鍋爐燃料燃燒計算與鍋爐熱平衡

鍋爐燃料燃燒計算與鍋爐熱平衡第1頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第三章燃料燃燒計算和鍋爐機組熱平衡完全燃燒計算煙氣分析不完全燃燒計算鍋爐過量空氣系數(shù)的確定空氣和燃燒產(chǎn)物的焓鍋爐熱平衡計算第2頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)完全燃燒計算一、完全燃燒的計算內(nèi)容1.----------2.----------3.----------4.----------第3頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)完全燃燒計算二、空氣量計算1.理論空氣量：固體、液體燃料計算公式L0=1.293V0=0.115Kar+0.342Har-0.043Oar1.實際空氣量第4頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)完全燃燒計算氣體燃料計算公式理論空氣量為干空氣第5頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)完全燃燒計算2.實際空氣量過量空氣系數(shù)和漏風系數(shù)實際空氣量與理論空氣量的比值稱為過量空氣系數(shù)，用α或β表示，即過量空氣系數(shù)或第6頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)完全燃燒計算

各部件所處煙道內(nèi)漏入的空氣量

與理論空氣量的比值，稱為該煙道的漏風系數(shù)，表示如下：

鍋爐各煙道漏風系數(shù)的大小取決于負壓的大小及煙道的結(jié)構(gòu)型式，一般為0.01～0.1。漏風系數(shù)第7頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)完全燃燒計算3.實際空氣量控制關(guān)鍵煙風流程氣體流量變化爐膛出口過?？諝庀禂?shù):燃燒完成的位置

固態(tài)排渣：揮發(fā)分較低的煤:1.2-1.25煙煤、褐煤：1.15-1.2第8頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四三、煙氣量計算第一節(jié)完全燃燒計算1.基本概念理論煙氣量實際煙氣量干煙氣量第9頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)完全燃燒計算理論煙氣量:包含的基本物質(zhì)實際煙氣量:包含的基本物質(zhì)干煙氣量：理論干煙氣、實際干煙氣量第10頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)不完全燃燒計算不完全燃燒煙氣量:基本物質(zhì)3-30、3-323-36三原子氣體容積份額3-37、3-38飛灰濃度3-39、3-40第11頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)煙氣分析對于一臺正在運行中的鍋爐，如何知道實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？答案：通過實時、在線監(jiān)測鍋爐過量空氣系數(shù)。爐膛出口及煙道各處的過量空氣系數(shù)？煙氣分析測出某處的煙氣成分，再由過量空氣系數(shù)的計算式算出。第12頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)煙氣分析實際干煙氣的基本物質(zhì)3-41至3-48煙氣分析的意義判斷燃燒狀態(tài)判斷空氣過剩系數(shù)判斷漏風情況第13頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四煙氣分析手段：吸收劑吸收燃燒吸收色譜分析導熱性導磁性導電性光學性第三節(jié)煙氣分析化學方法物理方法第14頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四圖1煙氣成分分析儀第三節(jié)煙氣分析第15頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四圖2煤質(zhì)元素分析儀第三節(jié)煙氣分析第16頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)煙氣分析奧式氣體分析儀工作原理按測試結(jié)果計算干煙氣量3-50三原子氣體較準、CO不準第17頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)煙氣分析

CO的測定方法-不完全燃燒方程式3-53完全燃燒時，RO2與O2的關(guān)聯(lián)3-55完全燃燒時，RO2的最大值3-56第18頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四經(jīng)簡化第三節(jié)煙氣分析完全燃燒時實際空氣過剩系數(shù)第19頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四廣泛采用第三節(jié)煙氣分析用的較少第20頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第五節(jié)鍋爐運行狀態(tài)下過量空氣系數(shù)的確定不完全燃燒時過量空氣系數(shù)測試計算式。不完全燃燒時實際空氣過剩系數(shù)第21頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第六節(jié)空氣和燃燒產(chǎn)物焓的計算描述流動介質(zhì)進行能量交換的關(guān)系時，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)，而與途徑無關(guān)；實際計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)溫度和壓力來求得焓值；前人均已經(jīng)制成表格、圖線或程序。第22頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四相應于1kg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第六節(jié)空氣和燃燒產(chǎn)物焓的計算空氣、煙氣焓值的定義第23頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四空氣焓

每標準立方米干空氣連同其相應的水蒸汽在溫度θ時的焓，kJ/Nm3，可以查表得到,每公斤空氣含有10g水。第六節(jié)空氣和燃燒產(chǎn)物焓的計算理論煙氣焓1m3的成分在溫度時θ的焓值，查表。第24頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四煙氣焓的計算VyVy0VRO2V0N2V0H2O(α-1)V0標米干空氣的濕空氣/公斤第六節(jié)空氣和燃燒產(chǎn)物焓的計算煙氣的組成第25頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四熱力學：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第六節(jié)空氣和燃燒產(chǎn)物焓的計算第26頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四飛灰熱焓值Ifh第六節(jié)空氣和燃燒產(chǎn)物焓的計算煙焓表

通過燃燒產(chǎn)物的焓值的計算，列出焓值與溫度對應的表格（編程計算），是鍋爐熱力計算的基礎(chǔ)：即第27頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算

鍋爐熱平衡指在穩(wěn)定運行狀態(tài)下，鍋爐輸入熱量與輸出熱量及各項熱損失之間的熱量平衡。熱平衡是以1kg固體或液體燃料，或0℃、0.1MPa的1m3氣體燃料為基礎(chǔ)進行計算的。通過熱平衡可知鍋爐的有效利用熱量、各項熱損失，從而計算鍋爐效率和燃料消耗量。

第28頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四一般的熱平衡方程式為：

第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算式中：Qr–—鍋爐輸入熱量Q1–—鍋爐有效利用的熱量Q2–—排煙熱損失Q3–—可燃氣體不完全燃燒熱損失Q4–—固體不完全燃燒熱損失Q5–—鍋爐散熱損失Q6–—其他熱損失第29頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四

將上述方程用方程右側(cè)各項熱量占輸入熱量的比值百分數(shù)來表示，則為

第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算其中：第30頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四鍋爐輸入熱量是由鍋爐范圍以外輸入的熱量，不包括鍋爐范圍內(nèi)循環(huán)的熱量。第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算式中：

Qar,net–—燃料的收到基低位發(fā)熱量（kJ/kg）

ir–—燃料物理顯熱（kJ/kg）Qwr–—外來熱源加熱空氣時帶入的熱量（kJ/kg）Qzq–—霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量（kJ/kg）第31頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四各項熱量的計算公式為：

第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算ir=cp,artr式中：

Cp,ar–—燃料的收到基比定壓熱容，kJ/（kg?℃）；

tr–—燃料溫度，℃；當用外來熱源加熱燃料時，（用蒸汽加熱重油或蒸汽干燥器等）及開式系統(tǒng)使燃料干燥時，應計算此項，并根據(jù)燃料的爐前狀態(tài)取用tfu

和燃料水分。若未經(jīng)預熱，則只有當時才須計算，此時可取tr=℃。第32頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算固體燃料比熱容Car,fu為：式中：

Ｃdr–—燃料干燥基比熱容，kJ/（kg?℃），按表4-7取用。第33頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四鍋爐有效利用熱

第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算

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Q1為：第34頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算鍋爐熱效率的確定有兩種方法。一種為由鍋爐熱效率的定義直接獲得，即為鍋爐的有效利用熱與鍋爐送入熱量之比：這種方法稱為正平衡法。鍋爐效率

第35頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算鍋爐設(shè)計或熱效率試驗時常用反平衡法，即求出各項熱損失后，用下式求得

：鍋爐正平衡試驗法簡單易行，對于熱效率較低的工業(yè)鍋爐（η<80％）比較準確；反平衡法較復雜，但通過各項熱損失的測定和分析，可以找出提高鍋爐經(jīng)濟性的途徑。第36頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算固體不完全燃燒熱損失q4燃料中未燃燒或未燃盡碳造成的熱損失，這些碳殘留在灰渣中，也稱為機械未完全燃燒損失或未燃碳損失。針對不同燃燒方式，燃料燃燒生成不同形式的灰渣，固體不完全燃燒熱損失q4的計算公式為：第37頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算殘?zhí)即嬖诘牟课换鸫矤t：爐膛爐渣、煙道沉降灰、排煙飛灰煤粉爐：爐膛爐灰、煙道沉降灰、排煙飛灰、制粉系統(tǒng)所排石子循環(huán)流化床爐：爐膛爐灰、煙道沉降灰、灰閥排灰、排煙飛灰第38頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算運行時測定灰量分布,進行灰分平衡計算可得q4測定灰量(含灰)測定灰含碳量灰分平衡式計算飛灰灰量第39頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算對于火床爐第40頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算對于煤粉爐

第41頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算

設(shè)計鍋爐時，

可按燃料種類和燃燒方式選用，熱力計算方法中有推薦值。對固態(tài)除渣煤粉爐：褐煤q4=1%，煙煤q4=2%，貧煤q4=3%，無煙煤q4=4%；燃油和燃氣爐q4=0。影響q4的主要因素有：燃料的性質(zhì)、燃燒方式、爐膛型式和結(jié)構(gòu)、燃燒器設(shè)計和布置、爐膛溫度、鍋爐負荷、運行水平、燃料在爐內(nèi)的停留時間和與空氣的混合情況等。第42頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算燃料消耗量實際燃料消耗量:B計算燃料消耗量:Bj=B(1-q4/100)第43頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四這是由于CO、H2、CH4、等可燃氣體未燃燒放熱就隨煙氣離開鍋爐而造成的熱損失，也稱化學不完全燃燒損失。鍋爐運行中可用下式計算。

第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算可燃氣體不完全燃燒熱損失q3式中：

CO、H2、CH4–—干煙氣中一氧化碳、氫氣、甲烷的容積百分數(shù)，可從煙氣分析測得，RO2–—干煙氣中三原子氣體容積百分比。第44頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四正常燃燒時q3值很小。在進行鍋爐設(shè)計時，q3值可按燃料種類和燃燒方式選?。好悍蹱tq3=0，燃油和燃氣爐q3=0.5%，火床爐q3=(0.5~1.0)%。影響q3的主要因素有：燃料的揮發(fā)分、爐膛過理空氣系數(shù)、燃燒器結(jié)構(gòu)和布置、爐膛溫度和爐內(nèi)空氣動力工況等。第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算第45頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四排煙熱損失q2第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算式中

Ipy–—排煙焓，kJ/kg–—進入鍋爐的冷空氣焓，按冷空氣溫度

tlk=℃計算，kJ/kgαpy–—排煙處的過量空氣系數(shù)，

這是鍋爐排煙物理顯熱造成的熱損失，等于排煙焓與入爐空氣焓之差，即

第46頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算影響排煙損失的因素燃料性質(zhì)積灰、結(jié)渣、結(jié)垢爐膛過量空氣系數(shù)、漏風系數(shù)排煙溫度第47頁，共52頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)鍋爐機組的熱平衡計算最佳爐膛出口過量空氣系數(shù)的涵義使q2+q3+q4

最小的爐膛出口過量空氣系數(shù)（理解圖3-3）第48頁，