第4章 物质平衡及热平衡-1=西安交通大学-锅炉原理

第4章物质平衡与热平衡4.1燃烧所需空气量燃烧是一种化学反应。1说明：24.1.1理论空气量1.固体及液体燃料345乘上空气的密度可得到用质量表示的理论空气量。当缺乏燃料的元素分析数据时，可由经验式近似地求出标准状态下的理论空气量值。62.气体燃料标准状态下1m3气体燃料按燃烧反应计量方程完全燃烧所需要的空气量（指干空气）称为气体燃料的理论空气量(m3／m3)。和固体及液体燃料一样，气体燃料的燃烧计算也是建立在其可燃成分的燃烧化学反应方程式的基础上的。7表4-1各种单一可燃气体的燃烧化学反应式894.1.2实际空气量、过量空气系数和漏风系数实际送入锅炉的空气量称为实际空气量，其值一般都大于理论空气量。比理论空气量多出的这一部分空气称为过量空气。实际空气量=理论空气量+过量空气量。

101112134.2.1理论烟气量和实际烟气量标准状态下，lkg固体及液体燃料在理论空气量下完全燃烧时所产生的燃烧产物的体积称为固体及液体燃料的理论烟气量，用下式表示：14151617181920212223244.2.2完全燃烧方程和不完全燃烧方程不论是完全燃烧还是不完全燃烧，我们需要知道烟气的总容积及每一成分所占的份额。烟气分析计算各种成分的容积份额烟气总容积干烟气量计算燃料氢水分空气湿度实际水蒸气容积关键！25+由烟气分析仪由烟气分析仪26由碳的燃烧化学反应式可知，无论是生成二氧化碳还是一氧化碳、二氧化碳兼有，其总容积是相同的。由前式27仅考虑烟气中CO时，不完全燃烧时的烟气成分为其中，三原子气体与氧所占干烟气的份额可由烟气分析仪测定。28氮的来源燃料氮空气氮2930不完全燃烧方程式313233当燃料的值一定，无论过量空气量如何，干烟气成分测量值满足该式，说明燃烧是完全的。若不能满足该式，则说明烟气分析不准确或者烟气中有CO而碳未燃尽，即为不完全燃烧。344.2.3烟气分析及运行过量空气系数的确定烟气分析是通过对烟气中各种成分及含量的测定，了解炉内的燃烧工况，提出正确的燃烧调整方案，以保持锅炉运行的高效率。烟气分析的方法很多，有化学吸收法，电气测量法，红外光谱法以及色谱分析法等。最好是进行烟气全成分分析。可通过烟气成分（主要是二氧化碳或氧量）监督，掌握锅炉燃烧状况。3536原因：(1)如图，在同一过量空气系数下，不同燃料燃烧产生的CO2含量相差很大，而O2的含量却相差很小。37锅炉运行时的过量空气系数可根据烟气分析的结果予以确定。忽略燃料中的氮时38394041424.3燃烧温度和烟气焓4.3.1燃烧温度及其涵义燃烧温度:

燃料燃烧时所放出的热量传给气态的燃烧产物而产生的温度。燃料的燃烧温度可以通过燃烧过程中的能量平衡关系求出。燃料和空气送入炉内进行燃烧，它们带入的热量包括两部分：(1)由燃料和空气带入的物理显热(燃料和空气的热焓)；(2)是燃料的化学热量(发热值)。4344实际过程中燃料燃烧所释放出的热量并不能全部都用来加热燃烧产物使其温度升高。因为:燃烧不是瞬间完成，需要时间，在此时间内有部分热量被传到周围介质中去而成为热损失；可能有部分热量被用来对外做功；高温下，燃烧产物中有某些组成部分要产生离解，要吸收一定数量的热量。45实际中，烟气温度低于1500℃时，CO2和H2O分解的影响可以忽略不计。但当烟气温度高于1800～2000℃时，分解反应开始明显，应考虑CO2和H2O的分解吸热。在热平衡方程式中不考虑因CO2和H2O的离解吸热而损失的热量，全部热量用来加热烟气（即绝热）后所获得的烟气温度称为理论燃烧温度或绝热火焰温度(AdiabaticFlameTemperature)。这个温度是在给定燃料和空气组合条件下，燃烧产物所能达到的最高温度。理论燃烧温度在α=1时达到最大值，称为燃烧热量温度。此温度可用来显示燃料的高温能力。46理论燃烧温度数值的影响因素:燃料的热值燃烧产物的热容量燃烧产物的数量燃料与空气的温度过量空气系数等474.3.2烟气焓值及燃烧温度的确定

484950514.4锅炉的热平衡4.4.1锅炉热效率1.热平衡基本概念定义:

在稳定运行状态下，锅炉输入热量与输出热量及各项热损失之间的热量平衡。基准:

热平衡是以1kg固体或液体燃料，或0℃、0.1MPa的1m3气体燃料为基础进行计算的。目的:

通过热平衡可知锅炉的有效利用热量、各项热损失，从而计算锅炉热效率和燃料消耗量。5253545556574.4.2各项热损失1.固体不完全燃烧热损失指燃料中未燃烧或未燃尽碳造成的热损失，这些碳残留在灰渣中，也称为机械未完全燃烧损失或未燃碳损失。燃烧方式不同，生成的灰渣形式不同，固体不完全燃烧热损失的计算公式不同!

5859606162636465666768694.散热损失由于锅炉本体及锅炉范围内各种管道、附件的温度高于环境温度而散失的热量。影响散热损失的主要因素有：锅炉外表面积的大小、外表面温度、炉墙结构、保温隔热性能及环境温度等。测量及计算方法复杂。常用的方法是按锅炉容量选一经验值，设计锅炉时可查图或用简单公式计算得到。7071散热损失随锅炉的容量的增大而减小。原因:当锅炉容量增大时，燃料消耗量基本上也按比例增加，而锅炉的外表面积却增加稍慢，相应于单位燃料的炉墙外表面积便减小，散热损失减小了。

7273747576774.4.4中外热效率计算方法比较不同的锅炉热力计算方法，对热损失的界定是不同的。以上介绍的是前苏联1973年锅炉热力计算标准方法和我国采用的方法。随着同世界其他国家之间工业与技术交流及合作的发展，掌握锅炉热力计算的我国国家标准同其他国家的标准之间的差别是非常有意义的。主要有ASME