第八章锅炉热平衡计算

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第八章锅炉热平衡

2）燃料挥发分的影响
挥发分较
大的燃料在炉内燃烧时，可燃气体增多，如果与
空气的混合不充分，炉膛温度降低，会使q3增大。
3）炉膛温度的影响炉膛温度降低会影响CO的着火与燃烧，使q3增大。
（三）排烟热损失排烟所拥有的热量随烟气排入大气而未被利
用所造成的热损失。煤粉炉热损失中最大的一项，约4％－８％。
2 .锅炉运行
通过热平衡试验来测定。测定的项目包括：锅炉每小时的飞灰量、灰渣量以及飞灰和灰渣中残余碳的含量。飞灰量很难直接测准，利用灰平衡求得。
飞灰系数排渣率
B 1 A a0 rG 0 fa 11 0 C 0 f0a 0 G s1 l 1 0 C 0 s 0l0
1G f( a 10 C f0) aG s(1 l 0 C s 0 )l
Q1
Q1 Q f 1 q5
Q1 Q5 Q1 Q5 q5
q5
Qf
可改写为：
1- q5 q5
1-称为散热系数，表示受热面所在烟道的散热程度。
（五）灰渣物理热损失
Q6
asl
Csl 100 Csl
Aar 100
(c
)
sl
kJ/kg
式中 asl —灰渣份额；
（c）sl —1kg灰渣在温度为 C时的焓， kJ/kg；
100 q1 q2 q3 q4 q5 q6 %
式中 q1 —锅炉有效利用热量占输入热量的百分数，
q1
Q1 Qf
100%
qi —某项损失的热量占输入热量的百分数，
qi
Qi Qf
100%
研究热平衡的意义： 1.计算锅炉热效率； 2.确定各项热损失，提高锅炉经济性。
★★计算基准：１ＫＧ固体或液体燃料为基础。

锅炉热量平衡计算

已知：符号数值单位额定蒸发量D 6000kg/h 出口蒸汽压力p 1.3Mpa 给水温度t gs 60℃排污率P5﹪蒸汽带水率ω4﹪（估值）排烟温度θpy180℃冷风温度t lk20℃热风温度t rk 130℃设计使用燃料燃烧方式燃料发热值（低值）Qy dw17671KJ/kg 气体不完全燃烧热损失率q 31﹪固体不完全燃烧热损失率（炉灰、沉降飞灰、排烟飞灰）q 413.5﹪散热损失率q 5 2.4﹪理论空气量冷空气焓I 0lk 125.8594KJ/kg 排烟的过量空气系数αpy 1.8排烟的焓I py 2239.2KJ/kg 排烟热损失q 29.851988﹪炉灰份额a lh 0.8炉灰温度t h 600℃炉灰比热c h 0.924kJ/(kg.℃)煤的灰分A y 32.48﹪炉灰的热损失q 60.815207﹪反平衡效率η72.4328﹪排污水量D pw 300KJ/h 饱和蒸气比焓i"2789.37KJ/kg 饱和水比焓i'830.24KJ/kg 比汽化潜热r 1959.1KJ/kg 252.51251.67有效热量Q 114924295KJ/h 耗煤量B 1165.997KJ/h 计算耗煤量B j1008.587KJ/h 空气预热器平均风量系数β_1.4理论空气量热空气焓I 0rk 1000.408KJ/kg 空气预热器吸热量Q ky 1234882KJ/h保热系数φ0.970307根据不同燃料而定(AⅡ)给水比焓i gs KJ/kg入炉热量Q l18662.8KJ/kg理论燃烧温度θ01559℃空气预热器入口烟气焓I'ky3444.722280℃空气预热器入口烟气温度θ'ky烟气向工质的总放热量Q114924295KJ/h备注实际例3000.06201101102020秸秆颗粒手工查燃料特性15252估值≈3.2αCO（含量小）﹪(α为烟气过量空气系数）估值=7.83A y z [a lh C lh /(100-C lh )+a fh C fh /(100-C fh )里字母查表（与含碳率、煤质有关）估值q 5=Q 5/Q r ≈3.6ΣqF/Q r (字母分别是散热密度w/m 2和面积)散热损失表查烟气焓温表查风与灰平衡查烟气焓温表α=1.8计算=(I py -αpy I 0lk )/Q ydw (100-q 4)查风与灰平衡估值查风与灰平衡查燃料特性q 6=(a lh A y /Q y dw )c h t h [W y z =4181.6W y （查燃料特性表）/Q y dw (20℃)=2.13<6.67o燃料带入的显热不计。

锅炉热平衡(基本概念与计算方法)

（2）结构奥氏烟气分析器如图3-1所示。
（二）根据烟气成分分析结果计算烟气容积

※ 对运行中的锅炉进行烟气分析，根据分析结
果可以计算出实际的烟气容积。公式推导如下：
根据定义有而由此可得 1.866 (C ar 0.375Sar ) Vgy RO 2 CO Vy Vgy VH 2O Nm 3 / kg Nm 3 / kg RO 2 CO VCO 2 VSO 2 VCO Vgy C ar 100 100
V
o
VO2
0.21
0.0889 (Car 0.375 S ar ) 0.265 H ar 0.0333 Oar Nm3 / kg
式中，R Car 0.375 Sar 称为“当量碳量”。 ※以上所计算的空气量都是干空气量。 2、实际供给空气量为了使燃料在炉内能够燃烧完全，减少不完全燃烧热损失，实际送入炉内的空气量要比理论空气量 Vk , Nm3 / k g 大些，这一空气量称为实际供给空气量二、过量空气系数定义：实际供给空气量与理论空气量之比表示：用符号α表示(在空气量计算时用β表示)
⑶当≥1且不完全燃烧时，烟气由CO2、 SO2、CO、O2 、 N2和H2O组成，其容积为
V y VCO2 VSO2 VN 2 VH 2O VO2 VCO Nm3 / kg
二、根据燃烧化学反应计算烟气容积

※计算思路：实际烟气容积=理论烟气容积+过量空气容积（干）+过量空气带入的水蒸气容积或：实际烟气容积=干烟气容积+水蒸气容积 1、理论烟气容积定义：=1并且燃料完全燃烧计算：（1）VRO2 的计算
1kg燃料中含有氧气量为如此，可得

锅炉热平衡测试

三、热损失法热效率计算热效率计算公式为：
100
Q2 Q3 Q4 Q5 Q Qr
100 q 2 q3 q 4 q5
（5-8）
1.排烟热损失的计算锅炉排烟损失为末级热交换器后排出烟气带走的物理显热占输入热量的百分率，按下式计算：
q2
Q2 Qr

（5-20）
式中：dk —空气的绝对湿度 kg / kg干空气
2.可燃气体未完全燃烧热损失的计算该项热损失由排烟中的未完全燃烧产物(CO,H2 ,CH4 和CM HN )的含量决定，系指这些可燃气体成分未放出其燃烧热而造成的热量损失占输入热量的百分率，按下式计算（在此仅考虑CO）
q3
式中： Q2 干烟气带走的热量，
gy
（5-11）
py 排烟温度
c p , gy 干烟气从t0 至 py 的平均定压比热 kj / m 3 K ，
一般情况下，可代之以干烟气从0℃至 py 的平均定压比热按下式计算：

kj / m 3 K 。当已知烟气成分时，可
q6
Байду номын сангаас
Aar alz t lz t 0 a fh py t 0 c fh % c c 100 Qr 100 clz 100 clz
（5-24） cfh分别由
式中:tlz由炉膛排除的炉渣温度，℃,当不能直接测量时，固态排渣煤粉炉可取800℃；clz 炉渣、飞灰的比热，可查取，kj/(kg,K). 当燃煤的折算灰分小于１０％（即 Azs 失。
式中 Q r — 1kg燃料的输入热量， kJ/kg ； Q1 — 锅炉的有效利用热量， kJ/kg ； Q 2 — 排烟损失的热量， kJ/kg ； Q3 — 化学不完全燃烧损失的热量， kJ/kg ； Q 4 — 机械不完全燃烧损失的热量， kJ/kg ； Q5 — 散热损失的热量， kJ/kg ； Q6 — 灰渣物理热损失的热量，kJ/kg 。

锅炉热平衡

锅炉热平衡一、热平衡的基本概念锅炉热平衡是指在稳定运行状态下，锅炉热量与输出热量及各项热损失之间的热平衡。

热平衡方程式为：654321Q Q Q Q Q Q Q r +++++=，kJ/kgQ r ——锅炉输入热量Q 1——锅炉有效利用的热量Q 2——排烟热损失Q 3——可燃气体不完全燃烧热损失Q 4——固体不完全燃烧热损失Q 5——锅炉散热损失Q 6——其他热损失热平衡方程百分数表达式：%100654321=+++++q q q q q q二、锅炉输入热量zq wr r net ar r Q Q i Q Q +++=,Q ar,net ——燃料收到基低位发热量i r ——燃料物理显热Q wr ——外来热源加热空气时带入的热量Q zq ——雾化燃油所用蒸汽带入的热量三、锅炉有效利用热锅炉有效利用热指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。

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。

四、各项热损失1．固体不完全燃烧热损失q4这是燃料中未燃烧或未燃尽碳造成的热损失，也称为机械未完全燃烧损失或未燃碳损失。

2．可然气体不完全燃烧热损失q3这是由于CO、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，也称化学不完全燃烧损失。

影响q3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。

3．排烟热损失q2这是锅炉排烟物理显热造成的热损失，等于排烟焓与入炉空气焓之差。

影响q2的主要因素为排烟温度和烟气容积。

4．散热损失q5这是由于锅炉本体及其范围内各种管道、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素有：锅炉外表面的大小、外表面温度、炉墙结构、保温隔热性能及环境温度等。

5．其他热损失锅炉的其他热损失主要是灰渣物理显热损失和冷却热损失。

五、锅炉效率锅炉效率即为锅炉有效利用热与锅炉送入热量之比。

1001⨯=rgl Q Q η，% ()65432100q q q q q gl ++++-=η，%燃烧效率：(),%10043q q r +-=η。

锅炉原理燃烧计算和热平衡计算资料PPT课件

• 单位：kJ/kg，kcal/kg
第30页/共57页
三、空气焓的计算
每标准立方米干空气连同其相应的水蒸汽在温度θ时的焓，kJ/Nm3，可以查表得到。 • 每公斤空气含有10克水。
第31页/共57页
四、烟气焓的计算
• 1. 烟气的组成
VRO2
Vy0
V0N2
Vy
V0H2O
(α-1)V0标米干空气的湿空气/公斤
第18页/共57页
二、不完全燃烧方程式定义：燃料不完全燃烧时，各烟气成分之间的关系。表达：燃料的元素成分、烟气分析所得各烟气成分。
CO 21- O2 - (1 )RO2 % 0.605
(3- 41)
第19页/共57页
第四节根据烟气成分求过量空气系数及烟气焓
一、运行时过量空气系数的计算运行时过量空气系数可以由烟气分析结果加以确定。
（1）VRO2 的计算
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
VRO2
VCO2
VSO2
1.866( C y
0.375S y )Nm3 / kg 100
第8页/共57页
（2）理论氮容积的计算理论氮容积=理论空气中的氮+燃料中的氮
Vo N2
0.79V o
22.4 N y 0.79V o 28 100
0.8 N y Nm3 / kg 100
（3）理论水蒸气容积的计算
①燃料中的氢生成的水蒸气
11.1 H y 0.111H y Nm3 / kg
100
100
第9页/共57页
②燃料中的水分生成的水蒸气
22.4 W y 0.0124W y Nm3 / kg 18 100 ③理论空气量带入的水蒸气
“空气含2湿2.4 量W ydk0.0”1是24W指yNm13 /kkgg干空气带入的水蒸气量，单位为 g/kg干空18气1。00 每标准立方米干空气带入的水蒸气容积为：

锅炉热平衡

散热损失与锅炉的容量成反比散热损失与锅炉的负荷成反比
q5
q5e
De D
⑥ 灰渣物理热损失
锅炉的飞灰、底渣高于环境温度导致的热损
失
q6lz
Aar alz (c)lz
Qr
100%
q6fh
Aar afh(c)fh
Qr
100%
q6
q6fh
+q
lz 6
4. 锅炉热效率及燃料消耗量计算
锅炉效率：正平衡法：有效利用热量与总输入热量之比反平衡法：根据锅炉各项损失计算锅炉效率
Q Dgr (h"gr - hgs) Dzr (h"zr - h'zr) D pw(hpw- hgs)
DDD gr zr pw
过热蒸汽、再热蒸汽、排污量，kg/s
gr, zr, gs, pw 过热、再热、给水、排污
3、锅炉各项热损失
q2：排烟热损失 q3：化学不完全燃烧热损失 q4：机械不完全燃烧热损失 q5：散热损失 q6：灰渣物理热损失
q3
Car
0.375Sar Qr
56.35CO RO2 CO
(100
-
q4 ).....%.
热值的单位：kcal/kg
② 排烟热损失
由于排出锅炉的烟气焓高于进入锅炉时的冷空气焓而造成的热损失。
Q2
( hpy
-
hlk
) 100 - q4 100
q2
Q2 Qr
100%
hpy hy0 (a py -1)hk0 hfh
Q3(VBiblioteka OQCOVH 2QH 2VCH
4QCH
4
)
100 - q4 100
Q3

锅炉原理课件：锅炉热平衡计算

VH2 QH2 + VCH4 QCH 4
× 100–q4 kJ/kg
100
▪ QCO：一氧化碳的發熱量， QCO=12640 kJ/m3；
▪ QH2：氫氣的發熱量， QH2=10800 kJ/m3；
▪ QCH :甲烷的發熱量， QCH =35820 kJ/m3 ；
4
4
▪ VCO、VH2、VCH4：分別為煙氣中對應於1kg燃料的氧化
• 降低排煙溫度可以降低q2,但排煙溫度過低將會引起鍋爐尾部受熱面的低溫腐蝕，特別是在燃用高硫分的燃料時。因此排煙溫度不能降得太低。
• 合理的排煙溫度應通過技術經濟比較來確定。近代大型電站鍋爐的排煙溫度約在110~160℃(空氣預熱器出口)。
19/37
3、排煙熱損失
• 影響q2的主要因素為排煙溫度和煙氣容積。影響鍋爐排煙溫度和煙氣容積的因素有： ➢ 燃料的性質：水分、硫分含量等； ➢ 受熱面的積灰、結渣或結垢； ➢ 爐膛出口的過量空氣係數； ➢ 煙道各處漏風等；
4/37
一、鍋爐熱效率
• 熱平衡方程:
Qr = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 kJ/kg
100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6
qi = Qi⁄Qr , i = 1, … , 6
O1
Qr −帶入爐內的熱量(kJ/kg)
O3
O5
Q1 −有效利用熱量(kJ/kg)
鍋爐原理
鍋爐熱平衡計算
1 鍋爐熱效率
目錄
2 鍋爐各項熱損失
3 燃料消耗量
4 中外熱效率計算方法簡介

锅炉热平衡资料

Qr Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6
100 q1 q2 q3 q4 q5 q6
锅炉热平衡示意图
热平衡方程式各项意义
Qr Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Qr 1kg燃料的锅炉输入热量, kJ / kg; Q1 锅炉的有效利用热量，kJ / kg; Q2 排烟损失的热量，kJ / kg; Q3 化学不完全燃烧损失的热量，kJ / kg; Q4 机械不完全燃烧损失的热量，kJ / kg; Q5 散热损失的热量，kJ / kg; Q6 灰渣物理热损失的热量，kJ / kg
负荷炉温 q4
化学不完全燃烧热损失
原因：由于烟气中含有可燃气体造成的热损失，燃
煤锅炉主要热损失之一，通常仅次于排烟热损失。
影响q3的因素
炉内过量空气系数
炉温燃烧速度慢 q3 氧供应不足 q3
燃料挥发分含量
挥发分含量高 q3
炉温以及炉内空气动力工况
炉温燃烧速度慢 q3 炉膛有死角或燃料在炉内停留时间短 q3
研究锅炉热平衡的意义
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，依据热损失分别表现在那些方面和大小如何，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。
煤锅炉主要热损失之一，通常仅次于排烟热损失。
影响q4的因素
燃烧方式：层燃炉、沸腾炉较大，旋风炉较小，煤粉炉介于两者之间。燃料性质：煤中灰分和水分越多，挥发份含量越少， q4 越大煤粉细度：煤粉越粗，q4越大
过量空气系数炉温，不利于燃烧，q4
不利于燃料完全燃烧，q4

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• 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。
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10
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三、化学未完全燃烧热损失Q3
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• 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。
第一节锅炉机组热平衡
• 热平衡示意图 • 热平衡方程式
Qf = Q1+ Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 kJ/kg – Qf——1kg燃料带入炉内的热量，kJ/kg – Q1——锅炉有效利用热量，kJ/kg – Q2——排烟热损失，kJ/kg – Q3——化学未完全燃烧热损失，kJ/kg – Q4——机械未完全燃烧热损失，kJ/kg – Q5——散热损失，kJ/kg – Q6——其它热损失， kJ/kg 或者，100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 +q6
– 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LUA
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第二节锅炉机组热平衡试验
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8
q4计算公式
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对于煤粉炉，机械未完全燃烧热损失
Q4
Q4fa
Q4sl

Qc

(G
c fa
B
Gscl )

Qc B

( C fa 100
G
fa

Csl 100
Gsl
)
灰平衡：B Aar 100
G fa
100 C fa 100

exgV
0
(ct
)
ca
](1

q4 ), 100
kJ
/ kg
q2

Q2 Qf
100,%
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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
• 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。
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3
C fa 100 C fa
sl
Csl 100 Csl

q4

Q4 Qr
100 ,%
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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）
Gsl
100 Csl 100
1 G fa
100 C fa BAar
Gsl
100 Csl BAar
G fa
fa BAar 100 C fa
, Gsl
sl BAar 100 Csl
；
( fa sl 1)
Qc 32700 kJ kg
Q4
327Aar fa
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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
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图8–2 最佳过量空气系数
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第二节锅炉机组热平衡试验
中国 • 南京
• 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、 P rh′、 Prh″、trh′、trh″）、燃料（B、Qnet,ar ）
按下式计算：
b 100 (q2 q3 q4 q5 q6 )
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第二节锅炉机组热平衡试验
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• 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。
• 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： 0
Qph c f t f
Qex -- 用锅炉以外的热量加热空气时，空气带入锅炉的热量,kJ/kg
Qex V 0 (c2t2 c1t1)
Qat -- 用蒸汽雾化燃料油，雾化蒸汽带入的热量，kJ/kg
Qat Gat (iat 2510)
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/
kg
q3

Q3 Qr
100,%
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三、化学未完全燃烧热损失Q3
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• 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
20
第二节锅炉机组热平衡试验
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• 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：
b

Q1 Qf
100
• 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
容克式空气预热器
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1
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第八章锅炉热平衡计算
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2
第一节锅炉机组热平衡
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• 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。
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• 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。
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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)
b

q1

Q1 Qf
100 100 (q2
q3
q4
q5
q6 )
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四、排烟热损失Q2
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• 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15-20C，q2增加1%
• 计算公式
Q2
[Iexg
6
一、输入热量
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• 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,ar
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二、机械未完全燃烧热损失Q4
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• 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。
计算时，各段烟道的保热系数取为整台锅炉的保热系数：
1 q5 b q5
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。
能源与环境学院
Energy & Environment
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六、其它热损失Q6

第八章锅炉热平衡计算

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