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锅炉原理3


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第三章 锅炉机组热平衡
?§1

锅炉热平衡
锅炉输入热量和有效利用热量

?§2 ?§3 ?§4

锅炉的各项热损失
锅炉效率及燃料消耗量计算

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Principles of Boiler

r />
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§1 锅炉热平衡及锅炉热效率
?1、热平衡概念 ?2、热平衡方程式

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热 平 衡 范 围

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热平衡示意图

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1、热平衡概念
?锅炉热平衡研究
燃料的热量在锅炉中利用的情况:
有多少被有效利用, 有多少变成了热量损失,表现在哪些方面,产生的原因。 研究的目的是为了有效地提高锅炉热效率

?锅炉热平衡
以lkg固体燃料或液体燃料(气体燃料以1Nm3)为单位组成热量平衡。 1kg燃料带入炉内的热量及锅炉有效利用热量和损失热量之间的关系。

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2、锅炉热平衡方程式
Qr ? Q1 ? Q2 ? Q3 ? Q4 ? Q5 ? Q6

100 ? q1 ? q2 ? q3 ? q4 ? q5 ? q6
q1 = Q i / Qr ×100

式中

Q r 输入热量

Q1 Q2 Q4 Q5

有效利用热 排烟损失

Q3 化学不完全燃烧热损失
机械不完全燃烧热损失 散热损失

Q6
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其他热损失
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§2 锅炉输入热量和有效利用热量

?1、锅炉输入热量

?2、锅炉有效利用热量

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1、锅炉输入热量 Qr
Qr ? Qar .net ? hr ? Qwr ? Qwh , kJ / kg
hr
—燃料的物理显热;

Q wr —外来热源加热空气时带入的热量; Q wh —雾化燃油所用蒸汽带入的热量
对于燃煤锅炉: 若燃料和空气没有利用外界热量进行预热 且燃煤水分满足 M ar ? Q ar .net / 630 则

Q r ? Q ar .net
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锅炉输入热量 Qr
Qr ? Qnet ,v,ar ? ir ? Qzq ? Qwl
燃料的物理显热ir 固体燃料收到基比热: 液体燃料收到基比热: 蒸汽带入热 Qzq:

ir ? Cartr
Car ? 4.187 M ar 100 ? M ar ? Cd kJ/kg?℃ 100 100

Car ? 1.738 ? 0.0025tr kJ/kg?℃

Qzq ? G zq (i zq ? 2500 )
当用蒸汽雾化重油或喷入锅炉蒸汽时考虑.

2500—排烟中蒸汽焓近似值,kJ/kg 外来热量 Qwl:
0 0 Qwl ? ? ?( I rk ? I lk )

用锅炉范围以外的废气、废热等来预热空气时
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2、锅炉有效利用热 Q1
Q1 ?

?D ?h ?? B
1
gr

gr

? h gs ? D zr ?h ?? ? h ? ? ? D pw (h bs ? h gs ) zr zr

?

?

?
式中:

Q B

,kJ/kg
工质总吸热量, kJ/ s 燃料消耗量, kg/s

Q B

Dgr、Dzr、DPw
? h h ?gr 、 bs 、h g s
h ? h ?zr 、 ?zr

过热蒸汽量、再热蒸汽量和排污量,kg/s 过热蒸汽焓、饱和蒸汽焓和给水焓,kJ/kg 再热蒸汽出口和进口焓,kJ/kg

空气在空气预热器中吸收的热量又返回炉膛,属锅炉内部热量循 环,锅炉热平衡中不予考虑.

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§3 锅炉的各项热损失
?机械未完全燃烧热损失 ?化学(气体)未完全燃烧热损失 ?排烟热损失 ?散热热损失

?其它热损失

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机械未完全燃烧热损失q4
未完全燃烧热损失包括 q4、q3 机械(固体)未完全燃烧热损失 q4 锅炉主要热损之一,取失决于燃料种类、燃烧方式、炉膛型 式与结构、燃烧器设计与布置、锅炉运行工况

?

Vdaf小;(Mar、Aar )大,q4 大;

? R90大, q4 大; ? ? ??? 过大或过小,q4 大 ? 煤粉在炉膛停留时间τ过小, q4 大 设计时, q4、按推荐数据选取(表) 对固态排渣煤粉炉取 q4 =0.5~5 %

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机械未完全燃烧热损失q4
形成:
灰渣损失 Q4hz :未参与燃烧或未燃尽的碳粒与灰渣 一同落入灰斗所造成的损失。

漏煤损失 Q4lm :部分燃料经炉排落入灰坑造成的损 失。对于煤粉炉,则 Q ? 0
lm 4

飞灰损失 Q4fh :未燃尽的碳粒随烟气带走所造成 的损失。

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机械未完全燃烧热损失q4
? 燃料特性对q4的影响
? 灰分含量高和灰分熔点低的煤,固态可燃物被灰

包裹,难以燃尽,灰渣损失大。 ? 层燃时燃用挥发物低而焦结性强的煤:燃烧过程 主要集中在炉排上,燃烧层温度高,较易形成熔 渣,阻碍通风,增加灰渣损失。 ? 层燃时燃用水分低,焦结性弱而细末又多的煤时: 特别是在提高燃烧强度而增强通风的情况下,飞 灰损失就增加。
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机械未完全燃烧热损失q4
2.燃烧方式对q4的影响:
?煤粉炉没有漏煤损失,但飞灰损失比层燃炉大 ?沸腾炉在燃用石煤或煤矸石时,飞灰损失大 3.炉子结构对q4的影响 ?煤粉炉炉膛的高低 ?燃烧器布置的位置

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机械未完全燃烧热损失q4
? 4.锅炉运行工况对q4的影响

? 负荷增加,炉膛的气流速度增加,q4加大。
? 煤粉细度及配风。 ? 过量空气系数:如太低,q4会增加。

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机械未完全燃烧热损失q4
固体不完全燃烧热损失的测定和计算
1.测定数据 在锅炉正常运行工况下,定时收集: Ghz 、fh Glm 、 G (kg/h) 取样分析:(1) 可燃物百分数:Chz、Cm、Cfh (%); (2) 可燃物的发热量: Qhz ? Qlm ? Q fh ? 32700 (kJ/kg) C G 2.计算公式 hz Q4 ? Qhz hz hz (kJ/kg) 100 B
lm Q4 ? Qlm

ClmGlm 100 B

(kJ/kg) (kJ/kg)
32700 100 B (Chz Rhz ? Clm Rlm ? C fh R fh )

Q4fh ? Q fh

C fhG fh 100 B

hz lm Q4 ? Q4 ? Q4 ? Q4fh ?

(kJ/kg)

q4 ?
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Q4 Qr

hz lm ?100 ? q4 ? q4 ? q4fh

%
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机械未完全燃烧热损失q4
灰平衡 热平衡试验中,飞灰量很难准确测定,一般通过灰平衡方法解决 灰平衡方程:进入炉内燃料的总灰量应等于灰渣、漏煤及飞灰之 100 ? R fh 100 ? Rlm BA y 100 ? Rhz 和 ?G ?G ?G
100
hz

100

lm

100

fh

100

上式两边分别乘以

100 BA y

1?

Ghz (100 ? Rhz ) BA y

?

Glm (100 ? Rlm ) BA y

?

G fh (100 ? R fh ) BA y

令:

a hz ?
a fh ?

Ghz (100 ? Rhz ) BA y G fh (100 ? R fh )
BA y

,

a lm ?

Glm (100 ? Rlm ) BA y

则:灰平衡方程为
a hz ? a lm ? a fh ? 1
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a fh ? 1 ? a hz ? alm
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机械未完全燃烧热损失q4
G fh ?
G hz ?

a fh BA y 100 ? R fh
a hz BA y

100 ? Rhz
a lm BA y 100 ? Rlm
a fh R fh a R a R ( hz hz ? lm lm ? ) 100 ? Rhz 100 ? Rlm 100 ? R fh

Glm ?

Q4 ?

32700 A y 100
Q4 Qr

q4 ?
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? 100

%
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气体不完全燃烧热损失q3
形成: q3是由于部分CO、H2、CH4等可燃气体未燃烧放热就随烟 气排出所造成的。 影响因素 1.炉子结构的影响 炉膛高度不够或炉膛体积太小。 当炉内水冷壁布置过多时,会使炉膛温度过低。 2.燃料特性的影响 挥发份高的燃料,在其它条件相同时,q3相对要大一些。

3.燃烧方式的影响
炉膛过量空气系数(过小或过大);配风 炉内气流的混合与扰动等。
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气体不完全燃烧热损失q3
气体不完全燃烧热损失的测定及计算 1.测定

用烟气分析方法测出VCO、VH 、VCH (Nm3/kg燃料)
2 4

2.计算公式

Q3 ? 12640VCO ? 10800V H 2 ? 35820VCH 4 )(1 ?

q4

100 q ? V gy (126.4CO ? 108 H 2 ? 358.2CH 4 )(1 ? 4 ) 100

)

q3 ?
V 式中: gy ?

Q3

Qr

? 100

% ,Nm3/kg燃料

1.866(C y ? 0.375S y ) RO 2 ? CO

(1 ?

q4

100

:是考虑固体不完全燃烧的修正;实际燃烧的燃料量 )

CO2、H2、CH4 :干烟气中CO、H2、CH4的容积百分数,由热平衡试 验通过验器分析仪测得。由于实际运行中,烟气中H2、CH4的含量极少 ,可忽略不计,计算简化.
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气体不完全燃烧热损失q3
Q3 ? 126.4COV gy (1 ? q4 100 ) ? 235.9 C y ? 0.375S y RO 2 ? CO ? CO ? (1 ? q4 100 )

q3 ?

Q3 Qr

? 100% ?

235.9 C y ? 0.375S y Qr RO 2 ? CO

? CO ? (1 ?

q4 100

) ? 100

3.缺少元素成分资料时
q3 ? 3.2? ? CO ? (1 ? q4 100 )

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排烟热损失q2
排烟热损失:是指由排烟所带走的热量损失,烟气离开锅炉排入大气时 ,其温度比进入锅炉的空气温度高很多。

排烟热损失 q2计算
0 q2 ? ( H py ? ? py H lk )

100 ? q4 Qr

,%

式中 H py -- 排烟焓, 取决于 ? py 与 ? py ,kJ/kg
H 0 -- 进入锅炉的冷空气焓, kJ/kg lk

? py -- 排烟处过剩空气系数

? ? py
? ? py

由q2、受热面低温腐蚀及金属耗量综合确定。
取决于 ? ?? 及烟道漏风Δα,后者同时影响 ?
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电站锅炉 ? py 约在110~160℃之间。
? py
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对大中型锅炉 q2 约为4~8%
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排烟热损失q2
影响因素: 影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和排烟容积
1.排烟温度

?排 烟 温 度 越 高 , 排 烟 热 损 失 越 大 。 排 烟 温 度 每 提 高 12~15℃,q2将提高1%。
?排烟温度过低经济上不合理,甚至技术上不允许。
(1)烟气与工质的传热温差小,换热所需金属受热面就大大增加。
(2)为了避免尾部受热面的腐蚀,排烟温度也不宜过低。

因此必须根据燃料与金属耗量进行技术经济比较来合理确定 排烟温度。供热锅炉的排烟温度在150~200℃范围内。
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排烟热损失q2
排烟容积

影响排烟容积大小的因素有:
炉膛出口过量空气系数, 烟道各处漏风量

及燃料所含水分。
锅炉最佳过量空气系数的确定 使q2、q3、q4三项热损失的总和最小, 所对应的炉膛出口过量空气系数

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排烟热损失q2
计算公式:
Q2 ? ( I py ? ? I )(1 ?
0 py k

q4 100

) ? [ I py ? ? pyV (ct )lk ](1 ?
0 k

q4 100

)

q2 ?

Q2 Qr

? 100

%

经验公式 :

q4 ? py ? tlk q2 ? (m ? n? py )(1 ? ) 100 100

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散热热损失q5
散热损失 q5

外表温度高于环境温度通过对流与辐射散失热量造成的损失。 可根据锅炉尾部受热面的布置查图确定 q5 与锅炉运行负荷近似成反比变化
q? ? q 5 5 D D?

q 5、q ? -- 锅炉额定容量、运行 5 容量下的散热损失
D、D ? -- 锅炉额定容量、运行容量
额定容量下锅炉的散热损失
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散热损失q5
保温系数

保温系数:表示烟气在烟道中的放热量有多少被烟道中的 受热面所吸收。 烟气在烟道中的放热量 × 保温系数=烟道受热面的吸热量 。

??

烟道中受热面吸热量 烟气在烟道中放热量

?

Q1 Q1 ? Q 5

?1?

q5

? ? q5

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其它热损失q6
? 灰渣物理热损失
固态排渣煤粉锅炉只在高灰分煤时才考虑 计算方法很简单

? 其它一些散热损失等

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§4 、锅炉效率及燃料消耗量计算

?1、热效率及计算 ?2、燃料消耗量计算

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热效率ηgr
热效率
Q1 Qr

? 正平衡
? 反平衡

? g? ? q 1 ?

? 100,%

? g? ? 100 ? (q 2 ? q 3 ? q 4 ? q 5 ? q 6 ),%

7/7

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锅炉正平衡热效率
? gl ?
Q1 Qr ? 100%
Q1 ? Q gl B

1)锅炉有效利用热量Q1 2)锅炉每小时有效利用热量Qgl

kJ/kg

Qgl ? D ? 10 3 (iq ? i gs ) ? D ps ? 10 3 (i ps ? i gs ) kJ/h

饱和蒸汽焓:

i q ? i ?? ?

rW 100

r--汽化潜热,kJ/kg W--蒸汽湿度 ?工业锅炉1 ~ 5% ?
?电站锅炉 ? 1%

igs,ips——锅炉给水和排污水焓,kJ/kg;

i?? ——干饱和蒸汽的焓,kJ/kg
? gl ?
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D ? 10 3 (i q ? i gs ) ? D ps ? 10 3 (i ps ? i gs )
y BQ dw

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锅炉反平衡热效率

? gl ? 100 ? (q2 ? q3 ? q4 ? q5 ? q6 )

%

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正反平衡热效率比较
? 锅炉正平衡只能求得锅炉的热效率,不能

据此研究和分析影响锅炉热效率的种种因 素,以寻求提高热效率的途径。 ? 反平衡则是依据对各种热损失的测定来计 算其锅炉热效率。 ? 对小型锅炉而言,一般以正平衡为主,反 平衡为辅。 ? 对于大型锅炉,由于不易准确测定燃料消 耗量,其锅炉热平衡主要靠反平衡求得。
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燃料消耗量 B
燃料消耗量
B? Q Q1 ? 100Q

? g ? Qr

, kg / s

计算燃料消耗量

B j ? B (1 ?

q4 100

), kg / s

7/7

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作业与思考题
? 1、什么是q4,影响q4的因素有哪些?计算它至少

需要测试哪些项目?在运行中可以采取哪些措施 减小它? ? 2、什么是q2,影响q2的因素有哪些?计算它至少 需要测试哪些项目?在运行中可以采取哪些措施 减小它? ? 3、分别论述在炉膛、烟道前部、烟道尾部、及制 粉系统中,漏风对锅炉运行有哪些影响? ? 4、锅炉燃料消耗量和计算燃料消耗量有何不同? 各在什么情况下使用?
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作业与思考题
? 5、已知某台锅炉每小时的实际燃煤量为600 t/h,其发热

量Qnet,ar =15535 kJ/kg,试求该台锅炉每小时标准燃煤 量。 ? 6、已知:某锅炉额定蒸发量D=420t/h,过热蒸汽的出口 焓hgq〃=3500kJ/kg,进入锅炉的给水焓hgs=900kJ/kg, 锅炉排污率为3%,汽包内炉水焓hls=1350kJ/kg,各项热 损失之和Σ q=10.1%,其中q4=2.5%,燃料低位发热量Qnet, ar=22000kJ/kg,试求该锅炉的计算燃煤量和标准燃煤量。 ? 7、已知:某锅炉运行时测得如下数据: q2=6% q3=0.4% q4=2% q5=0.6% q6=0 hgq〃=3500kJ/kg hgs=890kJ/kg B=40t/h 燃料低位发热量Qnet,ar =17000kJ/kg。试求该锅炉的蒸汽量。 ? 8、大型电站锅炉常用什么方法求热效率,为什么? 2/2
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