDhhDB1Qgsbspwzrzrzrgsgrgr1 54)-(2kJ/kg,BQ 空氣在空氣預(yù)熱器中吸收的熱量又返回爐膛，屬鍋爐內(nèi)部熱量循環(huán)，空氣在空氣預(yù)熱器中吸收的熱量又返回爐膛，屬鍋爐內(nèi)部熱量循環(huán)，鍋爐熱平衡中不予考慮鍋爐熱平衡中不予考慮五、鍋爐熱效率與燃料消耗量五、鍋爐熱效率與燃料消耗量 熱效率熱效率 正平衡正平衡 反平衡反平衡,%100QQqr11g ),%qqqqq(10065432g ）（622s/kg,QQ100QQBrg1 燃料消耗量燃料消耗量）（632s /kg),100q1 (BB4j 計算燃料消耗量計算燃料消耗量Y鍋爐正平衡只能求鍋爐的熱效率，不能據(jù)此研究和分鍋爐正平衡只能求鍋爐的熱效率，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