锅炉原理第三章热平衡

第三章 燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节
燃烧过程的化学反应 燃烧所需要的空气量 燃烧产生的烟气量 烟气分析 燃烧方程式 运行中过量空气系数的确定 空气和烟气的焓 锅炉机组的热平衡 锅炉机组热平衡试验
●概念
燃料的燃烧是指燃料中的可燃元素与氧 气在高温条件下进行的强烈化学反应过程。 当烟气中不含可燃物质时称为完全燃烧，否 则称为不完全燃烧。
● 理论烟气的组成成分为：
CO2、SO2、N2、H2O 其相应的体积分别记为：
V V V Ｖ 、、、 0
CO2
SO2
例：某锅炉尾部受热面采用双级布置如图示，负压制粉
系统。假定Ⅰ、Ⅱ级空气预热器、炉膛和制粉系统的漏
风系数 kⅠ 、 y kⅡ y 、 l、 z以f 及炉膛出口过量
空气系数
α
'' 1
均已知。试写出第Ⅰ级空气预热器入口
处的过量空气系数 ' ＝ ？。
kyⅠ
解 ： ' ''
k yⅠ
k yⅡ
※ 上式有三点说明： 1）V0是不含水蒸汽的干空气(锅炉计算中认为空气中只有氧
气和氮气)；
2）V0只决定于燃料的成分，当燃料一定时V0即为一常数；
3）碳和硫的完全燃烧反应可写成通式 R+O2→RO2， 其中 Rar=Car+0.375Sar。
二、实际空气量和过量空气系数
在锅炉的实际运行中，为使燃料燃尽，实际供给 的空气量总是要大于理论空气量，超过的部分称为过 量空气量。实际空气量Vk与理论空V0之比，即
k yⅠ
k yⅡ
l
l
zf
k yⅠ
k yⅡ
第三节 燃烧产生的烟气量
一、理论烟气容积
标准状态下，l kg固体及液体燃料在理论空气量下完全 燃烧时所产生的燃烧产物的体积称为固体及液体燃料的
理论烟气量，即，当α=1且完全燃烧时，生成的烟气容 积称为理论烟气容积。用符号Vy0表示，
1、 理论烟气的组成成分
● 不完全燃烧（：反应方程式）
2C+O2→2CO 即 ：1kgC+0.5×1.866m3O2→1.866m3CO 也即：每1kg的C不完全燃烧需要0.5×1.866m3的 O2并产生1.866m3的CO。
2. 氢的燃烧: （反应方程式）
2H2+O2→2H2O 即 ：1kgH2+5.56m3O2→11.1m3H2O 也即：每1kg的H燃烧需要5.56m3的O2并产生
Vk V0
=α
(或β
)
称为过量空气系数（用于烟气量计算， 用于空
气量计算）。
▪ 炉内过量空气系数α，一般是指炉膛出口处
的过量空气系数
'' 1
。
▪
'' 1
太大，增加排烟热损失；
▪
'' 1
太小，不能保证完全燃烧。
显然，1kg燃料完全燃烧时需要的实际空气量Vk为：
Vk =αV0,m3/kg
过量空气量ΔVg等于： Δ V g= V k － V 0= V 0 (α － 1 ),m 3/k g
空气量V0之比称为漏风系数， 以Δ表示， 即：
V V0
● 烟道内的过量空气系数：
漏风使烟道内的过量空气系数沿烟气流程是 逐渐增大的。
从炉膛出口开始，烟道内任意截面处的过量 空气系数为：
α=αι" +ΣΔα
式中∑△α—炉膛出口与计算烟道截面间，
各段烟道漏风系数的总和。
● 空气预热器中的过量空气系数：
空气预热器中，空气侧压力比烟气侧高，所以
会有部分空气漏入烟气侧，该级的漏风系数△ky
要高些。在空气预热器中：
口和出口 的过量空气系数。
考虑到炉膛及制粉系统的漏风， β″ky与α″1 之间关系为：
k y11zf
式中 Δαl ——炉膛漏风系数 Δαzf ——制粉系统漏风系统
11.1m3的H2O。
3、硫的燃烧： （反应方程式） S+O2→SO2 即 ：1kgS+0.7m3O2→0.7m3SO2 也即： 每1kg的S燃烧需要0.7m3的O2并产 生 0.7m3的SO2。
第二节 燃烧所需要的空气量
一、理论空气量
● 概念：
1kg（或1m3）燃料完全燃烧而又无过剩 氧存在时所需的空气量称为理论空气量，其 代表符号为V0。
● 求理论空气量的一般过程：
1kg收到基燃料中C、H、S的量（前已讲述）
C、H、S完全燃烧所需的O2量
1.866C ar +5.56H ar+0.7Sar m 3 100 100 100
1kg燃料完全燃烧真正需要空气提供的O2量 1 .8 6 6C a r+ 5 .5 6H a r+ 0 .7S a r-0 .7O a r,m 3 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0
对于固态排渣煤粉炉： 当燃用无烟煤、贫煤和劣质烟煤时约为1.20 ～ 1.25， 当燃用烟煤和褐煤时约为 1.15～1.20。
三、漏风系数和空气平衡
对于负压运行的锅炉，外界冷空气会通过锅炉的 不严密处漏入炉膛以及其后的烟道中，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
1kg燃料燃烧所需的理论空气量V0
● 理论空气量：
考虑空气中氧的 容积成分为21%计算
V0 =0.1211.8661C0a0r +5.561H0a0r +0.71S0a0r -0.71O0a0r
=0.0889Car +0.375Sar +0.265Har -0.0333Oar
=0.0889Rar +0.265Har -1O0a0r ,m3 / kg
第一节 燃烧过程的化学反应
● 煤的可燃燃烧成分：碳（C）、氢（H）、硫（S）。
1. 碳的燃烧： ● 完全燃烧
（反应方程式）：
C+O2→CO2 12.1kgC+22.41m3O2→22.41m3CO2 1kgC+1.866m3O2→1.866m3CO2
1kg收到基燃料中含有Car/100Kg,因而1Kg燃料中C完全 燃烧时需要1.866Car/100m3
● 目的
燃料燃烧计算主要是计算燃料燃烧所需 空气量、燃烧生成的烟气量和烟气的热焓等。
● 在计算时假定：
1）空气和烟气的所有组成成分，包括水蒸 气都是理想气体，因此，每一千摩尔气体在标 准状态下的容积是22.41m3；
2）所有空气和其它气体容积的计算单位都 是m3，即以0℃一标准大气压（0.1013MPa）状 态下的立方米为单位。