鍋爐原理__燃料燃燒計(jì)算和鍋爐熱平衡計(jì)算

1、1 第三章燃料燃燒計(jì)算和鍋爐熱平衡計(jì)算 2 第一節(jié)概述 燃燒計(jì)算 （物質(zhì)平衡） 熱平衡計(jì)算 （能量平衡） 空氣量的計(jì)算（成分、容積） 煙氣量的計(jì)算（成分、容積） 輔助計(jì)算 空氣、煙氣焓 鍋爐有效利用熱 鍋爐各項(xiàng)損失 鍋爐效率 3 第二節(jié)燃燒所需空氣量的計(jì)算 1.計(jì)算前提 l 理想氣體 l 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（0,101325Pa） l 單位燃料所需干空氣量 固體和液體燃料：Nm3（干空氣）/kg收到基燃料 氣體燃料： Nm3（干空氣）/ Nm3收到基燃料 4 第二節(jié)燃燒所需空氣量的計(jì)算 2.理論空氣量的計(jì)算 （1）理論空氣量的定義 l1kg收到基燃料完全燃燒且沒有剩余氧存在時(shí) 所需要的空氣量 （2）理論

2、空氣量的計(jì)算 l方法 C、H、S燃燒化學(xué)反應(yīng)方程式理論空氣量 5 第二節(jié)燃燒所需空氣量的計(jì)算 （2）理論空氣量的計(jì)算 碳完全燃燒反應(yīng)方程式 C + O2 CO2 12kg C + 22.41Nm3 O2 22.41Nm3 CO2 1kg C + 1.866Nm3 O2 1.866Nm3 CO2 1kg H + 5.56Nm3 O2 11.1Nm3 H2O 1kg S + 0.7Nm3 O2 0.7Nm3 SO2 6 第二節(jié)燃燒所需空氣量的計(jì)算 （2）理論空氣量的計(jì)算 0 1 (1.8665.560.70.7) 0.21100100100100 a ra ra ra rCSOH V 0.0889

3、(0.375)0.2650.333 arararar CSHO 燃料本身包含的氧量 當(dāng)量碳量 Nm3/kg 收到基燃料 外界提供的理論空氣量 00 1.293GV kg（空氣）（空氣）/kg（收到基燃料）（收到基燃料） 7 第二節(jié)燃燒所需空氣量的計(jì)算 （3）理論空氣量的經(jīng)驗(yàn)估算 無煙煤、貧煤Nm3/kg ,0 600 0.238 900 ar net Q V 煙煤 Nm3/kg ,0 1.05 0.2380.278 1000 ar net Q V 3.實(shí)際空氣量的計(jì)算 0 ( )VV 0 ( ) V V 煙氣側(cè)過量空氣系數(shù) 空氣側(cè)過量空氣系數(shù) （定義） 8 第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計(jì)

4、算 1.計(jì)算前提 l 理想氣體 l 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（0,101325Pa） l 單位燃料所產(chǎn)生的煙氣量 固體和液體燃料：Nm3（煙氣）/kg收到基燃料 氣體燃料： Nm3（煙氣）/ Nm3收到基燃料 9 第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計(jì)算 理論工況 2.燃燒工況 燃料在沒有過剩空氣的情況下完全燃燒 燃燒產(chǎn)物（煙氣）組成：CO2、SO2、N2和H2O 理論煙氣量：Vg0 設(shè)計(jì)工況 實(shí)際送入的空氣量大于理論空氣量，以保證燃料完全燃燒 燃燒產(chǎn)物（煙氣）組成：CO2、SO2、N2 、H2O和剩余O2 實(shí)際煙氣量：Vg 實(shí)際工況 實(shí)際送入的空氣量大于理論空氣量，仍為不完全燃燒 燃燒產(chǎn)物（煙氣）組成：CO2

5、、SO2、N2 、H2O、剩余O2和CO 實(shí)際煙氣量：Vg 10 第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計(jì)算 3.理論煙氣量的計(jì)算 （1）理論煙氣量的定義 l1kg收到基燃料在以理論空氣量V0條件下完全燃燒時(shí) 生成的煙氣量（或煙氣容積） （2）理論煙氣量的計(jì)算 l方法 C、H、S燃燒化學(xué)反應(yīng)方程式理論煙氣量 =1 完全燃燒 O2 = 0 CO = 0 11 第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計(jì)算 （2）理論煙氣量的計(jì)算 l二氧化碳和二氧化硫容積 C + O2 CO2 12kg C + 22.41Nm3 O2 22.41Nm3 CO2 1kg C + 1.866Nm3 O2 1.866Nm3 CO2

6、 1kg S + 0.7Nm3 O2 0.7Nm3 SO2 CO2+SO2 三原子氣體RO2 S + O2 SO2 12 第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計(jì)算 （2）理論煙氣量的計(jì)算 l 理論氮?dú)馊莘e V0： Nar： 0 0.79V 22.41 0.8 28 100100 arar NN 2 00 0.790.8 100 ar N N VV 13 第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計(jì)算 （2）理論煙氣量的計(jì)算 l 水蒸汽 1kg H + 5.56Nm3 O2 11.1Nm3 H2O 22.41 1.24 18100100 arar MM 0 0 1.293 0.0161 0.804 100

7、0 a dV V Mar： V0： 2 00 11.11.240.0161 100100 arar H O HM VV Gat： 1.24 0.804 at at G G da=10g/kg空氣 14 第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計(jì)算 （2）理論煙氣量的計(jì)算 000 (0.375) 1.8660.80.7911.11.240.0161 100100100100 ararararar g CSNHM VVV VRO2 VN20 VH2O0 Vdg0 Nm3（煙氣）（煙氣）/kg（收到基燃料）（收到基燃料） 15 第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計(jì)算 （3）設(shè)計(jì)工況下實(shí)際煙氣量的計(jì)算 （1

8、 完全燃燒O2 0 CO = 0） 000 10.01611 gg VVVV 過量的空氣 過量空氣帶入的水蒸汽 222 0000 10.01611 RONH O VVVVV VdgVH2O 16 第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計(jì)算 （3）理論煙氣量與設(shè)計(jì)工況下實(shí)際煙氣量的關(guān)系 2 (0.375) 1.8660.71.866 100100100 arararar RO CSCS V 2 00 11.11.240.0161 100100 arar H O HM VV 2 00 0.790.8 100 ar N N VV 2 0 0.211 O VV 22 00 0.791 NN VVV 22

9、00 0.01611 H OH O VVV C VCO2 S VSO2 N2 VN2 O2 VO2 H2O VH2O 0 1 V 0 1.01611 V Vg0 Vg 過量干空氣 過量濕空氣 1717 第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計(jì)算 （4）實(shí)際工況下實(shí)際煙氣量的計(jì)算 1 不完全燃燒 O2 0 CO 0 22222 gCOCOSONOH O VVVVVVV 1.866 100 ar C 變化 1818 第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計(jì)算 4.與煙氣量有關(guān)的概念 l煙氣質(zhì)量 l三原子氣體容積份額（分壓力） l水蒸汽容積份額（分壓力） 00 111.29311.306 100100010

10、0 araar g AdA GVV 2 2 H O H O g V r V 22 H OH O prp 2 2 RO RO g V r V 22 RORO prp p：煙氣總壓力 kg/kg 19 第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計(jì)算 4.與煙氣量有關(guān)的概念 l飛灰濃度 100 arfa g A G kg/kg煙氣 飛灰系數(shù) 100 arfa g A V kg/Nm3煙氣 0.95 20 第四節(jié)煙氣分析 1.目的 l 測定運(yùn)行中煙氣的成分和容積 l 燃燒的完全程度 l 爐膛空氣供給量 2.煙氣分析儀 l 奧氏煙氣分析儀 l 磁性、氧化鋯氧量計(jì) l 電化學(xué)煙氣分析儀 l 紅外煙氣分析儀 21

11、第四節(jié)煙氣分析 3. 奧氏煙氣分析儀 （1）原理：化學(xué)吸收法 （2）說明：吸收劑順序 干煙氣組分 （3）結(jié)果：RO2，O2，CO 2 2 100% RO dg V RO V 2 2 100% O dg V O V 100% CO dg V CO V N2 Vdg 難以測 量 22 第四節(jié)煙氣分析 3. 干煙氣成分 2 2 100% RO dg V RO V 2 2 100% O dg V O V 100% CO dg V CO V 222 100ROOCON 2 2 100% N dg V N V 23 第五節(jié)燃燒方程 1.定義 燃料元素組成和燃燒產(chǎn)物之間的關(guān)系 f（ Car，Har， Oar

12、， Nar， Sar， RO2，CO，O2）0 2.不完全燃燒方程 222 0.605()21ROCOOROCO 燃料特性系數(shù) 222 21() 0.605 ROROO CO 24 第五節(jié)燃燒方程 l 燃料特性系數(shù)只取決于燃料的可燃元素，與水分和灰分無關(guān) l 無因次量，與采用何種燃料成分基準(zhǔn)無關(guān) l ：自由氫（尚未與氧化合的氫，消耗外界氧的氫） 8 ar ar O H 0.038 8 2.35 0.375 ar arar arar O HN CS 25 第五節(jié)燃燒方程 3.完全燃燒方程 222 21() 0.605 ROROO CO 1且完全燃燒：CO=0 22 121ROO max 2 21

13、 1 RO 1且完全燃燒：CO=0 O2=0 判 斷 燃 燒 狀 況 26 第五節(jié)燃燒方程 4.說明 22 121ROO l實(shí)際燃燒過程中（O2 0 ）不可能達(dá)到RO2max 22 21ROO l判斷煙氣分析成分的合理性 27 第六節(jié)過量空氣系數(shù) 1.過量空氣系數(shù) （1）定義 實(shí)際供給的空氣量與理論空氣量之比 反映設(shè)備的完善程度和運(yùn)行水平 0 V V （2）表征 爐膛出口處過量空氣系數(shù) f 28 第六節(jié)過量空氣系數(shù) （3）選擇 f 排煙熱損失 化學(xué)未完全燃燒熱損失 機(jī)械未完全燃燒熱損失 最佳f ：三項(xiàng)損失之和為最小時(shí) 29 第六節(jié)過量空氣系數(shù) （4）推薦值無煙煤和貧煤1.201.25 煙煤和褐

14、煤1.151.20 液體和氣體1.10 （5）運(yùn)行狀態(tài)下確定過量空氣系數(shù) 2 22 1 0.5 1 3.76 100 OCO ROOCO 24 224 1 0.52 1 3.76 100 OCOCH ROOCOCH 不完全燃燒 30 第六節(jié)過量空氣系數(shù) 完全燃燒 max 2 2 RO RO （6）運(yùn)行狀態(tài)下監(jiān)督過量空氣系數(shù) 2 21 21 O 1煙煤 2褐煤 3重油 4天然氣 RO2變化 燃料變化 O2監(jiān)督監(jiān)督 31 第六節(jié)過量空氣系數(shù) 2.漏風(fēng)系數(shù) （1）定義 漏入空氣量與理論空氣量之比 0 V V （2）危害 爐膛溫度水平 燃燒效率 煙氣容積 排煙熱損失和引風(fēng)機(jī)電耗 漏風(fēng)點(diǎn)溫度 煙氣溫度水

15、平 排煙溫度 32 第六節(jié)過量空氣系數(shù) （3）推薦 33 第六節(jié)過量空氣系數(shù) 3.空氣平衡 （1）定義 送入鍋爐的過量空氣量排出鍋爐的過量空氣量 （2）基本關(guān)系 出口 進(jìn)口 漏風(fēng) 受熱面 34 第六節(jié)過量空氣系數(shù) （3）各受熱面空氣平衡 受熱面1 1 1 1 受熱面2 2 2 111 222 2 12 2112 35 第六節(jié)過量空氣系數(shù) （3）各受熱面空氣平衡 f 36 第六節(jié)過量空氣系數(shù) （4）空氣平衡表 37 第七節(jié)空氣和煙氣焓的計(jì)算 1.理論空氣焓和理論煙氣焓定義 單位燃料所需要的理論空氣量V0和所產(chǎn)生的理論煙氣量 Vg0在等壓下從0加熱到所需要的熱量 2.計(jì)算前提 l單位燃料所需要的空

16、氣和所產(chǎn)生的煙氣的焓值 固體和液體燃料：kJ/kg收到基燃料 氣體燃料： kJ/ Nm3收到基燃料 l計(jì)算起點(diǎn)：0（ 0對應(yīng)焓值為0 ） l計(jì)算比熱：定壓比熱（燃燒過程為定壓） lRO2比熱： CO2比熱（VCO2 VSO2 ） 38 第七節(jié)空氣和煙氣焓的計(jì)算 3.計(jì)算通式 IVc V空氣量或煙氣量 c空氣或煙氣定壓比熱 空氣或煙氣溫度 4.空氣焓的計(jì)算 00 a a IVc a a IV c 理論空氣焓 實(shí)際空氣焓 39 第七節(jié)空氣和煙氣焓的計(jì)算 5.煙氣焓的計(jì)算 222 222 000 gRONH O RONH O IVcVcVc 00 1 ggafa IIII 100 ar fafa a

17、sh A Ic . 41826 faar ar net A Q 理論煙氣焓 煙氣焓 不計(jì)入 40 第七節(jié)空氣和煙氣焓的計(jì)算 6.煙氣焓溫表 41 第七節(jié)空氣和煙氣焓的計(jì)算 5. 煙氣焓溫圖 煙氣質(zhì)量增加 42 第八節(jié)鍋爐熱平衡計(jì)算 1. 定義 輸入熱量輸出熱量 燃料燃燒的放熱量 產(chǎn)生蒸汽所利用的熱量 未利用而損失掉的熱量 2. 前提 1kg收到基燃料為基準(zhǔn) 鍋爐處于穩(wěn)定狀態(tài) 43 第八節(jié)鍋爐熱平衡計(jì)算 3. 熱平衡方程 123456f QQQQQQQ Qf ：輸入熱量，kJ/kg Q1 ：有效利用熱，kJ/kg Q2 ：排煙熱損失，kJ/kg Q3 ：化學(xué)未完全燃燒熱損失，kJ/kg Q4 ：

18、機(jī)械未完全燃燒熱損失，kJ/kg Q5 ：散熱損失，kJ/kg Q6 ：灰渣物理熱損失，kJ/kg 44 第八節(jié)鍋爐熱平衡計(jì)算 3. 熱平衡方程 123456 100qqqqqq 123456f QQQQQQQ 除以Qf i i f Q q Q 4. 鍋爐效率 正平衡效率 反平衡效率 1 1 100 f Q q Q 6 2 100 i i q 45 第八節(jié)鍋爐熱平衡計(jì)算 5.輸入熱量 燃料和空氣沒有利用外界熱量 燃煤水分滿足 , . 41826.65 ar ar red ar net M M Q .far net QQ .far netphexat QQQQQ 燃料收到基低位發(fā)熱量 燃料的物理

19、顯熱； 外來熱源加熱空氣時(shí)帶入的熱量； 霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量 為什么空氣預(yù)熱器所帶入的熱量不計(jì)入輸入熱量？ 46 第八節(jié)鍋爐熱平衡計(jì)算 6.機(jī)械未完全燃燒熱損失Q4 （1）原因：固體顆粒未燃盡 飛灰Qfa4 灰渣Qsl4 （2）選擇 設(shè)計(jì)：選取 運(yùn)行：熱平衡試驗(yàn)測定 固態(tài)排渣煤粉爐0.55.0 燃油和燃?xì)鉅t0.0% （3）灰平衡：進(jìn)入爐內(nèi)的總灰量灰渣中灰量飛灰中灰量 排渣率 飛灰系數(shù)0.90.95 飛灰量？ 47 第八節(jié)鍋爐熱平衡計(jì)算 7.化學(xué)未完全燃燒熱損失Q3 （1）原因：排煙中殘留的可燃?xì)怏w CO，H2，CH4 CmHn（忽略） （2）選擇 設(shè)計(jì)：選取，煤粉爐不大于0.5 運(yùn)行：計(jì)算 4 1 100 q 燃料種類，燃燒方式 爐膛型式與結(jié)構(gòu) 燃燒器設(shè)計(jì)與布置 鍋爐運(yùn)行工況 （4）影響因素 （3）影響因素 修正 48 第八節(jié)鍋爐熱平衡計(jì)算 8.排煙熱損失Q2 （1）原因：排煙溫度高于環(huán)境溫度 （2）計(jì)算 0 4 2 1 100 exgexg ca q QIVct 排煙焓冷空氣焓30 （3）影響因素 （4）特點(diǎn)：電廠鍋爐中最大的損失（56） 排煙溫度 排煙容積 110 150 增加15 20，損失增加1 49 第八節(jié)鍋爐熱平衡計(jì)算 （5）最佳過量空氣系數(shù) f 排煙熱損失 化學(xué)未完全燃燒熱損失 機(jī)械未完