物质与热量平衡

1、第二章第二章 锅炉内物质平衡锅炉内物质平衡与热量平衡与热量平衡锅炉的物质平衡锅炉的物质平衡空气焓及烟气焓计算空气焓及烟气焓计算锅炉的热平衡锅炉的热平衡 锅炉热效率及燃料消耗量计算锅炉热效率及燃料消耗量计算受热面热平衡受热面热平衡 12453第第 2 章章 锅炉内物质平衡与热量平衡锅炉内物质平衡与热量平衡锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2-1锅炉的物质平衡锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2-1锅炉的物质平衡 风-烟 、煤-灰在燃料侧燃料侧物质平衡 汽、水在工质侧工质侧物质平衡 由于锅炉包括“锅”和“炉”两个方面，所以物质平衡也包括两个方面：炉侧（燃料侧）物质平衡锅侧（

2、工质侧）物质平衡锅炉内物质：风、烟 煤、灰 汽、水锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡1、灰平衡（煤灰系统）一、燃料侧的物质平衡一、燃料侧的物质平衡锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡1、灰平衡 燃料完全燃烧后剩下的固态残渣即灰渣，它来源于燃料中的灰分。燃烧后一部分灰渣从炉膛排出称为炉灰，一部分细小灰粒被烟气夹带称之为飞灰。炉灰和飞灰各占燃料灰分的比值称为炉灰份额和飞灰份额即alh炉灰份额 alh+afh=1afh飞灰份额afh0.2层燃炉，0.90.95煤粉炉 如一台炉：alh+acjapy=1afh=acjapyhGlhGfhGfhlhhGGGhfhhlhGGGG1hl

3、hlhGGahfhfhGGa1fhlhaa锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2、风平衡（风-烟系统）燃料在燃烧时空气与燃料不可能完全混合反应，总会有一部分空气未发生反应，为了使燃料充分燃烧，总是要多提供一些空气，即V实V0 一般炉膛出口 V实/V0=1.11.5V实/V0称为过量空气系数（或空气过剩系数）进入炉膛以前的过量空气系数用 表示，进入炉膛以后的过量空 气系数用 表示。锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡漏风量/理论空气量漏风系数，用表示2、风平衡各受热面的漏风系数层燃炉炉膛： 机械化炉 0.1 手烧炉 0.3沸腾炉炉膛： 沸腾层 0 悬浮段 0.1对流烟道 ：

4、过热器 0.05 管束I 0.05 管束 0.1漏风系数对任何一个受热面都是 受热面 锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2、风平衡各受热面的漏风系数对流烟道 ： 钢管省煤器 0.1 铸铁省煤器 0.15 空气预热器 0.1 除尘器（悬浮和多管） 0.10.15 锅炉后钢制烟道（每10米长） 0.01 砌砖烟道（每10米长） 0.05ky ky为空气预热器的漏风系数对空气预热器ky空预器llllllgrlgrsmgrgrlgrgrgrsmgrkysmpykysmsmsmkysmsmkykykykypykykylll 锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2、风平衡排烟处的空气

5、过剩系数为：kylpy -锅炉各个对流受热面的漏风系数之和kysmgrlpy 如：锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡pwzygsDDDD汽水流量平衡式可写：Dgs锅炉给水量kg/h1、汽水平衡D锅炉蒸汽流量kg/hDzy锅炉自用蒸汽量kg/hDpy锅炉排污水量kg/h 送入锅炉的水量等于排出锅炉的水量和汽量之和。pwzygsDDDG锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡pwpwqzygsgsSDSDDSD)(盐平衡方程：Sgs给水含盐量 mg/kg2、盐平衡Sq蒸汽含盐量 mg/kgSpw排污水含盐量 mg/kg锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡锅炉原理锅炉原理

6、第二章锅炉内物质平衡与热量平衡影响焓值的因素（1） 焓值是温度和压力的函数，但对锅炉范围内的空气和烟气，其压力变化不大，所以计算时忽略压力的影响，认为焓只是温度的单值函数。（2）焓值的高低是相对的，与焓值零点的选取有关，各国对焓值零点的选取是不同的，我国是以0为焓值零点，即t0时，焓值为零。（3）焓值的大小还与载热体及其量有关。 对于气体，通常将1Nm3气体的焓值称为比焓，单位是KJ/Nm3。在锅炉热力计算中，通常以每kg计算燃料为基准来计算焓值。在锅炉热力计算中，焓的单位为KJ/Kg。锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡烟气烟气飞灰飞灰

7、过剩空气过剩空气0yV22200NROH OVVVyV锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡 烟气焓值等于理论烟气焓、过剩空气焓和飞灰焓烟气焓值等于理论烟气焓、过剩空气焓和飞灰焓之和。之和。a锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡 锅炉的热平衡是指输入锅炉的热量与锅炉输出热量之间的平衡，即随燃料进入锅炉所带入的热量应等于锅炉有效吸收的热量与各种损失的热量之和。 与锅炉物质平衡一样，锅炉的热平衡也包括燃料侧的热平衡与工质侧的热平衡。锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡 锅炉热平衡以每kg实际参与燃烧的燃料为基准，而锅炉的 物平衡以每Kg理论上完全燃烧的燃料为基准。 包括

8、两部分：其一是物质的物理显热(物质的热焓)；其二是物质的化学热量(发热量)。rQ,ar netQri3QlkQpyQfhQ46QlzQ44Q2QgsQgrQpwQ1Q5Q123456rQQQQQQQ锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡654321QQQQQQQrQ5锅炉的散热损失Qr随1公斤燃料进入锅炉的热量，又称为输入热量Q1锅炉有效利用热Q2排烟损失Q3气体不完全燃烧损失Q4固体不完全燃烧损失Q6灰渣热物理损失上式两边乘以100/Qr% 则锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡100q1q2q3+q4+q5+q6其中q1Q1/Qr，q2Q2/Qr，q3.一、燃料侧的热平衡

9、1、输入热量QrQrQydwim 料的应用基低位发热值Qydw 燃料的物理显热im锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡%630ydwyQW 燃料的物理显热imim=tmCmtm燃料温度，Cm燃料比热对于固体燃料，如经过预热im必须计算，如燃料未预热只有 时，才计算im表示折算水分大于7才考虑，什么是折算水分呢？Cm的计算方法：gmyymCWWC100100100186. 4kj/kgWy煤的应用基水分Cgm干煤的比热无烟煤、贫煤：0.92烟煤1.09褐煤1.13油页岩0.88折算水分是每1000大卡热量的燃料所含有的水分锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡 空气显热im空气

10、带入的热量为：Qxk空气的显热：I0lk冷空气焓 kj/kg00lkpylklkpyxkItCVQpy排烟处空气过剩系数Vo理论空气量 Clk冷空气比热 tlk冷空气温度，一般取20或30 锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡 前面考虑了三种热量低位发热值、燃料物理显热和空气显热，事实上还可能有其它热量输入外来热源加热空气带入的热量Qwr：通常情况下QrQydw所以输入热量为喷入炉内蒸汽带入的热量Qwh：碳酸盐分解所消耗的热量QT：TwhwrxkmydwrQQQQiQQ_锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2、相应于、相应于1公斤燃料离开锅炉的热量有：公斤燃料离开锅炉的热量

11、有：、被工质吸收的有效利用热量：dfQQQ111、气体不完全燃烧损失Q3 烟气中有未燃尽的CO气体，热量未能全部放出造成的损失。1公斤碳燃烧生成CO放出9211kj/kg热量（有72热量未放出来）1公斤碳燃烧生成CO2放出32866kj/kg热量烟气中还有可能含有其它可燃气体，如H2、CH4、CmHn等，但含量极少，故可以忽略不计。、固体不完全燃烧损失Q4在炉灰和飞灰中含有未燃尽的碳，排出炉外而造成的损失、散热损失Q5 由锅炉炉体向周围散热引起的损失锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡、灰渣物理热损失灰渣物理热损失Q Q6 6hhylhtCAaQ1006alh炉灰的分额； AY灰份C

12、h灰的比热kj/kg，可查表赵p32表2-5th 炉灰的计算温度th 的选取：层燃炉 600 沸腾炉溢流灰：沸腾层温度 800冷渣：沸腾层温度（50100）锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡、排出烟气的物理热排出烟气的物理热Q QpypyQ2表示烟气热损失则Q2QpyQxk Qxk 空气显热 3、按热量的出入平衡pyxkmydwQQQQQQQiQ65431)(2xkpyQQQ654321QQQQQQiQmydw输入热量mydwriQQ影响q2的因素py，py锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平

13、衡与热量平衡pw bszy zygqgs gspw bszy zygqpwzygsgqgspwbsgszyzygsQD iD iDiD iD iD iDiDDD iD iiDiiDii锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡100pw bszy zybqgs gsrQD iD iD iWD i锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡3、对于热水锅炉、对于热水锅炉)()100)(1gsbhpwgsbqzyiiDrwiiDDQ式中： r为汽化潜热； W蒸汽湿度对W的要求：水管锅炉3%锅壳式锅炉5%（以前为4%）2、对于饱和蒸汽锅炉、对于饱和蒸汽锅炉)(1hsrssttGCQQ1热水锅炉

14、输出热量kwG循环水量kg/strs热水温度（供水温度tgs）ths回水温度Cs水的比热kj/kg，一般取Cs4.1868kj/(kg)锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2-4 锅炉的热损失锅炉的热损失q1q2q3+q4+q5+q6100（由前面的热平衡方程得）效率：通常表示热量被有效利用的程度，锅炉热的效率以有效利用热和送入锅炉热量之比即)(1006543211qqqqqqQQr求锅炉热效率有二种方法：正平衡法直接测得锅炉有效利用热Q1和输入锅炉的热量，然后计算反平衡法测定锅炉的各项损失，然后计算)%(10065432qqqqq锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2-4

15、 锅炉的热损失锅炉的热损失1、排烟热损失q2)%100()(402qQrIIqlkpypy因为有固体不完全燃烧损失，每加1kg燃料进入炉内，实际燃烧的燃料为（100q4）/100,因此产生的烟气体积减少，所以式中乘以修正系数（100q4）/100。2、气体不完全燃烧损失q3%10033rQQq在锅炉设计时可选取赵表2-1或表2-2中参考燃烧固体燃料时也可按公式计算%100)100/1 ()375.0(14.236423qCOROCOQSCqryy锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2-4锅炉的热损失锅炉的热损失2、气体不完全燃烧损失q3q3的选取：层燃炉：0.51.0煤粉炉：0气体或

16、液体燃料：0.53、固体不完全燃烧损失q4在锅炉设计时选取赵，表2-1表2-2q4的计算式：ryfhfhfhyhyhyhlmlmlmlzlzlzQAccaccaccaccaq32866)100100100100(4层燃炉：alz、alm、ayh、afh 炉渣、漏煤、烟道灰、飞灰份额；clz、clm、cyh、cfh 炉渣、漏煤、烟道灰、飞灰中含碳百分数锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2-4 锅炉的热损失锅炉的热损失4、散热损失q5沸腾炉：ryfhfhfhyhyhyhlmlmlmylylylQAccaccaccaccaq32866)100100100100(4ayl、alh溢流灰、冷

17、灰份额；cyl、clh 溢流灰、冷灰中含碳百分数3、固体不完全燃烧损失q4可按赵，表2-6选取，也可查图，图4.2随着锅炉容量的增加，散热损失降低锅炉单位体积的表面积下降，即比表面积减小，Dq5当锅炉有尾部受热面时，增加散热表面，故q5。锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2-4 锅炉的热损失锅炉的热损失5、灰渣热物理损失q6q6rylzhQAaC )(层燃炉、煤粉炉当时 q6可忽略68.418ydwyQA q6ylq6lhq6rjryylhQAaC )(rylhhQAaC )(ryrjhQAaC )(沸腾炉固态炉和火床路hz取600，沸腾炉取800锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平

18、衡与热量平衡2-5锅炉的热效率及燃料耗量锅炉的热效率及燃料耗量 工业锅炉新产品设计时，要求保证较高的热效率，不得低于一定的值见工大书表2-7和表2-8请大家记住部优标准要求大于表中效率的4。 一般为了使锅炉有较大的灵活性和适应性，都按II类烟煤设计。 根据锅炉效率，可计算出燃料的消耗量即：1001rQQB 锅炉效率即锅炉的总有效利用热量占锅炉送入热量的百分数。锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2-5锅炉的热效率及燃料耗量锅炉的热效率及燃料耗量 Q1用前面的公式代入，考虑到燃料消耗量B中有一部分未燃烧就随炉渣带出，这部分没有产生烟气，应从B中扣除，故得到计算燃料消耗量Bj为：1001

19、004qBBj 也就是单位时间内实际参加燃烧，并产生烟气的燃料量。因此计算空气、烟气体积或计算焓均用Bj，而不用B。锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2-6 受热面的热量平衡受热面的热量平衡锅炉输出的有效热Q1有两部分组成即Q1Q1fQ1d 输出的损失热量Q3，Q4，Q6集中在炉内，对于Q5由三部分组成：kydlQQQQ5555Q5l炉膛散热损失Q5d对流受热面散热损失Q5ky空气预热器散热损失为了便于计算，定义保热系数：工质吸收的热量与烟气实际放热之比，用表示。Q烟放Q吸收Q散热 Q吸收 Q散热表明保温效果好，故以保热系数定义。锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2-6

20、 受热面的热量平衡受热面的热量平衡假定：各部分的散热量与其对应受热面的吸热成正比。注意这是个假定，虽然与实际情况有一定的出入，但长期实践表明基本符合。Q吸收Q散热实际上凡能提高Q吸收的因素亦能提高Q散热。假定成立，即：kykydfkydlkykyddflQQQQQQQQQQQQQQQ115111555151515.(a)锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2-6受热面的热量平衡受热面的热量平衡由定义知:kykykykykydddlffQQQQQQQQQQQQQQ15111511511511.(b)将（b）分子、分母同除以Q1Q1ky得kyQQQ11511.(c)将（C）式分母中第二项

21、的分子分母除以Qr得：kyrkyrrqqQQQQQQ511511/11.(d)锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2-6 受热面的热量平衡受热面的热量平衡qky空气预热器吸热与输入热量之比如果锅炉不布置空气预热器，则qky0kyrkyrrqqQQQQQQ511511/11511q(e)由于qky值很小，因而对有空气预热器的锅炉，其也可以用（e）式作近似计算，其误差很小。锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2-6受热面的热量平衡受热面的热量平衡一、辐射受热面的热量平衡对炉体列方程： 00 64351)()(ljlrljrklljrlfIBBIBBIBBQQQQQQ 00 64

22、3)()(100_llklrklljrrIIIBBqqqQQ)(/100)(100 00 643llklrklljrjIIIBBqqqQBB.(f) 炉膛出口烟气焓 I0lk 理论冷空气焓I0rk理论热空气焓 l炉膛漏风系数 lIQrkQlkQrQ3Q4Q6QyQl5Q1f炉膛锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2-6受热面的热量平衡受热面的热量平衡一、辐射受热面的热量平衡)(/100)(100 00 643llklrklljrjIIIBBqqqQBB令 为空气带入炉膛的热量00 )(lklrkllkIIQ令 为入炉热量krlQqqqqQQ4643100)(100即相当于1公斤燃料带入炉膛的热量则（f）式为：)( 51lljlfIQBBQQ由（b）式得：lffQQQ511)()( 511lljlffIQBBQQQ.(g)锅炉原理锅炉原理第二章锅炉内物质平衡与热量平衡2-6受热面的热量平衡受热面的热量平衡 上式以燃料实际消耗量B为基准，得出的辐射换热公式。在锅炉设计中都以实际参加燃烧的计算燃料耗量Bj为基准，则（g）可写成：)_( 1llfIQQ.(h)当入炉热量Ql完全用来加热燃烧产物，即在绝热状态下，则燃烧产物可达到的最高温度，用0或T0表示，理论燃烧温度按Ql查焓温表。锅炉原理锅炉