鍋爐原理第3章燃料燃燒計算和鍋爐熱平衡計算

1、1第三章燃料燃燒計算和鍋爐熱平衡計算2第一節(jié)概述燃燒計算（物質平衡）熱平衡計算（能量平衡）空氣量的計算（成分、容積）煙氣量的計算（成分、容積）輔助計算空氣、煙氣焓鍋爐有效利用熱鍋爐各項損失鍋爐效率3第二節(jié)燃燒所需空氣量的計算1.計算前提l 理想氣體l 標準狀態(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算2.理論空氣量的計算（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 所需要的空氣量（2）理論空氣量的計算l方法 C、H、S燃燒化學反應方程式理論空

2、氣量5第二節(jié)燃燒所需空氣量的計算（2）理論空氣量的計算碳完全燃燒反應方程式C + O2 CO2 12kg C + 22.41Nm3 O2 22.41Nm3 CO21kg C + 1.866Nm3 O2 1.866Nm3 CO21kg H + 5.56Nm3 O2 11.1Nm3 H2O 1kg S + 0.7Nm3 O2 0.7Nm3 SO26第二節(jié)燃燒所需空氣量的計算（2）理論空氣量的計算0 1(1.8665.560.70.7)0.21100100100100a ra ra ra rCSOHV 0.0889(0.375)0.2650.333ararararCSHO燃料本身包含的氧量當量碳量N

3、m3/kg收到基燃料外界提供的理論空氣量001.293GVkg（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算（3）理論空氣量的經(jīng)驗估算無煙煤、貧煤Nm3/kg ,06000.238900ar netQV煙煤 Nm3/kg ,01.05 0.2380.2781000ar netQV 3.實際空氣量的計算 0( )VV 0( )VV 煙氣側過量空氣系數(shù)空氣側過量空氣系數(shù)（定義）8第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計算1.計算前提l 理想氣體l 標準狀態(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

4、（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）的計算理論工況2.燃燒工況燃料在沒有過?？諝獾那闆r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設計工況實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實際煙氣量：Vg實際工況實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、SO2、N2 、H2O、剩余O2和CO實際煙氣量：Vg10第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計算3.理論煙氣量的計算（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

5、生成的煙氣量（或煙氣容積）（2）理論煙氣量的計算l方法 C、H、S燃燒化學反應方程式理論煙氣量=1 完全燃燒O2 = 0 CO = 011第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計算（2）理論煙氣量的計算l二氧化碳和二氧化硫容積C + O2 CO2 12kg C + 22.41Nm3 O2 22.41Nm3 CO21kg C + 1.866Nm3 O2 1.866Nm3 CO21kg S + 0.7Nm3 O2 0.7Nm3 SO2CO2+SO2三原子氣體RO2S + O2 SO212第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計算（2）理論煙氣量的計算l 理論氮氣容積V0：Nar：00.79V22.410.

6、828 100100ararNN2000.790.8100arNNVV13第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計算（2）理論煙氣量的計算l 水蒸汽 1kg H + 5.56Nm3 O2 11.1Nm3 H2O22.411.2418100100ararMM001.2930.01610.804 1000adVVMar：V0：20011.11.240.0161100100ararH OHMVVGat：1.240.804atatGGda=10g/kg空氣14第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計算（2）理論煙氣量的計算000(0.375)1.8660.80.7911.11.240.016110010010

7、0100ararararargCSNHMVVVVRO2VN20VH2O0Vdg0Nm3（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）的計算（3）設計工況下實際煙氣量的計算（1 完全燃燒O2 0 CO = 0）00010.01611ggVVVV過量的空氣過量空氣帶入的水蒸汽222000010.01611RONH OVVVVVVdgVH2O16第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計算（3）理論煙氣量與設計工況下實際煙氣量的關系2(0.375)1.8660.71.866100100100ararararROCSCSV20011.11.240.0161100100

8、ararH OHMVV2000.790.8100arNNVV200.211OVV22000.791NNVVV22000.01611H OH OVVVC VCO2S VSO2N2 VN2O2 VO2H2O VH2O01 V01.01611 VVg0Vg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）的計算（4）實際工況下實際煙氣量的計算1 不完全燃燒O2 0 CO 022222gCOCOSONOH OVVVVVVV1.866100arC變化1818第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計算4.與煙氣量有關的概念l煙氣質量l三原子氣體容積份額（分壓力）l水蒸汽容積份額（分壓力）00111.

9、29311.3061001000100araargAdAGVV 22H OH OgVrV22H OH Oprp22ROROgVrV22ROROprpp：煙氣總壓力kg/kg19第三節(jié)燃燒產(chǎn)生煙氣量（燃燒產(chǎn)物）的計算4.與煙氣量有關的概念l飛灰濃度100arfagAGkg/kg煙氣飛灰系數(shù)100arfagAVkg/Nm3煙氣0.9520第四節(jié)煙氣分析1.目的l 測定運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l 電化學煙氣分析儀l 紅外煙氣分析儀21第四節(jié)煙氣分析3. 奧氏煙氣分析儀（1）原理：化學吸收法（2）說明：吸收劑順序

10、干煙氣組分（3）結果：RO2，O2，CO22100%ROdgVROV22100%OdgVOV100%COdgVCOVN2Vdg難以測量22第四節(jié)煙氣分析3. 干煙氣成分22100%ROdgVROV22100%OdgVOV100%COdgVCOV222100ROOCON22100%NdgVNV23第五節(jié)燃燒方程1.定義燃料元素組成和燃燒產(chǎn)物之間的關系f（ Car，Har， Oar， Nar， Sar， RO2，CO，O2）02.不完全燃燒方程2220.605()21ROCOOROCO燃料特性系數(shù)22221()0.605ROROOCO24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

11、和灰分無關l 無因次量，與采用何種燃料成分基準無關l ：自由氫（尚未與氧化合的氫，消耗外界氧的氫）8ararOH0.03882.350.375arararararOHNCS25第五節(jié)燃燒方程3.完全燃燒方程22221()0.605ROROOCO1且完全燃燒：CO=022121ROOmax2211RO1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22121ROOl實際燃燒過程中（O2 0 ）不可能達到RO2max2221ROOl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）定義實際供給的空氣量與理論空氣量之比反映設備的完善程度和運行水平0VV（2）表

12、征爐膛出口處過量空氣系數(shù)f28第六節(jié)過量空氣系數(shù)（3）選擇f排煙熱損失化學未完全燃燒熱損失機械未完全燃燒熱損失最佳f ：三項損失之和為最小時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煙煤和褐煤1.151.20液體和氣體1.10（5）運行狀態(tài)下確定過量空氣系數(shù)22210.51 3.76100OCOROOCO2422410.521 3.76100OCOCHROOCOCH不完全燃燒30第六節(jié)過量空氣系數(shù)完全燃燒max22RORO（6）運行狀態(tài)下監(jiān)督過量空氣系數(shù)22121 O1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.漏風系數(shù)（1）定義漏

13、入空氣量與理論空氣量之比0VV（2）危害爐膛溫度水平 燃燒效率煙氣容積 排煙熱損失和引風機電耗漏風點溫度 煙氣溫度水平 排煙溫度32第六節(jié)過量空氣系數(shù)（3）推薦項目漏風系數(shù)爐膛0.05凝渣管和屏0過熱器0.03再熱器0.03省煤器0.02管式空氣預熱器0.03回轉式空氣預熱器0.080.133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）基本關系出口進口漏風受熱面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 11 1受熱面2 22111222 212211235第六節(jié)過量空氣系數(shù)（3）各受熱面空氣平衡f36第六節(jié)過量空氣系數(shù)（4）空氣平衡表受熱面

14、名稱爐膛、屏 凝渣管高溫過熱器低溫過熱器高溫省煤器高溫空氣預熱器低溫省煤器低溫空氣預熱器 1.151.201.231.261.281.311.330.050.030.030.020.030.020.03 1.201.231.261.281.311.331.3637第七節(jié)空氣和煙氣焓的計算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.計算前提l單位燃料所需要的空氣和所產(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計算起點：0（ 0對應焓值為0 ）l計算比熱：定壓比熱（燃燒過程為

15、定壓）lRO2比熱： CO2比熱（VCO2 VSO2 ）38第七節(jié)空氣和煙氣焓的計算3.計算通式IVcV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.空氣焓的計算00aaIVcaaIV c理論空氣焓實際空氣焓39第七節(jié)空氣和煙氣焓的計算5.煙氣焓的計算222222000gRONH ORONH OIVcVcVc001ggafaIIII100arfafaashAIc.41826faarar netAQ理論煙氣焓煙氣焓不計入40第七節(jié)空氣和煙氣焓的計算6.煙氣焓溫表溫度/理論煙氣焓I0g/kJ/kg理論空氣焓I0a/kJ/kg飛灰焓Ifa/kJ/kgIgI0g（1）I0aIfa爐膛過熱器省煤器

16、空預器3026510099489613.8 2002013180628.92602 3003063273645.0387539574004146368061.5523853495005256464478.364036635677441第七節(jié)空氣和煙氣焓的計算5. 煙氣焓溫圖煙氣質量增加42第八節(jié)鍋爐熱平衡計算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收到基燃料為基準鍋爐處于穩(wěn)定狀態(tài)43第八節(jié)鍋爐熱平衡計算3. 熱平衡方程123456fQQQQQQQQf ：輸入熱量，kJ/kg Q1 ：有效利用熱，kJ/kg Q2 ：排煙熱損失，kJ/kg

17、 Q3 ：化學未完全燃燒熱損失，kJ/kg Q4 ：機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)鍋爐熱平衡計算3. 熱平衡方程123456100qqqqqq123456fQQQQQQQ除以QfiifQqQ4. 鍋爐效率正平衡效率反平衡效率11100fQqQ62100iiq45第八節(jié)鍋爐熱平衡計算5.輸入熱量 燃料和空氣沒有利用外界熱量燃煤水分滿足,.41826.65arar redar netMMQ.far netQQ.far netphexatQQQQQ燃料收到基低位發(fā)熱量燃料的物理顯熱；外來熱源加熱空氣時帶入的熱量；霧化燃油

18、所用蒸汽帶入的熱量為什么空氣預熱器所帶入的熱量不計入輸入熱量？46第八節(jié)鍋爐熱平衡計算6.機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）選擇設計：選取運行：熱平衡試驗測定固態(tài)排渣煤粉爐0.55.0燃油和燃氣爐0.0%（3）灰平衡：進入爐內(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)鍋爐熱平衡計算7.化學未完全燃燒熱損失Q3 （1）原因：排煙中殘留的可燃氣體CO，H2，CH4CmHn（忽略）（2）選擇設計：選取，煤粉爐不大于0.5運行：計算41100q燃料種類，燃燒方式爐膛型式與結構燃燒器設計與布置鍋爐運行工況（4）影響因素（3）影響因素修正48第八節(jié)鍋爐熱平衡計算8.排煙熱損失Q2 （1）原因：排煙溫度高于環(huán)境溫度（2）計算0421100exgexgcaqQIVct排煙焓冷空氣焓30（3）影響因素（4）特點：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149第八節(jié)鍋爐熱