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第三章 锅炉热平衡第1页，本讲稿共58页第一节第一节 锅炉热平衡的概念锅炉热平衡的概念第2页，本讲稿共58页一、锅炉热平衡概念一、锅炉热平衡概念 在稳定工况下，输入锅炉的热量与输出在稳定工况下，输入锅炉的热量与输出锅炉的热量相平衡，锅炉的这种热量收、锅炉的热量相平衡，锅炉的这种热量收、支平衡关系，就称为锅炉热平衡。支平衡关系，就称为锅炉热平衡。第3页，本讲稿共58页输入锅炉的热量：输入锅炉的热量：伴随燃料送入锅炉的热量；伴随燃料送入锅炉的热量；输出锅炉的热量：输出锅炉的热量：分成两部分，一是锅炉有效利用热量，二分成两部分，一是锅炉有效利用热量，二是锅炉各项热损失。是锅炉各项热损失。第4页，本讲稿共58页输入锅炉的热量输入锅炉的热量=输出锅炉的热量输出锅炉的热量有效利用热量有效利用热量锅炉热损失锅炉热损失第5页，本讲稿共58页锅炉热平衡方程式为：锅炉热平衡方程式为：第6页，本讲稿共58页 将上述式变成以百分数表示的热平衡方程式，将上述式变成以百分数表示的热平衡方程式，即：即：第7页，本讲稿共58页第8页，本讲稿共58页二、正、反平衡求锅炉热效率二、正、反平衡求锅炉热效率1、正平衡法求锅炉热效率、正平衡法求锅炉热效率测定输入热量测定输入热量 和有效利用热量和有效利用热量 ：第9页，本讲稿共58页2、反平衡法求锅炉热效率、反平衡法求锅炉热效率第10页，本讲稿共58页第二节第二节 锅炉的输入热量及有效利用热量锅炉的输入热量及有效利用热量第11页，本讲稿共58页一、锅炉的输入热量一、锅炉的输入热量 对应于对应于1kg燃料输入锅炉的热量，包括燃料收到基低燃料输入锅炉的热量，包括燃料收到基低位发热量、燃料的物理显热、外来热源加热空气时带入位发热量、燃料的物理显热、外来热源加热空气时带入的热量和雾化燃油所用蒸汽带入的热量，即：的热量和雾化燃油所用蒸汽带入的热量，即：第12页，本讲稿共58页1、燃料的物理显热、燃料的物理显热 由于温度升高或降低燃料吸收或放出由于温度升高或降低燃料吸收或放出的热量，即：的热量，即：第13页，本讲稿共58页 燃料的物理显热一般很小，通常忽略燃料的物理显热一般很小，通常忽略不计。只有当外来热源加热燃料或固体燃不计。只有当外来热源加热燃料或固体燃料水分料水分 时，才计入该项。时，才计入该项。第14页，本讲稿共58页2、外来热源加热空气时带入的热量、外来热源加热空气时带入的热量 （如在暖风器中利用汽轮机抽汽加热冷空（如在暖风器中利用汽轮机抽汽加热冷空气）气）第15页，本讲稿共58页3、雾化燃油所用蒸汽带入的热量、雾化燃油所用蒸汽带入的热量第16页，本讲稿共58页对于燃煤锅炉，如燃料和空气都没有利用对于燃煤锅炉，如燃料和空气都没有利用外部热源进行预热，且燃煤水分外部热源进行预热，且燃煤水分 则锅炉输入热量等于煤的收到基低位发热则锅炉输入热量等于煤的收到基低位发热量，即：量，即：第17页，本讲稿共58页二、锅炉有效利用热量二、锅炉有效利用热量 水和蒸汽流过受热面时吸收的热量，包水和蒸汽流过受热面时吸收的热量，包括过热蒸汽的吸热、再热蒸汽的吸热、饱括过热蒸汽的吸热、再热蒸汽的吸热、饱和蒸汽的吸热和汽包连续排污时污水的吸和蒸汽的吸热和汽包连续排污时污水的吸热。热。第18页，本讲稿共58页 当锅炉排污量不超过蒸发量的当锅炉排污量不超过蒸发量的2%时，排时，排污水热量可忽略不计。污水热量可忽略不计。第19页，本讲稿共58页第三节第三节 锅炉各项热损失锅炉各项热损失第20页，本讲稿共58页 反平衡求效率法：通过测定锅炉的各项热损失，从而计反平衡求效率法：通过测定锅炉的各项热损失，从而计算出锅炉热效率的方法。算出锅炉热效率的方法。计算公式如下：计算公式如下：第21页，本讲稿共58页一、固体未固体未完全燃烧热损失完全燃烧热损失 1、概念：、概念：由于灰中含有未燃烧或未燃尽的碳造成的由于灰中含有未燃烧或未燃尽的碳造成的热损失和使用中速磨煤机时排出的石子煤热损失和使用中速磨煤机时排出的石子煤的热损失，又称为机械未完全燃烧热损失。的热损失，又称为机械未完全燃烧热损失。第22页，本讲稿共58页2、组成、组成炉渣中未燃尽的碳粒所造成的热损失炉渣中未燃尽的碳粒所造成的热损失 ；飞灰中未燃尽的碳粒所造成的热损失飞灰中未燃尽的碳粒所造成的热损失 ；沉降灰中未燃尽的碳粒所造成的热损失沉降灰中未燃尽的碳粒所造成的热损失 ；中速磨煤机排出石子煤的热损失中速磨煤机排出石子煤的热损失 。即：即：第23页，本讲稿共58页3、选取、选取 在设计锅炉时，固体未完全燃烧热损失不在设计锅炉时，固体未完全燃烧热损失不能计算，只能按经验推荐值来选取能计算，只能按经验推荐值来选取。无烟煤：无烟煤：4%6%；贫煤：贫煤：2%3%；烟煤：烟煤：1%1.5%；褐煤：褐煤：0.5%1%；液态排渣锅炉：液态排渣锅炉：0.5%4%；燃油炉：燃油炉：0%第24页，本讲稿共58页4、影响因素、影响因素 燃料性质、燃烧方式、燃料性质、燃烧方式、过量空气系数、炉过量空气系数、炉膛结构、锅炉负荷及运行工况等。膛结构、锅炉负荷及运行工况等。第25页，本讲稿共58页燃料性质：灰分、水分越大，挥发分越小，燃料性质：灰分、水分越大，挥发分越小，燃料着火越困难，燃尽程度越差，固体未燃料着火越困难，燃尽程度越差，固体未完全燃烧热损失越大；完全燃烧热损失越大；炉膛结构：炉膛结构决定了煤粉在炉内停炉膛结构：炉膛结构决定了煤粉在炉内停留的时间和风粉混合的质量，从而影响到留的时间和风粉混合的质量，从而影响到q q4 4。第26页，本讲稿共58页锅炉负荷：锅炉负荷：锅炉负荷过高时，单位时间送入炉内的锅炉负荷过高时，单位时间送入炉内的煤粉量和空气量都增加，风粉运动速度升煤粉量和空气量都增加，风粉运动速度升高，煤粉停留时间缩短，使固体未完全燃高，煤粉停留时间缩短，使固体未完全燃烧热损失增大；烧热损失增大；锅炉负荷较低时，炉膛温度降低，燃烧锅炉负荷较低时，炉膛温度降低，燃烧反应速度减小，使固体未完全燃烧热损失反应速度减小，使固体未完全燃烧热损失增大。增大。第27页，本讲稿共58页 运行时的过量空气系数运行时的过量空气系数：当当 较小时，随着较小时，随着 的增大，的增大，固体未完全燃烧热损固体未完全燃烧热损失不断减小；当失不断减小；当 较大时，随着较大时，随着 的增大，炉温降低，的增大，炉温降低，燃烧速度及强度受到影响，燃烧速度及强度受到影响，固体未完全燃烧热损失会固体未完全燃烧热损失会逐渐增加。逐渐增加。煤粉细度：煤粉颗粒越细小，燃料越容易燃煤粉细度：煤粉颗粒越细小，燃料越容易燃烧及燃尽，固体未完全燃烧热损失越小。烧及燃尽，固体未完全燃烧热损失越小。第28页，本讲稿共58页二、气体未完全燃烧热损失气体未完全燃烧热损失 1、概念：、概念：锅炉排烟中含有残余的可燃气体（锅炉排烟中含有残余的可燃气体（CO、CH4、H2、CmHn等）未能放出其燃烧热能所造成的热量损失。等）未能放出其燃烧热能所造成的热量损失。第29页，本讲稿共58页2、影响因素、影响因素 燃煤挥发分含量、炉内过量空气系数、燃煤挥发分含量、炉内过量空气系数、炉膛温度、炉膛结构及燃烧器布置、炉内炉膛温度、炉膛结构及燃烧器布置、炉内空气动力工况等。空气动力工况等。第30页，本讲稿共58页燃煤挥发分含量高，炉内可燃气体多，燃煤挥发分含量高，炉内可燃气体多，。过量空气系数过小，氧气供应不足，过量空气系数过小，氧气供应不足，；过量空气；过量空气系数过大，炉温降低，影响燃烧反应，系数过大，炉温降低，影响燃烧反应，。炉膛结构及燃烧器布置不合理，炉膛有死角或烟炉膛结构及燃烧器布置不合理，炉膛有死角或烟气在炉内停留时间过短，炉内空气动力场不好，气在炉内停留时间过短，炉内空气动力场不好，都会使都会使 。锅炉负荷过低会使炉温降低，负荷过高使可燃气锅炉负荷过低会使炉温降低，负荷过高使可燃气体或烟气在炉内停留时间减少，体或烟气在炉内停留时间减少，。第31页，本讲稿共58页 在进行锅炉设计时，在进行锅炉设计时，q3可按经验数据选可按经验数据选用。一般，固态排渣煤粉炉，用。一般，固态排渣煤粉炉，q3=0%；燃油；燃油或燃气炉或燃气炉q3=0.5%第32页，本讲稿共58页三、排烟热损失三、排烟热损失1、概念、概念 烟气在离开锅炉的最后受热面时，还烟气在离开锅炉的最后受热面时，还具有相当高的温度，这部分由排出烟气具有相当高的温度，这部分由排出烟气带走的热量称为锅炉排烟热损失。带走的热量称为锅炉排烟热损失。第33页，本讲稿共58页 排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的一项，对大、中型锅炉为一项，对大、中型锅炉为4%8%。第34页，本讲稿共58页2 2、影响因素、影响因素 影响排烟热损失的主要因素是：影响排烟热损失的主要因素是：排烟容积排烟容积 排烟温度排烟温度第35页，本讲稿共58页（1 1）排烟容积的影响）排烟容积的影响 对于一定的燃料，排烟容积取决于炉内对于一定的燃料，排烟容积取决于炉内过量空气系数及漏风系数。过量空气系数及漏风系数。炉内过量空气系数或者炉内过量空气系数或者沿烟气流程漏风量沿烟气流程漏风量增大，会使炉膛的烟气容积增加，从使排增大，会使炉膛的烟气容积增加，从使排烟热损失增加。烟热损失增加。第36页，本讲稿共58页漏风的存在使漏风点处的烟气温度降低，漏风的存在使漏风点处的烟气温度降低，从而使漏风点以后的受热面换热量减少，从而使漏风点以后的受热面换热量减少，进而造成排烟温度升高，排烟热损失增加。进而造成排烟温度升高，排烟热损失增加。第37页，本讲稿共58页（2）排烟温度的影响）排烟温度的影响 燃料性质、受热面积灰、结渣或结垢均燃料性质、受热面积灰、结渣或结垢均会影响锅炉的排烟温度。会影响锅炉的排烟温度。当煤中水分和硫分较高时，为了避免或当煤中水分和硫分较高时，为了避免或减轻尾部受热面的低温腐蚀，会采用较高减轻尾部受热面的低温腐蚀，会采用较高的排烟温度。受热面积灰、结渣或结垢会的排烟温度。受热面积灰、结渣或结垢会使传热减弱，促使排烟温度升高，排烟热使传热减弱，促使排烟温度升高，排烟热损失增加。损失增加。第38页，本讲稿共58页排烟温度的选取：排烟温度的选取：排烟温度每增加排烟温度每增加1520，排烟热损失增，排烟热损失增大大1%，故降低排烟温度可使锅炉热经济性，故降低排烟温度可使锅炉热经济性增加。另一方面，排烟温度的降低需设计增加。另一方面，排烟温度的降低需设计更多的锅炉尾部受热面，这样会增大锅炉更多的锅炉尾部受热面，这样会增大锅炉的金属消耗量和烟气流动阻力；同时，排的金属消耗量和烟气流动阻力；同时，排烟温度太低还会引起尾部受热面低温腐蚀，烟温度太低还会引起尾部受热面低温腐蚀，因而排烟温度不允许降的太低。近代大型因而排烟温度不允许降的太低。近代大型电厂锅炉的排烟温度为电厂锅炉的排烟温度为120160。第39页，本讲稿共58页（3）最佳过量空气系数）最佳过量空气系数第40页，本讲稿共58页 四、散热损失四、散热损失1、概念、概念 锅炉运行时，锅炉炉墙、金属结构以锅炉运行时，锅炉炉墙、金属结构以及锅炉范围内的烟风道、汽水管道和联及锅炉范围内的烟风道、汽水管道和联箱等向四周环境中散失的热量造成的损箱等向四周环境中散失的热量造成的损失。失。第41页，本讲稿共58页2、散热损失的确定、散热损失的确定（1）额定蒸发量下散热损失的确定）额定蒸发量下散热损失的确定 通过经验曲线查取。通过经验曲线查取。第42页，本讲稿共58页第43页，本讲稿共58页（2）非额定工况下散热损失的确定）非额定工况下散热损失的确定第44页，本讲稿共58页3 3、影响因素、影响因素 锅炉额定蒸发量（即锅炉容量）、锅炉锅炉额定蒸发量（即锅炉容量）、锅炉实际蒸发量（即锅炉负荷）、锅炉外表面实际蒸发量（即锅炉负荷）、锅炉外表面积、水冷壁和炉墙结构、管道保温以及环积、水冷壁和炉墙结构、管道保温以及环境情况等。境情况等。第45页，本讲稿共58页锅炉容量越大，散热面积越大，锅炉散锅炉容量越大，散热面积越大，锅炉散热量的绝对值（热量的绝对值（）越大。但散热损失）越大。但散热损失 减小，这是由于锅炉容量增大时，燃料消减小，这是由于锅炉容量增大时，燃料消耗量大致成比例增加，但锅炉外表面积和耗量大致成比例增加，但锅炉外表面积和炉膛温度并不随锅炉容量成比例增加，从炉膛温度并不随锅炉容量成比例增加，从而使单位燃料量的外表面积是减少的，故而使单位燃料量的外表面积是减少的，故散热损失减少。散热损失减少。第46页，本讲稿共58页锅炉负荷越低，相对的散热损失越大。这锅炉负荷越低，相对的散热损失越大。这是由于锅炉外表面积不发生变化，同时外是由于锅炉外表面积不发生变化，同时外表面温度降低的幅度也低于负荷降低的幅表面温度降低的幅度也低于负荷降低的幅度，故锅炉散热总量变化不大，但相对于度，故锅炉散热总量变化不大，但相对于单位负荷散热损失却是增大的。单位负荷散热损失却是增大的。第47页，本讲稿共58页锅炉的水冷壁和炉墙结构越严密紧凑，保锅炉的水冷壁和炉墙结构越严密紧凑，保温性能越好，周围空气温度越高且流动缓温性能越好，周围空气温度越高且流动缓慢，散热损失越小。慢，散热损失越小。对于较大容量的锅炉，散热损失一对于较大容量的锅炉，散热损失一般小于般小于0.5%0.5%。第48页，本讲稿共58页 五、灰渣物理热损失五、灰渣物理热损失1、概念、概念 炉渣、飞灰与沉降灰排出锅炉设备时所炉渣、飞灰与沉降灰排出锅炉设备时所造成的热量损失。造成的热量损失。第49页，本讲稿共58页2、影响因素、影响因素 排渣量、排渣温度排渣量、排渣温度 煤粉锅炉的排渣量及排渣温度与燃料燃煤粉锅炉的排渣量及排渣温度与燃料燃烧方式有关，固态排渣锅炉渣量少，排渣烧方式有关，固态排渣锅炉渣量少，排渣温度低；液态排渣锅炉渣量较多，温度高。温度低；液态排渣锅炉渣量较多，温度高。第50页，本讲稿共58页 对于固态排渣煤粉炉，只有当燃料灰分对于固态排渣煤粉炉，只有当燃料灰分很高时，即很高时，即时才考虑灰渣物理热损失的影响。时才考虑灰渣物理热损失的影响。第51页，本讲稿共58页第四节第四节 锅炉燃料消耗量锅炉燃料消耗量第52页，本讲稿共58页一、锅炉燃料消耗量一、锅炉燃料消耗量1、实际燃料消耗量、实际燃料消耗量 锅炉每小时实际耗用的燃料量，简称为锅炉每小时实际耗用的燃料量，简称为燃料消耗量，符号为燃料消耗量，符号为B，单位为，单位为kg/h。用于进行燃料输送系统和制粉系统的计算。用于进行燃料输送系统和制粉系统的计算。第53页，本讲稿共58页2、计算燃料消耗量、计算燃料消耗量 考虑到固体未完全燃烧热损失的存在，考虑到固体未完全燃烧热损失的存在，而在炉膛内实际参与燃烧反应的燃料消耗而在炉膛内实际参与燃烧反应的燃料消耗量，符号为量，符号为Bj，单位为，单位为kg/h。用于计算空气需要量和烟气容积等。用于计算空气需要量和烟气容积等。第54页，本讲稿共58页二、煤耗率二、煤耗率1、原煤煤耗率、原煤煤耗率 发电厂或机组生产发电厂或机组生产 的电能所消耗的原煤量，的电能所消耗的原煤量，用符号用符号b表示，单位为表示，单位为 即即N发电厂或机组每小时生产的电能。发电厂或机组每小时生产的电能。第55页，本讲稿共58页2、标准煤耗率、标准煤耗率 发电厂或机组生产发电厂或机组生产 的电能所消耗的标准煤量，的电能所消耗的标准煤量，用符号用符号 表示，单位表示，单位 即即第56页，本讲稿共58页得：得：又由于：又由于：第57页，本讲稿共58页 标准煤耗率是全厂或整台发电机组的经济指标，标准煤耗率是全厂或整台发电机组的经济指标，它与锅炉、汽轮机、发电机等设备及其系统的运行经它与锅炉、汽轮机、发电机等设备及其系统的运行经济性有关。济性有关。高压电厂：高压电厂：超高压电厂：超高压电厂：亚临界压力电厂：亚临界压力电厂：超临界压力电厂：超临界压力电厂：第58页，本讲稿共58页