锅炉原理第3章

第三章锅炉机组热平衡锅炉热平衡的基本概念锅炉输入热量锅炉有效利用热各项热损失锅炉效率及热平衡实验2023/2/511.锅炉热平衡的基本概念

锅炉热平衡：在稳定运行状态下，锅炉输入热量与输出热量及各项损失之间的热量平衡，即：有效利用热量输入锅炉的热量热损失锅炉热平衡的计算基础：1kg固体燃料锅炉热平衡方程：锅炉输入热量锅炉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锅炉散热损失灰渣物理热损失2023/2/52Qr锅炉输入热量Q6灰渣物理热损失Q1固体不完全燃烧热损失固体不完全燃烧热损失Q5锅炉散热损失锅炉有效利用热量排烟热损失化学不完全燃烧热损失Q2Q3锅炉热平衡示意图2023/2/53锅炉热平衡的意义更重要的是知道各项热损失的大小，可以判断锅炉的设计和运行水平，寻找提高锅炉运行水平的措施。知道锅炉有效利用热量的大小和燃料热量的利用程度。2023/2/542.锅炉输入热量锅炉输入热量Qr是由锅炉范围以外的输入热量，不包括锅炉范围内循环的热量燃料收到基低位发热量燃料物理显热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cp,ar－燃料收到基定压比热容，tr－燃料温度物理显热计算外来热量计算雾化蒸汽热量计算每kg燃油雾化所用蒸汽量，kg/kg雾化蒸汽焓，kJ/kg排烟中蒸汽焓近似值，kJ/kg一般2023/2/553.锅炉有效利用热

锅炉有效利用热指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。省煤器蒸发受热面过热器再热器受热面空气预热器吸收的热量不属于锅炉有效利用热（分析原因）。？空气预热器2023/2/56有效利用热Q1,kJ/kg燃料消耗量排污量再热蒸汽出口焓过热蒸汽量再热蒸汽量流量：kg/s焓：kJ/kg燃料量：kg/s

注：对于直流锅炉，锅炉排污量为分离器的排污量，一般为0。对于汽包锅炉，当排污量小于蒸发量的2％时（排污率），排污水的吸热量可以忽略不计。过热蒸汽焓给水焓再热蒸汽入口焓饱和水焓2023/2/574.各项热损失

（1）机械不完全燃烧热损失q4燃料中未燃烧或未燃尽碳造成的热损失，这些碳残留在不同形式的灰中也称为固体不完全燃烧损失。冷灰斗炉渣（lz）和飞灰（fh）单位时间炉渣的质量，kg/s炉渣中碳含量，％2023/2/58则：固体不完全燃烧热损失q4的计算公式：灰平衡方程2023/2/59锅炉设计:可按燃料种类和燃烧方式选用(表3-2)，对于固态排渣煤粉炉：褐煤q4＝0.5～1％，烟煤q4＝1～1.5％，贫煤q4＝2％，无烟煤q4＝4～6％。大容量锅炉上述取值结果偏大。锅炉校核:测量炉渣和飞灰份额及其含碳量，按上面公式计算2023/2/510固体不完全燃烧样品实例常熟电厂冷炉斗灰——含碳量1.3％（烟煤）齐鲁石化电厂冷炉斗灰——含碳量19％（贫煤/混煤）贾旺电厂飞灰——含碳量10％（混煤）常熟电厂飞灰——含碳量2.4％（烟煤）2023/2/511影响机械不完全燃烧损失的因素燃料性质燃烧方式炉膛型式和结构炉膛温度锅炉负荷燃料炉膛内停留时间风粉混合程度煤粉细度过量空气系数2023/2/512（2）化学不完全燃烧热损失q3由于CO、H2、CH4等可燃气体未燃烧放热随烟气离开锅炉而造成的热损失，也称为可燃气体不完全燃烧损失。q3的计算公式如下：正常燃烧时q3很小，进行锅炉设计时，对于煤粉炉可取q3＝0燃烧效率：ηr＝100－（q3+q4）,%影响化学不完全燃烧损失的主要因素一般不完全燃烧气体只有CO2023/2/513（3）排烟热损失q2锅炉排烟物理显热造成的热损失，等于排烟焓（注意位置）与入炉空气焓之差，即：排烟焓空预器烟气侧出口的过量空气系数进入锅炉的冷空气焓（kJ/kg）q2是锅炉热损失中最主要的一项，一般约为4～8％。排烟温度每升高15～20℃，q2约增加1％。2023/2/514[1]影响q2的主要因素是什么？问题：排烟温度（设计值一般为110～160℃？）烟气容积（炉内过量空气系数和漏风量）如何确定最佳空气系数？min（q2+q3+q4）αzj

2023/2/515[2]为什么排烟温度不能进一步降低？会引起尾部受热面的低温腐蚀,与燃料硫含量有关锅炉尾部受热面传热温差减小，传递同样的热量，需要较多的受热面积[3]排烟温度过高的原因?受热面积灰、结渣漏风（制粉系统、炉膛、烟道等）给水温度和环境温度煤质变化：燃烧推迟，烟气量增加2023/2/516（4）锅炉散热损失q5

q5为锅炉本体及其范围内各种管道、附件的温度高于环境温度而散失的热量。影响q5的主要因素：锅炉额定蒸发量、锅炉实际蒸发量、锅炉外表面积、外表面温度、保温隔热性能及环境温度等。小型锅炉此项损失较大。(图3－3，注：D>900t/h，q5=0.2%)

（保热系数，3－23）（5）灰渣物理热损失q6影响q6的主要因素：排渣量和排渣温度排渣方式固态排渣和液态排渣必须考虑q62023/2/5175.锅炉效率及热平衡试验

锅炉效率：有效利用热与锅炉输入热量之比。锅炉效率的计算：正平衡法和反平衡法实际燃料消耗量计算燃料消耗量2023/2/518锅炉热平衡计算例题例题3锅炉热平衡.xls美国机械工程师学会（ASME)动力试验规程提出的锅炉热平衡计算方法，参见：华中理工大学容銮恩编电站锅炉原理，或查找相关标准2023/2/519名

称单位BMCRBRL干烟气热损失

LG%4.694.64氢燃烧生成水热损失LH%0.200.20燃料中水份引起的热损失Lmf%0.060.06空气中水份热损失LmA%0.110.10未燃尽碳热损失Luc%0.630.63辐射及对流热损失LRβ%0.170.17未计入热损失

LuA%0.300.30计算热效率（按低位发热量）%93.8593.90制造厂裕度Lmm%0.350.35保证热效率（按低位发热量）%93.5093.55ASME计算举例2023/2/520锅炉机组热平衡试验方法下列情况应进行锅炉机组的热平衡试验：①新安装锅炉的移交验收、鉴定试验中；②新投产锅炉按设计负荷试运转结束后的运行试验中；③改造后的锅炉进行热工技术性能鉴定试验中；④大修后的锅炉进行检修质量鉴定和校整设备运行特性的试验中；⑤运行锅炉由于燃料种类变化等原因进行的燃烧调整试验中。2023/2/521

一、热平衡试验的目的（1）求出锅炉的热效率；（2）求出锅炉的各项热损失并分析热损失高于设计值的原因，拟订降低热损失和使热效率达到设计值的措施；（3）确定锅炉机组在各种负荷下的合理运行方式，主要指过量空气系数、煤粉细度、火焰位置以及燃料和空气在燃烧器及其各层之间的分配情况等。2023/2/522二、热平衡试验的组织和准备工作（1）熟悉锅炉机组的技术资料和运行特性。（2）全面检查锅炉机组及其辅助设备、测量表计、自动调节装置等。（3）将所检查出的设备缺陷提交有关车间处理。2023/2/523

（4）制定试验计划，其内容包括：

试验任务和要求试验准备工作（如安装测点和取样设备，准备测试仪器等）试验顺序测试内容和方法人员组织和进度等试验计划应征得生技部门和有关车间同意。2023/2/524

（5）编写试验准备工作的任务书并提请审批。（6）组织试验小组。（7）准备好所需试验仪器。（8）对试验所需配件的安装进行技术监督，并培训有关试验观测人员。2023/2/525三、热平衡试验的要求（1）试验前，必须预先将锅炉负荷调整到试验规定的数值并稳定一个阶段。在此阶段内可以调整燃烧工况达到试验要求。 试验前负荷稳定阶段的持续时间由炉墙结构、试验负荷与稳定前负荷的差值而定。当原来负荷低于或高于规定试验负荷的20%以上时，将负荷调整到规定工况后一般要求稳定1~2小时，再进行试验。（2）在试验中应避免进行吹灰、除灰、打焦、定期排污及起停制粉系统等操作，以免影响试验的顺利进行和试验的准确性。2023/2/526（3）试验期间，应尽可能地维持锅炉蒸汽参数及过量空气系数等稳定，其允许波动范围一般如下：锅炉负荷±5%汽压±

0.1MPa汽温±

5℃过量空气系数±

0.052023/2/527（4）试验每改变一种工况，原则上应重复进行两次试验。如两次试验的结果相差过大时，需再重复进行两次试验。（5）对于燃煤锅炉，一般规定每一工况下正平衡试验的延续时间为8小时，反平衡试验延续时间为4小时，根据具体情况可适当减少为正平衡4小时、反平衡2小时。2023/2/528五、热平衡试验测定内容（一）入炉原煤的采样煤粉炉的原煤取样，一般在给煤机进行。人工采样时工具为铲子和储样桶。储样桶应由金属或塑料做成，带有严密的盖子。在采样和保存过程中，储样桶必须盖好盖子，并保持密封状态，以免水分蒸发。采取的试样应能代表试验期间所用燃料的平均品质。给煤机处取样，一般每隔15分钟取一次，每次约取1千克。2023/2/529（二）飞灰取样 取样地点：在锅炉的尾部烟道的适当部位。取样方法：用一套或数套专用的取样系统连续抽取少量的烟气流并在系统中将飞灰全部分离出来作为飞灰试样。如果锅炉装有效率较高的干式除尘器，可以取其干灰作为飞灰试样。试验中最常用的飞灰取样器系统如图4-4所示。2023/2/5302023/2/531（三）炉渣取样对于煤粉炉来说，炉渣取样同飞灰取样相比是次要的。对采取水力除灰的煤粉炉，在进行试验时，为保持燃烧稳定和避免漏风，一般不放灰和冲灰。对采取机械除灰的煤粉炉，可每隔30分钟采样一次。一般来说炉渣的原始试样数量应不少于炉渣总量的5%。2023/2/532（四）烟气成分分析在锅炉试验中，为下列目的，需要分别采取烟气样品进行成分分析。（1）为了确定炉膛出口过量空气系数，最好在过热器出口烟道内取样。（2）为了确定锅炉的排烟热损失，应该在锅炉尾部最末级受热面（一般为低温级空气预热器）后的烟道内取样，取样截面和排烟温度的测量截面要尽量靠近。（3）为了确定化学不完全燃烧热损失，可在烟道中任何截面上取样。但最好与上述某一项结合。（4）为了确定某一段烟道的漏风情况，需测定该烟道进、出口的过量空气系数，应在其进、出口取样。2023/2/533由于大容量锅炉的烟道很宽，烟气在烟道中的分布是不均匀的，所以每一取样处，应按等截面法进行取样。采用奥氏烟气分析器就地分析烟气成分含量时，一般可每隔15分钟取样分析一次。一般情况下，烟气中的含量CO很少，难于用奥氏分析器测定，此时可以用全烟气分析器进行测定或根据奥氏分析器测定的RO2、O2含量用公式计算CO的含量。在要求不太严时，可