燃燒產(chǎn)物和熱平衡

燃燒產(chǎn)物和熱平衡第1頁(yè)/共84頁(yè)一、鍋爐燃燒計(jì)算的前提1．空氣量與煙氣量的計(jì)算均以1kg燃料的收到基為基礎(chǔ)；2．空氣和煙氣的所有組成成分（包括水蒸汽，分壓很?。?，均可作理想氣體，每摩爾氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的容積是22.4Nm3；3.氣體容積計(jì)算的單位均為Nm3/kg。第2頁(yè)/共84頁(yè)二、計(jì)算原則燃料完全燃燒所需理論空氣量，由燃料中各個(gè)可燃元素在燃燒時(shí)所需空氣量相加而得。第3頁(yè)/共84頁(yè)理論空氣量（氧氣量）1kg(或1m3)燃料完全燃燒時(shí)所需的最低限度的空氣量（空氣中的氧無(wú)剩余）成為理論空氣量。組成碳燃燒消耗的氧氣量氫燃燒消耗的氧氣量硫燃燒消耗的氧氣量燃料本身的氧量第4頁(yè)/共84頁(yè)碳燃燒消耗的氧氣量第5頁(yè)/共84頁(yè)氫燃燒消耗的氧氣量第6頁(yè)/共84頁(yè)硫燃燒消耗的氧氣量第7頁(yè)/共84頁(yè)燃料本身的氧量第8頁(yè)/共84頁(yè)1kg燃料完全燃燒所需的氧量第9頁(yè)/共84頁(yè)實(shí)際空氣量爐膛內(nèi)的混合不可能絕對(duì)均勻，為保證完全燃燒，需多送一部分空氣，定義過(guò)量空氣系數(shù)。第10頁(yè)/共84頁(yè)

負(fù)壓工作下的鍋爐，存在爐外的空氣漏入爐內(nèi)的漏風(fēng)漏風(fēng)系數(shù)第11頁(yè)/共84頁(yè)第12頁(yè)/共84頁(yè)要點(diǎn)煙氣側(cè)：爐膛后直至排煙處，過(guò)量空氣系數(shù)逐漸增大，煙氣側(cè)過(guò)量空氣系數(shù)α，存在一個(gè)最佳的過(guò)量空氣系數(shù)，通常用爐膛出口的過(guò)量空氣系數(shù)表示;空氣側(cè)：由鍋爐送風(fēng)機(jī)開(kāi)始，均為正壓，空氣側(cè)過(guò)量空氣系數(shù)β;β逐漸減小，向外的漏風(fēng)逐漸減少第13頁(yè)/共84頁(yè)解釋以上各式的意義第14頁(yè)/共84頁(yè)解釋以上各式的意義第15頁(yè)/共84頁(yè)第三章燃燒產(chǎn)物和熱平衡第一節(jié)空氣量計(jì)算第二節(jié)煙氣量的計(jì)算第三節(jié)完全燃燒方程式第四節(jié)根據(jù)煙氣分析確定過(guò)量空氣系數(shù)第五節(jié)空氣與煙氣焓的計(jì)算第六節(jié)鍋爐的熱平衡第16頁(yè)/共84頁(yè)一、煙氣的組成當(dāng)1kg煤完全燃燒時(shí)，煙氣的組成成分為VyVy0VRO2V0N2V0H2O(α-1)V0標(biāo)米干空氣的濕空氣/公斤第17頁(yè)/共84頁(yè)煙氣量的表示方法第18頁(yè)/共84頁(yè)二、理論煙氣量計(jì)算理論煙氣量中的各項(xiàng)氣體的容積1、三原子氣體煙氣量2、理論氮?dú)饬?、理論水蒸汽量第19頁(yè)/共84頁(yè)1、三原子氣體煙氣量第20頁(yè)/共84頁(yè)2、理論氮?dú)饬康?1頁(yè)/共84頁(yè)3、理論水蒸汽量（1）由煤中的水分（2）煤中氫元素轉(zhuǎn)換的水分（3）由理論空氣量V0帶入的水分，即相對(duì)于每kg燃煤帶入的水蒸汽容積

0.0161dV0Nm3/kgd——每公斤干空氣的含濕量，10kg/kg;第22頁(yè)/共84頁(yè)不考慮過(guò)量空氣中水蒸汽的容積理論煙氣量第23頁(yè)/共84頁(yè)三、過(guò)量空氣中的水蒸汽容積第24頁(yè)/共84頁(yè)四、實(shí)際煙氣量第25頁(yè)/共84頁(yè)五、三原子氣體的容積份額在輻射換熱計(jì)算中，三原子氣體RO2，H2O均參與輻射換熱。三原子氣體的容積份額第26頁(yè)/共84頁(yè)六、煙氣中的飛灰濃度對(duì)輻射換熱有較大的作用，即每kg煙氣中飛灰的質(zhì)量。afh—煙氣攜帶出爐膛的飛灰占總灰量的份額（0.85~0.95）。飛灰濃度第27頁(yè)/共84頁(yè)第三章燃燒產(chǎn)物和熱平衡第一節(jié)空氣量計(jì)算第二節(jié)煙氣量的計(jì)算第三節(jié)完全燃燒方程式第四節(jié)根據(jù)煙氣分析確定過(guò)量空氣系數(shù)第五節(jié)空氣與煙氣焓的計(jì)算第六節(jié)鍋爐的熱平衡第28頁(yè)/共84頁(yè)原理在燃料與空氣完全燃燒的條件下，燃燒煙氣產(chǎn)物中的RO2和O2與燃料的元素分析成分之間必然存在一定的關(guān)系。完全燃燒方程反映其間內(nèi)在關(guān)系。第29頁(yè)/共84頁(yè)一、推導(dǎo)過(guò)程由煙氣分析的結(jié)果（均為干煙氣成分）第30頁(yè)/共84頁(yè)二、完全燃燒方程表達(dá)式燃料特性系數(shù)第31頁(yè)/共84頁(yè)討論煙氣中三原子氣體的最大百分比含量:由完全燃燒方程得：當(dāng)送入理論空氣量，且完全燃燒時(shí)，第32頁(yè)/共84頁(yè)基本常識(shí)在燃煤的條件下，通常，αRO2O2第33頁(yè)/共84頁(yè)三、不完全燃燒方程在不完全燃燒的條件下，且認(rèn)為僅存在CO，將滿足如下方程:由不完全燃燒方程，可以干煙氣中CO的含量第34頁(yè)/共84頁(yè)第三章燃燒產(chǎn)物和熱平衡第一節(jié)空氣量計(jì)算第二節(jié)煙氣量的計(jì)算第三節(jié)完全燃燒方程式第四節(jié)根據(jù)煙氣分析確定過(guò)量空氣系數(shù)第五節(jié)空氣與煙氣焓的計(jì)算第六節(jié)鍋爐的熱平衡第35頁(yè)/共84頁(yè)第四節(jié)根據(jù)煙氣分析確定過(guò)量空氣系數(shù)一、煙氣分析的目的二、過(guò)量空氣系數(shù)的推導(dǎo)三、煙氣分析的手段第36頁(yè)/共84頁(yè)一、煙氣分析的目的對(duì)于一臺(tái)正在運(yùn)行中的鍋爐，如何知道實(shí)際送入鍋爐的空氣量？如何知道空氣量是否合適？鍋爐燃燒調(diào)整是否合理？答案：通過(guò)實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)。爐膛出口及煙道各處的過(guò)量空氣系數(shù)？煙氣分析測(cè)出某處的煙氣成分，再由過(guò)量空氣系數(shù)的計(jì)算式算出。第37頁(yè)/共84頁(yè)二、過(guò)量空氣系數(shù)的推導(dǎo)由鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)的定義出發(fā)推導(dǎo)完全燃燒的情況下，α與煙氣成分之間的關(guān)系：第38頁(yè)/共84頁(yè)鍋爐空氣系數(shù)的不同表達(dá)式（a）完全燃燒；（b）Nar可被忽略再略去β第39頁(yè)/共84頁(yè)測(cè)定煙氣中的O2，即可計(jì)算得到過(guò)量空氣系數(shù)α廣泛采用第40頁(yè)/共84頁(yè)測(cè)定煙氣中的RO2，也可計(jì)算得到過(guò)量空氣系數(shù)α用的較少第41頁(yè)/共84頁(yè)

煙氣成分隨過(guò)量空氣系數(shù)的變化21αCO2%，O2%O2CO2第42頁(yè)/共84頁(yè)三、煙氣分析煙氣分析手段：吸收劑吸收燃燒吸收色譜分析化學(xué)方法導(dǎo)熱性導(dǎo)磁性導(dǎo)電性光學(xué)性物理方法第43頁(yè)/共84頁(yè)煙氣成分分析儀第44頁(yè)/共84頁(yè)煤質(zhì)元素分析儀第45頁(yè)/共84頁(yè)各種分析設(shè)備均已經(jīng)商業(yè)化。電廠均要求上煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，EMS。在燃燒正常的情況下，煤粉爐爐膛出口煙氣中的主要成分含量范圍：RO2=14~16%；O2=2~5%第46頁(yè)/共84頁(yè)第三章燃燒產(chǎn)物和熱平衡第一節(jié)空氣量計(jì)算第二節(jié)煙氣量的計(jì)算第三節(jié)完全燃燒方程式第四節(jié)根據(jù)煙氣分析確定過(guò)量空氣系數(shù)第五節(jié)空氣與煙氣焓的計(jì)算第六節(jié)鍋爐的熱平衡第47頁(yè)/共84頁(yè)第五節(jié)空氣與煙氣焓的計(jì)算第48頁(yè)/共84頁(yè)一、焓值的概念與計(jì)算描述流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)行能量交換的關(guān)系時(shí)，焓是最有用和有效的；單位質(zhì)量的物質(zhì)所含的全部熱能，僅與狀態(tài)有關(guān)，而與途徑無(wú)關(guān)；實(shí)際計(jì)算中需要知道燃燒產(chǎn)物（常壓）的溫度與焓值間的關(guān)系；水蒸汽則需要根據(jù)溫度和壓力來(lái)求得焓值；前人均已經(jīng)制成表格、圖線或程序。第49頁(yè)/共84頁(yè)二、空氣、煙氣焓值的定義相應(yīng)于1公斤收到基燃料的空氣（或煙氣），由溫度0℃加熱到θ℃所需要的熱量，稱為空氣的焓或煙氣的焓。單位：kJ/kg，kcal/kg第50頁(yè)/共84頁(yè)三、空氣焓的計(jì)算

為每標(biāo)準(zhǔn)立方米干空氣連同其相應(yīng)的水蒸汽在溫度θ時(shí)的焓，kJ/Nm3，可以查表得到。每公斤空氣含有10克水。第51頁(yè)/共84頁(yè)四、煙氣焓的計(jì)算1.煙氣的組成VyVy0VRO2V0N2V0H2O(α-1)V0標(biāo)米干空氣的濕空氣/公斤第52頁(yè)/共84頁(yè)2．煙氣焓的組成熱力學(xué)：混合氣體的焓等于各組成氣體焓的和，外加灰分的焓。IyIy0IRO2=VRO2I0N2=V0N2I0H2O=V0H2O(α-1)I0=(α-1)V0Ifh第53頁(yè)/共84頁(yè)3．理論煙氣焓1m3的成分在溫度時(shí)θ的焓值，查表。第54頁(yè)/共84頁(yè)4.飛灰熱焓值Ifh第55頁(yè)/共84頁(yè)4．煙焓表通過(guò)燃燒產(chǎn)物的焓值的計(jì)算，列出焓值與溫度對(duì)應(yīng)的表格（編程計(jì)算），是鍋爐熱力計(jì)算的基礎(chǔ)：第56頁(yè)/共84頁(yè)第六節(jié)鍋爐的熱平衡燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝臒崮?，一定存在有效利用熱和損失的熱量。第57頁(yè)/共84頁(yè)一、熱平衡的定義送入鍋爐的燃料擁有熱量等于鍋爐的有效輸出熱量加上各項(xiàng)熱損失。目的：確定鍋爐有效利用熱，各項(xiàng)熱損失，鍋爐熱效率，燃料消耗量，運(yùn)行水平，原因及改進(jìn)措施，新產(chǎn)品的鑒定等。方法：通過(guò)鍋爐機(jī)組的熱平衡試驗(yàn)?，F(xiàn)代電站鍋爐的效率為90%左右，容量越大、效率越高。第58頁(yè)/共84頁(yè)二、熱平衡方程式相應(yīng)于每公斤固體及液體燃料：kJ/kg

（美國(guó)ASME以每磅燃料的發(fā)熱量，德國(guó)以單位時(shí)間內(nèi)所用燃料的發(fā)熱量，kJ/s）第59頁(yè)/共84頁(yè)第60頁(yè)/共84頁(yè)熱平衡的另一種表示式通常用送入熱量的百分比來(lái)表示：第61頁(yè)/共84頁(yè)三、鍋爐的熱效率正平衡表達(dá)式：反平衡表達(dá)式：第62頁(yè)/共84頁(yè)本節(jié)以下內(nèi)容的目的計(jì)算各項(xiàng)熱損失、鍋爐熱效率和鍋爐燃煤量B第63頁(yè)/共84頁(yè)四、送入鍋爐的熱量第64頁(yè)/共84頁(yè)五、機(jī)械不完全燃燒損失q4

—灰渣中未燃燒或未燃盡的碳粒引起的損失；

—未燃盡碳粒隨煙氣排出爐外而引起的熱損失第65頁(yè)/共84頁(yè)機(jī)械不完全燃熱損失計(jì)算原則：灰渣及飛灰中的含碳量與碳的發(fā)熱量的乘積的總和定義：灰渣中含碳的重量百分比為：，灰渣量：飛灰中含碳的重量百分比為：，飛灰量：第66頁(yè)/共84頁(yè)每小時(shí)所損失的可燃物重量每小時(shí)損失的熱量折算到每公斤燃料所損失的熱量：第67頁(yè)/共84頁(yè)灰平衡進(jìn)入鍋爐的總灰量等于排出鍋爐的灰渣、飛灰中的灰分的總和定義第68頁(yè)/共84頁(yè)第69頁(yè)/共84頁(yè)討論在鍋爐運(yùn)行中，可以取樣測(cè)得，可以查表，或做灰平衡實(shí)驗(yàn)得到鍋爐的設(shè)計(jì)中，根據(jù)燃料的種類及燃燒方式直接選用：0.5~5%大小取決于：燃料的種類（揮發(fā)份與灰分等），煤粉的細(xì)度，過(guò)量空氣系數(shù)，爐膛的結(jié)構(gòu)（決定了停留時(shí)間），鍋爐的運(yùn)行方式，爐膛的溫度（負(fù)荷）等第70頁(yè)/共84頁(yè)

對(duì)空氣量和煙氣量的影響假定送入鍋爐的燃煤量B中，有的燃料根本沒(méi)有燃燒，即沒(méi)有產(chǎn)生煙氣量，也不需要空氣量；實(shí)際上參加燃燒的不是實(shí)際送入的燃料量B，而是計(jì)算燃料量Bj；熱平衡計(jì)算用實(shí)際燃料量B，計(jì)算空氣量和煙氣量時(shí)用Bj；第71頁(yè)/共84頁(yè)六、化學(xué)不完全燃燒損失由于鍋爐排煙中CO，H2，CH4等可燃?xì)怏w的存在，所引起的熱損失。每公斤燃料所損失的熱量為各可燃?xì)怏w的容積與各自的容積發(fā)熱量乘積的總和。第72頁(yè)/共84頁(yè)一般僅計(jì)入CO，其它忽略，發(fā)熱量，3020，kcal/Nm3，12600kJ/Nm3第73頁(yè)/共84頁(yè)討論電站鍋爐可燃?xì)怏w很?。粚?duì)煤粉爐：=0；氣體或液體燃料爐：=0.5；層燃爐：=0.5~1.0第74頁(yè)/共84頁(yè)七、排煙損失由于排出鍋爐的煙氣焓高于進(jìn)入鍋爐時(shí)的冷空氣焓而造成的熱損失。第75頁(yè)/共84頁(yè)影響排煙損失的主要因素：1．排煙溫度：

溫度高，則損失大，提高10C，損失增加約1%；

溫度低，則金屬的消耗大，流動(dòng)的阻力大，還可能造成受熱面金屬的低溫腐蝕。2．排煙的容積：主要決定于過(guò)量空氣系數(shù)的選?。哼^(guò)量空氣系數(shù)大，風(fēng)機(jī)的消耗大，排煙損失增大；不完全燃燒損失小過(guò)量空氣系數(shù)小，則可能不完全燃燒損失增大。第76頁(yè)/共84頁(yè)排煙溫度與過(guò)量空氣系數(shù)是一個(gè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合考慮的參數(shù)存在一個(gè)最佳過(guò)量空氣系數(shù)q，%∑qq3+q4q2最佳第77頁(yè)/共84頁(yè)八、散熱損失鍋爐的外表面溫度高于環(huán)境的溫度而向外界通過(guò)大空間自然對(duì)流和輻射換熱。散熱損失與鍋爐的容