燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡解析.pptx
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1、第三章 燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡第一节 燃烧过程的化学反应第二节 燃烧所需的空气量第三节 燃烧产生的烟气量第四节 烟气分析第五节 燃烧方程式第六节 运行中过量空气系数的确定第七节 空气和烟气的焓第八节 锅炉机组的热平衡第九节 锅炉机组的热平衡实验第1页/共66页第一节 燃烧过程的化学反应单位质量1kg燃料燃烧 需要的空气量 生成的烟气量锅炉设计中的重要部分 热力计算课程设计第2页/共66页一、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,每千摩尔气体在标准状态的容积是22.4 Nm3;认为空气只由N
2、2和O2组成,容积比为79:213.气体容积计算的单位均为Nm3/kg。第3页/共66页二、计算原则燃料完全燃烧所需理论空气量,由燃料中各个可燃元素在燃烧时所需空气量相加而得。第4页/共66页理论空气量(氧气量)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第5页/共66页碳燃烧消耗的氧气量第6页/共66页氢燃烧消耗的氧气量第7页/共66页硫燃烧消耗的氧气量第8页/共66页第二节 燃烧所需空气量理论空气量V0:1kg燃料完全燃烧时所需的最少空气量称为理论空气量。V0=燃料中各元素完全燃烧所需空气量之和减去燃料自带的含氧折算量第9页/共66页1kg燃料完全燃烧所需的氧量
3、1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量燃料本身的氧量第10页/共66页实际空气量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,定义过量空气系数。第11页/共66页理论空气量 V0实际空气量 Vk过量空气系数 (用于烟气量计算)或 (用于空气量计算)同一种燃料成分相同,其V0相同,因此习惯上用表示实际空气量的大小。第12页/共66页炉膛出口过量空气系数炉内燃烧过程在炉膛出口位置结束,对燃烧过程有影响的是炉膛出口的过量空气系数。对于固态排渣炉,燃用无燃煤、贫煤和劣质烟煤时,当燃用烟煤和褐煤时,第13页/共66页漏风系数 及空气平衡定义:对于1kg燃料,漏入的空气量V与理论空气量V0之比
4、,以表示。漏风使烟道内的过量空气系数沿烟气流程逐渐增大,从炉膛出口烟道内任意截面的过量空气系数可表示为:后果:排烟温度 排烟容积 风机电耗 锅炉效率第14页/共66页要点烟气侧:炉膛后直至排烟处,过量空气系数逐渐增大,烟气侧过量空气系数,存在一个最佳的过量空气系数,通常用炉膛出口的过量空气系数表示;空气侧:由锅炉送风机开始,均为正压,空气侧过量空气系数;逐渐减小,向外的漏风逐渐减少第15页/共66页解释第16页/共66页空预器中,空气侧压力高于烟气侧,所以会有部分空气漏入烟气侧空预器进口过量空气系数空预器出口过量空气系数第17页/共66页第三节 燃烧生成的烟气量(计算)理论烟气量:参加燃烧的湿
5、空气中的干空气量等于理论空气量,且使1kg燃料完全燃烧时产生的烟气量,称为理论烟气量。形成理论烟气量的基本物质有:燃料、理论空气量、随理论空气代入的水分。1kg燃料完全燃烧的理论烟气体积Vy0:第18页/共66页理论烟气量第19页/共66页理论烟气量1.可燃物燃烧生成的CO2、SO2 C+O2 CO2燃烧生成的CO2 的体积:2.理论氮气体积:燃料中的氮和空气中的氮第20页/共66页3.水蒸汽体积:燃料中氢完全燃烧生成的水蒸汽:燃料中的水汽化生成的水蒸汽空气量带入的水蒸汽采用蒸汽雾化等设备带入的水蒸汽体积。水蒸气体积:水蒸气体积:第21页/共66页5.理论烟气量第22页/共66页完全燃烧实际烟
6、气量1.可燃物燃烧生成的CO2、SO2 C+O2 CO2燃烧生成的CO2 的体积:2.N2的体积:理论氮气量和过量空气中的氮3.O2的体积:第23页/共66页完全燃烧实际烟气量3.水蒸气的体积:理论水蒸汽量和随过量空气代入的水蒸气量将以上各式代入:整理得:第24页/共66页不完全燃烧的烟气 与完全燃烧相比,一部分可燃气H2、CO、CmHn进入烟气,其中CO的含量用来判断不完全燃料的程度1kg燃料中Car中Car,COkg的碳生成CO,Car,CO2kg的碳生成CO2第25页/共66页不完全燃烧时O2的体积:过量空气中氧的体积与不完全燃烧少消耗的氧不完全燃烧时干烟气体积:第26页/共66页第四节
7、烟气分析烟气成分及含量直接反映炉内的燃烧工况炉膛出口过量空气系数炉膛的空气供给量排烟的过量空气系数排烟热损失CO、H2、CH4等可燃气体成分化学不完全燃烧损失第27页/共66页烟气分析手段化学方法:吸收剂燃烧吸收色谱分析物理方法:导热性导磁性导电性光学性第28页/共66页奥氏气体分析仪KOH(吸收CO2,SO2)焦性没食子酸(吸收O2,亦吸收RO2)氯化亚铜氨(吸收CO,亦吸收O2)第29页/共66页Gasmet红外傅立叶便携式多组分分析仪红外傅立叶便携式多组分分析仪商业化的成熟产品电厂要求上在线烟气监测系统Testo 350第30页/共66页第五节 燃烧方程式燃料的特性系数 不完全燃烧方程不
8、完全燃烧方程 :21=RO21=RO2 2+O+O2 2+0.605CO+(RO+0.605CO+(RO2 2+CO)+CO)烟气中烟气中COCO含量的计算含量的计算 :第31页/共66页RO2和RO2max的计算 不完全燃烧方程不完全燃烧方程 :21=RO:21=RO2 2+O+O2 2+0.605CO+(RO+0.605CO+(RO2 2+CO)+CO)当完全燃烧时当完全燃烧时,CO=0,CO=0,则得则得,完全燃烧方程式完全燃烧方程式:21=O 21=O2 2+(1+(1)RO)RO2 2 若在若在 1 1的情况下完全燃烧的情况下完全燃烧,则得则得RORO2 2maxmax,即即:RO2
9、max只取决于燃料特性参数只取决于燃料特性参数,对于固体燃料(油页岩除外),对于固体燃料(油页岩除外)=0.0350.15,因此,因此RO2max =1820 第32页/共66页第六节运行中过量空气系数的确定O2氧气在干烟气中的份额1.2O23.5过量空气系数与过氧量的关系n氧化锆氧量分析仪n送风机自动调节 运行中到底送了多少风?第33页/共66页第七节 空气和烟气的焓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
10、线或程序。第34页/共66页空气和烟气的焓是指在定压条件下,将1kg燃料所需的空气量或所产生的烟气量从0加热到 时所需要的热量,单位kJ/kg。理论空气的焓:实际空气的焓:(c)k:1m3干空气连同其携带的水蒸气在温度 时的焓,kJ/m3第35页/共66页理论烟气的焓:理论烟气是多种成分的混合气体,由热力学可知,其焓等于各组成成分焓的总和。实际烟气的焓:实际烟气焓等于理论烟气焓、过量空气焓和烟气中飞灰焓之和。飞灰焓:(c)h:1kg灰在 时的焓,kJ/kg。飞灰焓值小,满足下式时才计算:第36页/共66页第八节 锅炉机组的热平衡第37页/共66页热平衡概念u锅炉热平衡研究锅炉热平衡研究燃料的热
11、量在锅炉中利用的情况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,表现在哪些方面,产生的原因。研究的目的是为了有效地提高锅炉热效率u锅炉热平衡锅炉热平衡以以lkglkg固体燃料或液体燃料固体燃料或液体燃料(气体燃料以气体燃料以1Nm1Nm3 3)为单为单位组成热量平衡。位组成热量平衡。1kg1kg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。第38页/共66页锅炉热平衡方程式 q qi i=Q=Qi i/Q/Qr r 100 100 式中式中 输入热量输入热量 Q Q1 1 有效利用热有效利用热 Q Q2 2 排烟损失排烟损失 Q Q3 3 化学不完全燃烧热
12、损失化学不完全燃烧热损失 Q Q4 4 机械不完全燃烧热损失机械不完全燃烧热损失 Q Q5 5 散热损失散热损失 Q Q6 6 其他热损失其他热损失第39页/共66页锅炉输入热量 Qr对于燃煤锅炉对于燃煤锅炉:若燃料和空气没有利用外界热量进行预热若燃料和空气没有利用外界热量进行预热且燃煤水分满足且燃煤水分满足则则 燃料的物理显热;燃料的物理显热;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;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40页/共66页锅炉输入热量 Qr燃料的物理显热燃料的物理显热i ir r 固体燃料收到基比热:固体燃料收到基比热:kJ/kg 液体燃料液
13、体燃料收到基收到基比热:比热:kJ/kg 蒸汽带入热蒸汽带入热 Q Qzqzq:当用蒸汽雾化重油或喷入锅炉蒸汽时考虑当用蒸汽雾化重油或喷入锅炉蒸汽时考虑.2510排烟中蒸汽焓近似值,排烟中蒸汽焓近似值,kJ/kg 外来热量外来热量 Q Qzqzq:用锅炉范围以外的废气、废热等来预热空气时第41页/共66页锅炉有效利用热 Q1空气在空气预热器中吸收的热量又返回炉膛,属锅炉内部热量循环,空气在空气预热器中吸收的热量又返回炉膛,属锅炉内部热量循环,锅炉热平衡中不予考虑锅炉热平衡中不予考虑.式中:式中:Q Q 工质总吸热量,工质总吸热量,kJ/hkJ/h B B 燃料消耗量,燃料消耗量,kg/shkg
14、/sh D Dgrgr、D Dzrzr、D Dzyzy、D DPwPw 过热蒸汽量、再热蒸汽量、自用蒸汽量和排污量,过热蒸汽量、再热蒸汽量、自用蒸汽量和排污量,kg/hkg/h 、h h zy zy、h h g s g s 过热蒸汽焓、饱和蒸汽焓和给水焓,过热蒸汽焓、饱和蒸汽焓和给水焓,kJ/kg kJ/kg 再热蒸汽出口和进口焓,再热蒸汽出口和进口焓,kJ/kgkJ/kg第42页/共66页锅炉的各项热损失机械机械(固体固体)未完全燃烧热损失未完全燃烧热损失化学化学(气体气体)未完全燃烧热损失未完全燃烧热损失排烟热损失排烟热损失散热热损失散热热损失其它热损失其它热损失第43页/共66页机械未完
15、全燃烧热损失q4机械未完全燃烧热损失是灰中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石子煤的热量损失。形成:形成:灰灰渣渣损损失失 :未未参参与与燃燃烧烧或或未未燃燃尽尽的的碳碳粒粒与与灰灰渣一同落入灰斗所造成的损失。渣一同落入灰斗所造成的损失。沉降灰损失沉降灰损失 :沉降灰中未燃尽碳损失沉降灰中未燃尽碳损失飞飞灰灰损损失失 :未未燃燃尽尽的的碳碳粒粒随随烟烟气气带带走走所所造造成成的损失。的损失。石子煤热损失石子煤热损失 :中速磨排出石子煤的碳损失:中速磨排出石子煤的碳损失第44页/共66页机械机械(固体固体)未完全燃烧热损失未完全燃烧热损失 q q4 4锅锅炉炉主主要要热热损损之
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