锅炉原理第3章燃烧计算和热平衡计算.

热能与动力工程第三章锅炉物质平衡和热平衡热能与动力工程第一节燃烧所需空气量及过量空气系数※慨念：理想气体→标准状态→22.4Nm3/kg一、理论空气量定义：1㎏燃料完全燃烧、无剩余氧表示：Vo，Nm3/kg推导：以碳的完全燃烧为例2323232322866.1866.114.224.2212CONmONmkgCCONmONmkgCCOOC热能与动力工程1kg收到基燃料含有碳，完全燃烧时需要的氧量为：同样可得到：1kg燃料中含有氧量为：由此可得：kgCy1003100866.1NmCy331007.010056.5NmSNmHyy31007.0100324.22NmOOyykgNmOSHCVyyyyoO/1007.01007.010056.5100866.132热能与动力工程所以，1kg应用基燃料完全燃烧的理论空气量为当量碳量※以上所计算的空气量都是干空气量！！kgNmOHSCVVyyyyoOo/0333.0265.0)375.0(0889.021.032yySCR375.0热能与动力工程定义：二、实际供给空气量及过量空气系数表示：kgNmVk/,3“过量空气系数”、“过量空气量”炉膛出口过量空气系数的作用及最佳值l与燃料种类、燃烧方式以及燃烧设备的完善程度有关热能与动力工程炉膛出口固态排渣煤粉炉中，无烟煤和贫煤的炉膛出口过量空气系数为1.25，而烟煤与褐煤则为1.20。思考：这是为什么？热能与动力工程第二节烟气成分及其烟气量的计算一、烟气成分⑴当=1并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、N2和H2O组成，其容积为OHNSOCOyVVVVV2222kgNm/3⑵当1并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、O2、N2和H2O组成，其容积为22222OOHNSOCOyVVVVVVkgNm/3热能与动力工程⑶当≥1且不完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、CO、O2、N2和H2O组成，其容积为kgNmVVVVVVVCOOOHNSOCOy/322222二、根据燃烧化学反应计算烟气容积※计算思路：实际烟气容积=理论烟气容积+过量空气容积（干）+过量空气带入的水蒸气容积或：实际烟气容积=干烟气容积+水蒸气容积热能与动力工程（一）理论烟气容积定义：=1并且燃料完全燃烧计算：（1）VRO2的计算kgNmSCVVVyySOCORO/)100375.0(866.13222热能与动力工程（2）理论氮容积的计算理论氮容积=理论空气中的氮+燃料中的氮kgNmNVNVVyoyooN/1008.079.0100284.2279.032（3）理论水蒸气容积的计算①燃料中的氢生成的水蒸气kgNmHHyy/100111.01001.113热能与动力工程②燃料中的水分生成的水蒸气kgNmWWyy/0124.0100184.223干空气33/0161.0184.22100010293.1184.221000293.1NmNmdk③理论空气量带入的水蒸气“空气含湿量dk”是指1kg干空气带入的水蒸气量，单位为g/kg干空气。每标准立方米干空气带入的水蒸气容积为：kgNmWWyy/0124.0100184.223热能与动力工程理论空气量带入的水蒸气容积为kgNmVo/0161.03☆对于固体燃料，理论水蒸气容积为上述三部分之和，即)183(/0161.00124.0111.032kgNmVWHVoyyoOH（二）实际烟气容积oooyyVVVV)1(0161.0)1(kgNmVVooy/)1(0161.13热能与动力工程ooOHOHooNROONROgyOHgyyVVVVVVVVVVVVV)1(0161.0)1(22222222或者烟气的质量kgkgVGAGowhyy/306.11001热能与动力工程三、运行锅炉的烟气分析及计算成分：CO2、SO2、O2、CO、N2CO2＋SO2＋O2＋CO+N2=100%其中：CO2＝VCO2/VgyVSO2＝VSO2/Vgy……..热能与动力工程烟气分析分析设备：奥氏分析仪顺序：RO2、O2、CO热能与动力工程四、烟气中三原子气体、水蒸气容积份额和灰粒浓度（一）三原子气体容积份额及分压力prpVVVVVrROROyROySOCORO222222（二）水蒸气容积份额及分压力prpVVrOHOHyOHOH2222热能与动力工程（三）灰粒浓度烟气容积浓度烟气质量浓度3/100/100NmkgVaAkgkgGaAyfhyyfhy。简称飞灰份额，可查表灰量的份额，烟气中飞灰量占燃料总式中14fha3-2热能与动力工程第三节燃烧方程式•一、完全燃烧方程式及RO2最大值•定义：1、CO=0•完全燃烧方程式为所示。值如表常用燃料的也为定值。为定值，时，由上式可知，燃料一定表示，即用达到最大时，当燃料完全燃烧而且或写成33RORO39)-(3%121RORO,RO,0O0,CO138)-(3%1O21RO36)-(3)RO1(O21max2max2max2max2222222热能与动力工程由式（3-36）可以看出，当燃料的值一定时，无论过量空气量如何，干烟气成分都应满足该式。如不满足，可能有以下几种情况：（1）烟气分析不准确；（2）有碳未燃尽；（3）烟气中有CO存在;（4）(2)、(3)同时存在。在有CO存在时，若无未燃尽碳,可用式（3-41）计算CO.如烟气分析完全而准确，则可用式（3-36）求出值，并与用式（3-37）求出的值相比较，从而判断有无未燃尽碳存在。燃料特性系数37)-(3S375.0C0.038N0.126O-H35.2ararararar热能与动力工程二、不完全燃烧方程式定义：燃料不完全燃烧时，各烟气成分之间的关系。表达：燃料的元素成分、烟气分析所得各烟气成分。41)-(3%605.0)RO(1-O-21CO22热能与动力工程第四节根据烟气成分求过量空气系数及烟气焓一、运行时过量空气系数的计算运行时过量空气系数可以由烟气分析结果加以确定。推导思路：利用过量空气系数的定义式和烟气成分的定义式得到只包含烟气分析结果的计算公式。推导过程要点：(1)VV11VVVVV63kkkok）可知由式（热能与动力工程43)-(3NCO5.0O217911Vgy79NV21CO5.0O-11)1(Vgy21CO5.0OVgy100CO5.0O0.211V0.5V-VV0.21V79NV100N79.0179.0V0.79100N8.0VV222gy222COOgy2gy2NarNk222式可得：代入不完全燃烧时，有热能与动力工程45)-(3O-2121244)-(3CORO(1)42)-(3)O(RO-100O79-21210,CO22max2222）氧公式（二氧化碳公式。以下两个近似公式计算的精确数值时，可使用当不需要则：完全燃烧时，热能与动力工程※氧公式与二氧化碳公式的比较如图3-2所示，当燃料成分改变时，二氧化碳的含量也随着发生变化，同一含量对应的过量空气系数差别较大，不能正确指导锅炉运行，容易引起误操作。而用烟气中过剩氧量来监视过量空气系数大小，则燃料成分改变的影响就很小。热能与动力工程•二、漏风系数的计算※锅炉的通风方式：（1）锅炉通风的任务——送入燃料燃烧需要的空气，排出燃烧产生的烟气。（2）锅炉通风的方式——主要采用“平衡通风”，即同时使用送风机和引风机，炉膛保持微负压的方式；另外还有“负压通风”和“正压通风”的方式。（3）平衡通风的特点——锅炉不向外喷火焰和冒烟气，但会有空气从未密封处或密封不严密处漏入炉膛内，从而使烟气沿烟气流程的过量空气系数不断增大。热能与动力工程“漏风系数”的定义漏风系数的表达式及其确定方法：46)-(3olfVV某级受热面的漏风系数，可以根据烟气分析结果，利用以下公式进行计算。11OCROOCRO2112112121212121max2222max22max22222ROOCOCOOOOVVVVVokkolf或热能与动力工程热能与动力工程济运行。炉安全经施减少漏风，以保证锅风比较严重，应采取措查得），表明漏（由表计算结果）可得根据式（解：。漏风系数；求此级对流过热器的氧量；出口烟气中的氧量流过热器进口烟气中的煤粉炉低温级对在完全燃烧时，测得某例题230300500509332114.6-2112121121121733649331-3gr22gr22....OO%.O%.Ogr热能与动力工程第五节空气、烟气焓及焓温表热能与动力工程一、焓值的概念与计算•描述流动介质进行能量交换的关系时，焓是最有用和有效的；•单位质量的物质所含的全部热能，仅与状态有关，而与途径无关；•实际计算中需要知道燃烧产物（常压）的温度与焓值间的关系；•水蒸汽则需要根据温度和压力来求得焓值；•前人均已经制成表格、图线或程序。热能与动力工程二、空气、烟气焓值的定义•相应于1公斤收到基燃料的空气（或烟气），由温度0℃加热到θ℃所需要的热量，称为空气的焓或烟气的焓。•单位：kJ/kg，kcal/kg热能与动力工程三、空气焓的计算每标准立方米干空气连同其相应的水蒸汽在温度θ时的焓，kJ/Nm3，可以查表得到。•每公斤空气含有10克水。热能与动力工程四、烟气焓的计算•1.烟气的组成VyVy0VRO2V0N2V0H2O(α-1)V0标米干空气的湿空气/公斤热能与动力工程2．烟气焓的组成•热力学：混合气体的焓等于各组成气体焓的和，外加灰分的焓。hfharkyycaAcVII)(100)()1(00IyIy0IRO2=VRO2I0N2=V0N2I0H2O=V0H2O(α-1)I0=(α-1)V0Ifh热能与动力工程3．理论烟气焓1m3的成分在温度时θ的焓值，查表。OHOHNNROROycVcVcVI22)()()(0202220ic)(热能与动力工程4.飞灰热焓值IfhhfharcaA)(100热能与动力工程五、烟焓表热能与动力工程•燃料的化学能转变为蒸汽的热能，一定存在有效利用热和损失的热量。第六节锅炉热平衡热能与动力工程一、热平衡的定义•送入锅炉的燃料拥有热量等于锅炉的有效输出热量加上各项热损失。•目的：确定锅炉有效利用热，各项热损失，锅炉热效率，燃料消耗量，运行水平，原因及改进措施，新产品的鉴定等。•方法：通过锅炉机组的热平衡试验。•现代电站锅炉的效率为90%左右，容量越大、效率越高。热能与动力工程二、热平衡方程式•相应于每公斤固体及液体燃料：kJ/kg（美国ASME以每磅燃料的发热量，德国以单位时间内所用燃料的发热量，kJ/s）654321QQQQQQQr热能与动力工程rQ—送入锅炉的热量；1Q—有效利用热；2Q—排烟热损失；3Q—化学不完全燃烧损失；4Q—机械不完全燃烧损失；5Q—散热损失；6Q—其它热损失。热能与动力工程热平衡的另一种表示式•通常用送入热量的百分比来表示：654321%100qqqqqq..........%,10011rQQq热能与动力工程三、锅炉的热效率•正平衡表达式：•反平衡表达式：rrglBQQQQq%10011%)(10065432qqqqqgl热能与动力工程四、送入锅炉的热量whwrkrpnetarrQQiQQ,,,热能与动力工程五、机械不完全燃烧损失q4•—灰渣中未燃烧或未燃尽的碳粒引起的损失；•—未燃尽碳粒随烟气排出炉外而引起的热损失fhlzQQQ444