燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡

第三章燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡第一节燃烧过程的化学反应第二节燃烧所需的空气量第三节燃烧产生的烟气量第四节烟气分析第五节燃烧方程式第六节运行中过量空气系数的确定第七节空气和烟气的焓第八节锅炉机组的热平衡第九节锅炉机组的热平衡试验第一节燃烧过程的化学反应1、碳的燃烧22COOC2323CO41m.22O41m.2212.01kgC2323CO866m.1O866m.11kgC2COO2C2CO22.41m2O41.2212.01kgC2323mCO1.866mO866.15.01kgC323mO2222HO2HOm23232H11.1mO56.51kgH22OSSO23237.0O7.01kgSSOmm完全燃烧时：不完全燃烧时：2、氢的燃烧3、硫的燃烧第二节燃烧所需的空气量kkVV)(或理论空气量：1kg固体或液体收到基燃料（或标准状态下1Nm3气体燃料）完全燃烧，而又无过剩氧存在时所需的空气量，Nm3/kg（或Nm3/Nm3）过量空气：实际供给的空气Vk比理论空气量多出的这部分空气，即过量空气系数：实际供给的空气量与理论空气量之比，即简化假设：（1）空气和烟气所含有的各种组成气体，包括水蒸汽都认为是理想气体（2）假定空气只是O2和N2的混合气体：O2：N2=21：79几个概念：0kV0kV0kkV-Vα用于烟气量计算，β用于空气量计算一、理论空气量arararkOHSCVar0333.0265.0375.00889.00278.01000251.0,arnetkQV990450239.0,arnetkQV1、固体和液体燃料的燃烧理论空气量Nm3/kg（1）按完全燃烧化学反应方程式：（2）按经验公式：对贫煤、无烟煤：对烟煤：对劣质煤（Qnet,ar12560KJ/kg）：对液体燃料：Nm3/kg990600239.0,arnetkQV0.21000203.0,arnetkQV3,/10500mkJQarnet22205.145.05.0211OSHHCnmCOHVnmk2、气体燃料的燃烧理论空气量Nm3/Nm3（1）按完全燃烧化学反应方程式：（2）按经验公式：25.0100026.0,arnetkQVNm3/Nm3Nm3/Nm3时，3,/10500mkJQarnet时，1000209.0,0arnetkQV对烷烃类气体燃料：（天然气、油田伴生气、液化石油气）1000268.0,0arnetkQVNm3/Nm3二、实际空气量和过量空气系数,VV0kkkg/m3kkVV炉内燃烧一般在炉膛出口处结束，所以对燃烧有影响的是炉膛出口的过量空气系数对固体排渣炉：当燃用无烟煤、贫煤和劣质烟煤时，l对层燃炉：25.1~20.1l当燃用烟煤和褐煤时，20.1~15.1l对燃油、燃气炉：6.1~3.1l20.1~05.1l三、漏风系数和空气平衡对于平衡通风的锅炉：炉膛和各烟道处于负压状态，冷空气通过炉墙的不严密处漏入烟道，致使烟气中的过量空气增加。相对于1kg燃料而言，漏入的空气量ΔV与理论空气量之比称为漏风系数，以Δα表示，即0kVV从炉膛出口开始，烟道内任意截面处的过量空气系数为l空气预热器中，部分空气会漏入烟气侧，如果其漏风系数为ky则空气预热器进出口的过量空气系数之间的关系为kykyky如果炉膛的漏风系数为，制粉系统的漏风系数为则空预器出口与炉膛出口过量空气系数之间的关系为lzfzflkyl第三节燃烧产生的烟气量一、理论烟气量0yV•供给燃料以理论空气量，燃料又达到完全燃烧时生成的烟气所具有的体积，Nm3/kg（Nm3/Nm3）OHNROOHyyVVVV2222gVV1、按完全燃烧化学反应方程式ararSOCOROSCVVV375.001866.0222whkararOHVMHVW24.10161.00124.0111.0002arkNNVV008.079.0002对固、液燃料：对气体燃料：SHHmCCOCOVVVsnmSOCORO201.0222200008.079.02NVVkNkkrnmOHdVdHCnSHHV0220120201.02rdkd、---燃气和空气中的含湿量，kg/Nm32、按经验公式•对无烟煤、贫煤、烟煤：•对劣质煤（）时：77.01000248.0,0arnetyQV54.01000248.0,0arnetyQV•对液体燃料：1000265.0,0arnetyQVkgkJQarnet/12560,•对烷烃类气体燃料：•对焦炉煤气:25.01000272.0,0arnetyQV•对标准状态下3/12600mkJQydw的气体燃料：0.11000173.0,0arnetyQVK:天然气为2,油田伴生气为2.2,液化石油气为4.5kQVarnety1000239.0,0二、实际烟气量的计算00H2Og10161.1kyyyVVVVV0012222kNROONROgyVVVVVVV实际干烟气1、完全燃烧时的实际烟气量•对固、液燃料：•对气体燃料：kkrnmOHdVdHCnSHHV022120201.022001.079.02NVVkN0121.02kOVV2222ONOHROyVVVVV其中2、不完全燃烧时的烟气量忽略烟气中的H2和CmHn，则OHONOOOyVVVVVVV22222SCCOHOOOVVVV22222COO0NCR5V.0V21.079.0Vprp,VVr2222ROROgyRORO三、烟气中三原子气体的容积份额和飞灰浓度1、三原子气体及水蒸气的容积份额和分压力2222HOHOHOHOgyVr,prpV0ararkAm11.306V,kg/kg100ar,kg/kg100marfhhAa2、飞灰浓度第四节烟气分析一、烟气分析的目的二、实际烟气成分三、用奥氏烟气分析仪进行烟气分析四、其它烟气分析方法一、烟气分析的目的实际为不完全燃烧CO，H2，CmHn实际Δα与设计有出入Vy，α与设计不同烟气成分分析RO2、O2CO、Vy、α判断燃烧好坏和漏风情况调整燃烧，改进结构二、实际烟气成分RO2：CO2+SO2O2N2H2OCOH2CmHn含量甚微，略而不计三、用奥氏烟气分析仪进行烟气分析1、奥氏烟气分析仪的原理：图3－1•利用具有选择性吸收气体特性的化学溶液，在同温同压下分别吸收烟气中的相关气体成分，从而根据吸收前、后体积的变化求出各组成气体的体积百分数含量RO2苛性钾溶液（KOH）O2焦性没食子酸的碱溶液（C6H3（OH）3）CO氯化亚铜氨溶液（Cu（NH3）2Cl）•但吸收剂氯化亚铜溶液不稳定，且CO含量很少，CO较难测准，常只测RO2和O2，计算CO•烟气经过U形管，且在量筒中一直和水接触，烟气中水蒸气为饱和的，随着烟气中某一成分被吸收，水蒸气成比例地被凝结，因此测得的是干烟气成分的容积百分比，即%100VVROgyRO22%100O22gyOVV（1）取样时，试样先流过U形管，冷却、过滤至室温（2）量筒包有水夹层，保证试样彻底冷却，并减少外界影响（3）每次读数时，把量筒中水位和水准瓶水位对齐，保证烟气压力为大气压2、为保证同温、同压采取的结构措施：3、缺点：分析一次需10~15分钟，用于调节不够及时，通常适用于分析燃烧四、其它烟气分析方法1.原理：测出氧浓差电池的电动势含氧量O22.应用：（1），能反映燃烧工况（2）氧化锆氧量计反应灵敏（5~7秒），能及时调节（3）与CO在线分析仪配合使用的话，能更好地监控燃烧2O2121（一）氧化锆氧量计1.可作烟气成分全分析：RO2、O2、CO、H2、CH4、CmHn2.目前主要用于实验室作燃烧过程的研究（二）色谱仪第五节燃烧方程式燃料βRO2max无烟煤0.05~0.119~20贫煤0.1~0.13518.5~19烟煤0.09~0.1518~19.5褐煤0.055~0.12518.5~20重油0.3016CO222ROO605CO.0RO210.1262.350.375arararHOCSar一、不完全燃烧方程式其中：，称为燃料的特性系数%605.0ORORO21CO222因此，烟气分析时，只要测定RO2和O2的含量，就能算出CO的含量二、完全燃烧方程式（CO=0时）0ORORO212221O21RO22121ROmax2或如果α=1时完全燃烧，O2=0，则烟气中三原子气体的容积份额达到最大值，所以对于固体燃料，β=0.035~0.15，故20~18ROmax2第六节运行中过量空气系数的确定一、烟气量的计算公式321.8660.375Nm/kgarargyCSVROCO/kgNm24.10161.00124.0111.03whkarargyyGVMHVVCOORO100CO5.0O76.311222二、α的计算22121O第七节空气和烟气的焓（1）对应于1kg固体、液体燃料或标准状态下1m3气体燃料燃烧生成的烟气量和所需的空气量（2）代表在等压下从0℃加热到θ℃所需的热量（3）单位是：kJ/kg或kJ/Nm31、计算焓值的基准2、不同温度下1m3空气、CO2、N2、O2、H2O和1kg灰的焓c3、烟气焓（1）理论烟气焓222222()()()yRORONNHOHOIVcVcVc22COROcc为了简化，取（2）实际烟气焓kg/kJ,II1IIfh0K0yy其中，飞灰焓arfhfhhAIac,kJ/kg1002、空气焓（1）理论空气量的焓（2）实际空气量的焓kg/kJ,cVIIk0k0kkkg/kJ,cVIk0k0k飞灰的焓数值较小，因此只有在满足下式时才计算6QAa4187net,ararfh4、烟气的温焓表第八节锅炉机组的热平衡一、锅炉的热平衡方程二、锅炉输入热量三、锅炉有效利用热四、固体不完全燃烧热损失五、气体不完全燃烧热损失六、排烟热损失七、散热损失八、灰渣物理热损失九、燃料消耗量及蒸发率一、锅炉的热平衡方程1、热平衡的概念•锅炉在正常运行工况下热量的收、支平衡关系•以1kg固体或液体燃料（气体以1Nm3）为单位•热平衡示意图Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6KJ/kg2、热平衡方程3、研究热平衡的目的（1）确定锅炉的热效率：（2）了解各项热损失的大小及产生的原因提高ηgl或100=q1+q2+q3+q4+q5+q6%%100QQQQQQQQQQ100%100QQr6r5r4r3r2r1gl－＝＝)%qqqq(q100q654321－＝＝二、锅炉输入热量Qr=Qnet,ar+ir+Qwr+QzqKJ/kg1、燃料的物理显热ir2、外来热源预热空气时带入的热量Qwr3、雾化燃油所用蒸汽带入的热量Qzq1、燃料的物理显热ir设计时ir=Cp,artr，KJ/kg运行试验时ir=Cp,ar（tr-t0)，KJ/kgCp,ar—收到基燃料的比热，KJ/（kg·℃）tr—燃料温度，℃t0—基准温度，取送风机入口空气温度或取30℃arC,p)(0.0025t1.738r重油r100100100187.4dararcMM（固体燃料）rdC：干燥基燃料的比热对于煤粉炉，ir数值较小。若燃料未用外热加热，则只有当时，才计算ir%628QMnet,arar2、外来热源预热空气时带入的热量QwrkJ/kg)(