鍋爐原理第3章

第三章鍋爐機(jī)組熱平衡鍋爐熱平衡的基本概念鍋爐輸入熱量鍋爐有效利用熱各項(xiàng)熱損失鍋爐效率及熱平衡實(shí)驗(yàn)2023/2/511.鍋爐熱平衡的基本概念

鍋爐熱平衡：在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，鍋爐輸入熱量與輸出熱量及各項(xiàng)損失之間的熱量平衡，即：有效利用熱量輸入鍋爐的熱量熱損失鍋爐熱平衡的計(jì)算基礎(chǔ)：1kg固體燃料鍋爐熱平衡方程：鍋爐輸入熱量鍋爐有效利用熱量排煙熱損失化學(xué)不完全燃燒熱損失機(jī)械不完全燃燒熱損失鍋爐散熱損失灰渣物理熱損失2023/2/52Qr鍋爐輸入熱量Q6灰渣物理熱損失Q1固體不完全燃燒熱損失固體不完全燃燒熱損失Q5鍋爐散熱損失鍋爐有效利用熱量排煙熱損失化學(xué)不完全燃燒熱損失Q2Q3鍋爐熱平衡示意圖2023/2/53鍋爐熱平衡的意義更重要的是知道各項(xiàng)熱損失的大小，可以判斷鍋爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行水平，尋找提高鍋爐運(yùn)行水平的措施。知道鍋爐有效利用熱量的大小和燃料熱量的利用程度。2023/2/542.鍋爐輸入熱量鍋爐輸入熱量Qr是由鍋爐范圍以外的輸入熱量，不包括鍋爐范圍內(nèi)循環(huán)的熱量燃料收到基低位發(fā)熱量燃料物理顯熱外來熱源加熱空氣時(shí)帶入的熱量霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量cp,ar－燃料收到基定壓比熱容，tr－燃料溫度物理顯熱計(jì)算外來熱量計(jì)算霧化蒸汽熱量計(jì)算每kg燃油霧化所用蒸汽量，kg/kg霧化蒸汽焓，kJ/kg排煙中蒸汽焓近似值，kJ/kg一般2023/2/553.鍋爐有效利用熱

鍋爐有效利用熱指水和蒸汽流經(jīng)各受熱面時(shí)吸收的熱量。省煤器蒸發(fā)受熱面過熱器再熱器受熱面空氣預(yù)熱器吸收的熱量不屬于鍋爐有效利用熱（分析原因）。？空氣預(yù)熱器2023/2/56有效利用熱Q1,kJ/kg燃料消耗量排污量再熱蒸汽出口焓過熱蒸汽量再熱蒸汽量流量：kg/s焓：kJ/kg燃料量：kg/s

注：對(duì)于直流鍋爐，鍋爐排污量為分離器的排污量，一般為0。對(duì)于汽包鍋爐，當(dāng)排污量小于蒸發(fā)量的2％時(shí)（排污率），排污水的吸熱量可以忽略不計(jì)。過熱蒸汽焓給水焓再熱蒸汽入口焓飽和水焓2023/2/574.各項(xiàng)熱損失

（1）機(jī)械不完全燃燒熱損失q4燃料中未燃燒或未燃盡碳造成的熱損失，這些碳?xì)埩粼诓煌问降幕抑幸卜Q為固體不完全燃燒損失。冷灰斗爐渣（lz）和飛灰（fh）單位時(shí)間爐渣的質(zhì)量，kg/s爐渣中碳含量，％2023/2/58則：固體不完全燃燒熱損失q4的計(jì)算公式：灰平衡方程2023/2/59鍋爐設(shè)計(jì):可按燃料種類和燃燒方式選用(表3-2)，對(duì)于固態(tài)排渣煤粉爐：褐煤q4＝0.5～1％，煙煤q4＝1～1.5％，貧煤q4＝2％，無煙煤q4＝4～6％。大容量鍋爐上述取值結(jié)果偏大。鍋爐校核:測(cè)量爐渣和飛灰份額及其含碳量，按上面公式計(jì)算2023/2/510固體不完全燃燒樣品實(shí)例常熟電廠冷爐斗灰——含碳量1.3％（煙煤）齊魯石化電廠冷爐斗灰——含碳量19％（貧煤/混煤）賈旺電廠飛灰——含碳量10％（混煤）常熟電廠飛灰——含碳量2.4％（煙煤）2023/2/511影響機(jī)械不完全燃燒損失的因素燃料性質(zhì)燃燒方式爐膛型式和結(jié)構(gòu)爐膛溫度鍋爐負(fù)荷燃料爐膛內(nèi)停留時(shí)間風(fēng)粉混合程度煤粉細(xì)度過量空氣系數(shù)2023/2/512（2）化學(xué)不完全燃燒熱損失q3由于CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w未燃燒放熱隨煙氣離開鍋爐而造成的熱損失，也稱為可燃?xì)怏w不完全燃燒損失。q3的計(jì)算公式如下：正常燃燒時(shí)q3很小，進(jìn)行鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于煤粉爐可取q3＝0燃燒效率：ηr＝100－（q3+q4）,%影響化學(xué)不完全燃燒損失的主要因素一般不完全燃燒氣體只有CO2023/2/513（3）排煙熱損失q2鍋爐排煙物理顯熱造成的熱損失，等于排煙焓（注意位置）與入爐空氣焓之差，即：排煙焓空預(yù)器煙氣側(cè)出口的過量空氣系數(shù)進(jìn)入鍋爐的冷空氣焓（kJ/kg）q2是鍋爐熱損失中最主要的一項(xiàng)，一般約為4～8％。排煙溫度每升高15～20℃，q2約增加1％。2023/2/514[1]影響q2的主要因素是什么？問題：排煙溫度（設(shè)計(jì)值一般為110～160℃？）煙氣容積（爐內(nèi)過量空氣系數(shù)和漏風(fēng)量）如何確定最佳空氣系數(shù)？min（q2+q3+q4）αzj

2023/2/515[2]為什么排煙溫度不能進(jìn)一步降低？會(huì)引起尾部受熱面的低溫腐蝕,與燃料硫含量有關(guān)鍋爐尾部受熱面?zhèn)鳠釡夭顪p小，傳遞同樣的熱量，需要較多的受熱面積[3]排煙溫度過高的原因?受熱面積灰、結(jié)渣漏風(fēng)（制粉系統(tǒng)、爐膛、煙道等）給水溫度和環(huán)境溫度煤質(zhì)變化：燃燒推遲，煙氣量增加2023/2/516（4）鍋爐散熱損失q5

q5為鍋爐本體及其范圍內(nèi)各種管道、附件的溫度高于環(huán)境溫度而散失的熱量。影響q5的主要因素：鍋爐額定蒸發(fā)量、鍋爐實(shí)際蒸發(fā)量、鍋爐外表面積、外表面溫度、保溫隔熱性能及環(huán)境溫度等。小型鍋爐此項(xiàng)損失較大。(圖3－3，注：D>900t/h，q5=0.2%)

（保熱系數(shù)，3－23）（5）灰渣物理熱損失q6影響q6的主要因素：排渣量和排渣溫度排渣方式固態(tài)排渣和液態(tài)排渣必須考慮q62023/2/5175.鍋爐效率及熱平衡試驗(yàn)

鍋爐效率：有效利用熱與鍋爐輸入熱量之比。鍋爐效率的計(jì)算：正平衡法和反平衡法實(shí)際燃料消耗量計(jì)算燃料消耗量2023/2/518鍋爐熱平衡計(jì)算例題例題3鍋爐熱平衡.xls美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)（ASME)動(dòng)力試驗(yàn)規(guī)程提出的鍋爐熱平衡計(jì)算方法，參見：華中理工大學(xué)容鑾恩編電站鍋爐原理，或查找相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)2023/2/519名

稱單位BMCRBRL干煙氣熱損失

LG%4.694.64氫燃燒生成水熱損失LH%0.200.20燃料中水份引起的熱損失Lmf%0.060.06空氣中水份熱損失LmA%0.110.10未燃盡碳熱損失Luc%0.630.63輻射及對(duì)流熱損失LRβ%0.170.17未計(jì)入熱損失

LuA%0.300.30計(jì)算熱效率（按低位發(fā)熱量）%93.8593.90制造廠裕度Lmm%0.350.35保證熱效率（按低位發(fā)熱量）%93.5093.55ASME計(jì)算舉例2023/2/520鍋爐機(jī)組熱平衡試驗(yàn)方法下列情況應(yīng)進(jìn)行鍋爐機(jī)組的熱平衡試驗(yàn)：①新安裝鍋爐的移交驗(yàn)收、鑒定試驗(yàn)中；②新投產(chǎn)鍋爐按設(shè)計(jì)負(fù)荷試運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后的運(yùn)行試驗(yàn)中；③改造后的鍋爐進(jìn)行熱工技術(shù)性能鑒定試驗(yàn)中；④大修后的鍋爐進(jìn)行檢修質(zhì)量鑒定和校整設(shè)備運(yùn)行特性的試驗(yàn)中；⑤運(yùn)行鍋爐由于燃料種類變化等原因進(jìn)行的燃燒調(diào)整試驗(yàn)中。2023/2/521

一、熱平衡試驗(yàn)的目的（1）求出鍋爐的熱效率；（2）求出鍋爐的各項(xiàng)熱損失并分析熱損失高于設(shè)計(jì)值的原因，擬訂降低熱損失和使熱效率達(dá)到設(shè)計(jì)值的措施；（3）確定鍋爐機(jī)組在各種負(fù)荷下的合理運(yùn)行方式，主要指過量空氣系數(shù)、煤粉細(xì)度、火焰位置以及燃料和空氣在燃燒器及其各層之間的分配情況等。2023/2/522二、熱平衡試驗(yàn)的組織和準(zhǔn)備工作（1）熟悉鍋爐機(jī)組的技術(shù)資料和運(yùn)行特性。（2）全面檢查鍋爐機(jī)組及其輔助設(shè)備、測(cè)量表計(jì)、自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置等。（3）將所檢查出的設(shè)備缺陷提交有關(guān)車間處理。2023/2/523

（4）制定試驗(yàn)計(jì)劃，其內(nèi)容包括：

試驗(yàn)任務(wù)和要求試驗(yàn)準(zhǔn)備工作（如安裝測(cè)點(diǎn)和取樣設(shè)備，準(zhǔn)備測(cè)試儀器等）試驗(yàn)順序測(cè)試內(nèi)容和方法人員組織和進(jìn)度等試驗(yàn)計(jì)劃應(yīng)征得生技部門和有關(guān)車間同意。2023/2/524

（5）編寫試驗(yàn)準(zhǔn)備工作的任務(wù)書并提請(qǐng)審批。（6）組織試驗(yàn)小組。（7）準(zhǔn)備好所需試驗(yàn)儀器。（8）對(duì)試驗(yàn)所需配件的安裝進(jìn)行技術(shù)監(jiān)督，并培訓(xùn)有關(guān)試驗(yàn)觀測(cè)人員。2023/2/525三、熱平衡試驗(yàn)的要求（1）試驗(yàn)前，必須預(yù)先將鍋爐負(fù)荷調(diào)整到試驗(yàn)規(guī)定的數(shù)值并穩(wěn)定一個(gè)階段。在此階段內(nèi)可以調(diào)整燃燒工況達(dá)到試驗(yàn)要求。 試驗(yàn)前負(fù)荷穩(wěn)定階段的持續(xù)時(shí)間由爐墻結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)負(fù)荷與穩(wěn)定前負(fù)荷的差值而定。當(dāng)原來負(fù)荷低于或高于規(guī)定試驗(yàn)負(fù)荷的20%以上時(shí)，將負(fù)荷調(diào)整到規(guī)定工況后一般要求穩(wěn)定1~2小時(shí)，再進(jìn)行試驗(yàn)。（2）在試驗(yàn)中應(yīng)避免進(jìn)行吹灰、除灰、打焦、定期排污及起停制粉系統(tǒng)等操作，以免影響試驗(yàn)的順利進(jìn)行和試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。2023/2/526（3）試驗(yàn)期間，應(yīng)盡可能地維持鍋爐蒸汽參數(shù)及過量空氣系數(shù)等穩(wěn)定，其允許波動(dòng)范圍一般如下：鍋爐負(fù)荷±5%汽壓±

0.1MPa汽溫±

5℃過量空氣系數(shù)±

0.052023/2/527（4）試驗(yàn)每改變一種工況，原則上應(yīng)重復(fù)進(jìn)行兩次試驗(yàn)。如兩次試驗(yàn)的結(jié)果相差過大時(shí)，需再重復(fù)進(jìn)行兩次試驗(yàn)。（5）對(duì)于燃煤鍋爐，一般規(guī)定每一工況下正平衡試驗(yàn)的延續(xù)時(shí)間為8小時(shí)，反平衡試驗(yàn)延續(xù)時(shí)間為4小時(shí)，根據(jù)具體情況可適當(dāng)減少為正平衡4小時(shí)、反平衡2小時(shí)。2023/2/528五、熱平衡試驗(yàn)測(cè)定內(nèi)容（一）入爐原煤的采樣煤粉爐的原煤取樣，一般在給煤機(jī)進(jìn)行。人工采樣時(shí)工具為鏟子和儲(chǔ)樣桶。儲(chǔ)樣桶應(yīng)由金屬或塑料做成，帶有嚴(yán)密的蓋子。在采樣和保存過程中，儲(chǔ)樣桶必須蓋好蓋子，并保持密封狀態(tài)，以免水分蒸發(fā)。采取的試樣應(yīng)能代表試驗(yàn)期間所用燃料的平均品質(zhì)。給煤機(jī)處取樣，一般每隔15分鐘取一次，每次約取1千克。2023/2/529（二）飛灰取樣 取樣地點(diǎn)：在鍋爐的尾部煙道的適當(dāng)部位。取樣方法：用一套或數(shù)套專用的取樣系統(tǒng)連續(xù)抽取少量的煙氣流并在系統(tǒng)中將飛灰全部分離出來作為飛灰試樣。如果鍋爐裝有效率較高的干式除塵器，可以取其干灰作為飛灰試樣。試驗(yàn)中最常用的飛灰取樣器系統(tǒng)如圖4-4所示。2023/2/5302023/2/531（三）爐渣取樣對(duì)于煤粉爐來說，爐渣取樣同飛灰取樣相比是次要的。對(duì)采取水力除灰的煤粉爐，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，為保持燃燒穩(wěn)定和避免漏風(fēng)，一般不放灰和沖灰。對(duì)采取機(jī)械除灰的煤粉爐，可每隔30分鐘采樣一次。一般來說爐渣的原始試樣數(shù)量應(yīng)不少于爐渣總量的5%。2023/2/532（四）煙氣成分分析在鍋爐試驗(yàn)中，為下列目的，需要分別采取煙氣樣品進(jìn)行成分分析。（1）為了確定爐膛出口過量空氣系數(shù)，最好在過熱器出口煙道內(nèi)取樣。（2）為了確定鍋爐的排煙熱損失，應(yīng)該在鍋爐尾部最末級(jí)受熱面（一般為低溫級(jí)空氣預(yù)熱器）后的煙道內(nèi)取樣，取樣截面和排煙溫度的測(cè)量截面要盡量靠近。（3）為了確定化學(xué)不完全燃燒熱損失，可在煙道中任何截面上取樣。但最好與上述某一項(xiàng)結(jié)合。（4）為了確定某一段煙道的漏風(fēng)情況，需測(cè)定該煙道進(jìn)、出口的過量空氣系數(shù)，應(yīng)在其進(jìn)、出口取樣。2023/2/533由于大容量鍋爐的煙道很寬，煙氣在煙道中的分布是不均勻的，所以每一取樣處，應(yīng)按等截面法進(jìn)行取樣。采用奧氏煙氣分析器就地分析煙氣成分含量時(shí)，一般可每隔15分鐘取樣分析一次。一般情況下，煙氣中的含量CO很少，難于用奧氏分析器測(cè)定，此時(shí)可以用全煙氣分析器進(jìn)行測(cè)定或根據(jù)奧氏分析器測(cè)定的RO2、O2含量用公式計(jì)算CO的含量。在要求不太嚴(yán)時(shí)，可