燃烧计算和热平衡计算

1、编辑课件1第三章 锅炉物质平衡和热平衡编辑课件2第一节 燃烧所需空气量及过量空气系数 慨念：理想气体慨念：理想气体标准状态标准状态22.4Nm3/kg一、理论空气量一、理论空气量定义：定义：1燃料完全燃烧、无剩余氧燃料完全燃烧、无剩余氧 表示：表示：Vo ，Nm3/kg 推导：以碳的完全燃烧为例推导：以碳的完全燃烧为例 2323232322866.1866.114 .224 .2212CONmONmkgCCONmONmkgCCOOC编辑课件31kg收到基燃料含有 碳，完全燃烧时需要的氧量为：同样可得到：1kg燃料中含有氧量为：由此可得：kgCy1003100866. 1NmCy331007 .

2、010056.5NmSNmHyy31007 .0100324 .22NmOOyykgNmOSHCVyyyyoO/1007 . 01007 . 010056. 5100866. 132编辑课件4所以，所以，1kg应用基燃料完全燃烧的理论空气量为应用基燃料完全燃烧的理论空气量为当量碳量当量碳量以上所计算的空气量都是干空气量！以上所计算的空气量都是干空气量！kgNmOHSCVVyyyyoOo/0333. 0265. 0)375. 0(0889. 021. 032yySCR375. 0编辑课件5定义：定义：二、实际供给空气量及过量空气系数二、实际供给空气量及过量空气系数 表示：表示：kgNmVk/,3

3、“过量空气系数过量空气系数”、“过量空气量过量空气量”n炉膛出口过量空气系数炉膛出口过量空气系数 的作用及的作用及最佳值最佳值l与燃料种类、燃烧方式以及燃烧设备的完善程度有关编辑课件6炉膛出口固态排渣煤粉炉中，无烟煤和贫煤的炉膛出口过量空气系数为1.25，而烟煤与褐煤则为1.20。思考：这是为什么？编辑课件7第二节 烟气成分及其烟气量的计算 一、烟气成分一、烟气成分 当当 =1并且完全燃烧时，烟气由并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、N2和和H2O组成，组成，其容积为其容积为OHNSOCOyVVVVV2222kgNm /3当当 1并且完全燃烧时，烟气由并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、O

4、2 、 N2和和H2O组成，其容积为组成，其容积为22222OOHNSOCOyVVVVVVkgNm /3编辑课件8当当 1且不完全燃烧时，烟气由且不完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、CO、O2 、 N2和和H2O组成，其容积为组成，其容积为kgNmVVVVVVVCOOOHNSOCOy/322222二、二、根据燃烧化学反应计算烟气容积根据燃烧化学反应计算烟气容积计算思路：计算思路： 实际烟气容积实际烟气容积=理论烟气容积理论烟气容积+过量空气容积（干）过量空气容积（干）+过量空气带入过量空气带入的水蒸气容积的水蒸气容积 或：实际烟气容积或：实际烟气容积=干烟气容积干烟气容积+水蒸气容积水蒸气容积

5、编辑课件9（一）理论烟气容积（一）理论烟气容积定义：定义： =1并且燃料完全燃烧并且燃料完全燃烧计算：计算：（1）VRO2 的计算的计算kgNmSCVVVyySOCORO/)100375.0(866.13222编辑课件10（2）理论氮容积的计算）理论氮容积的计算 理论氮容积理论氮容积=理论空气中的氮理论空气中的氮+燃料中的氮燃料中的氮kgNmNVNVVyoyooN/1008 .079.0100284 .2279.032（3）理论水蒸气容积的计算）理论水蒸气容积的计算燃料中的氢生成的水蒸气燃料中的氢生成的水蒸气kgNmHHyy/100111. 01001 .113编辑课件11燃料中的水分生成的水

6、蒸气燃料中的水分生成的水蒸气kgNmWWyy/0124.0100184 .223干空气33/0161.0184 .22100010293.1184 .221000293.1NmNmdk理论空气量带入的水蒸气理论空气量带入的水蒸气“空气含湿量空气含湿量dk”是指是指1kg干空气带入的水蒸气量，单位为干空气带入的水蒸气量，单位为g/kg干空气。干空气。 每标准立方米干空气带入的水蒸气容积为：每标准立方米干空气带入的水蒸气容积为：kgNmWWyy/0124.0100184 .223编辑课件12理论空气量带入的水蒸气容积为理论空气量带入的水蒸气容积为kgNmVo/0161. 03对于固体燃料，理论水蒸

7、气容积为上述三部分之和，即对于固体燃料，理论水蒸气容积为上述三部分之和，即)183(/0161.00124.0111.032kgNmVWHVoyyoOH（二）实际烟气容积（二）实际烟气容积oooyyVVVV)1(0161. 0)1(kgNmVVooy/)1(0161.13编辑课件13ooOHOHooNROONROgyOHgyyVVVVVVVVVVVVV) 1(0161. 0) 1(22222222或者烟气的质量kgkgVGAGowhyy/306.11001编辑课件14三、运行锅炉的烟气分析及计算运行锅炉的烟气分析及计算 成分：CO2、SO2、O2、CO、N2CO2SO2O2CO+N2=100%

8、其中：CO2VCO2 / Vgy VSO2VSO2 / Vgy .编辑课件15烟气分析分析设备：奥氏分析仪顺序：RO2、O2、CO编辑课件16四、烟气中三原子气体、水蒸气容积份额和灰粒浓度烟气中三原子气体、水蒸气容积份额和灰粒浓度 （一）三原子气体容积份额及分压力（一）三原子气体容积份额及分压力prpVVVVVrROROyROySOCORO222222（二）水蒸气容积份额及分压力（二）水蒸气容积份额及分压力prpVVrOHOHyOHOH2222编辑课件17（三）灰粒浓度（三）灰粒浓度烟气容积浓度烟气质量浓度3/100/100NmkgVaAkgkgGaAyfhyyfhy。简称飞灰份额，可查表灰量

9、的份额，烟气中飞灰量占燃料总式中14 fha3-2编辑课件18第三节 燃烧方程式 一、完全燃烧方程式及一、完全燃烧方程式及RO2最大值最大值 定义：定义： 1、CO=0 完全燃烧方程式为完全燃烧方程式为所示。值如表常用燃料的也为定值。为定值，时，由上式可知，燃料一定表示，即用达到最大时，当燃料完全燃烧而且或写成 33 RORO 39)-(3 % 121RO RO,RO, 0O0,CO1 38)-(3 % 1O21RO 36)-(3 )RO 1 (O21 max2max2max2max2222222 编辑课件19由式（由式（3-36）可以看出，当燃料的）可以看出，当燃料的 值一定时，无论过量空气

10、值一定时，无论过量空气量如何，干烟气成分都应满足该式。如不满足，可能有以下几量如何，干烟气成分都应满足该式。如不满足，可能有以下几种情况：种情况： （1）烟气分析不准确；）烟气分析不准确；（2）有碳未燃尽；）有碳未燃尽；（3）烟气中有）烟气中有CO存在存在; （4）(2)、(3)同时存在。同时存在。在有在有CO存在时，若无未燃尽碳存在时，若无未燃尽碳,可用式可用式 （3-41）计算）计算CO . 如烟气分析完全而准确，则可用式如烟气分析完全而准确，则可用式 （3-36）求出）求出 值，并与用值，并与用式式 （3-37）求出的）求出的 值相比较，从而判断有无未燃尽碳存在。值相比较，从而判断有无未

11、燃尽碳存在。燃料特性系数燃料特性系数37)-(3 S375.0C0.038N0.126O-H35.2 ararararar 编辑课件20二、不完全燃烧方程式二、不完全燃烧方程式 定义：燃料不完全燃烧时，各烟气成分之间的关系。定义：燃料不完全燃烧时，各烟气成分之间的关系。 表达：燃料的元素成分、烟气分析所得各烟气成分。表达：燃料的元素成分、烟气分析所得各烟气成分。41)-(3 % 605.0)RO (1-O-21CO 22 编辑课件21第四节 根据烟气成分求过量空气系数及烟气焓 一、运行时过量空气系数的计算一、运行时过量空气系数的计算 运行时过量空气系数可以由烟气分析结果加以确定。运行时过量空气

12、系数可以由烟气分析结果加以确定。 推导思路：利用过量空气系数的定义式和烟气成分的定义式推导思路：利用过量空气系数的定义式和烟气成分的定义式得到只包含烟气分析结果的计算公式得到只包含烟气分析结果的计算公式。推导过程要点：推导过程要点： (1) VV11VVVVV 63 kkkok ）可知由式（编辑课件2243)-(3 NCO5 . 0O217911Vgy79NV21CO5 . 0O-11 ) 1 ( Vgy21CO5 . 0OVgy100CO5 . 0O0.211V 0.5V-VV0.21 V79NV100N79. 0179. 0V0.79100N8 . 0VV 222gy222COOgy2gy

13、2NarNk222 式可得：代入不完全燃烧时，有编辑课件2345)-(3 O-2121 2 44)-(3 CORO (1) 42)-(3 )O(RO-100O 79-2121 0,CO 22max2222 ）氧公式（二氧化碳公式。以下两个近似公式计算的精确数值时，可使用当不需要则：完全燃烧时，编辑课件24 氧公式与二氧化碳公式的比较氧公式与二氧化碳公式的比较如图如图3-2所示，当所示，当 燃料成分燃料成分改变时，二改变时，二 氧化碳的含量也氧化碳的含量也随着发生变化，同一含量对随着发生变化，同一含量对应的过量空气系数差别较大，应的过量空气系数差别较大，不能正确不能正确 指导锅炉运行，容指导锅炉

14、运行，容易引起误操作。而用烟易引起误操作。而用烟 气中气中过剩氧量来监视过剩氧量来监视 过量空气系过量空气系数大小，则燃料成分改变的数大小，则燃料成分改变的影影 响就很小。响就很小。 编辑课件25二、漏风系数的计算二、漏风系数的计算锅炉的通风方式：锅炉的通风方式：（1）锅炉通风的任务）锅炉通风的任务送入燃料燃烧需要的空气，排出燃送入燃料燃烧需要的空气，排出燃烧产生的烟气。烧产生的烟气。（2）锅炉通风的方式）锅炉通风的方式主要采用主要采用“平衡通风平衡通风”，即同时，即同时使用送风机和引风机，炉膛保持使用送风机和引风机，炉膛保持微负压微负压 的方式；另外还有的方式；另外还有“负压通风负压通风”和

15、和“正压通风正压通风”的方式。的方式。（3）平衡通风的特点）平衡通风的特点锅炉不向外喷火焰和冒烟气，但会锅炉不向外喷火焰和冒烟气，但会有空气从未密封处或密封不严密处漏入炉膛内，从而使烟气有空气从未密封处或密封不严密处漏入炉膛内，从而使烟气沿烟气流程的过量空气系数不断增大。沿烟气流程的过量空气系数不断增大。编辑课件26“漏风系数漏风系数”的定义的定义漏风系数的表达式及其确定方法：漏风系数的表达式及其确定方法：46)-(3 olfVV 某级受热面的漏风系数，可以根据烟气分析结果，利用以下某级受热面的漏风系数，可以根据烟气分析结果，利用以下公式进行计算。公式进行计算。 11OCROOCRO 2112

16、112121212121 max2222max22max22222ROOCOCOOOOVVVVVokkolf 或编辑课件27编辑课件28济运行。济运行。炉安全经炉安全经施减少漏风，以保证锅施减少漏风，以保证锅风比较严重，应采取措风比较严重，应采取措查得），表明漏查得），表明漏（由表（由表计算结果计算结果）可得）可得根据式（根据式（解：解：。漏风系数漏风系数；求此级对流过热器的；求此级对流过热器的氧量氧量；出口烟气中的；出口烟气中的氧量氧量流过热器进口烟气中的流过热器进口烟气中的煤粉炉低温级对煤粉炉低温级对在完全燃烧时，测得某在完全燃烧时，测得某例题例题23030050 0509332114.6

17、-21121 21121121 733 64933 1-3 gr22gr22 .OO%.O%.Ogr 编辑课件29第五节 空气、烟气焓及焓温表编辑课件30一、焓值的概念与计算 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； 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； 实际计算中需要知道燃烧产物（常压）的温度与焓值间的关系； 水蒸汽则需要根据温度和压力来求得焓值； 前人均已经制成表格、图线或程序。编辑课件31二、空气、烟气焓值的定义 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。 单位：kJ/kg，kcal/kg编辑课件32三

18、、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。 每公斤空气含有10克水。编辑课件33四、烟气焓的计算 1. 烟气的组成VyVy0VRO2V0N2V0H2O(-1)V0标米干空气的湿空气/公斤编辑课件342烟气焓的组成 热力学：混合气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)V0Ifh编辑课件353理论烟气焓 1m3的成分在温度时的焓值，查表。OHOHNNROROycVcVcVI22)()()(02

19、02220ic )(编辑课件364. 飞灰热焓值IfhhfharcaA)(100编辑课件37五、烟焓表编辑课件38 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。第六节 锅炉热平衡 编辑课件39一、热平衡的定义 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。 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。 方法：通过锅炉机组的热平衡试验。 现代电站锅炉的效率为90%左右，容量越大、效率越高。编辑课件40二、热平衡方程式 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

20、所用燃料的发热量，kJ/s）654321QQQQQQQr编辑课件41rQ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。编辑课件42热平衡的另一种表示式 通常用送入热量的百分比来表示：654321%100qqqqqq.%,10011rQQq编辑课件43三、锅炉的热效率 正平衡表达式： 反平衡表达式：rrglBQQQQq%10011%)(10065432qqqqqgl编辑课件44四、送入锅炉的热量whwrkrpnetarrQQiQQ,编辑课件45五、机械不完全燃烧损失q4 灰渣中未燃烧或未燃尽的碳粒引起的损失； 未燃尽

21、碳粒随烟气排出炉外而引起的热损失fhlzQQQ444lzQ4fhQ4编辑课件46)100100(3 .784fhfhfhlzlzlzarCCaCCaAQ%10044rQQq编辑课件47讨论 在锅炉运行中， 可以取样测得， 可以查表，或做灰平衡实验得到 锅炉的设计中，根据燃料的种类及燃烧方式直接选用：0.55% 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 ,编辑课件48对空气量和烟气量的影响 假定送入锅炉的燃煤量B中，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， 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Bj 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编辑课件49六、化学不完全燃烧损失 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。编辑课件50讨论 电站锅炉可燃气体很小； 对煤粉炉： =0；