第2章燃料及热力计算

1、第二章第二章 燃料及热力计算燃料及热力计算v 燃料按状态可以分成三类：固体、液体和气体。燃料按状态可以分成三类：固体、液体和气体。我国电厂锅炉主要燃用的是煤。优质煤具有其他工我国电厂锅炉主要燃用的是煤。优质煤具有其他工业生产所需的某些特性，作为动力燃料则太浪费。业生产所需的某些特性，作为动力燃料则太浪费。为了合理利用资源，锅炉应尽量燃用劣质煤，即挥为了合理利用资源，锅炉应尽量燃用劣质煤，即挥发份低或水分、灰分含量高、发热量低或易结渣的发份低或水分、灰分含量高、发热量低或易结渣的煤。锅炉结构取决于燃煤的种类，为了保证锅炉安煤。锅炉结构取决于燃煤的种类，为了保证锅炉安全、经济运行，必须深入了解煤的

2、成分、特性等。全、经济运行，必须深入了解煤的成分、特性等。v 煤由古代植物经过长期的地质演变而成，含有多煤由古代植物经过长期的地质演变而成，含有多种丰富的有机物与无机物。煤的组成成分通常用种丰富的有机物与无机物。煤的组成成分通常用煤的煤的元素分析元素分析成分和成分和工业分析工业分析成分表示：成分表示： 元素分析（元素分析（Ultimate analysis）：）： 成分：成分：用元素分析仪测定煤中用元素分析仪测定煤中碳碳C、氢、氢H、氧氧O、氮氮N、硫硫S五种元素占煤的质量百分比。五种元素占煤的质量百分比。用途：用途：用于锅炉设计、热工试验、燃烧控制、煤用于锅炉设计、热工试验、燃烧控制、煤质研

3、究、工业利用和环境评价等。科研机构。质研究、工业利用和环境评价等。科研机构。原理：原理：借助于燃烧，设法测定燃烧生成物中该元素借助于燃烧，设法测定燃烧生成物中该元素的含量，或加入某种化合物使被测成分转化为易于的含量，或加入某种化合物使被测成分转化为易于测定的物质。测定的物质。注意：元素组成不能表明煤中所含的具体化合物种注意：元素组成不能表明煤中所含的具体化合物种类，但可以用于判断煤的类，但可以用于判断煤的煤化程度煤化程度。（1）碳）碳C：主要的可燃物质，含量最多（主要的可燃物质，含量最多（4090%）,是发热量的主要来源，是发热量的主要来源，32700kJ/kg，碳含量随煤化，碳含量随煤化程度

4、加深而增加。程度加深而增加。以碳氢化合物形式存在的碳：易燃以碳氢化合物形式存在的碳：易燃以单质形式存在的碳：固定碳，难燃以单质形式存在的碳：固定碳，难燃（2）氢）氢H：含量少（含量少（36%），发热量最大，），发热量最大，120000 kJ/kg，影响整体煤的发热量，并影响着火燃烧。，影响整体煤的发热量，并影响着火燃烧。主要存在于主要存在于挥发分挥发分（CmHn）中。氢含量随煤化程）中。氢含量随煤化程度加深而减少。度加深而减少。（3）氧）氧O和氮和氮N：不可燃成分。氧含量随煤化程度加不可燃成分。氧含量随煤化程度加深而减少。氮含量较少。燃料中的氮是煤粉锅炉深而减少。氮含量较少。燃料中的氮是煤粉锅

5、炉NOX生成的主要来源。生成的主要来源。 NOX按生成机理可分为热力按生成机理可分为热力NOX，快速，快速NOX和和燃料燃料NOX。当前研究热点之一，。当前研究热点之一，即燃烧过程中即燃烧过程中NOX的转化规律及相应的低污染燃烧的转化规律及相应的低污染燃烧技术。技术。（4）硫）硫S：发热量低，含量少。有害物质，燃烧产物发热量低，含量少。有害物质，燃烧产物SOX会造成低温腐蚀、高温腐蚀、堵灰、大气污染。会造成低温腐蚀、高温腐蚀、堵灰、大气污染。有机硫（有机硫（30-40%）：与）：与C、H、O化合，可燃化合，可燃无机硫无机硫（60-70%）全全硫硫黄铁矿硫：黄铁矿硫：FeS2，可燃，可燃硫酸盐硫

6、：硫酸盐硫：SO42-：灰分，不可燃：灰分，不可燃黄铁矿是煤中主要的硫成分，黄铁矿是煤中主要的硫成分，比重比重4.9-5.2g/cm3，比煤矸石和煤都要重很多，因此可以利用这个性质比煤矸石和煤都要重很多，因此可以利用这个性质进行燃烧前洗煤。进行燃烧前洗煤。2. 工业分析（工业分析（Proximate analysis）：）：成分：成分：按照煤的着火燃烧过程中各成分的变化，按照煤的着火燃烧过程中各成分的变化，分析煤中分析煤中水分水分M、灰分、灰分A、挥发分、挥发分V、固定碳、固定碳FC这这四种成分的质量百分数。四种成分的质量百分数。用途：用途：用于发电厂的煤质分析，了解煤在燃烧时用于发电厂的煤质

7、分析，了解煤在燃烧时的特性，对燃烧器的结构及操作运行有影响。电的特性，对燃烧器的结构及操作运行有影响。电厂即可进行工业分析。厂即可进行工业分析。原理：原理：煤样煤样 失去外水失去外水 失去内水失去内水 失去挥发分剩焦炭失去挥发分剩焦炭 失去固定碳剩灰分。失去固定碳剩灰分。自然干燥自然干燥105，2h隔绝空气，隔绝空气，900，7min850，2h（1）水分）水分M：不同煤种水分差异巨大。一般随着煤不同煤种水分差异巨大。一般随着煤化程度加深减少。实际应用状态下的煤中所含的水化程度加深减少。实际应用状态下的煤中所含的水分为全水分，由外部水分和内部水分组成。分为全水分，由外部水分和内部水分组成。外部

8、水分外部水分 + 内部水分内部水分 = 全水分全水分全水全水外水：自然干燥即可除去，易受环境影响外水：自然干燥即可除去，易受环境影响内水：加热干燥才可除去，内水：加热干燥才可除去，105 2h（2）挥发分）挥发分V：将失去水分的煤，隔绝空气加热至将失去水分的煤，隔绝空气加热至900，使燃料中的有机物分解而释放出的气体即，使燃料中的有机物分解而释放出的气体即挥发分。主要成分有挥发分。主要成分有CmHn，H2，CO，H2S等可燃等可燃气体；气体；O2，CO2，N2等不可燃气体。等不可燃气体。挥发分含量越挥发分含量越高，则煤粉的着火性能越好高，则煤粉的着火性能越好。不同煤种挥发分的析。不同煤种挥发分

9、的析出温度和发热量均不相同。挥发分一般随煤化程度出温度和发热量均不相同。挥发分一般随煤化程度加深而减少。加深而减少。失去水分、挥发分后剩余即失去水分、挥发分后剩余即焦炭焦炭（固定碳（固定碳+灰分）。灰分）。（3）固定碳）固定碳FC：以单质形式存在的碳。固定碳着火以单质形式存在的碳。固定碳着火温度高，不易燃尽。一般碳含量高的煤着火、燃烧温度高，不易燃尽。一般碳含量高的煤着火、燃烧困难。困难。（4）灰分）灰分A：不可燃成分，影响着火燃烧，造成受不可燃成分，影响着火燃烧，造成受热面积灰、结渣、腐蚀及污染。来源于成煤过程中热面积灰、结渣、腐蚀及污染。来源于成煤过程中掺入的矿物质，开采运输过程中掺入的杂

10、质。随煤掺入的矿物质，开采运输过程中掺入的杂质。随煤种不同，灰分含量差异巨大。主要成分为硅铝铁钙种不同，灰分含量差异巨大。主要成分为硅铝铁钙镁钛钠钾的化合物。镁钛钠钾的化合物。煤的工业分析的步骤和成分煤的工业分析的步骤和成分自然干燥自然干燥105，2h隔绝空气隔绝空气900，7min850，2h（焦（焦 炭）炭）v 1. 挥发分挥发分 V：含量代表了煤的地质年龄，含量代表了煤的地质年龄，地质年龄地质年龄越短，煤的煤化程度越浅，越短，煤的煤化程度越浅，V含量越多。作为煤种划含量越多。作为煤种划分的依据。对煤的燃烧过程影响很大。分的依据。对煤的燃烧过程影响很大。 一般煤化程度一般煤化程度，V ，热

11、值，热值 ，析出温度，析出温度 V，煤着火容易，相当于引燃作用。，煤着火容易，相当于引燃作用。 V，煤易燃尽，煤易燃尽，V析出后多孔，反应比表面积析出后多孔，反应比表面积2. 水分水分 M：随着水分增加：随着水分增加 着火热增大，着火推迟着火热增大，着火推迟 水分吸热，降低炉内温度，对着火、燃尽均不利水分吸热，降低炉内温度，对着火、燃尽均不利 烟气量烟气量，排烟损失，排烟损失，gl 烟气量烟气量，引风机电耗，引风机电耗 使低温受热面易于积灰、腐蚀使低温受热面易于积灰、腐蚀 烟气量烟气量，烟气流速，烟气流速，过热汽温，过热汽温（超温）（超温） 不利于制粉，易堵塞，磨煤机出力不利于制粉，易堵塞，磨

12、煤机出力3. 灰分灰分 A：随着：随着A增加增加 煤中可燃成分相对减少，煤的热值降低煤中可燃成分相对减少，煤的热值降低 A熔融吸热，降低炉内温度，对着火燃尽均不利熔融吸热，降低炉内温度，对着火燃尽均不利 包裹碳粒，妨碍挥发分析出包裹碳粒，妨碍挥发分析出 灰渣物理热损失灰渣物理热损失，gl 尾部受热面磨损、积灰尾部受热面磨损、积灰 炉内结渣，过热器超温，受热面腐蚀炉内结渣，过热器超温，受热面腐蚀 增加磨煤机的无效电耗增加磨煤机的无效电耗 污染环境污染环境4. 硫分硫分 S 可燃硫的热值低，含量少，对煤的着火、燃烧可燃硫的热值低，含量少，对煤的着火、燃烧无明显影响无明显影响 尾部低温受热面：低温腐

13、蚀、积灰尾部低温受热面：低温腐蚀、积灰 高温腐蚀：水冷壁区域；过热器区域高温腐蚀：水冷壁区域；过热器区域 形成酸雨，污染环境形成酸雨，污染环境 燃料中的硫化铁加剧磨煤部件的磨损燃料中的硫化铁加剧磨煤部件的磨损5. 灰渣的熔融特性灰渣的熔融特性：角锥法：角锥法灰的变形温度灰的变形温度 DT灰的软化温度灰的软化温度 ST灰的流动温度灰的流动温度 FT 灰熔点的影响：灰熔点的影响： 水冷壁或炉墙结渣，炉膛出口烟温水冷壁或炉墙结渣，炉膛出口烟温，过热器超温，过热器超温及结渣腐蚀。及结渣腐蚀。 严重结渣可能造成冷灰斗出渣不畅，大焦块脱落严重结渣可能造成冷灰斗出渣不畅，大焦块脱落可能压灭炉膛火焰，导致熄火

14、，甚至砸坏冷灰斗及可能压灭炉膛火焰，导致熄火，甚至砸坏冷灰斗及水冷壁管，对锅炉安全运行构成重大危害。水冷壁管，对锅炉安全运行构成重大危害。 当当ST 1350时，炉内结渣的可能性不大。为了时，炉内结渣的可能性不大。为了避免炉膛出口处结渣，炉膛出口烟温要比避免炉膛出口处结渣，炉膛出口烟温要比ST低低50-100。灰熔点的影响因素灰熔点的影响因素（灰熔点越高越好灰熔点越高越好）：）：灰的化学组成：灰的化学组成：酸性氧化物，酸性氧化物， ；碱性氧化物，；碱性氧化物，炉内气氛：炉内气氛：氧化性气氛，氧化性气氛， ；还原性气氛，；还原性气氛，6. 发热量：发热量：单位质量或体积的燃料完全燃烧时所放出单位

15、质量或体积的燃料完全燃烧时所放出的热量（的热量（kJ/kg）。燃料的发热量有高位和低位之分。）。燃料的发热量有高位和低位之分。高位发热量高位发热量Qgr：煤的理论发热量，包括燃烧产物中煤的理论发热量，包括燃烧产物中全部水蒸气凝结成水所放出的全部水蒸气凝结成水所放出的汽化潜热汽化潜热。低位发热量低位发热量Qnet：烟气中的水蒸汽在锅炉排烟温度烟气中的水蒸汽在锅炉排烟温度（110-160）下一般不会凝结，水蒸汽所吸收的汽）下一般不会凝结，水蒸汽所吸收的汽化潜热无法被利用，使煤的发热量降低，降低后的发化潜热无法被利用，使煤的发热量降低，降低后的发热量称为低位发热量。热量称为低位发热量。低位发热量（燃

16、料在锅炉中的低位发热量（燃料在锅炉中的实际发热量）小于高位发热量。实际发热量）小于高位发热量。 煤的发热量是反映煤质好坏的指标之一。煤的发热量是反映煤质好坏的指标之一。 发热量发热量 ，则炉内温度，则炉内温度 ，有利于稳定着火燃烧，有利于稳定着火燃烧 发热量发热量 ，炉内温度，炉内温度，容易导致燃烧不稳定，甚，容易导致燃烧不稳定，甚至灭火，燃料消耗量至灭火，燃料消耗量v 分类指标：分类指标：采用表征煤化程度的采用表征煤化程度的Vdaf。为实现能源的综合利用，考虑各种工艺（炼焦、为实现能源的综合利用，考虑各种工艺（炼焦、燃烧、气化或液化等等）对煤质的要求，及反映煤燃烧、气化或液化等等）对煤质的要

17、求，及反映煤的燃烧特性，每一类煤还要结合其他若干指标进一的燃烧特性，每一类煤还要结合其他若干指标进一步划分为小类。步划分为小类。分分类类褐煤褐煤烟煤烟煤无烟煤无烟煤37%10%10%dafdafdafVVV1. 无烟煤：无烟煤： 煤化程度最深，呈明亮的黑色光泽，硬度高不易研磨。煤化程度最深，呈明亮的黑色光泽，硬度高不易研磨。 含碳量高，杂质少，发热量高达含碳量高，杂质少，发热量高达21000-25000 kJ/kg。 挥发分含量低，析出温度高达挥发分含量低，析出温度高达400。 难以点燃，燃烧特性差。燃烧火焰较短，燃尽困难。难以点燃，燃烧特性差。燃烧火焰较短，燃尽困难。 贮存时不易自燃。贮存时

18、不易自燃。2. 贫煤：贫煤： 挥发分含量略高于无烟煤，挥发分含量略高于无烟煤，Vdaf = 10-20 %，着火、燃尽，着火、燃尽特性优于无烟煤，但仍属于燃烧特性差的煤种。特性优于无烟煤，但仍属于燃烧特性差的煤种。3. 烟煤：烟煤： 中等煤化程度，挥发分含量较高，松软呈灰黑色光泽。中等煤化程度，挥发分含量较高，松软呈灰黑色光泽。 含碳量较高，杂质少，发热量较高。含碳量较高，杂质少，发热量较高。 烟煤燃点低，易着火和燃尽。烟煤燃点低，易着火和燃尽。 但某些灰分较高的劣质烟煤则燃烧特性较差。但某些灰分较高的劣质烟煤则燃烧特性较差。 对对Vdaf超过超过25%的烟煤，贮存时要防止自燃。制粉系统要的烟

19、煤，贮存时要防止自燃。制粉系统要 考虑防爆措施。考虑防爆措施。 劣质烟煤还要考虑受热面积灰、结渣、磨损问题。劣质烟煤还要考虑受热面积灰、结渣、磨损问题。 思考：思考：无烟煤的发热量是否一定比烟煤高？无烟煤的发热量是否一定比烟煤高？4. 褐煤：褐煤： 外观呈褐色，似木质。外观呈褐色，似木质。 挥发分含量高，析出温度低，有利于着火和燃尽。挥发分含量高，析出温度低，有利于着火和燃尽。 但含碳量低，灰分水分高，发热量一般小于但含碳量低，灰分水分高，发热量一般小于16750 kJ/kg。 含水分较高的褐煤燃烧性差，且灰熔点低。含水分较高的褐煤燃烧性差，且灰熔点低。 质脆易风化，易自燃，不易储存和远距离运

20、输。质脆易风化，易自燃，不易储存和远距离运输。5. 其他：其他： 泥煤：碳化程度最浅，含碳量少，水分高，挥发分高，热泥煤：碳化程度最浅，含碳量少，水分高，挥发分高，热 值很低，但易着火，不结焦。值很低，但易着火，不结焦。 煤矸石：夹在煤层中的坚硬岩块，可燃物含量低，热值很煤矸石：夹在煤层中的坚硬岩块，可燃物含量低，热值很 低，一般锅炉不能单独燃用。低，一般锅炉不能单独燃用。 油页岩：含油矿石，灰分极高，热值低。一般不单独燃用。油页岩：含油矿石，灰分极高，热值低。一般不单独燃用。无烟煤无烟煤烟煤烟煤褐煤褐煤引入成分基准的原因引入成分基准的原因：水分、灰分含量随环境变化。水分、灰分含量随环境变化。

21、图图2-1 煤的成分及其与各种成分基准之间的关系煤的成分及其与各种成分基准之间的关系v 收到基：收到基：以入炉煤（包括煤的全部成分）为基准。以入炉煤（包括煤的全部成分）为基准。100%arararararararCHONSMA100%ararararVFCAM空气干燥基：空气干燥基：以经过自然干燥，除去外水后的煤以经过自然干燥，除去外水后的煤为基准。为基准。100%adadadadadadadCHONSMA100%adadadadVFCAM干燥基：干燥基：以除去全水后的煤为基准。以除去全水后的煤为基准。100%ddddddCHONSA100%dddVFCA干燥无灰基：干燥无灰基：以除去全水、灰

22、分后的煤为基准。以除去全水、灰分后的煤为基准。100%dafdafdafdafdafCHONS100%dafdafVFC表表2-1 不同基准的换算系数不同基准的换算系数0XKX换算公式：换算公式：所求所求X已知已知X0100100dararCCM例：煤的发热量有煤的发热量有高位高位和和低位低位之分，同时对于不之分，同时对于不同成分基准的燃料发热量也不同。同成分基准的燃料发热量也不同。发发热热量量的的换换算算相同基准相同基准下：高位下：高位 低位低位不同基准不同基准下：高位下：高位 高位高位不同基准不同基准下：低位下：低位 低位低位（难点）（难点）汽化潜热汽化潜热换算系数换算系数三步走三步走 相

23、同基准：高位相同基准：高位 低位低位,922525100100ararar netar grar grararHMQQrQHM,22525225225ad netad gradadd netd grddaf netdaf grdafQQHMQQHQQH空干基：空干基：干燥基：干燥基：干燥无灰基：干燥无灰基：netgrQQ燃烧产物中水蒸气的汽化潜热以收到基为例：以收到基为例： 2500kJ/kgr ：水的汽化潜热，取不同基准：高位不同基准：高位 高位高位0XKX所求所求X已知已知X0daf, grar, gr100Q=Q100ararMA例：不同基准：低位不同基准：低位 低位低位不同基准间低位发

24、热量的换算不同基准间低位发热量的换算不能直接用换算系不能直接用换算系数进行换算数进行换算，按，按三步走三步走：a. 已知基准的已知基准的Qnet 已知基准的已知基准的 Qgr （汽化潜热）（汽化潜热）b. 已知基准的已知基准的 Qgr 所求基准的所求基准的 Qgr （换算系数）（换算系数）c. 所求基准的所求基准的 Qgr 所求基准的所求基准的 Qnet （汽化潜热）（汽化潜热）daf,netdafararar,netQ=27320kJ/kg, H=3.8%, M6%, A =14%. Q.例：已知某煤种的求：该煤种的燃料的折算成分：燃料的折算成分：标准煤：标准煤：以收到基低位发热量为以收到基

25、低位发热量为29310 kJ/kg的煤作的煤作为标准煤。电厂煤耗通常以标准煤计算。为标准煤。电厂煤耗通常以标准煤计算。标准煤耗量标准煤耗量 式中式中 Bb、Bs 分别为标准煤耗量与实际煤耗量。分别为标准煤耗量与实际煤耗量。折算成分：折算成分：把相对于每把相对于每4190kJ/kg收到基低位发热量收到基低位发热量的煤中所含的收到基水分、灰分和硫分分别称为折的煤中所含的收到基水分、灰分和硫分分别称为折算水分、折算灰分和折算硫分。算水分、折算灰分和折算硫分。.29310ar netbsQBB.4190,%4190,%4190,%arar zsar netarar zsar netarar zsar

26、netMMQAAQSSQ当燃料的折算成分当燃料的折算成分Mar,zs 8%，Sar,zs 0.2%，Aar,zs 4%时，分别称为高水分，高硫分，高灰分燃时，分别称为高水分，高硫分，高灰分燃料。料。v 燃料的燃烧工况：燃料的燃烧工况：不同工况下燃烧产物不同。不同工况下燃烧产物不同。n 理论工况：理论工况：燃料在燃料在没有没有过剩空气的情况下过剩空气的情况下完全完全燃燃烧。燃烧产物（烟气）组成成分为烧。燃烧产物（烟气）组成成分为CO2、SO2、N2和和H2O，理论烟气量用理论烟气量用 表示。表示。n 设计工况：设计工况：实际送入的空气量实际送入的空气量大于大于理论空气量，理论空气量，以保证燃料以

27、保证燃料完全完全燃烧。烟气组成成分为燃烧。烟气组成成分为CO2、SO2、N2、H2O和剩余和剩余O2n 实际工况：实际工况：实际送入的空气量实际送入的空气量大于大于理论空气量，理论空气量，但仍为但仍为不完全不完全燃烧。烟气组成成分为燃烧。烟气组成成分为CO2、SO2、N2 、 H2O、剩余、剩余O2 和和CO。实际烟气量用实际烟气量用 表示。表示。0yVyV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。可燃元素完全燃烧反应方程式：可燃元素完全燃烧反应方程式：对于对于1kg收到基燃料，碳、氢、硫完全燃烧所需收到基燃料，碳、氢、硫完全燃烧所需氧气量分别为：氧气

28、量分别为：燃料本身所含氧量为：燃料本身所含氧量为： 1kg C + 1.866 Nm3 O2 1.866 Nm3 CO2 1kg H + 5.56 Nm3 O2 11.1 Nm3 H2O 1kg S + 0.7 Nm3 O2 0.7 Nm3 SO231.866 5.56 0.7 Nm100100100arararCHS，30.7 Nm100arO燃烧所需空气量的计算：燃烧所需空气量的计算：n 理论空气量理论空气量 ： 1kg 收到基燃料完全燃烧时所需收到基燃料完全燃烧时所需要的最小空气量。可通过燃料中可燃元素（要的最小空气量。可通过燃料中可燃元素（C、H、S）的燃烧化学反应方程式求得。的燃烧化

29、学反应方程式求得。n 实际空气量实际空气量 ：实际供给空气量与理论空气量的：实际供给空气量与理论空气量的比值，称为比值，称为过量空气系数过量空气系数。0V031 (1.866 5.56 0.7 - 0.7)0.21100100100100 0.0889( 0.375)0.2650.0333 Nm /kgararararararararCHSOVCSHOkV0( )kVV 一般炉内的燃烧过程在炉膛出口处结束，一般炉内的燃烧过程在炉膛出口处结束，因此可用炉膛出口处的过量空气系数因此可用炉膛出口处的过量空气系数 代表空气量对燃烧过程的影响。代表空气量对燃烧过程的影响。0( )kVV ll燃用无烟煤、

30、贫煤、劣质烟煤时取燃用无烟煤、贫煤、劣质烟煤时取1.201.25。燃用烟煤、褐煤时取燃用烟煤、褐煤时取1.151.20。漏风系数：漏风系数：负压运行的锅炉，外界冷空气会通过锅负压运行的锅炉，外界冷空气会通过锅炉不严密处漏入炉膛和烟道中，使锅炉烟道中的实炉不严密处漏入炉膛和烟道中，使锅炉烟道中的实际空气量逐渐增加。对于际空气量逐渐增加。对于1kg燃料，漏入的空气量与燃料，漏入的空气量与理论空气量之比即漏风系数。理论空气量之比即漏风系数。0VV漏风影响：漏风影响：漏入烟道的冷空气，会使漏入烟道的冷空气，会使炉膛温度降低炉膛温度降低，炉内燃烧恶化，从而影响传热，使炉内燃烧恶化，从而影响传热，使排烟温

31、度升高，排烟温度升高，排烟容积增大，排烟容积增大，导致排烟热损失和引风机电耗增加，导致排烟热损失和引风机电耗增加，降低锅炉经济性。降低锅炉经济性。由于存在漏风，由于存在漏风，锅炉烟道内的过量空气系数沿烟气锅炉烟道内的过量空气系数沿烟气流程是逐渐增大的流程是逐渐增大的。炉膛后任一烟道截面处的过量。炉膛后任一烟道截面处的过量空气系数为：空气系数为：l 是炉膛出口到计算的烟道截面处的漏风系数总和。llzfkykykykyllzf kykyfzfky、：空预器进、出口处空气侧过量空气系数、分别为炉膛、制粉系统、空预器漏风系数。kykyky l燃烧产物烟气量的计算：燃烧产物烟气量的计算：n 理论烟气容积

32、理论烟气容积 ：1kg 收到基燃料，在供以理论收到基燃料，在供以理论空气量空气量 的条件下完全燃烧时所生成的烟气容积。的条件下完全燃烧时所生成的烟气容积。即即=1，O2 = 0；完全燃烧，；完全燃烧，CO = 0。0yV0V22200000(0.375) 1.8660.80.79100100 11.11.240.0161100100yRONH OarararararVVVVCSNVHMVn 完全完全燃烧实际燃烧实际烟气容积烟气容积 :1，O20；CO=0n 不完全燃烧实际烟气容积不完全燃烧实际烟气容积 :1，O20；CO0无论燃烧是否完全，烟气中碳的燃烧产物总容积不无论燃烧是否完全，烟气中碳的

33、燃烧产物总容积不变。但氧的容积发生改变。变。但氧的容积发生改变。结论：可见，燃料的组成或结论：可见，燃料的组成或不同时，不同时，1kg1kg燃料燃烧燃料燃烧所需空气量及生成烟气量是不同的。所需空气量及生成烟气量是不同的。yV000(1)0.0161(1)yyVVVVyV200.21(1)0.5OCOVVVn 1kg燃料燃烧生成的燃料燃烧生成的烟气质量烟气质量：三原子气体的容积份额、分压力：三原子气体的容积份额、分压力：水蒸气的容积份额、分压力：水蒸气的容积份额、分压力：飞灰浓度：飞灰浓度：011.306100aryAmV 2222, MPaROROROROgVrprpV2222, MPaH O

34、H OH OH OgVrprpV kg/kg()100arfayAm烟气空气和烟气的焓的计算：空气和烟气的焓的计算：定义：将定义：将1kg燃料燃烧所需的空气，或生成的烟气，燃料燃烧所需的空气，或生成的烟气，在定压下从在定压下从0加热到加热到 时所需要的热量，时所需要的热量，kJ/kg。n 理论空气焓：理论空气焓：实际空气焓：实际空气焓：n 理论烟气焓：理论烟气焓：即各组分焓的总和即各组分焓的总和实际烟气焓：实际烟气焓：注意：沿烟气流程，烟气焓会变化，计算时分别计算。注意：沿烟气流程，烟气焓会变化，计算时分别计算。00kkhVc00kkkhhVc2222220yRONH ORONH OhVcVc

35、Vc00(1)yykfhhhhh烟气焓温表烟气焓温表v 烟气分析目的：烟气分析目的：锅炉运行过程中，产生的烟气锅炉运行过程中，产生的烟气成分和容积随运行工况变化而变化。测定运行中烟成分和容积随运行工况变化而变化。测定运行中烟气的成分和容积，可以判断炉内燃烧工况和燃烧设气的成分和容积，可以判断炉内燃烧工况和燃烧设备状态，以便进行燃烧调整，提高锅炉运行效率，备状态，以便进行燃烧调整，提高锅炉运行效率，并为设备改造提供依据。并为设备改造提供依据。 烟气分析是以烟气分析是以1kg燃料燃烧生成的燃料燃烧生成的干烟气干烟气（除去（除去水分后的烟气）容积为基础，采用化学吸收法分析水分后的烟气）容积为基础，采

36、用化学吸收法分析烟气成分。最常见的是采用奥氏分析仪。烟气成分。最常见的是采用奥氏分析仪。原理：原理：将一定容积的烟气试样，按顺序与一些化将一定容积的烟气试样，按顺序与一些化学吸收剂相接触，对烟气中的各种成分学吸收剂相接触，对烟气中的各种成分逐一逐一进行进行选择性吸收选择性吸收，每次吸收后减少的烟气容积就是该，每次吸收后减少的烟气容积就是该成分在干烟气中所占的容积，最后可得各成分在成分在干烟气中所占的容积，最后可得各成分在干烟气中的容积百分数干烟气中的容积百分数。 烟气分析应用烟气分析应用运行中烟气容积计算：运行中烟气容积计算： 烟气分析应用烟气分析应用判断燃烧状况：判断燃烧状况：烟气中烟气中C

37、O的含量表示燃料燃烧的不完全程度，由此的含量表示燃料燃烧的不完全程度，由此可判断炉内燃烧状况。可判断炉内燃烧状况。22222100 100ROgyVROOCONROV，其中321.8660.375 m /kgarargyCSVROCO（标况下）2220.03821()82.350.6050.375arararararOHNROROOCOCS，燃料特燃料特性系数性系数燃烧方程式：燃烧方程式： 不完全燃烧方程式：不完全燃烧方程式： 完全燃烧，且完全燃烧，且O20燃烧方程式：燃烧方程式： 完全燃烧，且完全燃烧，且O2=0燃烧方程式：燃烧方程式：为保持炉内良好的燃烧工况为保持炉内良好的燃烧工况,运行中

38、应监测并维持炉运行中应监测并维持炉内一定的内一定的 RO2，使其尽量接近，使其尽量接近 RO2max2(1)21RO22(1)21ROO22211OROmax2211RO22221()0.605ROROOCO 烟气分析应用烟气分析应用运行中过量空气系数的确定：运行中过量空气系数的确定：直接影响到炉内燃烧工况及运行经济性，因此在锅直接影响到炉内燃烧工况及运行经济性，因此在锅炉运行中需通过烟气分析准确迅速的确定和调整炉运行中需通过烟气分析准确迅速的确定和调整。完全燃烧，不计燃料特性系数完全燃烧，不计燃料特性系数：因此在燃料燃烧比较完全的条件下，可以根据测量的因此在燃料燃烧比较完全的条件下，可以根据

39、测量的烟气中三原子气体含量烟气中三原子气体含量RO2来确定来确定，也可根据烟气，也可根据烟气中氧气含量中氧气含量O2来确定来确定。实际使用中，由于燃料经常。实际使用中，由于燃料经常变动导致特征值变动导致特征值RO2max经常变动，因此多采用磁性氧经常变动，因此多采用磁性氧量计测定量计测定O2来监督锅炉运行中的过量空气系数。来监督锅炉运行中的过量空气系数。max2222121ROROO燃料燃料RO2max %无烟煤无烟煤0.020.0920.619.3贫煤贫煤0.090.1219.318.8烟煤烟煤0.100.1519.118.3褐煤褐煤0.050.1120.018.9重油重油0.290.351

40、6.315.6天然气天然气0.750.8012.011.7常用燃料的常用燃料的和和RO2max值值v 锅炉热平衡指的是在稳定运行状态下，对应锅炉热平衡指的是在稳定运行状态下，对应1kg燃料输入锅炉的热量与输出锅炉的热量之间燃料输入锅炉的热量与输出锅炉的热量之间的平衡。输入热量主要来源于燃料燃烧放热。输的平衡。输入热量主要来源于燃料燃烧放热。输出热量包括锅炉出热量包括锅炉有效利用热量有效利用热量和和各项热损失各项热损失。研。研究锅炉热平衡的究锅炉热平衡的目的目的是确定是确定锅炉热效率锅炉热效率和和燃料消燃料消耗量耗量，确定各项，确定各项热损失热损失大小，分析引起热损失的大小，分析引起热损失的原因

41、，并提出减少热损失的措施，提高锅炉效率，原因，并提出减少热损失的措施，提高锅炉效率，节约能源。节约能源。煤粉锅炉机组热平衡示意图煤粉锅炉机组热平衡示意图锅炉机组热平衡方程锅炉机组热平衡方程123456 rQQQQQQQ：1kg燃料输入热量：有效利用热量：排烟热损失：化学不完全燃烧热损失：机械不完全燃烧热损失：散热损失：其他热损失123456123456100rQQQQQQQqqqqqqrQ46,lzlzQQ4fhQ（1）输入热量）输入热量 Qr, kJ/kgrar netrwrwhQQiQQ,ar netrwrwhQiQQ：燃料收到基低位发热量：燃料的物理显热：用锅炉以外热量加热空气时，空气带

42、入锅炉的热量：雾化燃料油所用蒸汽带来的热量对于燃煤锅炉，若燃料和空气没有利用外界对于燃煤锅炉，若燃料和空气没有利用外界热量进行预热，且燃煤水分满足热量进行预热，且燃煤水分满足 ，则，则输入热量输入热量.630ar netarQM,rar netQQ（2）机械未完全燃烧热损失）机械未完全燃烧热损失 Q4指的是部分固体燃料颗粒在炉内未能燃尽就被指的是部分固体燃料颗粒在炉内未能燃尽就被排出炉外造成的热损失。未燃尽碳主要残留在排出炉外造成的热损失。未燃尽碳主要残留在灰渣灰渣（少）（少）和和飞灰（多）飞灰（多）中。求解灰中的碳是关键。中。求解灰中的碳是关键。一般通过求解灰平衡，即一般通过求解灰平衡，即入

43、炉煤的含灰量等于入炉煤的含灰量等于燃烧后飞灰和灰渣中的灰量之和，燃烧后飞灰和灰渣中的灰量之和，再求解飞灰和灰再求解飞灰和灰渣中各自未燃尽的碳量，取纯碳发热量为渣中各自未燃尽的碳量，取纯碳发热量为 32700 kJ/ kg，求出机械未完全燃烧热损失，求出机械未完全燃烧热损失Q4和所占百分比和所占百分比q4。444fhlzQQQ灰平衡：灰平衡：入炉煤的含灰量等于燃烧后飞灰和灰入炉煤的含灰量等于燃烧后飞灰和灰渣中灰的量之和。渣中灰的量之和。1001001001001001001001fharlzfhlzfhfhlzlzfhlzararCACBGGGCGCBABAfhlz：飞灰系数。表示飞灰中灰量占入

44、炉总灰量的份额。：排渣率。表示灰渣中灰量占入炉总灰量的份额。,100100fharlzarfhlzfhlzBABAGGCC飞灰、灰渣中可燃物的含量为（非百分比）：飞灰、灰渣中可燃物的含量为（非百分比）：可认为灰中可燃物为纯碳，则可认为灰中可燃物为纯碳，则1kg燃料的燃料的Q4为：为：100100 100100100 100fhfhfhfharcfhfhclzlzlzlzarlzlzC GCBAGCC GCBAGC444443270032710010032700100100100ccfhlzfhfhfhlzlzlzarfhlzfhfharlzlzrrfhlzGGCCQQQABCCCQACqQQC

45、C影响因素：影响因素：Q4是较大一项热损失，仅次于排烟热损是较大一项热损失，仅次于排烟热损失。主要取决于燃料种类、燃烧方式、过量空气系失。主要取决于燃料种类、燃烧方式、过量空气系数、炉膛结构、燃烧器设计布置、锅炉运行工况等。数、炉膛结构、燃烧器设计布置、锅炉运行工况等。 Vdaf小，小，Mar、Aar 大，大，q4； 煤粉粒径越大，煤粉粒径越大， q4 ； 过量空气系数过量空气系数过大或过小，过大或过小，q4 ; 煤粉在炉膛停留时间煤粉在炉膛停留时间过小，过小， q4 。设计时设计时, q4按经验推荐值选取。固态排渣煤粉炉按经验推荐值选取。固态排渣煤粉炉 q4 =0.55 %注意：注意：对于对

46、于1kg入炉燃料，由于机械未完全燃烧热损入炉燃料，由于机械未完全燃烧热损失的存在，因此实际只有失的存在，因此实际只有 kg燃料参加燃烧燃料参加燃烧反应，因而实际燃烧所需的空气量及生成的烟气量反应，因而实际燃烧所需的空气量及生成的烟气量均相应减少。因此在进行锅炉的均相应减少。因此在进行锅炉的燃烧计算和通风计燃烧计算和通风计算算时（如计算空气量、烟气量、烟气焓、空气烟气时（如计算空气量、烟气量、烟气焓、空气烟气流速等），应注意修正。流速等），应注意修正。41100q（3）化学未完全燃烧热损失）化学未完全燃烧热损失 Q3也叫可燃气体未完全燃烧热损失。指的是锅炉也叫可燃气体未完全燃烧热损失。指的是锅炉

47、排烟中残留的可燃气体未放出其燃烧热而造成的热排烟中残留的可燃气体未放出其燃烧热而造成的热损失。如损失。如CO，H2，CH4等。单位质量燃料的等。单位质量燃料的Q3应为应为各可燃气体容积与各自的容积发热量乘积的加和。各可燃气体容积与各自的容积发热量乘积的加和。影响因素：影响因素：煤粉炉一般煤粉炉一般q30.5% Vdaf大，大，q3 ； 炉膛容积小，停留时间炉膛容积小，停留时间过小，过小， q3 ； 过量空气系数过量空气系数过小，过小，q3 4324126.4108358.21100gyqQVCOHCH（4）排烟热损失）排烟热损失 Q2排烟温度较高，排烟所拥有的热量随烟气排入排烟温度较高，排烟所

48、拥有的热量随烟气排入大气而不能得到利用，造成的热损失为排烟热损失。大气而不能得到利用，造成的热损失为排烟热损失。但排烟热量并非全部来自于输入热量，其中还包括但排烟热量并非全部来自于输入热量，其中还包括了冷空气（了冷空气（2030）带入炉内的一部分热量，因此）带入炉内的一部分热量，因此在计在计Q2时要扣除这部分热量。同时也要对生成的烟时要扣除这部分热量。同时也要对生成的烟气焓进行修正。气焓进行修正。0421100pypykqQhhpyl0pykpyhh：排烟焓， ：理论冷空气焓，：排烟处过量空气影响因素：影响因素：最大的一项热损失（最大的一项热损失（4%8%）。）。 排烟温度排烟温度 ：由：由q

49、2、受热面低温腐蚀、金属耗量共同决定。、受热面低温腐蚀、金属耗量共同决定。一般排烟温度控制在一般排烟温度控制在110160。 ，q2； ，金属耗量，金属耗量，通风阻力，通风阻力，低温腐蚀，低温腐蚀;受热面积灰结渣，受热面传热量受热面积灰结渣，受热面传热量， 排烟容积排烟容积 ：取决于：取决于 及烟道漏风及烟道漏风 。 ， q2， (q3+q4) 存在最佳过量空气系数。存在最佳过量空气系数。烟道漏风，排烟容积烟道漏风，排烟容积，受热面传热量，受热面传热量， ，q2 燃料性质燃料性质：Sar ，设计排烟温度，设计排烟温度，q2 Mar ，排烟容积，排烟容积，q2 pylpypypypypyl最佳过

50、量空气系数最佳过量空气系数q2q4q3q2+ q3+ q4l最佳最佳过量空气系数：最佳过量空气系数：使得使得q2+q3+q4最小的最小的过量空气系数。一般过量空气系数。一般通过燃烧调整试验来通过燃烧调整试验来确定。确定。（5）散热损失）散热损失 Q5锅炉外表面温度高于环境温度，通过自然对流锅炉外表面温度高于环境温度，通过自然对流和辐射向周围环境散热引起的热损失。和辐射向周围环境散热引起的热损失。影响因素：影响因素：锅炉散热表面积的大小，锅炉外表锅炉散热表面积的大小，锅炉外表面温度，环境温度，保温层厚度与性能等。大型电面温度，环境温度，保温层厚度与性能等。大型电站锅炉散热损失站锅炉散热损失q5大

51、约为大约为0.2%。 不同锅炉：不同锅炉：容量增大，容量增大，Q5减小减小 同一锅炉：同一锅炉：与锅炉运行负荷近似成反比变化。与锅炉运行负荷近似成反比变化。5hdsSQkBhdsS：锅炉散热表面积保热系数：保热系数：受热面吸收的热量与烟气放出热量的比受热面吸收的热量与烟气放出热量的比值，表示在烟道中烟气放出的热量被该烟道中的受值，表示在烟道中烟气放出的热量被该烟道中的受热面吸收的程度。忽略各段烟道在结构及环境上的热面吸收的程度。忽略各段烟道在结构及环境上的差别，也可用于衡量锅炉的散热损失大小。差别，也可用于衡量锅炉的散热损失大小。当锅炉没有空预器或空预器吸热量远小于有效利用当锅炉没有空预器或空

52、预器吸热量远小于有效利用热量热量Q1时时1 = +=+Q受热面吸热量受热面吸热量烟气放热量受热面吸热量 烟道散热量受热面吸热量 工质吸热量空预器吸热量1551515511glQQqQQQQq （6）其他热损失）其他热损失 Q6主要指灰渣带走的物理热损失。锅炉中排出的主要指灰渣带走的物理热损失。锅炉中排出的灰渣还具有很高的温度（约灰渣还具有很高的温度（约600800）而造成的热）而造成的热量损失。量损失。影响因素：影响因素：燃料的灰分、燃料的发热量和排渣燃料的灰分、燃料的发热量和排渣方式等。灰分高、发热量低、排渣率高的锅炉这项方式等。灰分高、发热量低、排渣率高的锅炉这项热损失就大。对固态排渣煤粉锅炉，当热损失就大。对固态排渣煤粉锅炉，当时不计该项损失。时不计该项损失。,419ar netarQA （7）有效利用热量）有效利用热量 Q1指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。11( )grgrgszrzrzrzyzygspwgsQQDhhDhhDhhDhhBBgrzrzypwgrgszyzrzrBDDDDhhhhhh：燃料消耗量、：过热蒸汽流量、再热蒸汽流量、：自用蒸汽流量、排污水流量：过热蒸汽焓 ：给水焓 ：自用蒸汽焓，：再热蒸汽出、入口焓：汽包压力下饱和水焓一般电站锅炉的排污量不超过其蒸发量的一般电站锅炉的排污量不超过其