第三章燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡PPT课件

1、第三章第三章 燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡v 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算v 烟气分析烟气分析v 空气和烟气的焓空气和烟气的焓v 锅炉机组的热平衡锅炉机组的热平衡v 习题习题2 理论工况理论工况 燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成成分燃烧产物（烟气）组成成分 COCO2 2、SOSO2 2、N N2 2和和H H2 2O O 理论烟气量理论烟气量 0yV 设计工况设计工况 实际送入的空气量大于理论空气量，以实际送入的空气量大于理论空气量，以保证燃料完全燃烧保证燃料完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成成分燃烧产物（烟气

2、）组成成分 COCO2 2、SOSO2 2、N N2 2、H H2 2O O和和剩余剩余O O2 2 实际烟气量实际烟气量 V Vy y 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算燃料的燃烧工况燃料的燃烧工况 实际工况实际工况 实际送入的空气量大于理论空气量，实际送入的空气量大于理论空气量，但为不完全燃烧但为不完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成成分燃烧产物（烟气）组成成分 COCO2 2、SOSO2 2、N N2 2 、 H H2 2O O、剩余剩余O O2 2 和和未完全燃烧气体未完全燃烧气体COCO 实际烟气量实际烟气量 V Vy y 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算燃料的燃烧工况燃料的燃烧工况 燃烧计算的物理

3、模型燃烧计算的物理模型 以以1kg1kg燃料为计算基础燃料为计算基础 所有气体均视为理想气体（所有气体均视为理想气体（22.4Nm22.4Nm3 3/kmol/kmol） 假定完全燃烧假定完全燃烧 略去空气中的稀有成分，认为空气只由略去空气中的稀有成分，认为空气只由N N2 2和和O O2 2组成，且二者容积比为组成，且二者容积比为7979：2121燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算燃烧过程的化学反应燃烧过程的化学反应 三种可燃元素（三种可燃元素（C C、H H、S S）完全燃烧反应方程式）完全燃烧反应方程式 C + OC + O2 2 COCO2 2 2H2H2 2+ O+ O2 2 2H 2H2

4、 2O O S + OS + O2 2 SO SO2 2 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 煤中可燃元素的燃烧反应煤中可燃元素的燃烧反应是燃烧计算的基础，是燃烧计算的基础，1kg1kg收到基燃料包括收到基燃料包括 KgKg的碳、的碳、 kgkg的氢、的氢、 kgkg的硫的硫 100Car100Har100Sar燃烧过程的化学反应燃烧过程的化学反应 三种可燃元素（三种可燃元素（C C、H H、S S）完全燃烧反应方程式）完全燃烧反应方程式 12 kg C + 22.4 Nm12 kg C + 22.4 Nm3 3 O O2 2 22.4 Nm22.4 Nm3 3 COCO2 2 4 41.008 k

5、g1.008 kg H H2 2+ 22.4 Nm+ 22.4 Nm3 3 O O2 2 2 2 22.4 Nm 22.4 Nm3 3 H H2 2O O 32 kg S + 22.4 Nm 32 kg S + 22.4 Nm3 3 O O2 2 22.4 Nm 22.4 Nm3 3 SO SO2 2 1kg1kg C + C + 1.866 Nm1.866 Nm3 3 O O2 2 1.866 Nm1.866 Nm3 3 COCO2 2 1kg H + 1kg H + 5.56 Nm5.56 Nm3 3 O O2 2 11.1 Nm11.1 Nm3 3 H H2 2O O 1kg S + 1

6、kg S + 0.7 Nm0.7 Nm3 3 O O2 2 0.7 Nm 0.7 Nm3 3 SOSO2 2燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 理论空气量理论空气量 V V0 0 1kg 1kg 燃料完全燃烧时所需要的最燃料完全燃烧时所需要的最少空气量少空气量( (无剩余氧无剩余氧) )。 实际空气量实际空气量 V Vk k 式中式中 、分别为烟气侧和空气侧的过量空分别为烟气侧和空气侧的过量空气系数气系数 0)(VVk0)(VVk燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算燃烧所需要的空气量燃烧所需要的空气量)100 O0.7 - 100 S 0.7 100 H5.56 100C866. 1 (21. 01r ar

7、 ar ar a 0VararararOHSC0333. 0265. 0)375. 0(0889. 0)8/(265. 00889. 0arararOHR8 0VV 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算过量空气系数过量空气系数与漏风系数与漏风系数 为炉膛出口处过量为炉膛出口处过量空气系数，表征炉内燃空气系数，表征炉内燃烧状况的重要物理量，烧状况的重要物理量，在推荐值范围内选取。在推荐值范围内选取。 9zfky kykyky 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算过量空气系数过量空气系数与漏风系数与漏风系数 理论烟气量理论烟气量 =1=1、完全燃烧：、完全燃烧：O O2 2 = 0 = 0；CO = 0CO =

8、00yV00000022222222OHgyOOHNROOHNSOCOyVVVVVVVVVVkgNmWVMHwharar/,24. 10161. 010024. 11001 .1130079. 01008 . 0100)375. 0(866. 1VNSCararar燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算燃烧产生的烟气量燃烧产生的烟气量 1kg C + 1kg C + 1.866 Nm3 O1.866 Nm3 O2 2 1.866 Nm3 CO1.866 Nm3 CO2 2 1kg H + 1kg H + 5.55 Nm35.55 Nm3 O O2 2 11.1 Nm3 H11.1 Nm3 H2 2O O

9、 1kg S + 1kg S + 0.7 Nm3 O0.7 Nm3 O2 2 0.7 Nm3 SO 0.7 Nm3 SO2 2理论空气带入的水蒸气理论空气带入的水蒸气: : =1.24=1.241.2931.2930.01V0.01V0 0=0.0161V=0.0161V0 0 实际烟气量实际烟气量 11、完全燃烧：、完全燃烧：O O2 2 0 0；CO=0CO=0 yV22222OOHNSOCOyVVVVVV 000yV10161.0V1V kgNmVVy/,) 1(0161. 1300燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算燃烧产生的烟气量燃烧产生的烟气量 实际烟气量实际烟气量 11、不完全燃烧：、不

10、完全燃烧：O O2 2 0 0；CO CO 0 0 yVOHONSOCOCOyVVVVVVV22222OHgyVV2燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算燃烧产生的烟气量燃烧产生的烟气量 1kg C + 1kg C + 1.866 Nm3 O1.866 Nm3 O2 2 1.866 Nm3 CO1.866 Nm3 CO2 2 1kg C + 1kg C + 0.933 Nm30.933 Nm3 O O2 2 1.866 Nm3 CO1.866 Nm3 CO 100866. 12arCOCOCVV13燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算不完全燃烧时烟气中氧的体积不完全燃烧时烟气中氧的体积)5 .0(21.079.

11、0 ,5 .021.079.0 ,179.015 .0121.0 ,100866.1100866.15 .0121.0 22222222222222000000,0COONOCOROgyNOCOROgyCOONNNNCOOcoarCOcoarOVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVVCVCVV得将上式带入得，带入从上式中解出则上式可写成14三原子气体、水蒸气的容积份额与分压力三原子气体、水蒸气的容积份额与分压力 1)1)容积份额容积份额 2)2)分压力分压力 rVVrVVROROgyHOHOgy2222prpprpROROH OH O2222飞灰浓度：每千克烟气中的飞灰质量。飞灰浓度：每

12、千克烟气中的飞灰质量。 烟气携带出炉膛的飞灰占总灰分的质量份额。烟气携带出炉膛的飞灰占总灰分的质量份额。 yfharmaA100fha烟气的质量烟气的质量: : m my y=1-Aar/100+(1+d=1-Aar/100+(1+dk k)V)V0 0 =1-Aar/100+(1+0.01)1.293V =1-Aar/100+(1+0.01)1.293V0 0 =1-Aar/100+1.306V =1-Aar/100+1.306V0 0 燃料燃料 灰渣灰渣 炉膛空气炉膛空气燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算影响锅炉辐射换热的几个参数影响锅炉辐射换热的几个参数,%100222NCOORO,%1002

13、2gyOVVO,%100gyCOVVCO,%10022gyNVVN,%10022gyROVVRO 烟气分析烟气分析是以是以1kg1kg燃料燃烧生成的干烟气容积为基燃料燃烧生成的干烟气容积为基础，采用奥氏烟气分析仪进行的。础，采用奥氏烟气分析仪进行的。 烟气分析烟气分析可得到可得到 在干烟气在干烟气V Vgygy中所占的容积百分比中所占的容积百分比222NCOORO、烟气分析烟气分析烟气分析成分烟气分析成分16 工作原理工作原理: :利用不同的吸利用不同的吸收剂吸收不同的气体成分收剂吸收不同的气体成分 1 1瓶：氢氧化钾溶液瓶：氢氧化钾溶液KOHKOHRORO2 2 2 2瓶：焦性没食子酸溶液瓶

14、：焦性没食子酸溶液C C6 6H H3 3(OH)(OH)3 3O O2 2、RORO2 2 3 3瓶：氯化亚铜氨溶液瓶：氯化亚铜氨溶液Cu(NHCu(NH3 3) )2 2ClClCOCO、O O2 2 分析步骤分析步骤: :依次吸收依次吸收 为什么分析成分是干烟为什么分析成分是干烟气成分？气成分？ 在实验压力下水蒸气在实验压力下水蒸气处于饱和状态处于饱和状态, ,成比例的被成比例的被吸收吸收烟气分析烟气分析奥氏烟气分析仪奥氏烟气分析仪奥氏烟气分析仪示意图奥氏烟气分析仪示意图1 1，2 2，33吸收瓶；吸收瓶；44疏形瓶；疏形瓶；5 5，6 6，77旋塞；旋塞；88过滤器；过滤器；99三通旋

15、塞；三通旋塞；1010量量管；管；1111平衡瓶（水准瓶）；平衡瓶（水准瓶）；1212水套管；水套管；1313，1414，1515缓冲瓶；缓冲瓶；1616抽气抽气OHgyy2VVV 烟气容积烟气容积kgNmCOROSCVarargy/,)375. 0(866. 132 干烟气容积干烟气容积%100222gycosocoVVVVCORO烟气分析烟气分析干烟气容积的计算干烟气容积的计算21)(605. 0222COROOCORO 不完全燃烧方程式不完全燃烧方程式 arararararSCNOH375. 0038. 0125. 035. 2式中式中 为燃料特性系数，其物理意义：燃料为燃料特性系数，其

16、物理意义：燃料中的自由氢中的自由氢(H-0.125Oar)(H-0.125Oar)与与C C的比值。的比值。605. 0)(21222OROROCO烟气分析烟气分析燃烧方程式燃烧方程式推导过程推导过程19,%121max2RO =1 =1、且完全燃烧：、且完全燃烧：CO=0CO=0，O O2 2=0 =0 完全燃烧方程式：完全燃烧方程式： l l、且完全燃烧：、且完全燃烧： CO=0 CO=0 ,%12122ORO烟气分析烟气分析燃烧方程式燃烧方程式202max2RORO 22121O 过量空气系数过量空气系数 完全燃烧且不计完全燃烧且不计烟气分析烟气分析运行中过量空气系数的确定运行中过量空气

17、系数的确定COOROCOO2221005 . 0217911 过量空气系数过量空气系数 不完全燃烧不完全燃烧推导过程推导过程推导过程推导过程21燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算不完全燃烧时的过量空气系数不完全燃烧时的过量空气系数2222222221.00.579.01179.0,179.079.01008 .021.00.510.510.21 111V-11 V-VVVV0000ar0ar0000gg0NCOONNNNCOOCOOVVVVVVVVVNVNVVVVVVVVV，得将以上两式代入第一式得，则由式比较小，可忽略不计。固体和液体燃料，可得由式22燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算不完全燃烧时的过量

18、空气系数不完全燃烧时的过量空气系数COOROCOOCOORONNCOOVVVCONOCONO，代入上式得，代入上式得和，的定义式，解出根据22222222221000.5217911 1000.5217911 ,2223燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算完全燃烧时的过量空气系数完全燃烧时的过量空气系数，得将分子分母都除以，整理得，代入上式，可知由完全燃烧方程式则完全燃烧max2222222222222222279792117979 21211797921 121210211002179110,COROROROROROROROOROOROOROROOROO24燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算完全燃烧时的过

19、量空气系数完全燃烧时的过量空气系数22222max22121 211121 OORORORORO，代入上式得由完全燃烧方程式可知计，则上式变为值相对较小，可忽略不25燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算燃烧方程式的推导燃烧方程式的推导则且代入上式整理得将式的定义式，得，结合并乘以将上式两边除以,0333.0265.0375.00889.0,1007 .0,100866.1,79.01008 .079.0)(21.0605.021,10010021.0185.021.021 ,100)5 .0(21.079.0 000202220222202222222222222arararararSOarCOCOa

20、rNSOCOCONgyCOSOCOgyNgyCOONOCOROgyOHSCVSVCVVVNVCOROVVVVOCOROVVVVCOROVVOCOROOCOROVVVVVVVV26燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算燃烧方程式的推导燃烧方程式的推导 605. 021 375. 0038. 0125. 035. 2 375. 0038. 0125. 035. 2605. 021222222COROOCOROSCNOHCOROSCNOHOCOROarararararararararar，则上式可写成令27 空气和烟气的焓空气和烟气的焓 定压条件下，定压条件下，1kg1kg燃料燃燃料燃烧所需的空气或生成的烟气

21、在从烧所需的空气或生成的烟气在从0 0（）加热到）加热到 （）时所需要的热量，单位为）时所需要的热量，单位为kJ/kgkJ/kg。 空气和烟气的焓空气和烟气的焓空气的焓值空气的焓值kkcVh00 理论空气焓理论空气焓kkkcVhh00 实际空气焓实际空气焓空气和烟气的焓空气和烟气的焓烟气的焓值烟气的焓值 OHOHNNROROycVcVcVh222222000 理论烟气焓理论烟气焓fhkyyhhhh001 实际烟气焓实际烟气焓hfharfhcaAh100时才计算ararfhQAa 飞灰焓飞灰焓29 烟气的焓值烟气的焓值 取决于取决于燃料种类、过量空气系数燃料种类、过量空气系数及烟气温度及烟气温度

22、 由（由（ 、）查焓温表可很快确定烟气温度）查焓温表可很快确定烟气温度 ； 由（由（ 、）查表可很快确定烟气焓）查表可很快确定烟气焓 yhyh 焓温表焓温表 对给定的燃料和各受热面前、后的过对给定的燃料和各受热面前、后的过量空气系数，计算出该受热面对应烟气温度范围量空气系数，计算出该受热面对应烟气温度范围内的烟气焓，制成的烟气焓温表。内的烟气焓，制成的烟气焓温表。 空气和烟气的焓空气和烟气的焓焓焓 温温 表表654321QQQQQQQr654321%100qqqqqq q qi i = Q = Qi i / Q / Qr r 100% 100% 式中式中 输入热量输入热量 Q Q1 1 有效利

23、用热有效利用热 Q Q2 2 排烟热损失排烟热损失 Q Q3 3 气体未完全燃烧热损失气体未完全燃烧热损失 Q Q4 4 固体未完全燃烧热损失固体未完全燃烧热损失 Q Q5 5 散热损失散热损失 Q Q6 6 其他热损失其他热损失rQ锅炉热平衡锅炉热平衡锅炉热平衡方程式锅炉热平衡方程式 对于燃煤锅炉，对于燃煤锅炉，若燃料和空气没有利用外界热若燃料和空气没有利用外界热量进行预热，且燃煤水分满足量进行预热，且燃煤水分满足则则 (%)628/.netararQMnet.arrQQ kgkJQQiQQzqwrrnetarr/,.式中式中 zqwrrQQi燃料的物理显热；燃料的物理显热；外来热源加热空气

24、时带入的热量；外来热源加热空气时带入的热量；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锅炉热平衡锅炉热平衡锅炉输入热量锅炉输入热量 QrQr 燃煤锅炉主要热损之一，一般仅次于排烟燃煤锅炉主要热损之一，一般仅次于排烟损失。损失。 V Vdafdaf小；（小；（M Marar、A Aar ar ）大，）大，q q4 4 大；大； R R9090大，大， q q4 4 大；大； 过大或过小，过大或过小，q q4 4 大大 煤粉在炉膛停留时间煤粉在炉膛停留时间过小，过小， q q4 4 大大 锅炉热平衡锅炉热平衡固体未完全燃烧热损失固体未完全燃烧热损失q4 设计时：设计时：q q4 4根据煤

25、种不同按推荐数据选取。根据煤种不同按推荐数据选取。 33 运行试验时运行试验时 灰平衡：锅炉燃料中的总灰量等于排出锅灰平衡：锅炉燃料中的总灰量等于排出锅炉各种灰渣的总和炉各种灰渣的总和。 煤粉炉灰平衡方程为：煤粉炉灰平衡方程为：1cjhlzfhaaa锅炉热平衡锅炉热平衡固体未完全燃烧热损失固体未完全燃烧热损失q4100100100100100100100cjhcjhlzlzfhfharCGCGCGAB34 锅炉热平衡锅炉热平衡气体未完全燃烧热损失气体未完全燃烧热损失q3 设计时设计时 q q3 3根据燃料种类和燃烧方式选取：煤粉炉根据燃料种类和燃烧方式选取：煤粉炉 q q3 3=0=0 最佳过

26、量空气系数最佳过量空气系数 使使q q2 2+ q+ q3 3 + q + q4 4之和最之和最小的过量空气系数。小的过量空气系数。 35,%100)(402rlkpypyQqhhq式中式中 - - 排烟焓排烟焓, , 取决于取决于 与与 ，kJ/kgkJ/kg - - 进入锅炉的冷空气焓进入锅炉的冷空气焓, , kJ/kgkJ/kg，冷空气温度，冷空气温度按按t tlklk=30=30计算。计算。 - - 排烟处过量空气系数排烟处过量空气系数 0lkhpy pyhpy py 锅炉热平衡锅炉热平衡排烟热损失排烟热损失q q2 2 锅炉热损失中最大的一项，大中型锅炉正常运锅炉热损失中最大的一项，

27、大中型锅炉正常运行时的行时的 q q2 2 约为约为4 48%8%。影响因素主要是。影响因素主要是排烟温度和排烟温度和排烟容积。排烟容积。 36锅炉热平衡锅炉热平衡排烟热损失排烟热损失q q2 2 燃料性质（水分）燃料性质（水分） 受热面的积灰、结渣或结垢受热面的积灰、结渣或结垢 影响因素影响因素 排烟温度排烟温度 由由q q2 2、受热面低温腐蚀及金属耗量、受热面低温腐蚀及金属耗量综合确定，电站锅炉综合确定，电站锅炉 约在约在110110160160之间。之间。py py 取决于取决于 及烟道漏风及烟道漏风，后者同时影响，后者同时影响 py py 37额定容量下锅炉的散热损失额定容量下锅炉的

28、散热损失 额定负荷下的散热损失是外部冷却损失，额定负荷下的散热损失是外部冷却损失，可根据锅炉尾部受热面的布置查图确定可根据锅炉尾部受热面的布置查图确定 DDqqeded, 55 q q5 5 与锅炉运行负荷与锅炉运行负荷近似成反比变化近似成反比变化锅炉热平衡锅炉热平衡散热损失散热损失q q5 5 对固态排渣煤粉炉，当燃煤的折算灰分小于对固态排渣煤粉炉，当燃煤的折算灰分小于10%10%时，可忽略该项损失。时，可忽略该项损失。%104187,netararzsQAA,%6rhzhzarhzQcaAq 1kg1kg渣在温度为渣在温度为时的焓，可查表时的焓，可查表3-13-1，kJ/kgkJ/kg。对

29、固态排渣炉，灰渣温度取。对固态排渣炉，灰渣温度取600600。hzc锅炉热平衡锅炉热平衡灰渣物理热损失灰渣物理热损失q q6 6锅炉有效利用热锅炉有效利用热 Q Q1 1 式中式中 Q Q 工质总吸热量，工质总吸热量， kJ/ skJ/ s B B 燃料消耗量，燃料消耗量， kg/s kg/s )()(11gspwgszyzyzrzrzrgsgrgriiDiiDiiDiiDBQ kJ/kg,BQ 空气在空气预热器中吸收的热量又返回炉膛，属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。锅炉内部热量循环，锅炉热平衡中不予考虑。锅炉热平衡锅炉热平衡40 热效率热效率 正平衡正平衡 反平衡反平衡,%100QQqr11g ),%qqqqq(10065432g skgQQQQBrg/,1001 燃料消耗量燃料消耗量skgqBBj/),1001 (4 计算燃料消耗量计算燃料消耗量锅炉热平衡锅炉热平衡热效率热效率glgl与燃料消耗量与燃料消耗量 B B锅炉热平衡锅炉热平衡锅炉机组的热平衡试验锅炉机组的热平衡试验 目的目的 确定锅炉机组热效率；确定锅炉机组热效率； 确定锅炉机组各项热损失的大小；确定锅炉机组各项热损失的大小