第三章 燃烧产物和热平衡

1、第三章燃烧产物和热平衡第三章燃烧产物和热平衡第一节空气量计算空气量计算（作业）（作业）第二节烟气量的计算烟气量的计算（作业）（作业）第三节完全燃烧方程式完全燃烧方程式第四节根据烟气分析确定过量空气系数根据烟气分析确定过量空气系数第五节空气与烟气焓的计算空气与烟气焓的计算（作业）（作业）第六节锅炉的热平衡锅炉的热平衡（作业）（作业）一、锅炉燃烧计算的前提一、锅炉燃烧计算的前提1空气量与烟气量的计算均以1kg燃料的收到基为基础；2空气和烟气的所有组成成分（包括水蒸汽，分压很小），均可作理想气体，每摩尔气体在标准状态的容积是22.4Nm3；3. 气体容积计算的单位均为Nm3/kg。二、计算原则二、计

2、算原则n燃料完全燃烧n所需理论空气量，由燃料中各个可燃元素在燃烧时所需空气量相加而得。理论空气量（氧气量）n碳燃烧消耗的氧气量 n氢燃烧消耗的氧气量 n硫燃烧消耗的氧气量n燃料本身的氧量碳燃烧消耗的氧气量322124 .2214 .2212NmkgCOOC3100866. 1100124 .22NmCCarar氢燃烧消耗的氧气量322244 .2214 .22422NmkgOHOH310056. 510044 .22NmHHarar硫燃烧消耗的氧气量322324 .2214 .2232NmkgSOOS31007 . 0100324 .22NmSSarar燃料本身的氧量31007 . 01003

3、24 .22NmOOarar1kg燃料完全燃烧所需的氧量301007 . 01007 . 010055. 5100866. 12NmOSHCVararararO1kg 燃料完全燃烧所需的理论空气量300)(0333. 0265. 00889. 021. 012NmOSHCVVararararO实际空气量n炉膛内的混合不可能绝对均匀，为保证完全燃烧，需多送一部分空气，n定义过量空气系数。0VVk漏风系数负压工作下的锅炉，存在炉外的空气漏入炉内的漏风0VVk要点n烟气侧：炉膛后直至排烟处，过量空气系数逐渐增大，n烟气侧过量空气系数，n存在一个最佳的过量空气系数，通常用炉膛出口的过量空气系数表示;n

4、空气侧：由锅炉送风机开始，均为正压，n空气侧过量空气系数;n逐渐减小，向外的漏风逐渐减少lgrlgrkysmgrsmpykykyky解释以上各式的意义解释以上各式的意义grkykyzfllkyzflkylAir Leakage解释以上各式的意义解释以上各式的意义第三章燃烧产物和热平衡第三章燃烧产物和热平衡第一节空气量计算空气量计算（作业）（作业）第二节烟气量的计算烟气量的计算（作业）（作业）第三节完全燃烧方程式完全燃烧方程式第四节根据烟气分析确定过量空气系数根据烟气分析确定过量空气系数第五节空气与烟气焓的计算空气与烟气焓的计算（作业）（作业）第六节锅炉的热平衡锅炉的热平衡（作业）（作业）一、烟

5、气的组成烟气的组成n当1kg煤完全燃烧时，烟气的组成成分为（*W）VyVy0VRO2V0N2V0H2O(-1)V0标米干空气的湿空气/公斤烟气量的表示方法kgNmVVVVVVOHONSOCOy/322222kgNmVVVOHgyy/32kgNmVVVVVOHyy/) 1(30020002222OHNSOCOyVVVVVVOHV2过量空气带入的水蒸汽0yV理论上燃烧所生成的烟气，不随过量空气系数而变。二、理论烟气量理论烟气量n计算理论烟气量中的各项气体的容积1、三原子气体烟气量2、理论氮气量3、理论水蒸汽量222SOCOROVVV02NV02OHV0002222OHNSOCOyVVVVV1、三原

6、子气体烟气量222SOCOROVVV4 .2232100866. 1100324 .224 .2212100866. 1100124 .222222ararararSSSOOSCCCOOC1007 . 0100866. 12ARarROSCV2、理论氮气量0079. 0100284 .222VNVarN0079. 01008 . 02VNVarN3、理论水蒸汽量（1）由煤中的水分（2）煤中氢元素转换的水分（3）由理论空气量V0带入的水分，即相对于每kg燃煤带入的水蒸汽容积 0.0161dV0 Nm3/kgararMM0124. 0100184 .22ararHH111. 0100224 .22

7、2不考虑过量空气中水蒸汽的容积n理论烟气量whararHGVHMV24. 10161. 0111. 00124. 000020002222OHNSOCOyVVVVV三、过量空气中的水蒸汽容积三、过量空气中的水蒸汽容积0000) 1(0161. 0) 1(00161. 0222VVdVVVOHOHVH四、实际烟气量实际烟气量000) 1(0161. 0) 1(VVVVyy00) 1(0161. 1VVVyyOHgyyVVV2每 kg 燃料燃烧后产生的烟气的质量0306. 11001VGAGwhary五、三原子气体的容积份额三原子气体的容积份额n在辐射换热计算中，三原子气体RO2，H2O均参与辐射

8、换热。n三原子气体的容积份额222ROyROROpVVrOHyOHOHpVVr222immiVpVp六、烟气中的飞灰浓度烟气中的飞灰浓度n对辐射换热有较大的作用，即每kg烟气中飞灰的质量。nafh烟气携带出炉膛的飞灰占总灰量的份额（0.850.95）。kgkgGaAyfhar/100第三章燃烧产物和热平衡第三章燃烧产物和热平衡第一节空气量计算空气量计算第二节烟气量的计算烟气量的计算第三节完全燃烧方程式完全燃烧方程式第四节根据烟气分析确定过量空气系数根据烟气分析确定过量空气系数第五节空气与烟气焓的计算空气与烟气焓的计算第六节锅炉的热平衡锅炉的热平衡原理n在燃料与空气完全燃烧的条件下，燃烧烟气产物

9、中的RO2和O2与燃料的元素分析成分之间必然存在一定的关系。n完全燃烧方程反映其间内在关系。一、推导过程推导过程n由烟气分析的结果（均为干烟气成分）%10022gyROVVRO%10022gyOVVO%10022gyNVVN100222NORO二、完全燃烧方程表达式n燃料特性系数22)1 (21ROOarararararROarSCNOHVVN375. 0038. 0126. 035. 279. 079. 01008 . 021. 020讨论n烟气中三原子气体的最大百分比含量:由完全燃烧方程得： 当送入理论空气量，且完全燃烧时，12122ORO121)(max2RO基本常识n在燃煤的条件下，通

10、常，%19142RO%422ORO2O2三、不完全燃烧方程不完全燃烧方程n在不完全燃烧的条件下，且认为仅存在CO，将满足如下方程，n由不完全燃烧方程，可以干烟气中CO的含量)(605. 021222COROCOORO605. 0)()21(222OROROCO第三章燃烧产物和热平衡第三章燃烧产物和热平衡第一节空气量计算空气量计算第二节烟气量的计算烟气量的计算第三节完全燃烧方程式完全燃烧方程式第四节根据烟气分析确定过量空气系数根据烟气分析确定过量空气系数第五节空气与烟气焓的计算空气与烟气焓的计算第六节锅炉的热平衡锅炉的热平衡第四节根据烟气分析确定过量空气系根据烟气分析确定过量空气系数数n一、烟气

11、分析的目的烟气分析的目的n二、过量空气系数的推导过量空气系数的推导n三、烟气分析的手段烟气分析的手段一、烟气分析的目的烟气分析的目的n对于一台正在运行中的锅炉，如何知道实际送入锅炉的空气量？如何知道空气量是否合适？锅炉燃烧调整？n答案：通过实时、在线监测锅炉过量空气系数。n炉膛出口及烟道各处的过量空气系数？烟气分析测出某处的烟气成分，再由过量空气系数的计算式算出。二、过量空气系数的推导过量空气系数的推导由锅炉过量空气系数的定义出发推导完全燃烧的情况下，与烟气成分之间的关系：KggkkkVVVVVVV1107979. 079. 01008 . 079. 02222NVVNVVVgyNarNair

12、Nk2121. 022OVVVgyOg)(100792121222OROO锅炉空气系数的不同表达式（a）完全燃烧；（b）Nar可被忽略再略去2max2)(RORO22121O)(100792121222OROO测定烟气中的O2，即可计算得到过量空气系数n广泛采用22121O测定烟气中的RO2，也可计算得到过量空气系数n用的较少2max2)(RORO烟气成分随过量空气系数的变化21CO2%，O2%O2CO2三、烟气分析烟气分析n烟气分析手段：吸收剂吸收燃烧吸收色谱分析化学方法导热性导磁性导电性光学性物理方法烟气成分分析仪煤质元素分析仪煤质元素分析仪n各种分析设备均已经商业化。电厂均要求上烟气在线

13、监测系统，EMS。n在燃烧正常的情况下，煤粉炉炉膛出口烟气中的主要成分含量范围：RO2=1416%；O2=25%第三章燃烧产物和热平衡第三章燃烧产物和热平衡第一节空气量计算空气量计算第二节烟气量的计算烟气量的计算第三节完全燃烧方程式完全燃烧方程式第四节根据烟气分析确定过量空气系数根据烟气分析确定过量空气系数第五节空气与烟气焓的计算空气与烟气焓的计算第六节锅炉的热平衡锅炉的热平衡第五节空气与烟气焓的计算空气与烟气焓的计算一、焓值的概念与计算一、焓值的概念与计算n描述流动介质进行能量交换的关系时，焓是最有用和有效的；n单位质量的物质所含的全部热能，仅与状态有关，而与途径无关；n实际计算中需要知道燃

14、烧产物（常压）的温度与焓值间的关系；n水蒸汽则需要根据温度和压力来求得焓值；n前人均已经制成表格、图线或程序。二、空气、烟气焓值的定义空气、烟气焓值的定义n相应于1公斤收到基燃料的空气（或烟气），由温度0加热到所需要的热量，称为空气的焓或烟气的焓。n单位：kJ/kg，kcal/kg三、空气焓的计算三、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时的焓，kJ/Nm3，可以查表得到。n每公斤空气含有10克水。kkkcVII)(00kc )(四、烟气焓的计算烟气焓的计算n1. 烟气的组成VyVy0VRO2V0N2V0H2O(-1)V0标米干空气的湿空气/公斤2烟气焓的组成n热力学：混合气

15、体的焓等于各组成气体焓的和，外加灰分的焓。hfharkyycaAcVII)(100)() 1(00IyIy0IRO2= VRO2I0N2= V0N2I0H2O= V0H2O(-1)I0=(-1)V0Ifh3理论烟气焓 1m3的成分在温度时的焓值，查表。OHOHNNROROycVcVcVI22)()()(0202220ic )(4. 飞灰热焓值IfhhfharcaA)(1004烟焓表n通过燃烧产物的焓值的计算，列出焓值与温度对应的表格（编程计算），是锅炉热力计算的基础：即，),(fIy第六节锅炉的热平衡锅炉的热平衡n燃料的化学能转变为蒸汽的热能，一定存在有效利用热和损失的热量。一、热平衡的定义热

16、平衡的定义n送入锅炉的燃料拥有热量等于锅炉的有效输出热量加上各项热损失。n目的：确定锅炉有效利用热，各项热损失，锅炉热效率，燃料消耗量，运行水平，原因及改进措施，新产品的鉴定等。n方法：通过锅炉机组的热平衡试验。n现代电站锅炉的效率为90%左右，容量越大、效率越高。二、热平衡方程式热平衡方程式n相应于每公斤固体及液体燃料：kJ/kg（美国ASME以每磅燃料的发热量，德国以单位时间内所用燃料的发热量，kJ/s）654321QQQQQQQrrQ送入锅炉的热量；1Q有效利用热；2Q排烟热损失；3Q化学不完全燃烧损失；4Q机械不完全燃烧损失；5Q散热损失；6Q其它热损失。热平衡的另一种表示式n通常用送

17、入热量的百分比来表示：654321%100qqqqqq.%,10011rQQq三、锅炉的热效率锅炉的热效率n正平衡表达式：n反平衡表达式：rrglBQQQQq%10011%)(10065432qqqqqgl本节以下内容的目的计算各项热损失、锅炉热效率和锅炉燃煤量B654321QQQQQQQr四、送入锅炉的热量送入锅炉的热量whwrkrpnetarrQQiQQ,五、机械不完全燃烧损失机械不完全燃烧损失q4n 灰渣中未燃烧或未燃尽的碳粒引起的损失；n 未燃尽碳粒随烟气排出炉外而引起的热损失fhlzQQQ444lzQ4fhQ4机械不完全燃机械不完全燃热损失计算n原则：灰渣及飞灰中的含碳量与碳的发热量

18、的乘积的总和n定义：灰渣中含碳的重量百分比为： ，灰渣量：飞灰中含碳的重量百分比为： ，飞灰量：%lzChkgGlz/hkgGfh/%fhCCONT.n每小时所损失的可燃物重量n每小时损失的热量n折算到每公斤燃料所损失的热量：hkgCGCGfhfhlzlz/100100hkcalCGCGfhfhlzlz/)100100(7830kgkcalCGCGBQfhfhlzlz/)100100(3 .784lzG可知，fhlzCC ,可以取样测得，fhG最不易测得灰平衡n进入锅炉的总灰量等于排出锅炉的灰渣、飞灰中的灰分的总和n定义100100100100100fhfhlzlzarCGCGABarfhfh

19、arlzlzBACGBACG)100()100(1%1fhlzaa arlzlzlzBACGa)100(arfhfhfhBACGa)100(CONCLUSION)100100(3 .784fhfhfhlzlzlzarCCaCCaAQ%10044rQQq讨论n在锅炉运行中， 可以取样测得，n 可以查表，或做灰平衡实验得到n锅炉的设计中，根据燃料的种类及燃烧方式直接选用：0.55%n大小取决于：燃料的种类（挥发份与灰分等），煤粉的细度，过量空气系数，炉膛的结构（决定了停留时间），锅炉的运行方式，炉膛的温度（负荷）等4qfhlzCC ,fhlzaa ,对空气量和烟气量的影响n假定送入锅炉的燃煤量B中

20、，有 的燃料根本没有燃烧，即没有产生烟气量，也不需要空气量，n实际上参加燃烧的不是实际送入的燃料量B，而是计算燃料量Bjn热平衡计算用实际燃料量B，计算空气量和烟气量时用Bj4q)100(4Bq10010010044qBqBBBj六、化学不完全燃烧损失化学不完全燃烧损失n由于锅炉排烟中CO，H2，CH4等可燃气体的存在，所引起的热损失。n每公斤燃料所损失的热量为各可燃气体的容积与各自的容积发热量乘积的总和。100100)(444223qQVQVQVQCHCHHHCOCOn一般仅计入CO，其它忽略，发热量，3020，kcal/Nm3，12600 kJ/Nm3.100gyCOVCOV100100.).2 .30(43qCOVQgyCOROSCVarargy2375. 0866. 1).%.100(235.56375. 043qCOROCOQSCqrarar讨论n电站锅炉可燃气体很小；n对煤粉炉： =0；n气体或液体燃料炉： =0.5；n层燃炉： =0.51.03q3q3q3q七、排烟损失排烟损失n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。100