物質(zhì)與熱量平衡

1、第二章第二章 鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡與熱量平衡鍋爐的物質(zhì)平衡鍋爐的物質(zhì)平衡空氣焓及煙氣焓計(jì)算空氣焓及煙氣焓計(jì)算鍋爐的熱平衡鍋爐的熱平衡 鍋爐熱效率及燃料消耗量計(jì)算鍋爐熱效率及燃料消耗量計(jì)算受熱面熱平衡受熱面熱平衡 12453第第 2 章章 鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2-1鍋爐的物質(zhì)平衡鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2-1鍋爐的物質(zhì)平衡 風(fēng)-煙 、煤-灰在燃料側(cè)燃料側(cè)物質(zhì)平衡 汽、水在工質(zhì)側(cè)工質(zhì)側(cè)物質(zhì)平衡 由于鍋爐包括“鍋”和“爐”兩個(gè)方面，所以物質(zhì)平衡也包括兩個(gè)方面：爐側(cè)（燃料側(cè)）物質(zhì)平衡鍋側(cè)（

2、工質(zhì)側(cè)）物質(zhì)平衡鍋爐內(nèi)物質(zhì)：風(fēng)、煙 煤、灰 汽、水鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡1、灰平衡（煤灰系統(tǒng)）一、燃料側(cè)的物質(zhì)平衡一、燃料側(cè)的物質(zhì)平衡鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡1、灰平衡 燃料完全燃燒后剩下的固態(tài)殘?jiān)椿以?，它?lái)源于燃料中的灰分。燃燒后一部分灰渣從爐膛排出稱為爐灰，一部分細(xì)小灰粒被煙氣夾帶稱之為飛灰。爐灰和飛灰各占燃料灰分的比值稱為爐灰份額和飛灰份額即alh爐灰份額 alh+afh=1afh飛灰份額afh0.2層燃爐，0.90.95煤粉爐 如一臺(tái)爐：alh+acjapy=1afh=acjapyhGlhGfhGfhlhhGGGhfhhlhGGGG1hl

3、hlhGGahfhfhGGa1fhlhaa鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2、風(fēng)平衡（風(fēng)-煙系統(tǒng)）燃料在燃燒時(shí)空氣與燃料不可能完全混合反應(yīng)，總會(huì)有一部分空氣未發(fā)生反應(yīng)，為了使燃料充分燃燒，總是要多提供一些空氣，即V實(shí)V0 一般爐膛出口 V實(shí)/V0=1.11.5V實(shí)/V0稱為過(guò)量空氣系數(shù)（或空氣過(guò)剩系數(shù)）進(jìn)入爐膛以前的過(guò)量空氣系數(shù)用 表示，進(jìn)入爐膛以后的過(guò)量空 氣系數(shù)用 表示。鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡漏風(fēng)量/理論空氣量漏風(fēng)系數(shù)，用表示2、風(fēng)平衡各受熱面的漏風(fēng)系數(shù)層燃爐爐膛： 機(jī)械化爐 0.1 手燒爐 0.3沸騰爐爐膛： 沸騰層 0 懸浮段 0.1對(duì)流煙道 ：

4、過(guò)熱器 0.05 管束I 0.05 管束 0.1漏風(fēng)系數(shù)對(duì)任何一個(gè)受熱面都是 受熱面 鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2、風(fēng)平衡各受熱面的漏風(fēng)系數(shù)對(duì)流煙道 ： 鋼管省煤器 0.1 鑄鐵省煤器 0.15 空氣預(yù)熱器 0.1 除塵器（懸浮和多管） 0.10.15 鍋爐后鋼制煙道（每10米長(zhǎng)） 0.01 砌磚煙道（每10米長(zhǎng)） 0.05ky ky為空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)系數(shù)對(duì)空氣預(yù)熱器ky空預(yù)器llllllgrlgrsmgrgrlgrgrgrsmgrkysmpykysmsmsmkysmsmkykykykypykykylll 鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2、風(fēng)平衡排煙處的空氣

5、過(guò)剩系數(shù)為：kylpy -鍋爐各個(gè)對(duì)流受熱面的漏風(fēng)系數(shù)之和kysmgrlpy 如：鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡pwzygsDDDD汽水流量平衡式可寫：Dgs鍋爐給水量kg/h1、汽水平衡D鍋爐蒸汽流量kg/hDzy鍋爐自用蒸汽量kg/hDpy鍋爐排污水量kg/h 送入鍋爐的水量等于排出鍋爐的水量和汽量之和。pwzygsDDDG鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡pwpwqzygsgsSDSDDSD)(鹽平衡方程：Sgs給水含鹽量 mg/kg2、鹽平衡Sq蒸汽含鹽量 mg/kgSpw排污水含鹽量 mg/kg鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡鍋爐原理鍋爐原理

6、第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡影響焓值的因素（1） 焓值是溫度和壓力的函數(shù)，但對(duì)鍋爐范圍內(nèi)的空氣和煙氣，其壓力變化不大，所以計(jì)算時(shí)忽略壓力的影響，認(rèn)為焓只是溫度的單值函數(shù)。（2）焓值的高低是相對(duì)的，與焓值零點(diǎn)的選取有關(guān)，各國(guó)對(duì)焓值零點(diǎn)的選取是不同的，我國(guó)是以0為焓值零點(diǎn)，即t0時(shí)，焓值為零。（3）焓值的大小還與載熱體及其量有關(guān)。 對(duì)于氣體，通常將1Nm3氣體的焓值稱為比焓，單位是KJ/Nm3。在鍋爐熱力計(jì)算中，通常以每kg計(jì)算燃料為基準(zhǔn)來(lái)計(jì)算焓值。在鍋爐熱力計(jì)算中，焓的單位為KJ/Kg。鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡煙氣煙氣飛灰飛灰

7、過(guò)?？諝膺^(guò)剩空氣0yV22200NROH OVVVyV鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡 煙氣焓值等于理論煙氣焓、過(guò)?？諝忪屎惋w灰焓煙氣焓值等于理論煙氣焓、過(guò)剩空氣焓和飛灰焓之和。之和。a鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡 鍋爐的熱平衡是指輸入鍋爐的熱量與鍋爐輸出熱量之間的平衡，即隨燃料進(jìn)入鍋爐所帶入的熱量應(yīng)等于鍋爐有效吸收的熱量與各種損失的熱量之和。 與鍋爐物質(zhì)平衡一樣，鍋爐的熱平衡也包括燃料側(cè)的熱平衡與工質(zhì)側(cè)的熱平衡。鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡 鍋爐熱平衡以每kg實(shí)際參與燃燒的燃料為基準(zhǔn)，而鍋爐的 物平衡以每Kg理論上完全燃燒的燃料為基準(zhǔn)。 包括

8、兩部分：其一是物質(zhì)的物理顯熱(物質(zhì)的熱焓)；其二是物質(zhì)的化學(xué)熱量(發(fā)熱量)。rQ,ar netQri3QlkQpyQfhQ46QlzQ44Q2QgsQgrQpwQ1Q5Q123456rQQQQQQQ鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡654321QQQQQQQrQ5鍋爐的散熱損失Qr隨1公斤燃料進(jìn)入鍋爐的熱量，又稱為輸入熱量Q1鍋爐有效利用熱Q2排煙損失Q3氣體不完全燃燒損失Q4固體不完全燃燒損失Q6灰渣熱物理?yè)p失上式兩邊乘以100/Qr% 則鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡100q1q2q3+q4+q5+q6其中q1Q1/Qr，q2Q2/Qr，q3.一、燃料側(cè)的熱平衡

9、1、輸入熱量QrQrQydwim 料的應(yīng)用基低位發(fā)熱值Qydw 燃料的物理顯熱im鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡%630ydwyQW 燃料的物理顯熱imim=tmCmtm燃料溫度，Cm燃料比熱對(duì)于固體燃料，如經(jīng)過(guò)預(yù)熱im必須計(jì)算，如燃料未預(yù)熱只有 時(shí)，才計(jì)算im表示折算水分大于7才考慮，什么是折算水分呢？Cm的計(jì)算方法：gmyymCWWC100100100186. 4kj/kgWy煤的應(yīng)用基水分Cgm干煤的比熱無(wú)煙煤、貧煤：0.92煙煤1.09褐煤1.13油頁(yè)巖0.88折算水分是每1000大卡熱量的燃料所含有的水分鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡 空氣顯熱im空氣

10、帶入的熱量為：Qxk空氣的顯熱：I0lk冷空氣焓 kj/kg00lkpylklkpyxkItCVQpy排煙處空氣過(guò)剩系數(shù)Vo理論空氣量 Clk冷空氣比熱 tlk冷空氣溫度，一般取20或30 鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡 前面考慮了三種熱量低位發(fā)熱值、燃料物理顯熱和空氣顯熱，事實(shí)上還可能有其它熱量輸入外來(lái)熱源加熱空氣帶入的熱量Qwr：通常情況下QrQydw所以輸入熱量為噴入爐內(nèi)蒸汽帶入的熱量Qwh：碳酸鹽分解所消耗的熱量QT：TwhwrxkmydwrQQQQiQQ_鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2、相應(yīng)于、相應(yīng)于1公斤燃料離開鍋爐的熱量有：公斤燃料離開鍋爐的熱量

11、有：、被工質(zhì)吸收的有效利用熱量：dfQQQ111、氣體不完全燃燒損失Q3 煙氣中有未燃盡的CO氣體，熱量未能全部放出造成的損失。1公斤碳燃燒生成CO放出9211kj/kg熱量（有72熱量未放出來(lái)）1公斤碳燃燒生成CO2放出32866kj/kg熱量煙氣中還有可能含有其它可燃?xì)怏w，如H2、CH4、CmHn等，但含量極少，故可以忽略不計(jì)。、固體不完全燃燒損失Q4在爐灰和飛灰中含有未燃盡的碳，排出爐外而造成的損失、散熱損失Q5 由鍋爐爐體向周圍散熱引起的損失鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡、灰渣物理熱損失灰渣物理熱損失Q Q6 6hhylhtCAaQ1006alh爐灰的分額； AY灰份C

12、h灰的比熱kj/kg，可查表趙p32表2-5th 爐灰的計(jì)算溫度th 的選?。簩尤紶t 600 沸騰爐溢流灰：沸騰層溫度 800冷渣：沸騰層溫度（50100）鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡、排出煙氣的物理熱排出煙氣的物理熱Q QpypyQ2表示煙氣熱損失則Q2QpyQxk Qxk 空氣顯熱 3、按熱量的出入平衡pyxkmydwQQQQQQQiQ65431)(2xkpyQQQ654321QQQQQQiQmydw輸入熱量mydwriQQ影響q2的因素py，py鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平

13、衡與熱量平衡pw bszy zygqgs gspw bszy zygqpwzygsgqgspwbsgszyzygsQD iD iDiD iD iD iDiDDD iD iiDiiDii鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡100pw bszy zybqgs gsrQD iD iD iWD i鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡3、對(duì)于熱水鍋爐、對(duì)于熱水鍋爐)()100)(1gsbhpwgsbqzyiiDrwiiDDQ式中： r為汽化潛熱； W蒸汽濕度對(duì)W的要求：水管鍋爐3%鍋殼式鍋爐5%（以前為4%）2、對(duì)于飽和蒸汽鍋爐、對(duì)于飽和蒸汽鍋爐)(1hsrssttGCQQ1熱水鍋爐

14、輸出熱量kwG循環(huán)水量kg/strs熱水溫度（供水溫度tgs）ths回水溫度Cs水的比熱kj/kg，一般取Cs4.1868kj/(kg)鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2-4 鍋爐的熱損失鍋爐的熱損失q1q2q3+q4+q5+q6100（由前面的熱平衡方程得）效率：通常表示熱量被有效利用的程度，鍋爐熱的效率以有效利用熱和送入鍋爐熱量之比即)(1006543211qqqqqqQQr求鍋爐熱效率有二種方法：正平衡法直接測(cè)得鍋爐有效利用熱Q1和輸入鍋爐的熱量，然后計(jì)算反平衡法測(cè)定鍋爐的各項(xiàng)損失，然后計(jì)算)%(10065432qqqqq鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2-4

15、 鍋爐的熱損失鍋爐的熱損失1、排煙熱損失q2)%100()(402qQrIIqlkpypy因?yàn)橛泄腆w不完全燃燒損失，每加1kg燃料進(jìn)入爐內(nèi)，實(shí)際燃燒的燃料為（100q4）/100,因此產(chǎn)生的煙氣體積減少，所以式中乘以修正系數(shù)（100q4）/100。2、氣體不完全燃燒損失q3%10033rQQq在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)可選取趙表2-1或表2-2中參考燃燒固體燃料時(shí)也可按公式計(jì)算%100)100/1 ()375.0(14.236423qCOROCOQSCqryy鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2-4鍋爐的熱損失鍋爐的熱損失2、氣體不完全燃燒損失q3q3的選?。簩尤紶t：0.51.0煤粉爐：0氣體或

16、液體燃料：0.53、固體不完全燃燒損失q4在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)選取趙，表2-1表2-2q4的計(jì)算式：ryfhfhfhyhyhyhlmlmlmlzlzlzQAccaccaccaccaq32866)100100100100(4層燃爐：alz、alm、ayh、afh 爐渣、漏煤、煙道灰、飛灰份額；clz、clm、cyh、cfh 爐渣、漏煤、煙道灰、飛灰中含碳百分?jǐn)?shù)鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2-4 鍋爐的熱損失鍋爐的熱損失4、散熱損失q5沸騰爐：ryfhfhfhyhyhyhlmlmlmylylylQAccaccaccaccaq32866)100100100100(4ayl、alh溢流灰、冷

17、灰份額；cyl、clh 溢流灰、冷灰中含碳百分?jǐn)?shù)3、固體不完全燃燒損失q4可按趙，表2-6選取，也可查圖，圖4.2隨著鍋爐容量的增加，散熱損失降低鍋爐單位體積的表面積下降，即比表面積減小，Dq5當(dāng)鍋爐有尾部受熱面時(shí)，增加散熱表面，故q5。鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2-4 鍋爐的熱損失鍋爐的熱損失5、灰渣熱物理?yè)p失q6q6rylzhQAaC )(層燃爐、煤粉爐當(dāng)時(shí) q6可忽略68.418ydwyQA q6ylq6lhq6rjryylhQAaC )(rylhhQAaC )(ryrjhQAaC )(沸騰爐固態(tài)爐和火床路hz取600，沸騰爐取800鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平

18、衡與熱量平衡2-5鍋爐的熱效率及燃料耗量鍋爐的熱效率及燃料耗量 工業(yè)鍋爐新產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，要求保證較高的熱效率，不得低于一定的值見工大書表2-7和表2-8請(qǐng)大家記住部?jī)?yōu)標(biāo)準(zhǔn)要求大于表中效率的4。 一般為了使鍋爐有較大的靈活性和適應(yīng)性，都按II類煙煤設(shè)計(jì)。 根據(jù)鍋爐效率，可計(jì)算出燃料的消耗量即：1001rQQB 鍋爐效率即鍋爐的總有效利用熱量占鍋爐送入熱量的百分?jǐn)?shù)。鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2-5鍋爐的熱效率及燃料耗量鍋爐的熱效率及燃料耗量 Q1用前面的公式代入，考慮到燃料消耗量B中有一部分未燃燒就隨爐渣帶出，這部分沒有產(chǎn)生煙氣，應(yīng)從B中扣除，故得到計(jì)算燃料消耗量Bj為：1001

19、004qBBj 也就是單位時(shí)間內(nèi)實(shí)際參加燃燒，并產(chǎn)生煙氣的燃料量。因此計(jì)算空氣、煙氣體積或計(jì)算焓均用Bj，而不用B。鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2-6 受熱面的熱量平衡受熱面的熱量平衡鍋爐輸出的有效熱Q1有兩部分組成即Q1Q1fQ1d 輸出的損失熱量Q3，Q4，Q6集中在爐內(nèi)，對(duì)于Q5由三部分組成：kydlQQQQ5555Q5l爐膛散熱損失Q5d對(duì)流受熱面散熱損失Q5ky空氣預(yù)熱器散熱損失為了便于計(jì)算，定義保熱系數(shù)：工質(zhì)吸收的熱量與煙氣實(shí)際放熱之比，用表示。Q煙放Q吸收Q散熱 Q吸收 Q散熱表明保溫效果好，故以保熱系數(shù)定義。鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2-6

20、 受熱面的熱量平衡受熱面的熱量平衡假定：各部分的散熱量與其對(duì)應(yīng)受熱面的吸熱成正比。注意這是個(gè)假定，雖然與實(shí)際情況有一定的出入，但長(zhǎng)期實(shí)踐表明基本符合。Q吸收Q散熱實(shí)際上凡能提高Q吸收的因素亦能提高Q散熱。假定成立，即：kykydfkydlkykyddflQQQQQQQQQQQQQQQ115111555151515.(a)鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2-6受熱面的熱量平衡受熱面的熱量平衡由定義知:kykykykykydddlffQQQQQQQQQQQQQQ15111511511511.(b)將（b）分子、分母同除以Q1Q1ky得kyQQQ11511.(c)將（C）式分母中第二項(xiàng)

21、的分子分母除以Qr得：kyrkyrrqqQQQQQQ511511/11.(d)鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2-6 受熱面的熱量平衡受熱面的熱量平衡qky空氣預(yù)熱器吸熱與輸入熱量之比如果鍋爐不布置空氣預(yù)熱器，則qky0kyrkyrrqqQQQQQQ511511/11511q(e)由于qky值很小，因而對(duì)有空氣預(yù)熱器的鍋爐，其也可以用（e）式作近似計(jì)算，其誤差很小。鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2-6受熱面的熱量平衡受熱面的熱量平衡一、輻射受熱面的熱量平衡對(duì)爐體列方程： 00 64351)()(ljlrljrklljrlfIBBIBBIBBQQQQQQ 00 64

22、3)()(100_llklrklljrrIIIBBqqqQQ)(/100)(100 00 643llklrklljrjIIIBBqqqQBB.(f) 爐膛出口煙氣焓 I0lk 理論冷空氣焓I0rk理論熱空氣焓 l爐膛漏風(fēng)系數(shù) lIQrkQlkQrQ3Q4Q6QyQl5Q1f爐膛鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2-6受熱面的熱量平衡受熱面的熱量平衡一、輻射受熱面的熱量平衡)(/100)(100 00 643llklrklljrjIIIBBqqqQBB令 為空氣帶入爐膛的熱量00 )(lklrkllkIIQ令 為入爐熱量krlQqqqqQQ4643100)(100即相當(dāng)于1公斤燃料帶入爐膛的熱量則（f）式為：)( 51lljlfIQBBQQ由（b）式得：lffQQQ511)()( 511lljlffIQBBQQQ.(g)鍋爐原理鍋爐原理第二章鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡與熱量平衡2-6受熱面的熱量平衡受熱面的熱量平衡 上式以燃料實(shí)際消耗量B為基準(zhǔn)，得出的輻射換熱公式。在鍋爐設(shè)計(jì)中都以實(shí)際參加燃燒的計(jì)算燃料耗量Bj為基準(zhǔn)，則（g）可寫成：)_( 1llfIQQ.(h)當(dāng)入爐熱量Ql完全用來(lái)加熱燃燒產(chǎn)物，即在絕熱狀態(tài)下，則燃燒產(chǎn)物可達(dá)到的最高溫度，用0或T0表示，理論燃燒溫度按Ql查焓溫表。鍋爐原理鍋爐