第八章 鍋爐熱平衡

1、2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-21第八章第八章 鍋爐熱平衡鍋爐熱平衡本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：鍋爐熱平衡概念；鍋爐熱平衡概念；鍋爐熱效率計算方法；鍋爐熱效率計算方法；正平衡計算鍋爐效率的方法；正平衡計算鍋爐效率的方法；反平衡計算鍋爐熱效率的方法；反平衡計算鍋爐熱效率的方法；鍋爐各項熱損失、最佳過量空氣系數(shù)、保熱系數(shù)；鍋爐各項熱損失、最佳過量空氣系數(shù)、保熱系數(shù)；鍋爐燃料消耗量；鍋爐燃料消耗量；2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-22 熱平衡：在穩(wěn)定工況下，輸入鍋爐的熱量應與輸熱平衡：在穩(wěn)定工況下，輸入鍋爐的熱量應與輸出鍋爐的熱量相平衡，鍋爐的這種熱量收、支

2、平出鍋爐的熱量相平衡，鍋爐的這種熱量收、支平衡關系，就叫鍋爐的熱平衡。衡關系，就叫鍋爐的熱平衡。 輸入熱量輸入熱量= =輸出熱量（輸出熱量包括有效利用熱量輸出熱量（輸出熱量包括有效利用熱量和損失兩部分）和損失兩部分）2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-232021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-24 kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg 1 kJ/kg 654321654321。，灰渣物理熱損失的熱量；散熱損失的熱量，；熱量，機械不完全燃燒損失的；熱量，化學不完全燃燒損失的；排煙損失的熱量，；鍋爐的有效利用熱量，；燃料的

3、輸入熱量，式中QQQQQQkgQQQQQQQQff2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-25變成以百分數(shù)表示的熱平衡方程式，即：變成以百分數(shù)表示的熱平衡方程式，即： %100QQq q %100QQq q % qqqqqq100 ff111654321iii熱量的百分數(shù)，某項損失的熱量占輸入入熱量的百分數(shù)，鍋爐有效利用熱量占輸式中2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-26研究熱平衡的意義：研究熱平衡的意義：1.1.計算鍋爐熱效率；計算鍋爐熱效率；2.2.確定各項熱損失，提高鍋爐經(jīng)濟性。確定各項熱損失，提高鍋爐經(jīng)濟性。計算基準：固體或液體燃料為基礎。計算基準：固體或液

4、體燃料為基礎。2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-27通過熱平衡計算鍋爐熱效率。通過熱平衡計算鍋爐熱效率。 熱效率基本計算方法熱效率基本計算方法. .正平衡求效率法（直接求效率法）：測定鍋爐的正平衡求效率法（直接求效率法）：測定鍋爐的輸入熱量和有效利用熱量，來計算鍋爐的效率。輸入熱量和有效利用熱量，來計算鍋爐的效率。. .反平衡求效率法（間接求效率法）：測定鍋爐的反平衡求效率法（間接求效率法）：測定鍋爐的各項熱損失計算鍋爐的效率。各項熱損失計算鍋爐的效率。 2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-28一、鍋爐正平衡求效率一、鍋爐正平衡求效率（一）鍋爐輸入熱量（一）鍋

5、爐輸入熱量。入的熱量，外來熱源加熱空氣時帶；的熱量，霧化燃油所用蒸汽帶入；燃料的物理顯熱，；，燃料收到基低位發(fā)熱量式中 kJ/kgQ kJ/kgQ kJ/kg kJ/kg kJ/kg Q exat,fphnetaratexphnetarQQQQQQ2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-29 對于燃煤鍋爐，燃料和空氣煤油利用外界熱量預熱，且燃煤水分MarQar,net/630 Qf=Q2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-210（二）鍋爐有效利用熱量（二）鍋爐有效利用熱量 含義是含義是1Kg1Kg煤帶入鍋爐內(nèi)的輸入熱量中，有多少熱煤帶入鍋爐內(nèi)的輸入熱量中，有多少熱量被

6、工質吸收。量被工質吸收。 BhhDhhDhhDQfwblrhrhrhfwshsh)( )()( 1 2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-211二、鍋爐反平衡求效率及各項損失二、鍋爐反平衡求效率及各項損失 （一）機械不完全燃燒熱損失（一）機械不完全燃燒熱損失 在煤粉爐中，它是由煙氣帶出的飛灰和冷灰斗排出的灰渣在煤粉爐中，它是由煙氣帶出的飛灰和冷灰斗排出的灰渣中的未燃盡碳造成的。中的未燃盡碳造成的。 Q Q4 4=Q=Q4 4fa fa + Q+ Q4 4sl sl q q4 4=q=q4 4fa fa + q+ q4 4slsl 1 .1 .鍋爐設計鍋爐設計 對于固態(tài)排渣煤粉爐，

7、燃用無煙煤時對于固態(tài)排渣煤粉爐，燃用無煙煤時q q4 4 =4 =46%6%； 貧煤貧煤q q4 4 =2% =2%；煙煤；煙煤q q4 4 =1 =1 1.5% 1.5%；褐煤；褐煤q q4 4 =0.5 =0.51%1%。 2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-2122 .2 .鍋爐運行鍋爐運行 通過熱平衡試驗來測定。通過熱平衡試驗來測定。測定的項目包括：鍋爐測定的項目包括：鍋爐每小時的飛灰量、灰渣每小時的飛灰量、灰渣量以及飛灰和灰渣中殘量以及飛灰和灰渣中殘余碳的含量。余碳的含量。 飛灰量很難直接測準，飛灰量很難直接測準，利用灰平衡求得。利用灰平衡求得。 飛灰系數(shù)飛灰系數(shù) 排

8、渣率排渣率100100100100100 slslfafaarCGCGABarslslarfafaBACGBACG)100()100(1 arslslslBACGa)100( arfafafaBACGa)100( 1 slfaaa2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-213 計算飛灰、爐渣質量計算飛灰、爐渣質量 計算飛灰、爐渣中造計算飛灰、爐渣中造成機械未完全燃燒的成機械未完全燃燒的可燃物含量可燃物含量100 ,fafacfaCGG100 ,slslcslCGGfaarfafacfaCBAaCG100100 ,slarslslcslCBAaCG100100 ,faarfafaCB

9、AaG100 slarslslCBAaG100 2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-214slfaQQQ, 4, 44 slfaqqq, 4, 44 BGGQcslcfa)(32700 ,4)100100(327 4slslslfafafafarCCaCCaQAq2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-215 影響因素：影響因素： (1) (1) 燃料性質燃料性質：灰分、水分越少，揮發(fā)分越多，煤粉越：灰分、水分越少，揮發(fā)分越多，煤粉越細，細，q q4 4 越小。越小。 (2) (2) 過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù): :減少，一般減少，一般q q4 4增大。增大。(3)

10、(3) 爐膛結構爐膛結構，布置合理，有足夠的混合和停留時間，布置合理，有足夠的混合和停留時間， q q4 4越小。越小。 (4) (4) 爐膛溫度爐膛溫度: :過量空氣系數(shù)適當，爐溫越低，過量空氣系數(shù)適當，爐溫越低， q q4 4越大。越大。(5) (5) 鍋爐負荷鍋爐負荷：負荷大，燃料消耗量越大，可能來不及：負荷大，燃料消耗量越大，可能來不及 在爐內(nèi)燒透，在爐內(nèi)燒透， q q4 4越大。負荷越低，爐溫越低，越大。負荷越低，爐溫越低， q q4 4越大。越大。2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-216（二）化學不完全燃燒熱損失（二）化學不完全燃燒熱損失 1. 1.運行計算運行計

11、算 對于燃煤鍋爐，煙氣中對于燃煤鍋爐，煙氣中H H2 2、CHCH4 4等可燃氣體的含等可燃氣體的含量極少，可以認為煙氣中的可燃氣體只是量極少，可以認為煙氣中的可燃氣體只是COCO。積進行修正。對煙氣中一氧化碳的容燃燒及生成煙氣，故應燃料有一部分沒有參與的存在，進入爐膛的考慮到的；一氧化碳容積發(fā)熱量，式中 11001 /12640 % -100375.02.36 )1001)(4.126( 4434243kgqqNmkJqCOROQCOSCqCOQVqfararfdg2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-217 2. 2.鍋爐設計時鍋爐設計時 一般固態(tài)排渣煤粉爐，一般固態(tài)排渣煤粉

12、爐，q q3 3=0%=0%。 3.3.影響因素影響因素 1 1）爐內(nèi)過量空氣系數(shù)）爐內(nèi)過量空氣系數(shù) 當爐內(nèi)過量空氣系數(shù)較小時，由于氧氣供應不當爐內(nèi)過量空氣系數(shù)較小時，由于氧氣供應不足，使足，使q3q3增大；爐內(nèi)過量空氣系數(shù)過大，使爐膛增大；爐內(nèi)過量空氣系數(shù)過大，使爐膛溫度降低，一氧化碳燃燒不充分，溫度降低，一氧化碳燃燒不充分，q3q3也會增大。也會增大。因此，爐內(nèi)過量空氣系數(shù)應該適當。因此，爐內(nèi)過量空氣系數(shù)應該適當。 2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-218 2 2）燃料揮發(fā)分的影響）燃料揮發(fā)分的影響 揮發(fā)分較大的燃料在爐內(nèi)燃燒時，可燃氣體增揮發(fā)分較大的燃料在爐內(nèi)燃燒時，可

13、燃氣體增多，如果與空氣的混合不充分，爐膛溫度降低，多，如果與空氣的混合不充分，爐膛溫度降低，會使會使q3q3增大。增大。 3 3）爐膛溫度的影響）爐膛溫度的影響 爐膛溫度降低會影響爐膛溫度降低會影響COCO的著火與燃燒，使的著火與燃燒，使q3q3增大。增大。2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-219（三）排煙熱損失（三）排煙熱損失 排煙所擁有的熱量隨煙氣排入大氣而未被排煙所擁有的熱量隨煙氣排入大氣而未被利用所造成的熱損失。利用所造成的熱損失。 煤粉爐熱損失中最大的一項，約煤粉爐熱損失中最大的一項，約4 4。 fcaexgexgQqIIq4021002021-11-4沈陽工程學院

14、 王樹群 動本091-220影響因素：影響因素：）排煙的容積：過量空氣及漏風量增加，排煙容積增大，）排煙的容積：過量空氣及漏風量增加，排煙容積增大，排煙損失增加；排煙損失增加；）排煙溫度：）排煙溫度： 溫度增加，排煙的焓增加，損失增加溫度增加，排煙的焓增加，損失增加. . 溫度過低，空預器金屬消耗量和煙氣阻力增大，有可能低溫度過低，空預器金屬消耗量和煙氣阻力增大，有可能低溫腐蝕。溫腐蝕。 合理的排煙溫度的確定：根據(jù)燃料、金屬價格及引風機電合理的排煙溫度的確定：根據(jù)燃料、金屬價格及引風機電耗，通過技術經(jīng)濟比較確定。耗，通過技術經(jīng)濟比較確定。 一般為（一般為（110-150110-150）2021

15、-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-221 最佳過量空氣系數(shù)最佳過量空氣系數(shù) 對應于對應于q q2 2、q q3 3、q q4 4之和為最小之和為最小的爐膛出口過量空氣系數(shù)。的爐膛出口過量空氣系數(shù)。 2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-222 （四）散熱損失（四）散熱損失 鍋爐在運行中，由于汽包、聯(lián)箱、汽水管道、爐墻鍋爐在運行中，由于汽包、聯(lián)箱、汽水管道、爐墻等的溫度高于外界空氣溫度而散失到空氣中去的那等的溫度高于外界空氣溫度而散失到空氣中去的那部分熱量。部分熱量。 對于容量較大的鍋爐，散熱損失一般小于對于容量較大的鍋爐，散熱損失一般小于0.5%0.5%。 2021-1

16、1-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-223 % 5555DDqqqqDeeee可按下式計算：運行時，散熱損失當鍋爐在非額定容量下的關系曲線如圖所示。與散熱損失來確定。鍋爐額定容量驗數(shù)據(jù)繪制的關系曲線由大量經(jīng)定非常困難，一般通過散熱損失通過試驗來測2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-224 保熱系數(shù)保熱系數(shù) 某段煙道中，煙氣放出的熱量被受熱面吸收的程度某段煙道中，煙氣放出的熱量被受熱面吸收的程度用保熱系數(shù)用保熱系數(shù) 來考慮，即來考慮，即 / / / 51511。散熱損失的熱量，；空氣預熱器總吸熱量，；鍋爐有效利用熱量，式中的保熱系數(shù)來計算，即為了簡化計算按整鍋爐煙氣放出的熱量

17、受熱面中工質吸收的量kgkJQkgkJQkgkJQQQQQQkykyky2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-225度。熱面所在煙道的散熱程稱為散熱系數(shù)，表示受可改寫為：上式可簡化為：得多時，比鍋爐有效利用熱量小當空氣預熱器的吸熱量-1 -1 1 55555511511qqqqqQQQQQQQQff2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-226（五）灰渣物理熱損失（五）灰渣物理熱損失時，才考慮此項熱損。，固態(tài)排渣時灰渣溫度，；時的焓，灰渣在溫度為）（灰渣份額；式中%419 %100 600 kJ/kg kg1 kJ/kg )(100100 ,666netararfsl

18、slslarslslslQAQQqCCCcacACCaQ2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-228三、鍋爐凈效率：三、鍋爐凈效率： 鍋爐熱效率扣除鍋爐機組自用能量折算成熱損失鍋爐熱效率扣除鍋爐機組自用能量折算成熱損失后的效率。后的效率。2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-229四、鍋爐燃料消耗量和煤耗率四、鍋爐燃料消耗量和煤耗率1.1.鍋爐燃料消耗量鍋爐燃料消耗量（1 1）實際燃料消耗量：）實際燃料消耗量： 鍋爐每小時實際耗用的燃料量。用于燃料輸送系統(tǒng)和鍋爐每小時實際耗用的燃料量。用于燃料輸送系統(tǒng)和制粉系統(tǒng)的計算。制粉系統(tǒng)的計算。2021-11-4沈陽工程學院 王樹群 動本091-230（2 2）計算燃料效耗量：）計算燃料效耗量： 實際燃料消耗量中扣除未完全燃燒的碳剩下的燃料消實際燃料消耗