锅炉原理8-热平衡

1、授课教师： 范红途联系电话：mail: l锅炉热平衡锅炉热平衡及锅炉热效率及锅炉热效率l锅炉输入热量和有效利用热量锅炉输入热量和有效利用热量l锅炉的各项热损失锅炉的各项热损失l锅炉效率及燃料消耗量计算锅炉效率及燃料消耗量计算第八章、锅炉热平衡计算第八章、锅炉热平衡计算一、锅炉热平衡及锅炉热效率一、锅炉热平衡及锅炉热效率1 1、锅炉热平衡概念、锅炉热平衡概念 在稳定工况下，输入锅炉的热量应等于输出锅炉的热在稳定工况下，输入锅炉的热量应等于输出锅炉的热量。输入的热量来自燃料燃烧放热，输出锅炉的热量包括量。输入的热量来自燃料燃烧放热，输出锅炉的热量包括有效利用的热量和损失的

2、热量。有效利用的热量和损失的热量。2 2、研究目的、研究目的 定量计算与分析各项能量的大小，找出引起热量损失定量计算与分析各项能量的大小，找出引起热量损失的原因，提出减少损失的措施，提高锅炉热效率，降低发的原因，提出减少损失的措施，提高锅炉热效率，降低发电成本。电成本。 3、锅炉热平衡方程、锅炉热平衡方程 以以lkglkg固体燃料或液体燃料固体燃料或液体燃料( (气体燃料以气体燃料以1Nm3)1Nm3)为单位组成热量平衡。为单位组成热量平衡。 1kg1kg燃料带入炉内的热量及锅炉有效利用热量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。和损失热量之间的关系。123456fQQQQQ

3、QQ123456100,%qqqqqq式中式中Qf 输入热量输入热量 Q1 有效利用热有效利用热 Q2 排烟损失排烟损失 Q3 化学（气体）不完全燃烧热损失化学（气体）不完全燃烧热损失 Q4 机械（固体）不完全燃烧热损失机械（固体）不完全燃烧热损失 Q5 散热损失散热损失 Q6 其他热损失（灰渣物理热损失）其他热损失（灰渣物理热损失） 二、锅炉输入热量和有效利用热量二、锅炉输入热量和有效利用热量1 1、输入锅炉热量、输入锅炉热量 .,/far netphexatQQQQQ kJ kg,ar netphexatQQQQ燃料的收到基低位发热量；燃料的收到基低位发热量；kJ/kg燃料的物理显热；燃料

4、的物理显热；kJ/kg外来热源加热空气时带入的热量；外来热源加热空气时带入的热量；kJ/kg雾化燃油所用蒸汽带入的热量雾化燃油所用蒸汽带入的热量;kJ/kg.far netphexatQQQQQ1.7380.0025ffCtphffQC t当用蒸汽雾化重油或喷入锅炉蒸汽时考虑当用蒸汽雾化重油或喷入锅炉蒸汽时考虑.2510排烟中蒸汽焓近似值，排烟中蒸汽焓近似值，kJ/kg 用锅炉范围以外的废气、废热等来预热空气时用锅炉范围以外的废气、废热等来预热空气时1004.187100100ararffdMMCC(2510)atatatQGh02 21 1()exQVc tct对于燃煤锅炉对于燃煤锅炉:若燃

5、料和空气没有利用外界热量进行预热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且燃煤水分满足则则 ./630arar netMQ.far netQQ2、锅炉有效利用热、锅炉有效利用热 Q1 111( )( )( ) ,/shshfwrhrhrhblfwQDiiDiiDiikJ kgBQQB空气在空气预热器中吸收的热量又返回炉膛，属锅炉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内部热量循环，锅炉热平衡中不予考虑. .Q Q 工质总吸热量，工质总吸热量，kJ/hkJ/hB B 燃料消耗量，燃料消耗量，kg/hkg/hD Dshsh、D Drhrh、D Db

6、lbl 过热蒸汽、再热蒸汽、排污流量，过热蒸汽、再热蒸汽、排污流量，kg/hkg/h 过热蒸汽焓、自用蒸汽焓、饱和水焓、给过热蒸汽焓、自用蒸汽焓、饱和水焓、给水焓，水焓，kJ/kgkJ/kg 再热器出口和进口蒸汽焓，再热器出口和进口蒸汽焓，kJ/kgkJ/kgishfwii、 、irhrhi、三、锅炉各项热损失三、锅炉各项热损失1 1、机械（固体）不完全燃烧热损失、机械（固体）不完全燃烧热损失Q Q4 4 固体未完全燃烧损失是灰中未燃烧或未燃尽的碳造成的固体未完全燃烧损失是灰中未燃烧或未燃尽的碳造成的热损失，使用中速磨煤机时排出石子煤的热量损失。热损失，使用中速磨煤机时排出石子煤的热量损失。1

7、.1、运行试验时确定方法：、运行试验时确定方法：32700纯碳的发热值，纯碳的发热值，kJ/kgGfa, Gsl 飞灰、炉渣的质量，飞灰、炉渣的质量，kg/hCfa, Csl 飞灰、炉渣中的含碳量，飞灰、炉渣中的含碳量，% B B 锅炉的燃煤量，锅炉的燃煤量， kg/h43270032700100100fafaslslCGCGQBB 根据根据灰平衡灰平衡，进入炉内燃料的总灰量应该等于飞灰、炉渣，进入炉内燃料的总灰量应该等于飞灰、炉渣中灰量之和。中灰量之和。100100()()100100100faarslfaslCACBGG两边都除以总灰量两边都除以总灰量 ，可得：，可得：(100)(100)

8、1fafaslslararGCGCBABA100arAB=lz=fh1fasl即：即： 其中其中 不易测得，不易测得，fa1fasl 根据根据 的定义式解出的定义式解出Gfa、Gsl 代入代入Q4式，式，fasl 4327,/arQA C kJ kg100100faslfaslfaslCCCCC 其中：其中： 1.2、设计锅炉时、设计锅炉时Q4的确定：的确定： 由灰渣含可燃物造成的机械不完全燃烧损失通常只有由灰渣含可燃物造成的机械不完全燃烧损失通常只有0.11%，绝大多数由飞灰造成，但挥发分越高、煤粉越细、灰分越少，这项绝大多数由飞灰造成，但挥发分越高、煤粉越细、灰分越少，这项损失也越少。设计

9、锅炉时可以按经验选用，根据燃料种类、燃烧方损失也越少。设计锅炉时可以按经验选用，根据燃料种类、燃烧方式选用。固态排渣式选用。固态排渣0.55%，大型电厂燃用烟煤时，大型电厂燃用烟煤时0.50.8%，气体、，气体、液体燃料锅炉为液体燃料锅炉为0.44100fQqQ 1.31.3、影响、影响Q Q4 4的主要因素：的主要因素： 燃料特性对燃料特性对Q4的影响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。以燃尽，灰渣损失大。层燃时燃用挥发物低而焦结性强的煤：燃烧过程主要集中层燃时燃用挥发物低而焦结性强的煤：燃烧过程主要集

10、中在炉排上，燃烧层温度高，较易形成熔渣，阻碍通风，增在炉排上，燃烧层温度高，较易形成熔渣，阻碍通风，增加灰渣损失。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。在提高燃烧强度而增强通风的情况下，飞灰损失就增加。 燃烧方式对燃烧方式对Q Q4 4的影响：的影响：煤粉炉没有漏煤损失，但飞灰损失比层燃炉大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，飞灰损失大沸腾炉在燃用石煤或煤矸石时，飞灰损失大炉子结构对炉子结构对Q Q4 4的影响的影响煤粉炉炉膛的高低煤粉炉炉

11、膛的高低燃烧器布置的位置燃烧器布置的位置锅炉运行工况对锅炉运行工况对Q Q4 4的影响的影响负荷增加，炉膛的气流速度增加，负荷增加，炉膛的气流速度增加，q4q4加大。加大。煤粉细度及配风。煤粉细度及配风。过量空气系数过量空气系数: :如太低，如太低，q q4 4会增加。但过大，增加烟气流会增加。但过大，增加烟气流速，停留时间短，携带大颗粒的能量强，速，停留时间短，携带大颗粒的能量强，q4q4增加，所以存增加，所以存在最佳值。在最佳值。 2 2、排烟热损失、排烟热损失Q Q2 2 排烟热损失是由于排烟所拥有的热量随烟气排入大气而排烟热损失是由于排烟所拥有的热量随烟气排入大气而未被利用造成的。烟气

12、离开锅炉排入大气时，其温度比进未被利用造成的。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。入锅炉的空气温度高很多。 2.12.1、运行试验时确定方法：、运行试验时确定方法：其中：其中： 排烟温度，排烟温度， t0基准温度，取送风机入口空气温度，基准温度，取送风机入口空气温度， cp.gy干烟气从干烟气从t0至至 的平均比定压热容。的平均比定压热容。 Vgy 每千克收到基燃料不完全燃烧生成的干烟气体积每千克收到基燃料不完全燃烧生成的干烟气体积 2222,/H OgyQQQkJ kg22100fQqQ2.0(),/gygyp gyexgQV ctkJkgexgpy对已知烟气成分时，烟

13、气的平均比定压热容对已知烟气成分时，烟气的平均比定压热容cp.gy：2223222.,/(.)100100100100p gyp cop op Np coROONCOccccckJMC干烟气体积计算，应考虑到碳的不完全燃烧，用干烟气体积计算，应考虑到碳的不完全燃烧，用cr.ar来计算：来计算：.100arr ararA CCC过量空气系数按不完全燃烧时的过量空气系数的计算公式。过量空气系数按不完全燃烧时的过量空气系数的计算公式。N2，CO, O2，CO2的平均比定压热容可查表其中：其中：2222.0(),/H OH Op H OexgQVctkJ kg42()(1),/100exgcaqQii

14、kJ kgH2O的平均比定压热容可查表2.22.2、设计时、设计时Q Q2 2的确定方法：的确定方法：0( )caexgcaiVct其中：其中：iexg排烟焓，排烟焓，kJ/kg ica冷空气焓，冷空气焓，kJ/kgexg排烟处过量空气系数。排烟处过量空气系数。(ct)ca 1m3冷空气焓冷空气焓kJ/m3,一般取一般取tca=20302.32.3、影响、影响Q Q2 2的主要因素：的主要因素： 排烟损失排烟损失Q2Q2主要取决于排烟温度和排烟容积，排烟温主要取决于排烟温度和排烟容积，排烟温度越高、排烟容积越大，则排烟焓越大，排烟热损失越大。度越高、排烟容积越大，则排烟焓越大，排烟热损失越大。

15、排烟温度排烟温度排烟温度越高，排烟热损失越大。排烟温度每提高排烟温度越高，排烟热损失越大。排烟温度每提高12151215，q q2 2将提高将提高1%1%。排烟温度过低经济上不合理，甚至技术上不允许。排烟温度过低经济上不合理，甚至技术上不允许。（1 1）烟气与工质的传热温差小，换热所需金属受热面就大大）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。增加。（2 2）为了避免尾部受热面的腐蚀，排烟温度也不宜过低。因）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

16、度在烟温度。供热锅炉的排烟温度在150200150200范围内。大型电范围内。大型电站锅炉在站锅炉在110160 110160 排烟容积，影响排烟容积大小的因素有排烟容积，影响排烟容积大小的因素有炉膛出口过量空气系数，炉膛出口过量空气系数，烟道各处漏风量烟道各处漏风量燃料所含水分。燃料所含水分。受热面发生积灰、积渣时，烟气与换热面的热交换减少，受热面发生积灰、积渣时，烟气与换热面的热交换减少，排烟温度升高，造成容积增加。排烟温度升高，造成容积增加。3 3、化学（气体）不完全燃烧热损失、化学（气体）不完全燃烧热损失Q Q3 3 可燃气体未完全燃烧热损失可燃气体未完全燃烧热损失Q Q3 3是锅炉排

17、烟中残留的可燃是锅炉排烟中残留的可燃气（气（COCO、H2H2、CH4CH4、CmHnCmHn等）未燃烧放热而造成的。等）未燃烧放热而造成的。3.13.1、运行试验时确定方法：、运行试验时确定方法：CO、H2、CH4、CmHn干烟气中各自的容积成分。干烟气中各自的容积成分。 Vgy 每千克收到基燃料不完全燃烧生成的干烟气体积每千克收到基燃料不完全燃烧生成的干烟气体积 324(12640108003582059079),/100gymnVQCOHCHC HkJ kg33100fQqQ烟气中烟气中CmHn一般是一般是CH4，而，而CO、H2、CH4通过烟气分析方法测出通过烟气分析方法测出3.23.

18、2、设计时、设计时Q Q3 3的确定方法：的确定方法： 设计锅炉时可以按经验选用，根据燃料种类、燃烧方设计锅炉时可以按经验选用，根据燃料种类、燃烧方式选用。煤粉炉式选用。煤粉炉q q3 3=0=0，燃油和燃气炉，燃油和燃气炉q q3 3=0.5%=0.5%。3.33.3、影响、影响Q Q3 3的主要因素：的主要因素：炉子结构的影响炉子结构的影响炉膛高度不够或炉膛体积太小。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。当炉内水冷壁布置过多时，会使炉膛温度过低。燃料特性的影响燃料特性的影响挥发份高的燃料，在其它条件相同时，挥发份高的燃料，在其它条件相同时，q q3 3相对要

19、大一些。相对要大一些。燃烧方式的影响燃烧方式的影响炉膛过量空气系数（过小或过大）；配风炉膛过量空气系数（过小或过大）；配风炉内气流的混合与扰动等。炉内气流的混合与扰动等。小结：小结：通过对通过对Q2、Q3、Q4的分析可知，炉膛出口过剩的分析可知，炉膛出口过剩空气系数空气系数 对他们有直接影响。随着对他们有直接影响。随着 的增的增加，加，q2+q3+q4先减少后增加，有一个最小值。先减少后增加，有一个最小值。111q,%q2q4q3q2+q3+q44 4、散热损失、散热损失Q Q5 5 锅炉运行时，炉墙、金属结构以及烟风道、汽水管道锅炉运行时，炉墙、金属结构以及烟风道、汽水管道集箱等外表温度高于

20、环境温度，通过对流与辐射散失热量集箱等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造成的损失。可根据锅炉尾部受热面的布置查图确定4.14.1、运行试验时确定方法：、运行试验时确定方法：可根据锅炉尾部受热面的布置查图可根据锅炉尾部受热面的布置查图3-43-4确定。确定。或按下式计算：或按下式计算： q5.ed=5.82(Ded) -0.38 q5=q5.ed Ded/DDed、D额定蒸发量和实际蒸发量。额定蒸发量和实际蒸发量。q5.ed 、q5额定蒸发量时散热损失，实际散热损失，额定蒸发量时散热损失，实际散热损失，%4.24.2、设计时、设计时Q Q

21、5 5的确定方法与运行试验时相同。的确定方法与运行试验时相同。 50()()hdscrhdsSQttBShds锅炉散热表面积锅炉散热表面积 thds 锅炉表面温度锅炉表面温度c 对流放热损失对流放热损失c 辐射放热损失辐射放热损失4.34.3、影响、影响Q5Q5的主要因素：的主要因素：锅炉外墙结构锅炉外墙结构锅炉外表面积的小、炉墙结构紧凑、高温隔热性能好，锅炉外表面积的小、炉墙结构紧凑、高温隔热性能好，散热损失就小。散热损失就小。环境温度环境温度环境温度高，散热损失小。环境温度高，散热损失小。额定蒸发量额定蒸发量额定蒸发量大，燃料消耗量大，但散热表面积增大缓慢，额定蒸发量大，燃料消耗量大，但散

22、热表面积增大缓慢，单位燃料热损失减少。单位燃料热损失减少。5 5、其他热损失（灰渣物理热损失）、其他热损失（灰渣物理热损失）Q Q6 6 锅炉排出的炉渣、飞灰与沉降灰所携带的物理热量未锅炉排出的炉渣、飞灰与沉降灰所携带的物理热量未被利用而引起的热损失。被利用而引起的热损失。5.15.1、运行试验时确定方法：、运行试验时确定方法：0006()()(),/100100100100fafafacjhcjhcjharslslslslfacjht ctt cAtt cQkJkgCCC66100fQqQtsl炉渣温度，固态排渣煤粉炉取炉渣温度，固态排渣煤粉炉取800，液态排渣煤粉，液态排渣煤粉炉可取煤灰熔

23、化温度炉可取煤灰熔化温度+100 tcjh沉降灰温度，取沉降灰斗上部空间的烟气温度。沉降灰温度，取沉降灰斗上部空间的烟气温度。csl 、cfa、cchj炉渣、飞灰及沉降灰的比热容。可查表炉渣、飞灰及沉降灰的比热容。可查表 5.25.2、设计时、设计时Q Q6 6的确定的确定6()()(),/100arslslfafacjhcjhAQccckJkgfa()()()slcjhccc、 炉渣、飞灰及沉降灰在温度炉渣、飞灰及沉降灰在温度 的焓。查表的焓。查表1-5 faslcjhcc、5.35.3、影响、影响Q Q6 6的主要因素的主要因素燃料中灰的含量燃料中灰的含量燃煤的折算灰分小于燃煤的折算灰分小

24、于10%10%固态排渣煤粉炉可忽略炉渣的物理固态排渣煤粉炉可忽略炉渣的物理热损失，液态排渣炉，旋风炉可忽略飞灰的物理热，对燃油热损失，液态排渣炉，旋风炉可忽略飞灰的物理热，对燃油燃气炉燃气炉q6=0q6=0炉渣、飞灰、沉降灰的相对含量炉渣、飞灰、沉降灰的相对含量灰渣温度灰渣温度111( )( )( ) ,/shshfwrhrhrhblfwQDiiDiiDiikJ kgBQQBQ Q 工质总吸热量，工质总吸热量，kJ/hkJ/hB B 燃料消耗量，燃料消耗量，kg/hkg/hD Dshsh、D Drhrh、D Dblbl 过热蒸汽、再热蒸汽、排污流量，过热蒸汽、再热蒸汽、排污流量，kg/hkg/h 过热蒸汽焓、自用蒸汽焓、饱和水焓、给过热蒸汽焓、自用蒸汽焓、饱和水焓、给水焓，水焓，kJ/kgkJ/kg 再热器出口和进口蒸汽焓，再热器出口和进口蒸汽焓，kJ/kgkJ/kgishfwii、 、irhrhi、四、锅炉效率及燃料消耗量计算四、锅炉效率