第八章 锅炉热平衡计算

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容克式空气预热器1 第八章锅炉热平衡计算2 热平衡定义锅炉机组的热平衡是指输入锅炉机组的热量与锅炉机组输出热量之间的平衡。输入的热量：主要来源于燃料燃烧放出的热量。输出的热量：有效利用热（用于生产蒸汽或热水）损失（生产过程中的各项热量损失）锅炉热平衡的目的计算锅炉的效率；分析引起热量损失和影响锅炉效率的因素、提高锅炉效率的途径。第一节锅炉机组热平衡3 热平衡示意图热平衡方程式Qf=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6kJ/kgQf——1kg燃料带入炉内的热量，kJ/kgQ1——锅炉有效利用热量，kJ/kgQ2——排烟热损失，kJ/kgQ3——化学未完全燃烧热损失，kJ/kgQ4——机械未完全燃烧热损失，kJ/kgQ5——散热损失，kJ/kgQ6——其它热损失，kJ/kg或者，100=q1+q2+q3+q4+q5+q6第一节锅炉机组热平衡4 第一节锅炉机组热平衡锅炉效率有效利用热占输入热量的百分比。(正平衡)各项热损失占输入热量的百分比。(反平衡)5 一、输入热量Qf对于燃煤或燃油锅炉，每kg燃料带入锅炉的热量为式中：Qnet,ar--燃料的低位发热量，kJ/kgQph--燃料的物理显热，kJ/kgQex--用锅炉以外的热量加热空气时，空气带入锅炉的热量,kJ/kgQat--用蒸汽雾化燃料油，雾化蒸汽带入的热量，kJ/kg6 一、输入热量对于燃煤锅炉如果燃料和空气没有利用外界热量进行预热，且燃煤水分Mar＜Qner,ar/630，则输入热量Qf=Qnet,ar7 二、机械未完全燃烧热损失Q4定义：部分固体燃料颗粒在炉内未能燃尽就被排出炉外而造成的热损失。对于煤粉炉，机械未完全燃烧热损失包括两部分：排烟携带的飞灰中未燃尽的碳粒（飞灰含碳）造成的机械未完全燃烧损失。锅炉冷灰斗排出的灰渣（也称炉渣）中未参加燃烧或未燃尽的碳粒（炉渣含碳）造成的机械未完全燃烧损失。机械未完全燃烧热损失是燃煤锅炉主要的热损失之一，通常仅次于排烟热损失。q4范围：煤粉炉：0.5%~5%（大型电站锅炉燃用烟煤时，0.5～0.8%）燃油、燃气锅炉：08 q4计算公式对于煤粉炉，机械未完全燃烧热损失9 二、机械未完全燃烧热损失Q4机械未完全燃烧损失的影响因素：燃料特性（挥发分、灰分）燃烧方式过量空气系数(影响趋势)炉膛结构（炉内停留时间等）运行工况（煤粉细度、过量空气系数等）降低q4的主要措施改善煤粉细度；延长煤粉在炉内的停留时间；适当大的过量空气系数。10 三、化学未完全燃烧热损失Q3定义：锅炉排烟中残留的可燃气体如CO、H2、CH4和重碳氢化合物CmHn等未放出其燃烧热而造成的热损失。q3范围：煤粉炉中，一般不超过0.5%。计算公式燃用固体燃料，气体未完全燃烧产物只有一氧化碳，故11 三、化学未完全燃烧热损失Q3化学未完全燃烧损失的影响因素：燃料性质（挥发分大）过量空气系数：炉膛过量空气系数的大小和燃烧过程的组织方式直接影响炉内可燃气体与氧气的混合工况。炉膛结构（停留时间）运行工况12 四、排烟热损失Q2定义：由于排出锅炉时的烟气焓高于进入锅炉时的空气焓而造成的热损失。锅炉热损失中最大的一项，现代电厂锅炉q2范围为5%~6%。exg每增加15-20C，q2增加1%计算公式13 四、排烟热损失Q2影响排烟热损失的因素：排烟温度（一般在110～150℃之间）燃料性质：含硫量、水分过量空气系数和漏风系数受热面结渣、积灰燃烧最佳过量空气系数14 五、散热损失Q5定义：由于锅炉炉墙、汽包、集箱、汽水管道、烟风管道等部件的温度高于周围环境温度，通过自然对流和辐射向周围所散失的热量。影响因素：锅炉的外表面积表面温度炉墙结构保温层的隔热性和厚度周围环境温度散热损失随机组容量和负荷的变化容量增大，q5减小；q5与锅炉运行负荷近似成反比。15 保热系数计算时，各段烟道的保热系数取为整台锅炉的保热系数：大型电站锅炉的散热损失都很小，q5≈0.2%，保热系数约为≈0.998。16 六、其它热损失Q6定义：主要是指灰渣带走的物理热损失对固体燃料，从锅炉中排除的灰渣具有相当高的温度（约600~800℃）而造成的热量损失。对于层燃炉、沸腾炉或液态排渣炉该项热损失较大，必须予以考虑；对于固态排渣煤粉炉，只有当燃料的Aar≥Qnet,ar/419时才考虑。17 七、锅炉机组热效率和燃料消耗量锅炉机组有效利用热：根据Q1、Qf和B，计算锅炉效率已知Qf、Q1和b，计算锅炉的燃料消耗量B计算燃料消耗量燃料消耗量B：用于燃料供应和制粉系统的计算；计算燃料消耗量Bcal：用于空气量和烟气量的计算。18 干烟气热损失LG氢燃烧生成水热损失LHm燃料中水份引起的热损失Lmf空气中水份热损失LmA未燃尽碳热损失LUC（未完全燃烧热损失）辐射及对流热损失L未计入热损失LUAASMEPTC4.1的各项损失19 热平衡试验的目的确定锅炉的热效率b；确定锅炉的各项热损失，并分析各项损失的原因和寻求降低热损失的方法；确定不同工况下锅炉各项工作指标，如过量空气系数、干烟气中CO2容积百分数、排烟温度及过热蒸汽温度等与锅炉负荷的关系等。第二节锅炉机组热平衡试验20 第二节锅炉机组热平衡试验正平衡法：在试验过程中直接测定锅炉机组的有效利用热Q1、燃料消耗量B、燃料的低位发热量Qar,net等，然后按下式（式8-28）计算锅炉效率：反平衡法：通过试验测定出锅炉的各项热损失q2、q3、q4、q5、q6，然后按下式计算：21 两种方法使用的场合：设计时：燃料消耗量未知，均采用反平衡计算。即预先确定各项损失后，再求锅炉效率。运行时：大中型锅炉一般采用反平衡法，小型锅炉，正、反平衡法均采用。第二节锅炉机组热平衡试验22 测量参数正平衡法：过热蒸汽（Dsh、Psh、tsh）、给水（Pfw、tfw、Dfw）、汽包压力和排污（Pd、Dbl）、再热蒸汽（Drh、Prh′、Prh″、trh′、trh″）、燃料（B、Qnet,ar）反平衡法：烟气（RO2、O2、CO、θexg）、冷空气（ta）灰渣（Cfa、Csl）、Qnet,ar、燃料元素分析成分第二节锅炉机组热平衡试验23 锅炉的输入热量。锅炉的各项热损失。锅炉的主要热损失及其影响因素；如何降低各主要热损失？最佳过量空气系数。锅炉的有效利用热量。锅炉燃料消耗量和计算燃料消耗量。正平衡和反平衡的概念、应用锅炉正平衡和反平衡的效率及其测量。本章小结24 热平衡示意图图8–1煤粉锅炉机组热平衡示意图25 燃烧最佳过量空气系数图8–2最佳过量空气系数26