工业锅炉热工计算.ppt

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1、3.1 煤和油的燃烧计算,3.2 气体燃料的燃烧计算(自学),3.3 烟气焓的计算,3.4 锅炉机组热平衡,第3章 工业锅炉热工计算,3.5 锅炉机组热平衡计算示例(自学),3.1 煤和油的燃烧计算,基本假设： 1 . 空气、烟气均为理想气体，每kmol体积22.4Nm3； 2. 空气中只有O2和N2成分，其容积比为21:79 3 . 燃料完全燃烧,一 、理论空气量及过量空气系数 1. 理论空气量 的计算,第3章,3.1煤和油的燃烧计算,理论空气量的经验计算公式：p.47 2过量空气系数、实际空气量和漏风系数,（1）过量空气系数燃烧时实际供给空气量与理论空气量之比 炉膛出口处过量空气系数 为平

2、均值，与燃烧设备、燃料种类、燃烧方式等有关。层燃炉 ；室燃炉 （,（2）实际空气量： Nm3/kg,（3）漏风系数 锅炉运行时，炉中处于负压工作状态，炉外冷空气从炉墙、门孔几个受热面贯穿墙处漏入炉内，使炉内过量空气系数烟烟气流程逐,第3章,3.1煤和油的燃烧计算,渐增大，其值为：,各受热面漏风量： Nm3/kg,二、燃烧生成烟气量 完全燃烧时烟气成分是：CO2、SO2、H2O、N2,1理论烟气量的计算(=1)不含有O2,Nm3/kg,Nm3/kg（四个来源）,Nm3/kg,第3章,3.1煤和油的燃烧计算,理论烟气量的经验计算公式：p.50，313，314，315,2实际烟气量的计算(1)含有过

3、量O2,（1）过量空气中氧容积： Nm3/kg,（2）过量空气中氮容积： Nm3/kg,（3）过量空气中水蒸汽容积： Nm3/kg,(4)实际烟气量理论烟气量与过量空气之和,Nm3/kg,第3章,3.3 空气烟气焓计算,1理论空气的焓每kg固体(液体)燃料燃烧时所需理论空气量，在等压下，从0加热到 所需要的热量，单位kJ/kg,kJ/kg （查表33, P.68）,2理论烟气的焓每kg固体(液体)燃料燃烧后所生成理论烟气量,在等压下，从0加热到 所需要的热量，单位kJ/kg,kJ/kg,式中 等由表3-3查取（pp.68）,3实际烟气焓,（1）烟气中过量空气的焓： kJ/kg,（2）实际烟气的

4、焓： kJ/kg,第3章,3.3 烟气焓计算,afh入炉燃料灰分随烟气带出的灰分重量比，称飞灰份额，层燃炉afh0.20.3，煤粉炉afh0.850.9。只有当燃料中灰分很大时，才需加以考虑，即：,第3章,3.3 烟气焓计算,afh入炉燃料灰分随烟气带出的灰分重量比，称飞灰份额，层燃炉afh0.20.3，煤粉炉afh0.850.9。只有当燃料中灰分很大时，才需加以考虑，即：,第3章,3.4 锅炉机组的热平衡,第3章,锅炉热平衡是研究燃料的热量在锅炉中利用的情况，有多少被有效利用，有多少变成了热量损失，这些损失又表现在哪些方面以及它们产生的原因。研究的目的是为了有效地提高锅炉热效率。,热效率是锅

5、炉的重要技术经济指标，它表明锅炉设备的完善程度和运行管理的水平。提高锅炉热效率以节约燃料，是锅炉运行管理的一个重要方面。,为了全面评定锅炉的工作状况，必须对锅炉进行测试，这种试验称为锅炉的热平衡(或热效率)试验。通过测试进行分析概括了解锅炉热效率的影响因素得出较先进的运行经验数据，作为设计锅炉和改进运行的可靠依据。,一、锅炉热平衡 1锅炉热平衡方程式 锅炉热平衡是以lkg固体燃料或液体燃料(气体燃料以1Nm3)为单位组成热量平衡的。1kg燃料带入炉内的热量及锅炉有效利用热量和损失热量之间的关系见示意图。,3.4 锅炉机组的热平衡,锅炉热平衡的公式可写为：,kJkg (3-la),Qr每公斤燃料

6、带入锅炉的热量，kJ/kg；,Q1锅炉有效利用热量kJ/kg；,Q2排出烟气带走的热量，称为锅炉排烟热损失，kJ/kg,Q3未燃完可燃气体所带走的热量，称为气体不完全燃烧热损失（化学不完全烧热损失），kJ/kg；,Q4未燃完的固体燃料所带走的热量，称为固体不完全燃烧热损失（机械不完全燃烧热损失），kJ/kg；,Q5锅炉散热损失，kJ/kg；,Q6灰渣物理热损失及其他热损失，kJ/kg。,第3章,3.4 锅炉机组的热平衡,如果在等式两边分别除以Qr，则锅炉热平衡就以带入热量的百分数来表示，即：,2燃料带入锅炉的热量Qr 它由以下几个部分组成：,（1）燃料的物理显热ir,固体燃料应用基比热：,kJ

7、/kg,（2）蒸汽带入热Qzq 当用蒸汽雾化重油或喷入锅炉蒸汽时考虑,式中 2500排烟中蒸汽焓近似值，kJ/kg,第3章,3.4 锅炉机组的热平衡,（3）外来热量Qwl当用锅炉范围以外的废气、废热等来预热空气时考虑,一般情况下：,二、锅炉热效率 1锅炉正平衡热效率,（1）锅炉有效利用热量Qgl,（2）蒸汽锅炉每小时有效利用热量Qgl,kJ/kg,kJ/h,饱和蒸汽焓：,（3）热水锅炉每小时有效利用热量Qgl,kJ/h,第3章,3.4 锅炉机组的热平衡,1）锅炉有效利用热量Qgl,2）锅炉每小时有效利用热量Qgl,kJ/kg,kJ/h,（1）饱和蒸汽焓：,kJ/h,式中 igs，ips锅炉给水

8、和排污水焓，kJ/kg； 干饱和蒸汽的焓，kJ/kg； i1，i2锅炉进、出热水的焓，kJ/kg； 所以，,锅炉正平衡只能求得锅炉的热效率，不能据此研究和分析影响锅炉热效率的种种因素，以寻求提高热效率的途径。而反平衡则是依据对各种热损失的测定来计算其锅炉热效率。 对小型锅炉而言，一般以正平衡为主，反平衡为辅。对于大型锅炉，由于不易准确测定燃料消耗量，其锅炉热平衡主要靠反平衡求得。,第3章,3.4 锅炉热平衡,3锅炉的毛效率及净效率 锅炉的毛效率 通常所指的锅炉效率都是毛效率 锅炉的净效率 是在毛效率基础上扣除锅炉自用汽和电能消耗后的效率。,式中自用汽和自用电能消耗所相当的锅炉效率降低值 Dz自

9、用汽消耗量，t/h； Nz自用电耗量，kWh/h b生产每度电的标准煤，kg/kWh，取0.407 kg/kWh,第3章,固体不完全燃烧热损失,一、形成 灰渣损失：未参与燃烧或未燃尽的碳粒与灰渣一同落入灰斗所造成的损失。 漏煤损失：部分燃料经炉排落入灰坑造成的损失。对于煤粉炉，则 飞灰损失：未燃尽的碳粒随烟气带走所造成的损失,二、影响因素,1燃料特性对q4的影响 当燃用灰分含量高和灰分熔点低的煤时，它的固态可燃物被灰包裹，难以燃尽，灰渣损失大。当燃用挥发物低而焦结性强的煤时，燃烧过程主要集中在炉排上，燃烧层温度高，较易形成熔渣，阻碍通风，既加重司炉拨火的工作量，又增加灰渣损失。当燃用水分低，焦

10、结性弱而细末又多的煤时，特别是在提高燃烧强度而增强通风的情况下，飞灰损失就增加。,第3章,固体不完全燃烧热损失,2燃烧方式对q4的影响： 不同燃烧方式的q4数值差别很大，如机械威风力抛煤机炉的飞灰损失就较链条炉大。煤粉炉没有漏煤损失，但它的飞灰损失却比层燃炉大得多。沸腾炉在燃用石煤或煤矸石时，飞灰损失将更大。,3炉子结构对q4的影响 层燃炉的炉拱，二次风以及炉排的大小，长短和通风孔隙的大小等对燃烧都有影响。如炉排的通风孔隙较大面又燃用细末多的燃料时，漏煤损失就会有较大的增加。煤粉炉炉膛的高低、燃烧器布置的位置等也对燃烧有影响。如炉膛尺寸过小，烟气在炉内的流程及停留时间过短，燃料来不及燃尽而被烟

11、气带走，使飞灰损失增大。,4锅炉运行工况对q4的影响 运行时锅炉负荷增加，相应地穿过燃料层和炉膛的气流速度迅速增加，以致飞灰损失也加大。此外，层燃炉运行时的煤层厚度、链条炉炉排速度以及风量分配，煤粉炉运行时的煤粉细度及配风操作等对q4也有影响。过量空气系数对q4也有影响，如太低，q4会增加，而随稍增，则q4会有所降低。,第3章,固体不完全燃烧热损失,三、固体不完全燃烧热损失的测定和计算 1测定数据 在锅炉正常运行工况下，定时收集： 、 、 （kg/h） 取样分析：(1) 可燃物百分数：Rhz、Rlm、Rfh (%)； (2) 可燃物的发热量： （kJ/kg）,第3章,固体不完全燃烧热损失,3灰

12、平衡方程 热平衡试验中，飞灰量很难准确测定，一般通过灰平衡方法解决 灰平衡：进入炉内燃料的总灰量应等于灰渣、漏煤及飞灰之和,上式两边分别乘以,第3章,固体不完全燃烧热损失,%,第3章,气体不完全燃烧热损失q3,一、气体不完全燃烧热损失的形成 q3是由于部分CO、H2、CH4等可燃气体未燃烧放热就随烟气排出所造成的。,二、影响因素,1炉子结构的影响 炉膛高度不够或炉膛体积太小，烟气流程过短，使烟气中一些可燃气体未能燃尽而离开炉子，增大q3损失。当炉内水冷壁布置过多时，会使炉膛温度过低，不利于燃烧反应，也会增大q3损失。,2燃料特性的影响 一般挥发份高的燃料，在其它条件相同时，q3损失相对要大一些

13、。,3燃烧方式的影响 炉子的过量空气系数、二次风的引入和分布以及炉内气流的混合与扰动等都影响q3的大小。,第3章,气体不完全燃烧热损失q3,式中： ，Nm3/kg燃料 ：是考虑固体不完全燃烧的修正；实际燃烧的燃料量 CO2、H2、CH4 ：干烟气中CO、H2、CH4的容积百分数，由热平衡试验通过仪器分析仪测得。由于实际运行中，烟气中H2、CH4的含量极少，可忽略不计，计算简化：,第3章,气体不完全燃烧热损失q3,3缺少元素成分资料时,第3章,排烟热损失,排烟热损失：是指由排烟所带走的热量损失，烟气离开锅炉排入大气时，其温度比进入锅炉的空气温度高很多。,一、形成及其影响因素 影响排烟热损失的主要

14、因素是排烟温度和排烟容积,1排烟温度 排烟温度越高，排烟热损失越大。一般排烟温度每提高1215，q2将提高1%。排烟温度过低经济上是不合理的，甚至技术上是不允许的。 （1）因尾部受热面处于低温烟道，烟气与工质的传热温差小，传热较弱，若排烟温度降得过低，传热温差也就更小，换热所需金属受热面就大大增加。 （2）为了避免尾部受热面的腐蚀，排烟温度也不宜过低。当然用含硫分较高的燃料时，排烟温度相应要高一些。,因此必须根据燃料与金属耗量进行技术经济比较来合理确定排烟温度。供热锅炉的排烟温度在150200范围内。,第3章,排烟热损失,2排烟容积 影响排烟容积大小的因素有炉膛出口过量空气系数，烟道各处漏风量

15、及燃料所含水分。如炉墙及烟道漏风严重，过量空气系数大，燃料水分高，则排烟容积就大，排烟损失就增加。为了减少排烟损失，必须尽力设法减少炉墙烟道各处的漏风，在锅炉安装施工时应重视炉墙，烟道等砌筑的严密性。,3锅炉最佳过量空气系数的确定 炉膛出口过量空气系数的大小，应注意到它不仅与q2有关，还与q3、q4有关。减小出口过量空气系数，q2可以降低，但q3、q4会增加。所以合理的值应使q2、q3、q4三项热损失的总和最小，即： 所对应的出口过量空气系数。,第3章,排烟热损失,经验公式 ： %,二、计算公式,%,第3章,散热损失,一、形成 (1) 炉体表面温度 高于环境温度 (2) 拨火、观火、清炉、投煤

16、等,二、影响因素 炉体表面积 炉体表面温度 炉墙结构形式（光管式比水膜式大） 炉墙保温层性能 周围环境温度 锅炉负荷大小,第3章,散热损失,三、计算公式 1计算,式中： 锅炉散热表面积，m2； 锅炉散热表面的放热系数，W/m2 锅炉散热表面的温度，,2查图 当锅炉实际蒸发量与额定量相差超过25%时，实际散热损失为： % 其中： 查图值，% D、D锅炉的额定蒸发量和实际蒸发量，t/h,3推荐值 p101表3-8,第3章,散热损失,四、保温系数 保温系数表示烟气在烟道中的放热量有多少被烟道中的受热面所吸收，也就是说烟气在烟道中的放热量和保温系数的乘积等于烟道受热面的吸热量。,第3章,其它热损失,一

17、、组成 %,二、灰渣物理显热损失,由于锅炉中排出的灰渣及漏煤的温度一般在600800造成的热损失。 层燃炉： ； 煤粉炉：固态排渣当 ， ，液态排渣： ； 沸腾炉： kJ/kg %,第3章,其它热损失,三、冷却热损失,是锅炉冷却部件所用的冷却水未进入锅炉汽水系统时造成的热损失。 % 式中： Hlq：面向炉膛的水冷面积；m2； 116103：无测定数据时，假定每m2水冷面积所吸收 的热量，W/m2; Qgl：锅炉每小时有效吸热量，W。,第3章,复习题（P85）,1、最经济的（最佳的）过量空气系数如何确定？ 6、什么是锅炉热平衡？为什么要建立锅炉热平衡方程？ 7、锅炉运行时有那些热损失？影响各项热损失的因素有哪些？,