锅炉及锅炉房设备第二章-第三节

第三节锅炉机组热平衡

研究锅炉机组的热平衡目的就在于定量计算与分析各项能量的大小，找出引起热量损失的原因，提出减少损失的措施，提高锅炉效率，降低发电成本。1、锅炉热平衡概念定义：在稳定工况下，输入锅炉的热量应与输出锅炉的热量相平衡，锅炉的这种热量收、支平衡关系，就叫锅炉的热平衡。输入输出锅炉的能量见图3－2。在讨论各种能量时，均以1kg燃料为基础，所以其单位都为kJ／kg。2、锅炉热平衡目的一、锅炉的热平衡●锅炉机组的热平衡方程：Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6kJ/kgq1+q2+q3+q4+q5+q6=100两边同除Qr乘100%●锅炉效率锅炉输入热量和有效利用热量锅炉输入热量Qr四部分组成：1、燃料的收到基低位发热量Qar,net，kJ/kg；2、燃料物理显热ir=Cptr，kJ/kg；对于煤粉炉，ir数值相对较小，可以忽略。3、外来热源加热空气时带入的热量Qwr，kJ/kg；4、雾化燃油所用蒸汽带入的热量Qwh，kJ/kg。一、锅炉输入热量对于燃煤锅炉，如果燃料和空气都没有利用外界热量进行预热，输入热量Qr=Qar,net。二、锅炉有效利用热Q1●概念：锅炉的有效利用热指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。●说明：空气在空气预热器中吸收的热量不计入有效利用热里面？

空气虽然在空气预热器吸热，但随后又回到炉膛，这部分热量属于锅炉内部的热量循环，不应计入锅炉的有效利用热中.●

锅炉的有效利用热Q1为其中：相对于每Kg燃料的有效利用热量为★当排污量占锅炉蒸发量不到2%时，排污水热量可忽略。锅炉的各项热损失Q2—排烟热损失Q3—化学未完全燃烧热损失Q4—机械未完全燃烧热损失Q5—散热损失Q6—灰渣物理热损失1、机械不完全燃烧热损失Q4影响因素：●

概念：机械不完全燃烧热损失是灰中未燃烧或未燃尽的碳造成的热损失和使用中速磨煤机时排出石子煤的热量损失，也称为固体未完全燃烧损失。燃料性质燃烧方式、炉膛型式和结构、燃烧器设计和布置炉膛温度、锅炉负荷运行水平（α）、燃料在炉内的停留时间和空气的混合情况机械未完全燃烧热损失是燃煤锅炉的主要热损失之一，一般仅次于排烟热损失。1、燃料性质煤中灰分和水分越少、挥发分含量越多、煤粉越细，则q4越小；2、燃烧方式、炉膛型式和结构、燃烧器设计和布置在燃料性质相同的条件，炉膛结构合理（有适当的高度和容积），喷燃器的结构性能好，布置位置适当，使气粉有较好的混合条件和较长的炉内停留时间，则q4较小；3、炉膛温度、锅炉负荷炉内过量空气系数适当，炉膛温度较高时，q4也较小。锅炉负荷过高将使煤粉来不及在炉内烧透，负荷过低则炉温降低，都将使q4增大。4、运行水平（α）、燃料在炉内的停留时间和空气的混合情况过量空气系数过小固体燃料不能完全燃烧q4增大；过量空气系数过大，会使炉温较低，q4也会增大；燃料在炉内的停留时间过短、空气与燃料混合不充分则q4增大。2、化学未完全燃烧热损失Q3概念：化学未完全燃烧热损失亦称可燃气体未完全燃烧热损失。是锅炉排烟中残留的可燃气（CO、H2、CH4等）未燃烧放热而造成的热损失。等于烟气中各种可燃气体的容积与其容积发热量乘积之和。1、炉膛过量空气系数3、燃烧器结构和布置2、燃料的挥发分4、炉膛温度和炉内空气动力工况燃料中的挥发分多炉内可燃气体的量就增多，容易出现不完全燃烧，q3就比较大。过量空气系数过小可燃气体不能完全燃烧q3增大，过量空气系数过大，会使炉温较低，q3也会增大炉膛结构及燃烧器布置不合理，使燃料在炉内停留时间过短，q3增大炉内温度低或炉内空气动力场不好时q3就比较大。●影响因素：3、排烟热损失Q2●

概念：排烟热损失是由于排烟所拥有的热量随烟气排入大气而未被利用造成的。排烟热损失是锅炉热损失中最大的一项，大中型锅炉正常运行时的q2约为（4~8）%主要取决于排烟温度和排烟容积。1、燃料的性质当煤中的水分和硫分较高时，为了避免或减轻尾部受热面的低温腐蚀，必须采用较高的排烟温度。水分增大，使排烟容积增大2、受热面的积灰、结渣或结垢受热面发生积灰、结渣或结垢时，烟气与受热面的换热量减少，排烟温度就会升高3、炉膛出口的过量空气系数以及烟道各处的漏风炉膛出口的过量空气系数以及烟道各处的漏风增加将增大排烟的容积。●

影响锅炉排烟温度和排烟容积的因素：过量空气系数的选择：最佳过量空气系数α当q2+q3+q4之和为最小或锅炉效率最高时所对应的过量空气系数，称为最佳过量空气系数。--锅炉额定容量、运行容量下的散热损失--锅炉额定容量、运行容量q5与锅炉运行负荷近似成反比变化

4、散热损失q5

（一）散热损失

锅炉运行中，由于汽包、联箱、管道以及炉墙的温度高于环境温度，通过对流和辐射向外散发的热量●、影响因素炉体表面积炉体表面温度炉墙结构形式（光管式比水膜式大）炉墙保温层性能周围环境温度锅炉负荷大小（二）保热系数称为散热系数5、灰渣物理热损失q6

由于锅炉中排出的灰渣及漏煤（层燃炉）的温度一般在600～800℃造成的热损失。层燃炉：600～800℃；煤粉炉：固态排渣600℃左右；液态排渣：大于1000℃；沸腾炉：800℃左右。

锅炉效率及燃料消耗量计算1、锅炉效率的计算方法通过测定输入热量Qr和有效利用热量Q1计算锅炉效率，称为正平衡求效率法或直接求效率法。通过测定锅炉各项热损失q2、q3、q4、q5、q6后计算的锅炉效率称为称为反平衡求效率法或间接求效率法。2．锅炉热效率锅炉热效率是指锅炉的有效利用热与锅炉送入热量之比，即：

反平衡法效率：正平衡效率：三．燃料消耗量1、实际燃料消耗量2、计算燃料消耗量

指扣除机械未完全燃烧热损失q4后，在炉内实际参与燃烧的燃料消耗量

两种燃料消耗量的用途：

燃料消耗量B计算输煤系统和制粉系统计算时要采用燃料消耗量计算燃料消耗量Bj计算燃烧所需的空气量和生成的烟气量时，因为有部分燃料未参与反应必须对B进行修正，即按计算燃料量Bj来进行计算锅炉热平衡实验方法一、热平衡试验目的确定锅炉机组的热效率；确定锅炉机组各项热损失的大小，分析造成各项热损失的原因并寻求降低热损失的方法，以提高锅炉机组的热效率；二、确定锅炉机组热效率的方法正平衡法正平衡法是指直接确定输入锅炉的热量Qr和锅炉的有效利用热Q1，然后利用锅炉热效率的定义式计算锅炉热效率的方法。为了确定Q1和Qr，需要测定工质的流量、工质的状态参数、燃料消耗量B等数据。