锅炉能效测试基础知识培训

1锅炉能效测试基础知识培训概念锅炉能效(Energyefficiency)——锅炉能源(燃料)效率(利用率)，或——有效输出热量与输入热量之比。锅炉能效测试(Energyefficiencyindicators)——锅炉热效率测试培训内容第一章燃料第二章燃烧计算和热平衡计算2第一章燃料燃料的分类。按状态分为三类：固体(煤)、液体(油)和气体(煤气、天然气)煤的种类。按可燃基挥发分(Vr)含量分为：无烟煤(Vr≤10%)；贫煤(Vr≈8－12%)；烟煤(Vr≈10－45%)；褐煤(Vr≈40－60%)。一、煤的主要成分(一)元素分析成分——通过化学分析方法确定的成分含量：1.碳(C)：可燃成分。完全燃烧发热量32866kj/kg。2.氢(H)：Mar可燃成分。完全燃烧发热量120370kj/kg。3.硫(S)：可燃成分。完全燃烧发热量9040kj/kg。有害成分(SO3腐蚀、硫酸盐矿物质磨损、氧化硫烟气污染环境)。4.氧(O)、氮(N)：不可燃成分，有害成分(降低燃料发热量，燃烧生成NOx污染环境)。5.水分(M)：不可燃成分。有害成分(降低燃料热值，影响着火、燃烧，增加排烟热损失，加剧尾部受热面低温腐蚀、堵灰)。6.灰分(A)：不可燃成分。有害成分(降低燃料热值，影响着火、燃烧，导致受热面磨损、3结焦、腐蚀、堵灰)。(二)工业分析成分——通过燃料干燥、加热、和燃烧方式确定的主要成分含量：1.全水分/(M)：煤样在102-105℃温度下干燥2小时后，失去的重量。即应用基水分(My)或收到基水分(Mar)2.挥发分(V)：失去水分的煤样在隔绝空气下加热到850±20℃，约7分钟，使燃料中的有机质分解析出后，所失去的重量。主要成份为碳氢化合物、氢、一氧化硫、硫化氢等可燃气体和少量氧、二氧化碳、氮等不可燃物。3.固定碳(C)和灰分(A)：失去水分和挥发分的煤样(焦炭)在空气中加热到850±25℃，燃烧约2小时，所失去的重量为固定碳(C)，剩下的重量为灰分(A)。(三)成分基准1.应用基(y)或收到基(ar)——以进入锅炉设备的工作燃料作为基准来代表各成分的质量百分数(%)：Cy+Hy+Oy+Ny+Sy+My+Ay=100或GB/T10180：Car+Har+Oar+Nar+Sar+Mar+Aar=1002.分析基(f)——以实验室经过自然干燥后的煤分析试样作为基准来代表各成分的质量百分数(%)：Cf+Hf+Of+Nf+Sf+Mf+Af=1003.干燥基(g)——以去掉全水分后的煤样作为基准来代表各成分的质量百分数(%)：Cg+Hg+Og+Ng+Sg+Ag=100干燥基主要反映煤中灰分的含量。4.可燃基(r)——以去掉水分和灰分的煤样作为基准来代表各成分的质量百分数(%)：4Cr+Hr+Or+Nr+Sr=100干燥基主要反映煤中挥发分的多少。二、煤的发热量(一)燃料发热量：单位量的燃料在完全燃烧时所释放出的热量(固体、液体燃料：kj/kg，气体燃料：kj/Nm3)。分高位发热量(Qg)和低位发热量(Qd)。高位发热量(Qg)：包含了燃料产物中全部水蒸气凝结成水所释放的汽化潜热；低位发热量(Qd)：扣除高位发热量(Qg)中汽化潜热(γ=2510kj/kg)后的发热量。Qyd=Qyg－γ(9Hy+My)=Qyg－25.1(9Hy+My)锅炉热力计算中采用低位发热量(Qd)，并且通常都按工作燃料的应用基(Qyd)ACHONSMfM-Mf灰分固定碳挥发分(V)全水分(M)焦碳挥发性物质可燃基(r)干燥基(g)分析基(f)应用基(y)氢碳氧硫氮煤中各种成分及其含量百分比的基准之间的关系5计算。(二)发热量的测量：固体、液体发热量一般用氧弹测热计测量高位发热量(Qyg)并通过计算和修正求得。煤的发热量测量按GBT213-2003《煤的发热量测定方法》进行。(三)发热量的估算：在缺少发热量实测数据时，燃料的发热量可按下列各式估算：1．固、液体燃料按元素分析估算公式(门捷列夫公式)：Qyd=339Cy+1105.1Hy-108.8(Oy-Sy)-25.1My2．三类常用煤种按分析基估算公式：(1)无烟煤(Vr≤8%)Qfd=334.9[100-(Mf+Af)]+4.186K0-41.86AfK0—计算系数，见下表：可燃基挥发分Vr(%)≤2.5＞2.5－5.0＞5.0－7.5＞7.5K0200300400500(2)烟煤(Vr≈10－45%)Qfd=K1[100-(Mf+Af)]-25.1Af-167.4MfK1—计算系数，见下表：可燃基挥发分Vr(%)＞10－14＞14－18＞18－22＞22－28＞28－32＞32－36＞36－40＞40－55K1353.7－359.9343.2－359.9330.6－364.2326.5－362318.1－359.9311.8－357.9311.8－351.6309.7－347.4(3)褐煤(Vr≈40－60%)Qfd=293[100-(Mf+Af)]+4.186K2-20.9AfK2—计算系数，见下表：可燃基挥发分Vr(%)＞37－44＞44－48＞48－55＞55－60＞60K250－100－300－400－5506第二章燃烧计算和热平衡计算一、完全燃烧理论空气量和过量空气系数(一)理论空气量(V0)：1kg固体、液体燃料或1Nm3气体燃料完全燃烧所需要的空气量称为理论空气量。理论空气量由完全燃烧(C、H、S)化学反应方程式求得：1．固体、液体燃料完全燃烧理论空气量V0=0.0889(Cy+0.375Sy)+0.265Hy-0.0333Oy(m3/kg)———————————————————————————————计算过程如下：(1)碳(C)：C+O2=CO2+QC1molC+1molO2=1molCO2+QC按理想气体，1mol容积为0.0224Nm3（22.4NL）得：12.01gC+0.0224Nm3O2=0.0224Nm3CO2+QC（j）12.01kgC+22.4Nm3O2=22.4Nm3CO2+QC（kj）1kgC+1.866Nm3O2=1.866Nm3CO2+32700kj即：1kgC完全燃烧后需要消耗1.866Nm3O2，则应用基燃料中含有的Cy/100kg碳，完全燃烧后需要消耗1.866Cy/100Nm3氧（O2）。(2)氢(H)：2H2+O2=2H2O+QH2molH2+1molO2=2molH2O+QH4kgH2+22.4Nm3O2=2*22.4Nm3H2O+QH1kgH2+5.56Nm3O2=11.2Nm3H2O+120000kj即：1kgH2完全燃烧后需要消耗5.56Nm3O2，则应用基燃料中含有的Hy/100kg氢，完全燃烧后需要消耗5.56Hy/100Nm3氧(O2)。7(3)硫(S)：S+O2=SO2+QS1molS+1molO2=1molSO2+QS32kgS+22.4Nm3O2=22.4Nm3SO2+QS1kgS+0.7Nm3O2=0.7Nm3SO2+9040kj即：1kgS完全燃烧后需要消耗0.7Nm3O2，则应用基燃料中含有的Sy/100kg硫，完全燃烧后需要消耗0.7Sy/100Nm3氧(O2)。(4)氧(O2)：应用基燃料中含有的Oy/100kg氧，即0.7Oy/100Nm3氧（1mol理想气体O2=32g（0.032kg）容积为22.4NL（0.0224Nm3，即0.7Nm3/kg）。所以，1kg燃料完全燃烧需氧量为以上4项相加：V0O2=V0(C)+V0((H2)+V0(S)-V0(O2)V0O2=1.866Cy/100+5.56Hy/100+0.7Sy/100-0.7Oy/100按空气中氧含量21%（体积%）计算，1kg燃料完全燃烧需空气量为V0=V0O2/21%=[1.866Cy/100+5.56Hy/100+0.7Sy/100-0.7Oy/100]/21%V0=0.0889(Cy+0.375Sy)+0.265Hy-0.0333Oy(m3/kg)—————————————————————————————————2．气体燃料完全燃烧理论空气量V0=0.0476[0.5CO+0.5H2+1.5H2S+∑(m+n/4)CmHm-O2](m3/m3)(二)过量空气系数α(或β)为了使燃料能够尽量燃烧完全，减少不完全燃烧损失，实际送入炉内的空气量(Vk)通常大于理论空气量(V0)，二者之比即为过量空气系数α。α=Vk/V0(或β)(烟气计算时用α，空气计算时用β)对于负压燃烧、平衡通风的锅炉，过量空气系数α包括漏风系数⊿α，即8α=αl+⊿ααl——炉膛出口处过量空气系数；⊿α——1kg燃料漏风量(⊿Vk)与理论空气量(V0)之比。二、烟气的成分和数量（一）烟气的成分组成：——可燃元素C、H、S完全燃烧产物CO2、H2O、SO2；——燃料和空气中的N2；——过量空气中的剩余O2；——水蒸气。（二）完全燃烧烟气容积：Vy=VCO2+VSO2+VN2+VO2+VH2O(Nm3/kg)其中，干烟气容积Vgy=VCO2+VSO2+VN2+VO2则Vy=Vgy+VH2O三原子气体(CO2、SO2)容积VRO2=VCO2+VSO2则Vy=VRO2+VN2+VO2+VH2O当α＞1时VN2=V0N2+0.79(α-1)V0V0N2——理论氮(N2)容积VH2O=V0H2O+0.0161(α-1)V0V0H2O——理论水(H2O)容积VO2=0.21(α-1)V0则Vy=VRO2+V0N2+(α-1)V0+VH2OVgy=VRO2+V0N2+(α-1)V091．固体、液体燃料完全燃烧：VCO2=1.866Cy/100VSO2=0.7Sy/100则VRO2=1.866/100(Cy+0.375Sy)V0N2=0.79V0+0.8/100NyV0H2O=0.111Hy+0.124My+0.0161V02．气体燃料完全燃烧：V0N2=0.79V0+N2/100(Nm3/Nm3)V0H2O=0.01[H2S+H2+∑(n/2)CmHm+0.124dq]+0.016V0(Nm3/Nm3)dq——气体燃料湿度(g/m3)VRO2=0.01[CO2+CO+H2S+∑mCmHm]（三）不完全燃烧(生成CO)烟气容积：Vy=VRO2+VCO+VN2+VO2+VH2O(Nm3/kg)Vgy=VRO2+VCO+VN2+VO2Vgy=(1.866/100)(Cy+0.375Sy)/(CO2+SO2+CO)CO2+SO2+CO——烟气分析中测得的成分容积百分比VH2O=V0H2O+0.0161(α-1)V0三、根据烟气分析确定过量空气系数(一)完全燃烧方程式当固体、液体燃料完全燃烧时，根据烟气分析测得的RO2和O2与燃料元素自称之间的关系式：21-O2=(1+β)RO210β=2.35(Hy-0.126Oy+0.038Ny)/(Cy+0.375Sy)，β只取决于燃料元素组成，故称为燃料特性系数。(二)氧公式在燃料一定时，在完全燃烧情况下，O2含量与过量空气系数之间的函数关系式(根据完全燃烧产物及完全燃烧方程式推导)：α≈21/(21-O2)意义：过量空气系数直接影响锅炉运行的经济性，根据测定烟气中的O2含量，快速、准确测定过量空气系数，从而调节燃烧工况，监督锅炉经济运行。四、烟气的焓焓——工质的内能和压能(流动能)之和，是一个取决于工质状态的参数。烟气焓——随烟气流动转移的能量烟气焓=理论烟气焓+过量空气焓+飞灰焓。即Iy=I0y+(α-1)I0k+Ifh(kj/kg)其中，理论烟气焓：I0y=VRO2(ct)RO2+VN2(ct)N2+V0H2O(ct)H2Ot——烟气温度(℃)(ct)RO2、(ct)N2、(ct)H2O——气体焓(查表取值)理论空气气焓：I0k=V0k(ct)k(ct)k——空气焓(查表取值)飞灰焓：Ifh=αfh)(ct)hAy/100αfh——飞灰系数(或飞灰质量百分比)，(ct)h——灰焓(查表取值)。五、锅炉机组热平衡(一)热平衡方程式Qr=Q1+Q2+Q3+Q