锅炉03燃料燃烧计算与锅炉热平衡

主讲：王子兵副教授河北理工大学本科优秀课程第三章燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡完全燃烧计算烟气分析不完全燃烧计算锅炉过量空气系数的确定空气和燃烧产物的焓锅炉热平衡计算第一节完全燃烧计算一、完全燃烧的计算内容1.----------2.----------3.----------4.----------第一节完全燃烧计算二、空气量计算1.理论空气量：固体、液体燃料计算公式1007.01007.010055.5100866.121.010ararararQSHCVararararOHSC0333.0265.0375.00889.0L0=1.293V0=0.115Kar+0.342Har-0.043Oar1.实际空气量第一节完全燃烧计算22205.145.05.021.01OSHHCnmCOHVnm气体燃料计算公式理论空气量为干空气第一节完全燃烧计算2.实际空气量过量空气系数和漏风系数实际空气量与理论空气量的比值称为过量空气系数，用α或β表示，即过量空气系数0VV0VV或第一节完全燃烧计算各部件所处烟道内漏入的空气量与理论空气量的比值，称为该烟道的漏风系数，表示如下：0VV锅炉各烟道漏风系数的大小取决于负压的大小及烟道的结构型式，一般为0.01～0.1。漏风系数第一节完全燃烧计算3.实际空气量控制关键烟风流程气体流量变化炉膛出口过剩空气系数:燃烧完成的位置固态排渣：挥发分较低的煤:1.2-1.25烟煤、褐煤：1.15-1.2三、烟气量计算第一节完全燃烧计算1.基本概念理论烟气量实际烟气量干烟气量第一节完全燃烧计算理论烟气量:包含的基本物质实际烟气量:包含的基本物质000010161.012222222VVVVVVVVVVOHNROOHONROy0001016.1222VVVVOHNROm3／kg)/(,3000002222kgmVVVVVVOHNROOHgyy干烟气量：理论干烟气、实际干烟气量第二节不完全燃烧计算不完全燃烧烟气量:基本物质3-30、3-323-36三原子气体容积份额3-37、3-38飞灰浓度3-39、3-40第三节烟气分析对于一台正在运行中的锅炉，如何知道实际送入锅炉的空气量？如何知道空气量是否合适？锅炉燃烧调整？答案：通过实时、在线监测锅炉过量空气系数。炉膛出口及烟道各处的过量空气系数？烟气分析测出某处的烟气成分，再由过量空气系数的计算式算出。第三节烟气分析实际干烟气的基本物质3-41至3-48烟气分析的意义判断燃烧状态判断空气过剩系数判断漏风情况烟气分析手段：吸收剂吸收燃烧吸收色谱分析导热性导磁性导电性光学性第三节烟气分析化学方法物理方法图1烟气成分分析仪第三节烟气分析图2煤质元素分析仪第三节烟气分析第三节烟气分析奥式气体分析仪工作原理按测试结果计算干烟气量3-50三原子气体较准、CO不准第三节烟气分析CO的测定方法-不完全燃烧方程式3-53完全燃烧时，RO2与O2的关联3-55完全燃烧时，RO2的最大值3-56经简化2max2)(RORO22121O)(100792121222OROO第三节烟气分析完全燃烧时实际空气过剩系数广泛采用22121O第三节烟气分析用的较少2max2)(ROROCOOROCOO2221005.0792121第五节锅炉运行状态下过量空气系数的确定不完全燃烧时过量空气系数测试计算式。不完全燃烧时实际空气过剩系数第六节空气和燃烧产物焓的计算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。相应于1kg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第六节空气和燃烧产物焓的计算空气、烟气焓值的定义kkkcVII)(00空气焓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10g水。第六节空气和燃烧产物焓的计算理论烟气焓OHOHNNROROycVcVcVI22)()()(02022201m3的成分在温度时θ的焓值，查表。烟气焓的计算VyVy0VRO2V0N2V0H2O(α-1)V0标米干空气的湿空气/公斤第六节空气和燃烧产物焓的计算烟气的组成热力学：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第六节空气和燃烧产物焓的计算hfharfhcaAI)(100飞灰热焓值Ifh第六节空气和燃烧产物焓的计算烟焓表通过燃烧产物的焓值的计算，列出焓值与温度对应的表格（编程计算），是锅炉热力计算的基础：即),(fIy第七节锅炉机组的热平衡计算锅炉热平衡指在稳定运行状态下，锅炉输入热量与输出热量及各项热损失之间的热量平衡。热平衡是以1kg固体或液体燃料，或0℃、0.1MPa的1m3气体燃料为基础进行计算的。通过热平衡可知锅炉的有效利用热量、各项热损失，从而计算锅炉效率和燃料消耗量。一般的热平衡方程式为：654321QQQQQQQr,kJ/kg第七节锅炉机组的热平衡计算式中：Qr–—锅炉输入热量Q1–—锅炉有效利用的热量Q2–—排烟热损失Q3–—可燃气体不完全燃烧热损失Q4–—固体不完全燃烧热损失Q5–—锅炉散热损失Q6–—其他热损失将上述方程用方程右侧各项热量占输入热量的比值百分数来表示，则为%100654321qqqqqq第七节锅炉机组的热平衡计算其中：riiQQq锅炉输入热量是由锅炉范围以外输入的热量，不包括锅炉范围内循环的热量。zqwrrnetarrQQiQQ,第七节锅炉机组的热平衡计算式中：Qar,net–—燃料的收到基低位发热量（kJ/kg）ir–—燃料物理显热（kJ/kg）Qwr–—外来热源加热空气时带入的热量（kJ/kg）Qzq–—雾化燃油所用蒸汽带入的热量（kJ/kg）各项热量的计算公式为：第七节锅炉机组的热平衡计算ir=cp,artr式中：Cp,ar–—燃料的收到基比定压热容，kJ/（kg•℃）；tr–—燃料温度，℃；当用外来热源加热燃料时，（用蒸汽加热重油或蒸汽干燥器等）及开式系统使燃料干燥时，应计算此项，并根据燃料的炉前状态取用tfu和燃料水分。若未经预热，则只有当时才须计算，此时可取tr=℃。%628,netararQM表4燃料干燥基比热容kJ/（kg•℃）燃料温度（℃）0100200300400无烟煤和贫煤0.920.961.051.131.17烟煤0.961.091.261.42褐煤1.091.261.46页岩1.051.131.30切铲泥1.301.511.80第七节锅炉机组的热平衡计算固体燃料比热容Car,fu为：)℃/(,100187.4100100,kgkJMMCCarardrfuar式中：Ｃdr–—燃料干燥基比热容，kJ/（kg•℃），按表4-7取用。锅炉有效利用热'''''11zrzrzrgsgrgriiDiiDBQgspwgszyzyiiDiiD'第七节锅炉机组的热平衡计算锅炉有效利用热指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。锅炉有效利用热Q1为：1001rglQQ，%第七节锅炉机组的热平衡计算锅炉热效率的确定有两种方法。一种为由锅炉热效率的定义直接获得，即为锅炉的有效利用热与锅炉送入热量之比：这种方法称为正平衡法。锅炉效率)(100654321qqqqqqgl第七节锅炉机组的热平衡计算锅炉设计或热效率试验时常用反平衡法，即求出各项热损失后，用下式求得：锅炉正平衡试验法简单易行，对于热效率较低的工业锅炉（η80％）比较准确；反平衡法较复杂，但通过各项热损失的测定和分析，可以找出提高锅炉经济性的途径。第七节锅炉机组的热平衡计算固体不完全燃烧热损失q4燃料中未燃烧或未燃尽碳造成的热损失，这些碳残留在灰渣中，也称为机械未完全燃烧损失或未燃碳损失。针对不同燃烧方式，燃料燃烧生成不同形式的灰渣，固体不完全燃烧热损失q4的计算公式为：第七节锅炉机组的热平衡计算残碳存在的部位火床炉：炉膛炉渣、烟道沉降灰、排烟飞灰煤粉炉：炉膛炉灰、烟道沉降灰、排烟飞灰、制粉系统所排石子循环流化床炉：炉膛炉灰、烟道沉降灰、灰阀排灰、排烟飞灰第七节锅炉机组的热平衡计算运行时测定灰量分布,进行灰分平衡计算可得q4测定灰量(含灰)测定灰含碳量灰分平衡式计算飞灰灰量lmlmlmlzlzlzCCaCCaq1001004rarfhfhfhyhyhyhQACCaCCa32700100100,%第七节锅炉机组的热平衡计算对于火床炉1fhyhlhaaararfhfhfhyhyhyhlhlhlhQACCaCCaCCaq327001001001004,%第七节锅炉机组的热平衡计算对于煤粉炉1fhyhlhaaa第七节锅炉机组的热平衡计算设计锅炉时，可按燃料种类和燃烧方式选用，热力计算方法中有推荐值。对固态除渣煤粉炉：褐煤q4=1%，烟煤q4=2%，贫煤q4=3%，无烟煤q4=4%；燃油和燃气炉q4=0。影响q4的主要因素有：燃料的性质、燃烧方式、炉膛型式和结构、燃烧器设计和布置、炉膛温度、锅炉负荷、运行水平、燃料在炉内的停留时间和与空气的混合情况等。第七节锅炉机组的热平衡计算燃料消耗量实际燃料消耗量:B计算燃料消耗量:Bj=B(1-q4/100)这是由于CO、H2、CH4、等可燃气体未燃烧放热就随烟气离开锅炉而造成的热损失，也称化学不完全燃烧损失。锅炉运行中可用下式计算。,%1001001006685.201236375.0442423qCHCOROCHHCOQSCqrarar第七节锅炉机组的热平衡计算可燃气体不完全燃烧热损失q3式中：CO、H2、CH4–—干烟气中一氧化碳、氢气、甲烷的容积百分数，可从烟气分析测得，RO2–—干烟气中三原子气体容积百分比。正常燃烧时q3值很小。在进行锅炉设计时，q3值可按燃料种类和燃烧方式选取：煤粉炉q3=0，燃油和燃气炉q3=0.5%，火床炉q3=(0.5~1.0)%。影响q3的主要因素有：燃料的挥发分、炉膛过理空气系数、燃烧器结构和布置、炉膛温度和炉内空气动力工况等。第七节锅炉机组的热平衡计算排烟热损失q2rlkpypyQqIaIq402100,%第七节锅炉机组的热平衡计算式中Ipy–—排烟焓，kJ/kg–—进入锅炉的冷空气焓，按冷空气温度tlk=℃计算，kJ/kgαpy–—排烟处的过量空气系数，0lkI''1py这是锅炉排烟物理显热造成的热损失，等于排烟焓与入炉空气焓之差，即第七节锅炉机组的热平衡计算影响排烟损失的因素燃料性质积灰、结渣、结垢炉膛过量空气系数、漏风系数排烟温度第七节锅炉机组的热平衡计算最佳炉膛出口过量空气系数的涵义使q2+q3+q4最小的炉膛出口过量空气系数（理解图3-3）38.0.582.5ededDq第七节锅炉机组的热平衡计算额定蒸发量时的散热损失当锅炉在其他蒸发量运行时，应换算成实际散热损失q5DDqqeded,55式中：Ded、D—额定蒸发量和实际蒸发量q5,ed—额定蒸发量时的散热损失（%）查图或按下式计算第七节锅炉机组的热平衡计算其他热损失q6锅炉的其他热损失q6主要是灰渣物理显热损失，hzq6rhhzarhzQCaAq6灰渣物理显热损失用下式计算hzq6％式中：αhz—排灰渣量占入炉燃料总灰分的质量份额。燃料消耗量第七节锅