锅炉设备与原理chapter3工业锅炉热工计算

1第三章工业锅炉热工计算3.1煤和燃料油的燃烧计算及燃烧工况检测3.2气体燃料的燃烧计算及燃烧工况检测3.3烟气焓的计算3.4锅炉机组的热平衡21.燃料的燃烧？燃料中的可燃元素和氧在高温条件下发生剧烈的氧化反应，同时放出大量热量的过程。2.燃料的燃烧产物？烟气、灰和渣。3.锅炉热工计算（燃烧计算）的任务:确定燃料燃烧时，需要的空气量？生成的烟气量？空气焓、烟气焓？34.计算基准固体燃料和液体燃料：以1kg质量燃料为基准；气体燃料：以标准状态下1m3体积燃料为基准。5.几个假定空气、烟气所含有的各组成气体及水蒸气，均为理想气体，在标准状态下，1kmol气体的体积为22.4m3。空气只是氧和氮的混合气体，其体积比为21：79。4一、燃料燃烧所需的空气量的计算1．理论空气量（理论公式）•1kg接收基燃料完全燃烧，而又无过剩氧存在时所需的空气量，称为理论空气量。•C完全燃烧反应方程式C+O2=CO212kgC+22.4m3O2=22.4m3CO21kgC完全燃烧，需1.866m3O2，并产生1.866m3CO2。§3-1煤和燃料油的燃烧计算及燃烧工况监测5•S完全燃烧反应方程式S+O2=SO232kgS+22.4m3O2=22.4m3SO2即1kgS完全燃烧，需0.7m3O2，生成0.7m3SO2；•H完全燃烧反应方程式2H2+O2=2H2O2×2.016kgH2+22.4m3O2=44.8m3H2O即1kgH完全燃烧，需5.56m3O2，生成11.1m3H2O。61kg接收基燃料中，含kg碳、kg硫、kg氢，而1kg接收基燃料中已含有kg氧，在标准状态下其容积为：m3/kg所以，1kg接收基燃料完全燃烧时所需外界供应的理论氧气量为：m3/kg7理论空气量m3/kg：8经验公式计算理论空气量——当缺乏燃料的元素分析资料时，理论空气量可根据燃料的发热量进行近似计算。简化公式有：对于Vdaf15%的贫煤和无烟煤对于Vdaf15%的烟煤和褐煤,,00.2410.611000netVarKQV,,00.2530.2781000netVarKQV9对于Qnet,v,ar12500kJ/kg的劣质烟煤对于燃料油,,00.2410.4551000netVarKQV,,00.2631000netVarKQV102.实际空气量Vk实际空气量Vk比理论空气量多出的空气，称为过量空气，二者之比称为过量空气系数，即：11炉膛出口过量空气系数通常用锅炉炉膛出口处的过量空气系数表示锅炉过量空气系数的大小。=f（燃料种类、燃烧方式、燃烧设备完善程度），供热锅炉常用层燃炉=1.3~1.6。为了使燃料在炉内尽可能完全燃烧，实际送入炉内的空气量总是大于理论空气量。过量空气系数是锅炉运行的重要指标，它直接影响到锅炉运行的经济性和安全性。12漏风系数——处于负压下运行状态的锅炉（炉膛和烟道保持一定的负压），外界空气会不断地从炉墙和烟道的不严密处漏入，漏入的空气量与理论空气量的之比称为漏风系数，用△α表示。除炉膛外，锅炉其他部位的漏风，基本上都不能起到助燃的作用，对燃烧不利，而且增加了烟气量与引风机的动力消耗。教材P48表3-1列出了负压燃烧锅炉各部位漏风系数的经验值。13二、燃烧所生成的烟气量1.理论烟气量（理论公式）燃料燃烧后生成烟气，如过量空系数α=1，又达到完全燃烧，则烟气中只含有CO2、SO2、水蒸气H2O、N2四种气体，这时烟气的体积称为理论烟气量。二氧化碳体积1kg碳完全燃烧生成1.866m3CO2，1kg燃料中含kg碳，燃烧后为m3/kg14二氧化硫体积1kg硫完全燃烧生成0.7m3SO2，1kg燃料中含kg硫，燃烧后为m3/kg三原子气体体积m3/kg15理论水蒸气体积（1）燃料中氢完全燃烧生成水蒸气m3/kg（2）燃料中水分形成的水蒸气m3/kg（3）理论空气量带入的水蒸气16（4）燃用重油，且用蒸汽雾化时，带入炉内的水蒸气，雾化1kg重油消耗蒸汽量为Gwh，这部分水蒸气的体积为1.24Gwhm3/kg。m3/kg理论氮气体积理论空气中的含有氮：燃料本身所含的氮：17理论烟气量m3/kg为干烟气体积。18可用经验公式计算理论烟气量——当缺乏燃料的元素分析资料时，理论空气量可根据燃料的发热量进行近似计算。简化公式有：对于无烟煤、贫煤和褐煤,,00.2480.771000netVaryQV19对于Qnet,v,ar12560kJ/kg的劣质煤对于燃料油,,00.2480.541000netVaryQV,,00.2651000netVaryQV202.实际烟气量（1）过量空气的体积（2）过量空气中水蒸气的体积则实际烟气量为：21一、气体燃料燃烧所需空气量（1）理论空气量（理论公式）1m3燃气完全燃烧，且无过剩氧存在时，燃烧所需的空气量。用符号表示，单位为m3/m3。可燃组分：H2、CO、CmHn和H2S。•H完全燃烧反应方程式2H2+O2=2H2O2×22.4m3H2+22.4m3O2=2×22.4m3H2O1m3H完全燃烧，需0.5m3O2，生成1m3H2O。§3-2气体燃料的燃烧计算及燃烧工况监测22•CO完全燃烧反应方程式2CO+O2=2CO22×22.4m3CO+22.4m3O2=2×22.4m3CO21m3CO完全燃烧，需0.5m3O2，生成1m3CO2。•CmHn完全燃烧反应方程式CmHn+(m+n/4)O2=mCO2+n/2H2O22.4m3CmHn+(m+n/4)×22.4m3O2=m×22.4m3CO2+n/2×22.4m3H2O1m3CmHn完全燃烧，需(m+n/4)m3O2，生成mm3CO2，n/2m3H2O。23•H2S完全燃烧反应方程式2H2S+3O2=2SO2+2H2O2×22.4m3H2S+3×22.4m3O2=2×22.4m3S2O+2×22.4m3H2O1m3H2S完全燃烧，需1.5m3O2，生成1m3SO2，1m3H2O。241m3燃气中，含m3H2、m3CO、m3CmHn、m3H2S，完全燃烧时所需外界供应的理论氧气量为：理论空气量：（2）实际空气量：202220.50.5()0.51001004100100100mnOCHHHSOCOnVm25二、燃烧生成的烟气量1.理论烟气量（理论公式）燃料燃烧后生成烟气，如过量空系数α=1，又达到完全燃烧，则烟气中只含有CO2、SO2、水蒸气H2O、N2四种气体，这时烟气的体积称为理论烟气量。262.实际烟气量27烟气焓的组成：理论烟气量的焓、过量空气量的焓、飞灰的焓，即：1.理论空气量的焓lkg固体燃料或燃料油或1m3气体燃料完全燃烧所需的理论空气量，在等压下从0℃加热到θ℃（或t℃）所需的热量，称为理论空气量的焓。§3-3烟气焓的计算282.理论烟气量的焓lkg固体燃料或燃料油或1m3气体燃料在理论空气量下完全燃烧生成的烟气量，在等压下从0℃加热到θ℃所需的热量，称为理论烟气量的焓。（可查表得到）=293.过量空气的焓：4.飞灰的焓：下列情况飞灰焓可忽略不计，否则必须计算。在层燃炉和煤粉炉中，当在流化床锅炉中，当30对于其他情况的燃煤、燃气、燃油锅炉，由于烟气中飞灰的含量很少或者根本没有飞灰，其焓占据烟气焓的比例很小或者为零，由此产生的误差在工程上是可以接受的，可以不予考虑。由于锅炉燃料不同，锅炉各部位过量空气系数不相同，烟气温度也在变化，一般烟气焓要分别进行计算。为了计算方便一般需要预先编制焓温表或焓温图。已知烟气温度和过量空气系数，可以查取烟气焓值；或者已知烟气的焓和过量空气系数，查取烟气的温度。311.研究的内容研究燃料的热量在锅炉中的利用情况，有效利用、热量损失的表现及产生的原因。2.研究的目的寻求提高锅炉热效率的途径。3.锅炉热平衡?为了全面评定锅炉的工作状况，必须对锅炉进行测试，这种测验称为锅炉热平衡（或热效率）试验，如图3-1所示。§3-4锅炉机组的热平衡32一、锅炉热平衡方程锅炉热平衡的基准：1kg固体燃料、液体燃料或1Nm3气体燃料。建立1kg燃料带入炉内的热量与有效利用热和各项热损失的平衡关系：（见图3-2）两边同除以Qr，则得33式中Qr—1kg燃料带入炉内的热量，kJ/kg；Q1—锅炉有效利用热量，kJ/kg；Q2—锅炉排烟热损失，kJ/kg；Q3—气体（化学）不完全燃烧热损失，kJ/kg；Q4—固体（机械）不完全燃烧热损失，kJ/kg；Q5—锅炉散热损失，kJ/kg；Q6—灰渣物理热损失，kJ/kg；q—有效利用热和各项热损失的百分数。34二、输入锅炉的热量1kg煤或燃料油带入锅炉的热量：kJ/kglm3气体燃料带入锅炉的热量：kJ/m3MoreInformation35Qnet,v,ar燃料燃烧放出的热量，即燃料的低位发热量；燃料物理热：hr=Cr▪trQwr为外部热源加热空气带入炉内的热量Qwh蒸汽雾化重油带入炉内的热量'00()wrkyklkQhh(2512)whwhwhQGh36三、锅炉有效利用热量有效利用热量：饱和蒸汽锅炉过热蒸汽锅炉热水锅炉MoreInformation37四、锅炉的各项热损失？？？1.排烟热损失⑴排烟热损失q2的形成烟气离开锅炉排入大气时，烟气温度（过高？或过低？）进入锅炉的空气温度，排烟所带走的热量损失称为排烟热损失。38（2）排烟热损失的测定与计算——由于固体未完全燃烧的存在，对烟气容积的修正。Moreq2是锅炉热损失的最大项，装省煤器的水管锅炉q2≈6~12%，不装省煤器的水管锅炉q2≈20%以上。392.气体不完全燃烧热损失(化学热损失)⑴气体不完全燃烧热损失q3的形成q3是由于部分CO、H2、CH4等可燃气体未燃烧就随烟气排出所造成的损失。q3=f（炉子的结构、燃料特性、燃烧过程的组织、运行水平）降低q3的有效措施：保持炉膛足够的高温和适量的过量空气系数，注意炉内一次风、二次风的配比和强烈混合，保证整个火焰充满整个炉膛。40⑵气体不完全燃烧热损失的测定与计算用烟气分析仪测定烟气中的CO、H2、CH4。实际上烟气中的H2，CH4的含量很少，可忽略不计。可用简化公式进行计算：33.2(%)pyqCO413.固体不完全燃烧热损失⑴固体不完全燃烧热损失q4的形成q4是由于进入炉膛的燃料，有一部分没有参与燃烧或未燃尽而被排出炉外所造成的损失。由三部分组成：灰渣损失Qhz、漏煤损失Qlm、飞灰损失Qfh，是锅炉热损失中的主要项目。q4=f(燃料特性、燃烧方式、锅炉结构、运行工况)42⑵固体不完全燃烧热损失的测定与计算在锅炉运行中，收集每小时的灰渣、漏煤和飞灰重量Ghz、Glm和Gfh，分析可燃物的质量百分数Chz、Clm和Cfh（%），通过试验测定并按照下式计算kJ/kg。（Cfh通过灰平衡法确定）当设计新锅炉时，q4可根据燃烧方式、燃料种类由查表5-2选取。434.散热损失⑴散热损失q5的形成锅炉运行时，炉墙、钢架、管道、其他附件的表面温度周围环境温度造成的热量散失，称锅炉的散热损失。⑵散热损失的计算对于中、低压锅炉，q5可查下表。44Fs—锅炉散热表面积，m2；αs—锅炉散热表面积的放热系数，w/m2.℃；ts，tk—散热表面温度和周围空气温度，℃；B—燃料消耗量，kg/h；锅炉的散热损失q545（3）保温系数保温系数φ：表示烟气在烟道中的放热量被该烟道中的受热面所吸收的份额。假定：各烟道与整台锅炉的保热系数是相等，则当没有空气预热器或空气预热器吸热很小时，则465.灰渣物理热损失是由于锅炉排出灰渣（一般都在600~800℃以上）造成的热损失。固态排渣煤粉炉，当时，可忽略不计。47灰渣中灰分的质量占燃料总灰分质量的质量份额，当层燃炉漏煤量很少时，可近似按照计算。对于层燃炉与固态排渣煤粉，对于沸腾炉。灰渣物理热损失的大小与锅炉形式、燃料性质以及排渣率有关。hz1hz