長沙理工鍋爐原理課件第4章 鍋爐機(jī)組熱平衡

2023/5/18PrinciplesofBoilerPage1鍋爐熱平衡鍋爐輸入熱量和有效利用熱量鍋爐的各項(xiàng)熱損失鍋爐效率及燃料消耗量計(jì)算第四章鍋爐機(jī)組熱平衡2023/5/18PrinciplesofBoilerPage2一、鍋爐熱平衡及鍋爐熱效率1、熱平衡概念2、熱平衡方程式2023/5/18PrinciplesofBoilerPage3熱平衡范圍2023/5/18PrinciplesofBoilerPage4熱平衡示意圖2023/5/18PrinciplesofBoilerPage5鍋爐熱平衡研究

燃料的熱量在鍋爐中利用的情況:

有多少被有效利用，

有多少變成了熱量損失，表現(xiàn)在哪些方面,產(chǎn)生的原因。

研究的目的是為了有效地提高鍋爐熱效率鍋爐熱平衡

以lkg固體燃料或液體燃料(氣體燃料以1Nm3)為單位組成熱量平衡。

1kg燃料帶入爐內(nèi)的熱量及鍋爐有效利用熱量和損失熱量之間的關(guān)系。1、熱平衡概念2023/5/18PrinciplesofBoilerPage62、鍋爐熱平衡方程式q1=Qi/Qr×100式中輸入熱量

Q1

有效利用熱

Q2

排煙損失

Q3

化學(xué)不完全燃燒熱損失

Q4

機(jī)械不完全燃燒熱損失

Q5

散熱損失

Q6

其他熱損失2023/5/18PrinciplesofBoilerPage7二、鍋爐輸入熱量和有效利用熱量1、鍋爐輸入熱量2、鍋爐有效利用熱量2023/5/18PrinciplesofBoilerPage81、鍋爐輸入熱量Qr對(duì)于燃煤鍋爐:若燃料和空氣沒有利用外界熱量進(jìn)行預(yù)熱且燃煤水分滿足則2/7

—燃料的物理顯熱；—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2023/5/18PrinciplesofBoilerPage9鍋爐輸入熱量Qr燃料的物理顯熱ir

固體燃料收到基比熱：

kJ/kg?℃

液體燃料收到基比熱：

kJ/kg?℃

蒸汽帶入熱Qzq:當(dāng)用蒸汽霧化重油或噴入鍋爐蒸汽時(shí)考慮.2500—排煙中蒸汽焓近似值，kJ/kg外來熱量Qwl:用鍋爐范圍以外的廢氣、廢熱等來預(yù)熱空氣時(shí)2023/5/18PrinciplesofBoilerPage102、鍋爐有效利用熱Q13/7

式中：Q工質(zhì)總吸熱量，kJ/sB燃料消耗量，kg/s

Dgr、Dzr、DPw

過熱蒸汽量、再熱蒸汽量和排污量，kg/s

、、hgs

過熱蒸汽焓、飽和蒸汽焓和給水焓，kJ/kg

、再熱蒸汽出口和進(jìn)口焓，kJ/kg空氣在空氣預(yù)熱器中吸收的熱量又返回爐膛，屬鍋爐內(nèi)部熱量循環(huán)，鍋爐熱平衡中不予考慮.2023/5/18PrinciplesofBoilerPage11三、鍋爐的各項(xiàng)熱損失機(jī)械未完全燃燒熱損失化學(xué)(氣體)未完全燃燒熱損失排煙熱損失散熱熱損失其它熱損失2023/5/18PrinciplesofBoilerPage12機(jī)械(固體)未完全燃燒熱損失q4鍋爐主要熱損之一，取失決于燃料種類、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

Vdaf?。唬∕ar、Aar）大，q4大；

R90大，q4大；過大或過小，q4大煤粉在爐膛停留時(shí)間τ過小，q4大機(jī)械未完全燃燒熱損失q44/7設(shè)計(jì)時(shí),q4、按推薦數(shù)據(jù)選?。ū恚?duì)固態(tài)排渣煤粉爐取q4=0.5～5%未完全燃燒熱損失包括q4、q3

2023/5/18PrinciplesofBoilerPage13機(jī)械未完全燃燒熱損失q4形成：灰渣損失：未參與燃燒或未燃盡的碳粒與灰渣一同落入灰斗所造成的損失。漏煤損失：部分燃料經(jīng)爐排落入灰坑造成的損失。對(duì)于煤粉爐，則飛灰損失：未燃盡的碳粒隨煙氣帶走所造成的損失。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage14機(jī)械未完全燃燒熱損失q4燃料特性對(duì)q4的影響灰分含量高和灰分熔點(diǎn)低的煤，固態(tài)可燃物被灰包裹，難以燃盡，灰渣損失大。層燃時(shí)燃用揮發(fā)物低而焦結(jié)性強(qiáng)的煤：燃燒過程主要集中在爐排上，燃燒層溫度高，較易形成熔渣，阻礙通風(fēng)，增加灰渣損失。層燃時(shí)燃用水分低，焦結(jié)性弱而細(xì)末又多的煤時(shí)：特別是在提高燃燒強(qiáng)度而增強(qiáng)通風(fēng)的情況下，飛灰損失就增加。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage15機(jī)械未完全燃燒熱損失q42．燃燒方式對(duì)q4的影響：煤粉爐沒有漏煤損失，但飛灰損失比層燃爐大沸騰爐在燃用石煤或煤矸石時(shí)，飛灰損失大3．爐子結(jié)構(gòu)對(duì)q4的影響煤粉爐爐膛的高低燃燒器布置的位置2023/5/18PrinciplesofBoilerPage16機(jī)械未完全燃燒熱損失q44．鍋爐運(yùn)行工況對(duì)q4的影響負(fù)荷增加，爐膛的氣流速度增加，q4加大。煤粉細(xì)度及配風(fēng)。過量空氣系數(shù):如太低，q4會(huì)增加。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage17機(jī)械未完全燃燒熱損失q4固體不完全燃燒熱損失的測(cè)定和計(jì)算1．測(cè)定數(shù)據(jù)在鍋爐正常運(yùn)行工況下，定時(shí)收集：、、（kg/h）取樣分析：(1)可燃物百分?jǐn)?shù)：Chz、Cfh(%)；

(2)可燃物的發(fā)熱量：（kJ/kg）

2．計(jì)算公式

（kJ/kg）

%（kJ/kg）

（kJ/kg）

（kJ/kg）

2023/5/18PrinciplesofBoilerPage18機(jī)械未完全燃燒熱損失q4灰平衡熱平衡試驗(yàn)中，飛灰量很難準(zhǔn)確測(cè)定，一般通過灰平衡方法解決灰平衡方程：進(jìn)入爐內(nèi)燃料的總灰量應(yīng)等于灰渣、漏煤及飛灰之和令：,則：灰平衡方程為

上式兩邊分別乘以

2023/5/18PrinciplesofBoilerPage19機(jī)械未完全燃燒熱損失q4%

2023/5/18PrinciplesofBoilerPage20氣體不完全燃燒熱損失q3

形成：

q3是由于部分CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w未燃燒放熱就隨煙氣排出所造成的。影響因素1．爐子結(jié)構(gòu)的影響爐膛高度不夠或爐膛體積太小。當(dāng)爐內(nèi)水冷壁布置過多時(shí)，會(huì)使?fàn)t膛溫度過低。2．燃料特性的影響揮發(fā)份高的燃料，在其它條件相同時(shí)，q3相對(duì)要大一些。

3．燃燒方式的影響爐膛過量空氣系數(shù)（過小或過大）；配風(fēng)爐內(nèi)氣流的混合與擾動(dòng)等。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage21氣體不完全燃燒熱損失q3

氣體不完全燃燒熱損失的測(cè)定及計(jì)算1．測(cè)定用煙氣分析方法測(cè)出（Nm3/kg燃料）

2．計(jì)算公式

%式中：，Nm3/kg燃料 ：是考慮固體不完全燃燒的修正；實(shí)際燃燒的燃料量

CO2、H2、CH4

：干煙氣中CO、H2、CH4的容積百分?jǐn)?shù)，由熱平衡試驗(yàn)通過驗(yàn)器分析儀測(cè)得。由于實(shí)際運(yùn)行中，煙氣中H2、CH4的含量極少，可忽略不計(jì)，計(jì)算簡化.

2023/5/18PrinciplesofBoilerPage22氣體不完全燃燒熱損失q3

3．缺少元素成分資料時(shí)

2023/5/18PrinciplesofBoilerPage23排煙熱損失q2

排煙熱損失q2計(jì)算式中--排煙焓,取決于與，kJ/kg--進(jìn)入鍋爐的冷空氣焓,

kJ/kg

--排煙處過剩空氣系數(shù)5/7

由q2、受熱面低溫腐蝕及金屬耗量綜合確定。電站鍋爐約在110～160℃之間。取決于及煙道漏風(fēng)Δα，后者同時(shí)影響

對(duì)大中型鍋爐q2約為4～8%排煙熱損失：是指由排煙所帶走的熱量損失，煙氣離開鍋爐排入大氣時(shí)，其溫度比進(jìn)入鍋爐的空氣溫度高很多。

2023/5/18PrinciplesofBoilerPage24排煙熱損失q2影響因素：影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度和排煙容積1．排煙溫度排煙溫度越高，排煙熱損失越大。排煙溫度每提高12~15℃，q2將提高1%。排煙溫度過低經(jīng)濟(jì)上不合理，甚至技術(shù)上不允許。（1）煙氣與工質(zhì)的傳熱溫差小，換熱所需金屬受熱面就大大增加。（2）為了避免尾部受熱面的腐蝕，排煙溫度也不宜過低。因此必須根據(jù)燃料與金屬耗量進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來合理確定排煙溫度。供熱鍋爐的排煙溫度在150~200℃范圍內(nèi)。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage25排煙熱損失q2排煙容積影響排煙容積大小的因素有：爐膛出口過量空氣系數(shù)，煙道各處漏風(fēng)量及燃料所含水分。鍋爐最佳過量空氣系數(shù)的確定使q2、q3、q4三項(xiàng)熱損失的總和最小，所對(duì)應(yīng)的爐膛出口過量空氣系數(shù)2023/5/18PrinciplesofBoilerPage26排煙熱損失q2經(jīng)驗(yàn)公式：計(jì)算公式:%2023/5/18PrinciplesofBoilerPage27散熱熱損失q5

額定容量下鍋爐的散熱損失

散熱損失q5外表溫度高于環(huán)境溫度通過對(duì)流與輻射散失熱量造成的損失?？筛鶕?jù)鍋爐尾部受熱面的布置查圖確定

--鍋爐額定容量、運(yùn)行容量下的散熱損失--鍋爐額定容量、運(yùn)行容量q5與鍋爐運(yùn)行負(fù)荷近似成反比變化6/72023/5/18PrinciplesofBoilerPage28散熱損失q5

保溫系數(shù)保溫系數(shù)：表示煙氣在煙道中的放熱量有多少被煙道中的受熱面所吸收。煙氣在煙道中的放熱量×保溫系數(shù)＝煙道受熱面的吸熱量。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage29其它熱損失q6灰渣物理熱損失

固態(tài)排渣煤粉鍋爐只在高灰分煤時(shí)才考慮計(jì)算方法很簡單其它一些散熱損失等2023/5/18PrinciplesofBoilerPage30§4、鍋爐效率及燃料消耗量計(jì)算1、熱效率及計(jì)算2、燃料消耗量計(jì)算2023/5/18PrinciplesofBoilerPage31熱效率ηgr

熱效率正平衡反平衡7/72023/5/18PrinciplesofBoilerPage32鍋爐正平衡熱效率1）鍋爐有效利用熱量Q12）鍋爐每小時(shí)有效利用熱量Qgl

kJ/kg

kJ/h飽和蒸汽焓：

r--汽化潛熱，kJ/kgW--蒸汽濕度

igs，ips——鍋爐給水和排污水焓，kJ/kg；

——干飽和蒸汽的焓，kJ/kg2023/5/18PrinciplesofBoilerPage33鍋爐反平衡熱效率

%

2023/5/18PrinciplesofBoilerPage34正反平衡熱效率比較鍋爐正平衡只能求得鍋爐的熱效率，不能據(jù)此研究和分析影響鍋爐熱效率的種種因素，以尋求提高熱效率的途徑。反平衡則是依據(jù)對(duì)各種熱損失的測(cè)定來計(jì)算其鍋爐熱效率。對(duì)小型鍋爐而言，一般以正平衡為主，反平衡為輔。對(duì)于大型鍋爐，由于不易準(zhǔn)確測(cè)定燃料消耗量，其鍋爐熱平衡主要靠反平衡求得。2023/5/18PrinciplesofBoilerPage35燃料消耗量B

燃料消耗量

計(jì)算燃料消耗量7/72023/5/18PrinciplesofBoilerPage36作業(yè)與思考題1、什么是q4，影響