三章节燃烧产物和热平衡.ppt

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1、三章节燃烧产物和热平衡 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一、锅炉燃烧计算的前提一、锅炉燃烧计算的前提1空气量与烟气量的计算均以1kg燃料的收到基为基础；2空气和烟气的所有组成成分（包括水蒸汽，分压很小），均可作理想气体，每摩尔气体在标准状态的容积是22.4Nm3；3.气体容积计算的单位均为Nm3/kg。二、计算原则二、计算原则n燃料完全燃烧n所需理论空气量，由燃料中各个可燃元素在燃烧时所需空气量相加而得。理论空气量（氧气量）理论空气量（氧气量）n1k

2、g(或或1m3)燃燃料料完完全全燃燃烧烧时时所所需需的的最最低低限限度度的的空空气气量量（空空气气中中的的氧氧无无剩剩余余）成成为为理理论论空空气气量。量。n组成组成n碳燃烧消耗的氧气量 n氢燃烧消耗的氧气量 n硫燃烧消耗的氧气量n燃料本身的氧量碳燃烧消耗的氧气量氢燃烧消耗的氧气量硫燃烧消耗的氧气量燃料本身的氧量1kg燃料完全燃烧所需的氧量实际空气量n炉膛内的混合不可能绝对均匀，为保证完全燃烧，需多送一部分空气，n定义过量空气系数。负压工作下的锅炉，存在炉外的空气漏入炉内的漏风漏风系数要点n烟气侧：炉膛后直至排烟处，过量空气系数逐渐增大，n烟气侧过量空气系数，n存在一个最佳的过量空气系数，通常

3、用炉膛出口的过量空气系数表示;n空气侧：由锅炉送风机开始，均为正压，n空气侧过量空气系数;n逐渐减小，向外的漏风逐渐减少解释以上各式的意义解释以上各式的意义解释以上各式的意义解释以上各式的意义第三章第三章 燃烧产物和热平衡燃烧产物和热平衡n第一节第一节 空气量计算空气量计算n第二节 烟气量的计算烟气量的计算n第三节 完全燃烧方程式完全燃烧方程式n第四节 根据烟气分析确定过量空气系数根据烟气分析确定过量空气系数n第五节 空气与烟气焓的计算空气与烟气焓的计算n第六节 锅炉的热平衡锅炉的热平衡一、烟气的组成n当1kg煤完全燃烧时，烟气的组成成分为VyVy0VRO2V0N2V0H2O(-1)V0标米干

4、空气的湿空气/公斤烟气量的表示方法二、理论烟气量n计算理论烟气量中的各项气体的容积1、三原子气体烟气量2、理论氮气量3、理论水蒸汽量1、三原子气体烟气量2、理论氮气量3、理论水蒸汽量（1）由煤中的水分（2）煤中氢元素转换的水分（3）由理论空气量V0带入的水分，即相对于每kg燃煤带入的 水蒸汽容积 0.0161dV0 Nm3/kg d 每公斤干空气的含湿量，10kg/kg;不考虑过量空气中水蒸汽的容积n理论烟气量三、过量空气中的水蒸汽容积四、实际烟气量五、三原子气体的容积份额n在辐射换热计算中，三原子气体RO2，H2O均参与辐射换热。n三原子气体的容积份额六、烟气中的飞灰浓度n对辐射换热有较大的

5、作用，即每kg烟气中飞灰的质量。nafh烟 气 携 带 出 炉 膛 的 飞 灰 占 总 灰 量 的 份 额（0.850.95）。n飞灰浓度第三章第三章 燃烧产物和热平衡燃烧产物和热平衡n第一节第一节 空气量计算空气量计算n第二节 烟气量的计算烟气量的计算n第三节第三节 完全燃烧方程式完全燃烧方程式n第四节 根据烟气分析确定过量空气系数根据烟气分析确定过量空气系数n第五节 空气与烟气焓的计算空气与烟气焓的计算n第六节 锅炉的热平衡锅炉的热平衡原理n在燃料与空气完全燃烧的条件下，燃烧烟气产物中的RO2和O2与燃料的元素分析成分之间必然存在一定的关系。n完全燃烧方程反映其间内在关系。一、推导过程n由

6、烟气分析的结果（均为干烟气成分）二、完全燃烧方程表达式燃料特性系数讨论n烟气中三原子气体的最大百分比含量:由完全燃烧方程得：当送入理论空气量，且完全燃烧时，基本常识n在燃煤的条件下，通常，RO2O2三、不完全燃烧方程n在不完全燃烧的条件下，且认为仅存在CO，将满足如下方程:n由不完全燃烧方程，可以干烟气中CO的含量第三章第三章 燃烧产物和热平衡燃烧产物和热平衡n第一节 空气量计算空气量计算n第二节 烟气量的计算烟气量的计算n第三节 完全燃烧方程式完全燃烧方程式n第四节 根据烟气分析确定过量空气系数根据烟气分析确定过量空气系数n第五节 空气与烟气焓的计算空气与烟气焓的计算n第六节 锅炉的热平衡锅

7、炉的热平衡第四节 根据烟气分析确定过量空气系数根据烟气分析确定过量空气系数一、烟气分析的目的烟气分析的目的二、过量空气系数的推导过量空气系数的推导三、烟气分析的手段烟气分析的手段一、烟气分析的目的n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？锅炉燃烧调整是否合理？n答案：通过实时、在线监测锅炉过量空气系数。n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。二、过量空气系数的推导由锅炉过量空气系数的定义出发推导完全燃烧的情况下，与烟气成分之间的关系：锅炉空气系数的不同表达式（a）完全燃烧；（b）Nar可被忽略再略去测

8、定烟气中的O2，即可计算得到过量空气系数n广泛采用测定烟气中的RO2，也可计算得到过量空气系数用的较少 烟气成分随过量空气系数的变化21CO2%，O2%O2CO2三、烟气分析n烟气分析手段：吸收剂吸收燃烧吸收色谱分析化学方法导热性导磁性导电性光学性物理方法烟气成分分析仪煤质元素分析仪煤质元素分析仪n各种分析设备均已经商业化。电厂均要求上烟气在线监测系统，EMS。n在燃烧正常的情况下，煤粉炉炉膛出口烟气中的主要成分含量范围：RO2=1416%；O2=25%第三章第三章 燃烧产物和热平衡燃烧产物和热平衡n第一节 空气量计算空气量计算n第二节 烟气量的计算烟气量的计算n第三节 完全燃烧方程式完全燃烧

9、方程式n第四节 根据烟气分析确定过量空气系数根据烟气分析确定过量空气系数n第五节 空气与烟气焓的计算空气与烟气焓的计算n第六节 锅炉的热平衡锅炉的热平衡第五节 空气与烟气焓的计算空气与烟气焓的计算一、焓值的概念与计算n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；n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；n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；n水蒸汽则需要根据温度和压力来求得焓值；n前人均已经制成表格、图线或程序。二、空气、烟气焓值的定义n相应于1公斤收到基燃料的空气（或烟气），由温度0加热到所需要的热量，称为空气的焓或烟气的焓。n单位：kJ/k

10、g，kcal/kg三、空气焓的计算 为每标准立方米干空气连同其相应的水蒸汽在温度时的焓，kJ/Nm3，可以查表得到。n每公斤空气含有10克水。四、烟气焓的计算n1.烟气的组成VyVy0VRO2V0N2V0H2O(-1)V0标米干空气的湿空气/公斤2烟气焓的组成n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。IyIy0IRO2=VRO2I0N2=V0N2I0H2O=V0H2O(-1)I0=(-1)V0Ifh 3理论烟气焓 1m3的成分在温度时的焓值，查表。4.飞灰热焓值Ifh4烟焓表n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：第六节 锅炉的

11、热平衡锅炉的热平衡n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。一、热平衡的定义n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。n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。n方法：通过锅炉机组的热平衡试验。n现代电站锅炉的效率为90%左右，容量越大、效率越高。二、热平衡方程式n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）热平衡的另一种表示式n通常用送入热量的百分比来表示：三、锅炉的热效率n正平衡表达式：n反平衡表达式：本节以下内

12、容的目的计算各项热损失、锅炉热效率和锅炉燃煤量B四、送入锅炉的热量五、机械不完全燃烧损失q4n 灰渣中未燃烧或未燃尽的碳粒引起的损失；n n 未燃尽碳粒随烟气排出炉外而引起的热损失机械不完全燃热损失计算n原则：灰渣及飞灰中的含碳量与碳的发热量的乘积的总和n定义：灰渣中含碳的重量百分比为：，灰渣量：飞灰中含碳的重量百分比为：，飞灰量：n每小时所损失的可燃物重量n每小时损失的热量n折算到每公斤燃料所损失的热量：灰平衡n进入锅炉的总灰量等于排出锅炉的灰渣、飞灰中的灰分的总和n定义讨论n在锅炉运行中，可以取样测得，n 可以查表，或做灰平衡实验得到n锅炉的设计中，根据燃料的种类及燃烧方式直接选用：0.5

13、5%n大小取决于：燃料的种类（挥发份与灰分等），煤粉的细度，过量空气系数，炉膛的结构（决定了停留时间），锅炉的运行方式，炉膛的温度（负荷）等 对空气量和烟气量的影响n假定送入锅炉的燃煤量B中，有 的燃料根本没有燃烧，即没有产生烟气量，也不需要空气量；n实际上参加燃烧的不是实际送入的燃料量B，而是计算燃料量Bj；n热平衡计算用实际燃料量B，计算空气量和烟气量时用Bj；六、化学不完全燃烧损失n由于锅炉排烟中CO，H2，CH4等可燃气体的存在，所引起的热损失。n每公斤燃料所损失的热量为各可燃气体的容积与各自的容积发热量乘积的总和。n一般仅计入CO，其它忽略，发热量，3020，kcal/Nm3，126

14、00 kJ/Nm3讨论n电站锅炉可燃气体很小；n对煤粉炉：=0；n气体或液体燃料炉：=0.5；n层燃炉：=0.51.0七、排烟损失n由于排出锅炉的烟气焓高于进入锅炉时的冷空气焓而造成的热损失。影响排烟损失的主要因素：1排烟温度：温度高，则损失大，提高10C，损失增加约1%；温度低，则金属的消耗大，流动的阻力大，还可能造成受热面金属的低温腐蚀。2排烟的容积：主要决定于过量空气系数的选取：过量空气系数大，风机的消耗大，排烟损失增大；不完全燃烧损失小过量空气系数小，则可能不完全燃烧损失增大。排烟温度与过量空气系数是一个经济技术综合考虑的参数n存在一个最佳过量空气系数过量空气系数q，%qq3+q4q2最佳八、散热损失n锅炉的外表面温度高于环境的温度而向外界通过大空间自然对流和辐射换热。n散热损失与锅炉的容量成反比n散热损失与锅炉的负荷成反比q5，%De九、炉渣带出的物理热损失及冷却热损失 各项热损失均已经得到十、锅炉的热效率和燃料消耗量的计算锅炉总的有效利用热，kcal/h，kJ/hn各焓值按相应的温度和压力查表锅炉热平衡计算是热力计算的前提n由锅炉效率确定燃料的消耗量；n排烟温度需要先假定，后校核；n迭代计算过程；