第4章-物质平衡及热平衡

第4章物质平衡及热平衡1.什么是理论空气量？如何计算？1kg固体及液体燃料完全燃烧并且燃烧产物（烟气）中午自由氧存在时，所需要的空气量成为理论空气量。标准状态下的理论空气量可根据燃料中C、S、H等可燃元素所需要的氧气量计算得到。2.什么是实际空气量？什么是过量空气系数？实际送入锅炉的空气量称为实际空气量。实际空气量与理论空气量的比值称为过量空气系数。3.燃料的燃烧产物（烟气）中都有哪些成分？理论烟气的组成为CO2、SO2、N2和H2O。前三种组成合在一起称为干烟气，包括H2O在内的烟气称为湿烟气。当有过量空气时，烟气中除上述组分外，还含过量的空气。若燃烧不完全，则除上述组分外，烟气中还将出现CO、CH4和H2等可燃成分。4.烟气的成分组成是如何表示的？每种成分的容积用符号V和下角标注以该成分的分子式来表示，如2COV、2SOV、2OV、2NV、0H2V、COV分别表示每千克燃料燃烧后所生成烟气中二氧化碳、二氧化硫、未参加燃烧反应的剩余氧气、氮气、水蒸气、一氧化碳的容积。烟气的成分组成，是用烟气中某种成分的容积占干烟气容积的百分数来表示，并直接用用该成分的分子式书写。所谓干烟气体积Vgy是指烟气中除水蒸气外其他各成分体积之和。5.奥氏烟气分析仪式根据什么原理分析烟气成分的？某些化学药剂对气体具有选择性吸收的特性，如将一定量的烟气（通常为100mL）反复多次流经这些药剂时，其中某一成分的气体便与之反应而被吸收，通过在等温等压条件下对气体减量的测定，便可获得该气体的体积分数。6.什么是燃烧方程式？燃料燃烧是可燃物与氧的化合反应。燃烧后生成的烟气成分组成与燃料的干燥无灰基元素成分之间，必然存在一定规律，并满足一定的方程式，此方程式就称燃烧方程式。利用燃烧方程式可以推算出烟气中CO的含量，可以分析出烟气中RO2与O2的变化关系等。7.什么是燃烧特性系数？在进行燃烧计算及分析有关问题时，常遇到一个系数β，系数β值只取决于燃料的干燥无灰基成分组成，而与水分、灰分无关，对于不同的燃料有不同的β值，故称β为燃料特性系数。8.什么是燃料的)(2maxRO？当燃烧完全时，无一氧化碳产生，当烟气中剩余氧为0（即α=1）时，烟气中的)(2RO值达到最大，即)(2maxRO。9.锅炉运行中，如何确定其过量空气系数？锅炉运行时的过量空气系数可根据烟气分析的结果予以确定：KKKKVVVVVVV110其中∆V是漏风量，Vk表示实际空气量。10.什么是漏风系数？运行中如何确定漏风系数？各部件所处烟道内漏入的空气量∆V与理论空气量的比值，称为该烟道的漏风系数。运行中漏风系数的确定，是：用烟气分析器测出欲确定漏风的烟道出口及进口处的烟气成分，再分别计算出口及进口处的过量空气系数，出口与进口过量空气系数之差即为这部分烟道的漏风系数。11.烟气中)(2RO和)(2O值延锅炉烟气流程如何变化？烟气中)(2RO值与)(2O值大小取决于燃烧所产生的二氧化碳和二氧化硫容积2ROV、富裕氧的容积2OV及干烟气容积Vgy。由完全燃烧方程式知道，烟气中)(2RO值与)(2O值是互成反比关系的。燃料的燃烧反应在锅炉炉膛出口处结束。这时，生成既定量的2ROV，既定量的干烟气Vgy及富裕氧量2OV，因而，也就有一定的)(2RO与)(2O值。在以后的烟气流程中，)(2RO与)(2O值是否变化，要看烟气容积是否变化，即是否有冷空气漏入而异。在微正压燃烧锅炉中，烟气呈正压状态，外界空气不能漏入，烟气容积基本不变。所以，从炉膛出口到空气预热器之前，烟气中的)(2RO及)(2O值是不变的。平衡通风锅炉，从炉膛至空气预热器出口，烟气呈负压状态，外界空气将从不严密处逐渐漏入，使烟气容积逐渐增大，由于2ROV值是一定的则)(2RO值沿烟气流程在逐渐变小。由于空气的漏入，使烟气中氧气量逐渐增多，这样，沿烟气流程的)(2O值将逐渐增大。一般燃烧正常的煤粉炉，炉膛出口维持过量空气系数α为1.2左右，这时)(2RO值约为14—16，)(2O值约为3—4。而到锅炉出口时，由于外界空气不断漏入，过量空气系数a将增至于1.35—1.40。这时，烟气中)(2RO值大约下降至于12.7—13.8，而)(2O值则大约上升至5.5—6.8。12.什么是理论燃烧温度？理论燃烧温度的高低受什么因素影响？理论燃烧温度的高低对锅炉工作有何影响？燃料在绝热条件下燃烧，烟气所能达到的温度称理论燃烧温度。也就是说，燃料燃烧时有效发热量不往外传递，全部用来加热燃烧产物所能达到的温度。理论燃烧温度的高低与燃料的热值、燃烧产物的热容量、燃烧产物的数量、燃料与空气的温度和过量空气系数等因素有关。锅炉炉膛；四周都布满了水冷壁，燃料在炉内燃烧放热的同时即进行热量的传递，燃烧放出的热量，一部分很快被炉内受热面所吸收。也就是说，实际锅炉不可能为燃料创造绝热燃烧的条件，因而，在实际锅炉中，理论燃烧温度高明不存在的。那么，讨论理论燃烧温度的高低还有什么实际意义呢？理论燃烧温度虽不存在，但它却在一定程度上代表炉内温度水平。炉内辐射传热与温度的四次方成正比，理论燃烧温度高，炉内温度水平高，辐射传的热能力强。同时，理论燃烧温度的高低，还在一定程度上影响锅炉辐射传热量与对流传热量的比例，理论燃烧温度低，辐射传热能力下降，对流传热比例必然增大，由于对流受热面传热效果比辐射受热面差，这样就会使锅炉总的受热面积增大，对降低锅炉造价是不利的。13.什么是低氧燃烧？低氧燃烧有何优点？采用低氧燃烧应具备什么条件？使用较低的过量空气系数，使燃烧后烟气中剩余氧很少的燃烧技术称低氧燃烧。低氧燃烧的优点主要有以下几方面：（1）送风量和烟气量减小使排烟热损失下降，锅炉效率提高，并使吸、送风机耗电量减小；（2）烟气中剩余氧浓度降低，金属高温氧化的可能性降低，并能降低五氧化二钒的生成量，能有效地减轻受热面的高温腐蚀和防止出现高温粘结灰；（3）能使三氧化硫生成量下降，烟气露点温降低，有利于防止受热面的低温腐蚀；（4）减少氮氧化合物生成量，有利于环境保护。采用低氧燃烧技术，必须在保证燃料能完全燃烧的前提下进行，这并不是轻而易举就能实现的，需要满足一定的前提条件，主要有：（1）燃烧器要有较大的调节范围；（2）注意减小锅炉漏风，特别是减小炉膛漏风，这只有在采用微正压燃烧的燃油炉、燃气炉才有可能实现；（3）要求有相应的测量和自动控制设备，特别是能可靠地测量和控制燃料量与空气量；（4）科学合理的配风，以便能在；较小的富裕氧的情况下达到最稳定和最经济的燃烧效果。14.什么是锅炉机组热平衡与热平衡方程？锅炉热平衡是指在稳定运行状态下，锅炉输入热量与输出热量及各项热损失之间的热量平衡。一般的热平衡方程式为：Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6，kJ/kg式中：Qr——锅炉输入热量；Q1——锅炉有效利用的热量；Q2——排烟热损失；Q3——可燃气体不完全燃烧热损失；Q4——固体不完全燃烧热损失；Q5——锅炉散热损失；Q6——其他热损失。15.什么是输入热量？输入热量来自哪几方面？锅炉输入热量Qr是从锅炉范围以外输入锅炉的热量，不包括锅炉范围内循环的热量，通常有如下几项：Qr=Qar,net+ir+Qwr+Qzq式中，Qar,net——燃料的收到基低位发热量，kJ/kg；ir——燃料物理显热，kJ/kg；Qwr——外来热源加热空气时带入的热量，kJ/kg；Qzq——雾化燃油所用蒸汽带入的热量，kJ/kg。16.什么是锅炉有效利用热量？如何计算？锅炉有效利用热是指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量，而空气在空气预热器吸热后又回到炉膛，这部分热量属锅炉内部热量循环，不应计入。锅炉有效利用热Q1为：11[('')('')()(')]grgrgszrzrzrzyzygspwgsQDiiDiiDiiDiiB式中，B——燃料消耗量，kJ/kg；Dgr、Dzr、Dzy、Dpw——过热蒸汽量、自用蒸汽量、排污量和再热蒸汽量，kJ/kg；i''gr、izy、i'、igs——过热蒸汽焓、自用蒸汽焓、饱和水焓和给水焓，kJ/kg；i''zr、i'zr——再热器出口和进口蒸汽焓，kJ/kg。17.什么是机械未完全燃烧热损失？如何计算？机械未完全燃烧热损失是指燃料中未燃烧或未燃尽碳造成的热损失，这些碳残留在灰渣中。机械未完全燃烧热损失q4的计算公式为：对于火床炉4()()()(()()()100()100()100()()32700()()),%100()yhlzlmlzlmyhlzlmyhfharfhfhrCCCqaaaCCCCAaCQ()()()()1lzlmyhfhaaaa对于流化床锅炉4()()()(()()()100()100()100()()32700()()),%100()ylyhlhyllhyhyllhyhfharfhfhrCCCqaaaCCCCAaCQ()()()()1yllhyhfhaaaa对于煤粉炉4()()()32700()(()()()),%100()100()100()yhfhlharlhyhfhlhyhfhrCCCAqaaaCCCQ()()()1lhyhfhaaa以上各式中的ω（alz）、ω（alm）、ω（ayh）、ω（afh）、ω（ayl）、ω（alh）分别为炉渣、漏煤、烟道灰、飞灰、溢流灰、冷灰和冷炉斗灰渣中的灰量占入炉燃料总灰分的质量分数，ω（Clz）、ω（Clm）、ω（Cyh）、ω（Cfh）、ω（Cyl）、ω（Clh）分别为炉渣、漏煤、烟道灰、飞灰、溢流灰、冷灰和冷炉斗灰渣中可燃物的质量分数，32700为每kg纯碳的发热量（kJ）。18.影响机械未完全燃烧热损失的因素有哪些？影响机械未完全燃烧热损失的主要因素有：燃料的性质、燃烧方式、炉膛型式和结构、燃烧器设计和布置、炉膛温度、锅炉负荷、运行水平、燃料在炉内的停留时间和与空气的混合情况等。19.什么是排烟热损失？如何计算？排烟热损失与哪些因素有关？锅炉排烟温度的进一步降低受那些条件限制？排烟热损失是由于锅炉排烟带走的热量所造成的损失，等于排烟焓与入炉空气焓之差。计算公式如下：042()(100)pypyLKrIaIqqQ式中，Ipy——排烟焓，kJ/kg；I0lk——进入锅炉的冷空气焓，按冷空气温度为30摄氏度计算，kJ/kg；apy——排烟处的过量空气系数。影响排烟热损失的主要因素为排烟温度和烟气容积。排烟温度的进一步降低主要有以下条件的限制：（1）排烟温度低，会引起尾部受热面的低温腐蚀，因此，在燃用硫分和水分较高的煤时以及燃烧重油时，不宜采用过低的排烟温度；（2）排烟温度低，锅炉尾部受热面传热温差减小，传递同样的热量，需要较多的受热面积，锅炉金属耗量增大，锅炉通风阻力及风机电耗也随之增加，锅炉外形尺寸也要增大，布置上也会带来一定的困难。合理的排烟温度，是根据排烟热损失和受热面金属消耗费用，通过技术经济比较而确定的。20.什么是化学未完全燃烧热损失？如何计算？哪些因素影响化学未完全燃烧热损失的大小？由于CO2、H2、CH4等可燃气体未燃烧放热就随烟气离开锅炉而造成的热损失，成为化学不完全燃烧热损失。锅炉运行中可用下式计算：24324()0.375()236()201.5()668()1004100,%()()()100ararrCSCOHCHqqQROCOCH式中，()CO、2()H、4()CH——干烟气中一氧化碳、氢气、甲烷的体积分数；2()RO——干烟气中三原子气体的体积分数。影响化学不完全燃烧热损失的主要因素有：燃料的挥发分、炉膛过量空气系数、燃烧器结构和布置、炉膛温度和炉内空气动力工况等。21.什么是锅炉散热损失？其大小与哪些因素有关？锅炉散热损失是由于锅炉本体及锅炉范围内各种管道、附件的温度高于环境温度而散失的热量。影响散热损失的主要因所有：锅