3第三章锅炉机组热平衡

第三章锅炉机组热平衡1第三章锅炉机组热平衡第一节锅炉热平衡一、锅炉热平衡的概念在稳定工况下，输入锅炉的热量应与输出锅炉的热量相平衡，锅炉的这种热量收、支平衡关系，就叫锅炉热平衡。输入锅炉的热量是指伴随燃料送入锅炉的热量；锅炉输出的热量可以分为两部分，一部分为有效利用热量，另一部分为各项热损失。锅炉热平衡是按1kg固体或液体燃料（对气体燃料则是1Nm3标准）为基础进行计算的。在稳定工况下，锅炉热平衡方程式可写为：654321QQQQQQQrkJ/kg(3—1)以百分数表示的热平衡方程式，即654321100qqqqqq%(3—2)二、锅炉热平衡的意义研究锅炉热平衡的意义，就在于弄清燃料中的热量有多少被有效利用，有多少变成热损失，以及热损失分别表现在哪些方面和大小如何，以便判断锅炉设计和运行水平，进而寻求提高锅炉经济性的有效途径。锅炉设备在运行中应定期进行热平衡试验（通常称热效率试验），以查明影响锅炉效率的主要因素，作为改进锅炉的依据。第二节锅炉输入热量和有效利用热量一、锅炉输入热量对应于1kg固体或液体燃料输入锅炉的热量rQ包括燃料收到基低位发热量、燃料的物理显热、外来热源加热空气时带入的热量和雾化燃油所用蒸汽带入热量，即rQ=netarQ.ri+whQ+wrQ(3—3)燃料的物理显热为：rarprtci,(3—4)对于燃煤锅炉，如燃煤和空气都未利用外部热源进行预热，且燃煤水分arMnetarQ,/630，则锅炉输入热量就等于燃煤收到基低位发热量，即netarrQQ,(3—9)第三章锅炉机组热平衡2二、锅炉有效利用热量锅炉有效利用热量包括过热蒸汽的吸收，再热蒸汽的吸收、饱和蒸汽的吸收和排污水的吸热。当锅炉不对外供应饱和蒸汽时，则单位时间内锅炉的总有效利用热量Q可按下式计算，即)()()(gspwpwzrzrzrgsgrgrhhDhhDhhDQkW3—10）每千克燃料（对气体燃料为每Nm3）的有效利用热量1Q可用下式计算BhhDhhDhhDBQQgspwpwzrzrzrgsgrgr)()()('1kJ/kg（3—11）式中B—锅炉的燃料消耗量，kg/s。当锅炉排污量不超过蒸发量的2%时，此时排污水热量可略去不计。第三节锅炉的各项热损失一、机械不完全燃烧热损失机械不完全燃烧热损失是由于灰中含有未燃尽的碳造成的热损失。运行中的煤粉锅炉，机械不完全燃烧热损失是根据锅炉的飞灰量与灰渣量，以及飞灰和炉渣中可燃物含量的百分数来计算。机械不完全燃烧热损失的计算：介绍fh和lz表示飞灰和炉渣中灰量占燃料总灰量的份额，分别称为飞灰份额和炉渣份额。对于固态排渣煤粉炉，飞灰份额和炉渣份额的推荐值分别为：fh=0.90～0.95，lz=0.05～0.10。影响机械不完全燃烧热损失4q的主要因素有：燃烧方式、燃料性质、煤粉细度、过量空气系数、炉膛结构以及运行工况等。（1）不同燃烧方式的4q数值差别很大，层燃炉、沸腾炉这项损失较大，旋风炉较小，煤粉炉介于两者之间。（2）煤中灰分和水分越多，挥发分含量越少，煤粉越粗，则4q越大；（3）在燃料性质相同的情况下，炉膛结构合理（有适当的高度和空间），燃烧器结构性能好、布置适当，配风合理，气粉有较好的混合条件和较长的炉内停留时间，则4q较小；（4）炉内过量空气系数要适当，运行中过量空气系数减小时，一般会导致4q增大；（5）炉膛温度较高第三章锅炉机组热平衡3时，4q较小；（6）锅炉负荷过高将使煤粉来不及在炉内烧透，负荷过低，则炉温降低，都会导致4q增大。二、化学不完全燃烧热损失化学不完全燃烧热损失是由于烟气中含有可燃气体造成的热损失。这些气体主要是一氧化碳，另外还有微量的氢和甲烷等。对运行中的锅炉，3q的计算：介绍影响烟气中可燃气体含量的主要因素是：炉内过量空气系数、燃料挥发分含量、炉膛温度以及炉内空气动力工况等。（1）炉内过量空气系数过小，氧气供应不足，会造成3q的增加，过量空气系数过大，又会导致炉温降低；（2）燃料挥发分含量较高，其3q相对较大；（3）炉膛温度过低时，燃料的燃烧速度很慢，此时烟气中的CO来不及燃烧就离开炉膛，会使3q相应增加；（4）炉膛结构及燃烧器布置不合理，炉膛内有死角或燃料在炉内停留时间过短，都会导致3q增大。在进行锅炉设计计算时，3q可在下述经验数据中选用：固态排渣和液态排渣煤粉炉3q=0%燃油炉、燃气炉3q=0.5%烧高炉煤气的锅炉3q=1.5%三、排烟热损失锅炉的排烟热损失是由于排烟温度高于外界空气温度所造成的热损失。在室燃炉的各项热损失中，排烟热损失2q是最大的一项，约为4%～8%。排烟热损失2q等于排烟焓值与进入锅炉的冷空气焓值的差，其计算式如下：1001001001004022qQIIQQqrlkpypyr)100(40qQIIrlkpypy%（3—20）第三章锅炉机组热平衡4影响排烟热损失2q的主要因素是排烟焓的大小，而排烟焓又取决于排烟容积和排烟温度。排烟温度越高，排烟容积越大，则排烟热损失2q也就越大。一般排烟温度提高15～20℃，2q约增加1%。（1）降低锅炉的排烟温度，可以降低排烟热损失。但是要降低排烟温度，就要增加锅炉的尾部受热面积，因而增大了锅炉的金属耗量和烟气流动阻力；另一方面，烟温太低会引起锅炉尾部受热面的低温腐蚀，因而也不允许排烟温度降得过低。特别在燃用硫分较高的燃料时，排烟温度还应适当保持高一些。近代大型电厂锅炉的排烟温度约为110～160℃。（2）排烟容积的大小取决于炉内过量空气系数和锅炉漏风量。过量空气系数越小，漏风量越小，则排烟容积越小。但过量空气系数的减小，常会引起3q和4q的增大，所以最合理的过量空气系数（称为最佳过量空气系数）应使2q、3q、4q之和为最小。（3）锅炉在运行中，受热面积灰、结渣等会使传热减弱，促使排烟温度升高。因此，锅炉在运行中应注意及时地吹灰打渣，经常保持受热面的清洁。（4）锅炉及烟道漏风，不仅会增大烟气容积，漏入烟道的冷空气还会使漏风点处的烟气温度降低，从而使漏风点以后所有受热面的传热量都减小，所以漏风还会使排烟温度升高。漏风点越靠近炉膛，对排烟温度升高的影响越大。因此，尽量减少炉膛及烟到的漏风，也是降低排烟热损失的一个重要措施。四、散热损失（一）散热损失锅炉在运行中，汽包、联箱、汽水管道、炉墙等的温度均高于外界空气的温度，这样就会通过自然对流和辐射向周围散热，形成锅炉的散热损失。锅炉在非额定蒸发量下的散热损失可按下式计算：DDqqee55%（3—21）影响散热损失的主要因素是：锅炉额定蒸发量（即锅炉容量）、锅炉实际蒸发量（即锅炉负荷）、锅炉外表面积、水冷壁和炉墙结构、周围空气温度等。（二）保温系数锅炉热力计算时，要涉及各段受热面所在烟道的散热损失。为了简化计算，忽略了各段烟道在结构以及所处环境上的差别，而假定各段烟道的散热损失仅与该烟道中烟气传给受热面的热量成正比，并用保热系数来表示。烟气放热量受热面传给工质的热量第三章锅炉机组热平衡5烟道的散热量受热面传给工质的热量受热面传给工质的热量则烟气放热量烟道的散热量1当锅炉没有空气预热器或空气预热器的吸热量相对锅炉有效利用热量1Q很小时，保热系数即为：551qq（3—23）五、灰渣物理热损失锅炉炉渣排出炉外时带出的热量，形成灰渣物理热损失，其计算式如下：rhhlzarQcAq6％（3—24）灰渣物理热损失的大小主要与燃料中灰含量的多少、炉渣中纯灰量占燃料总灰量的份额以及炉渣温度高低有关。简言之，6q的大小主要决定于排渣量和排渣温度。煤粉锅炉排渣量、排渣温度主要与排渣方式有关，固态排渣煤粉炉的渣量较小，液态排渣煤粉炉的渣量较大；液态排渣煤粉炉的排渣温度要比固态排渣煤粉炉的排渣温度高的多，所以液态排渣煤粉炉的必须考虑。而对于固态排渣煤粉炉，只有当灰分很高时，即419,netararQA％时才考虑。第四节锅炉效率及燃料消耗量计算一、锅炉效率的计算方法锅炉效率可以通过两种测验方法得出。一种方法是测定输入热量rQ和有效利用热量1Q计算锅炉效率，称为正平衡求效率法或直接求效率法。用正平衡法求锅炉效率就是求出锅炉有效利用热量占输入热量的百分数，即10011rQQq%（3—25）正平衡法求效率方法简单，对于效率较低的（如＜80%）工业锅炉比较准确。第三章锅炉机组热平衡6另一种方法是测定锅炉的各项热损失2q、3q、4q、5q、6q后再计算锅炉效率，称为反平衡求效率法或间接求效率法。用反平衡法可以根据式（3—2）求出锅炉效率，即654321(100qqqqqq）%（3—26）目前电厂锅炉常用反平衡法求效率。这一方面是因为大容量锅炉用正平衡法求效率时，燃料消耗量的测量相当困难，以及在有效利用热量的测定上常会引入较大的误差，因此不如利用反平衡法求效率更为方便和准确；另一方面是通过各项热损失的测定和分析，可以找出提高锅炉效率的途径；此外，正平衡法要求比较长时间地保持锅炉稳定工况，这也是比较困难的。二、锅炉燃料消耗量（一）实际燃料消耗量实际燃料消耗量是指单位时间内实际耗用的燃料量，用符号B表示，单位为kg/s，并可根据式（3—11）和式（3—24）写成下式：100rQQBgspwpwzrzrzrgsgrgrrhhDhhDhhDQ100kg/s（3—27）（二）计算燃料消耗量计算燃料消耗量是指扣除了机械不完全燃烧损失4q后，在炉内实际参与燃烧反应的燃料消耗量，用符号jB表示。由于1kg入炉燃料只有10014q燃料参与燃烧反应，所以它与燃料消耗量B之间存在如下关系：10014qBBjkg/s（3—28）