fxc锅炉原理(叶江明)第三章

锅炉原理

（叶江明第三版）

电气工程学院能动系樊小朝在读博士fxc0102@126.com

qq：563803372189994226791第三章锅炉机组热平衡p40锅炉机组热平衡是计算锅炉效率、分析影响锅炉效率的因素、提高锅炉效率途径的基础，也是锅炉效率试验的基础。本章主要论述用正、反平衡法求锅炉效率的原理、计算方法；燃料消耗量的计算方法及热平衡试验方法。2第一节锅炉热平衡p40一、锅炉热平衡的概念从能量平衡的观点来看，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，锅炉的这种热吸收、支平衡关系，就叫锅炉热平衡。输入锅炉的热量是指伴随燃料送人锅炉的热量；锅炉输出的热量可以分为两部分，一部分为有效利用热量，另一部分为各项热损失。锅炉热平衡是按1kg固体或液体燃料（对气体燃料则是标准状况下1m3）为基础进行计算的。在稳定工况下，锅炉热平衡方程式可写为345第一节锅炉热平衡p41二、锅炉热平衡的意义研究锅炉热平衡的意义，就在于弄清燃料中的热量有多少被有效利用，有多少变成热损失，以及热损失分别表现在哪些方面和大小如何，以便判断锅炉设计和运行水平，进而寻求提高锅炉经济性的有效途径。锅炉设备在运行中应定期进行热平衡试验（通常称热效率试验），以查明影响锅炉效率的主要因素，作为改进锅炉的依据。6第二节锅炉输入热和有效利用热p41一、锅炉输入热对应于1kg固体或液体燃料输入锅炉的热量Q，包括燃料收到基低位发热量、燃料的物理显热、外来热源加热空气时带入的热量和雾化燃油所用蒸汽带人热量，即789第二节锅炉输入热和有效利用热p42一、锅炉有效利用热量锅炉有效利用热量包括过热蒸汽的吸热、再热蒸汽的吸热、饱和蒸汽的吸热和排污水的吸热。当锅炉不对外供应饱和蒸汽时，则单位时间内锅炉的总有效利用热量Q可按式子（3-10）计算，即10第三节锅炉的各项热损失p43一、机械不完全燃烧热损失

机械不完全燃烧热损失是由于灰中含有未燃尽的碳造成的热损失。运行中的煤粉锅炉，机械不完全燃烧热损失是根据锅炉的飞灰量与灰渣量，以及飞灰和炉渣中可燃物含量的百分数来计算。111213第三节锅炉的各项热损失p44一、机械不完全燃烧热损失

机械不完全燃烧热损失q4是燃煤锅炉主要热损失之一，通常仅次于排烟热损失。影响机械不完全燃烧热损失q4的主要因素有：燃烧方式、燃料性质、煤粉细度、过量空气系数、炉膛结构以及运行工况等。不同燃烧方式的q4数值差别很大，层燃炉、沸腾炉这项损失较大，旋风炉较小，煤粉炉介于两者之间。1.煤中灰分和水分越多，挥发分含量越少，煤粉越粗，则q4越大；2.在燃料性质相同的情况下，炉膛结构合理（有适当的高度和空间），燃烧器结构性能好、布置适当，配风合理，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.炉内过量空气系数要适当，运行中过量空气系数减小时，一般会导致q4增大；4.炉膛温度较高时，q4较小；5.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，都会导致q4增大。

14第三节锅炉的各项热损失p44一、机械不完全燃烧热损失在进行锅炉设计计算时，q4可按表3-2所推荐之数据选用。15第三节锅炉的各项热损失p45二、化学不完全燃烧热损失化学不完全燃烧热损失是由于烟气中含有可燃气体造成的热损失。这些气体主要是一氧化碳，另外还有微量的氢和甲烷等。对运行中的锅炉，q3的计算式如下：1617第三节锅炉的各项热损失p45二、化学不完全燃烧热损失

化学不完全燃烧热损失是由于烟气中存在可燃气体造成的。因此，烟气中可燃气体含量越多，q3越大。影响烟气中可燃气体含量的主要因素是：炉内过量空气系数、燃料挥发分含量、炉膛温度以及炉内空气动力工况等。1.炉内过量空气系数过小，氧气供应不足，会造成q3的增加，过量空气系数过大，又会导致炉温降低；2.燃料挥发分含量较高，其q3相对较大；3.炉膛温度过低时，燃料的燃烧速度很慢，此时烟气中的CO来不及燃烧就离开炉膛，会使q3相应增加。4.此外，炉膛结构及燃烧器布置不合理，炉膛内有死角或燃料在炉内停留时间过短，都会导致q3增大。1819第三节锅炉的各项热损失p46

锅炉的排烟热损失是由于排烟温度高于外界空气温度所造成的热损失。在室燃炉的各项热损失中，排烟热损失q2是最大的一项，约为4%~8%。排烟热损荚q2等于排烟焓值与进入锅炉的冷空气焓值的差，其计算式如下：三、排烟热损失20第三节锅炉的各项热损失p46

影响排烟热损失q2的主要因素是排烟焓的大小，而排烟焓又取决于排烟容积和排烟温度。排烟温度越高，排烟容积越大，则排烟热损失q2也就越大。一般排烟温度提高15~20℃，q2约增加1%。

降低锅炉的排烟温度，可以降低排烟热损失。但是要降低排烟温度，就要增加锅炉的尾部受热面面积，因而增大了锅炉的金属消耗量和烟气流动阻力；另一方面，烟温太低会引起锅炉尾部受热面的低温腐蚀，因而也不允许排烟温度降得过低。特别在燃用硫分较高的燃料时，排烟温度还应适当保持高一些。近代大型电厂锅炉的排烟温度约为110~160℃。三、排烟热损失21第三节锅炉的各项热损失p46排烟容积的大小取决于炉内过量空气系数和锅炉漏风量。

过量空气系数越小，漏风量越小，则排烟容积越小。但过量空气系数的减小，常会引起q3和q4的增大，所以最合理的过量空气系数（称为最佳过量空气系数）应使q2、q3和q4

之和为最小。最佳过量空气系数的值可用图3-2的曲线求得。三、排烟热损失22第三节锅炉的各项热损失p46三、排烟热损失

减小q2的措施：

1.锅炉在运行中，受热面积灰、结渣等会使传热减弱，促使排烟温度升高。因此，锅炉在运行中应注意及时地吹灰打渣，经常保持受热面的清洁。

2.炉膛及烟道漏风，不仅会增大烟气容积，漏人烟道的冷空气还会使漏风点处的烟气温度降低，从而使漏风点以后所有受热面的传热量都减小，所以漏风还会使排烟温庋升高。漏风点越靠近炉膛，对排烟温度升高的影响越大。因此，尽量减少炉膛及烟道的漏风，也是降低排烟热损失的一个重要措施。23第三节锅炉的各项热损失p47四、散热损失锅炉在运行中，汽包、联箱、汽水管道、炉墙等的温度均高于外界空气的温度，这样就会通过自然对流和辐射向周围散热，形成锅炉的散热损失。2425第三节锅炉的各项热损失p47四、散热损失影响散热损失的主要因素是：锅炉额定蒸发量（即锅炉容量）、锅炉实际蒸发量（即锅炉负荷）、锅炉外表面积、水冷壁和炉墙结构、周围空气温度等。由图3-3可知，锅炉容量增大时，额定蒸发量下的散热损失减小。这是因为锅炉容量增大时，燃料消耗量大致成正比地增加，而锅炉的外表面积却增加较慢，这样对应于单位燃料消耗量的锅炉外表面积是减少的，所以锅炉容量越大，散热损失q5e就越小。对同一台锅炉来说，当锅炉运行负荷降低时，散热损失就相对增大。若水冷壁和炉墙等结构严密紧凑，炉墙及管道的保温良好，外界空气温度高且流动缓慢，则散热损失小。26第三节锅炉的各项热损失p47四、散热损失（二）保热系数锅炉热力计算时，要涉及各段受热面所在烟道的散热损失。为了简化计算，忽略了各段烟道在结构以及所处环境上的差别，而假定各段烟道的散热损失仅与该烟道中烟气传给受热面的热量成正比，并用保热系数来表示：27第三节锅炉的各项热损失p47四、散热损失（二）保热系数锅炉热力计算时，要涉及各段受热面所在烟道的散热损失。为了简化计算，忽略了各段烟道在结构以及所处环境上的差别，而假定各段烟道的散热损失仅与该烟道中烟气传给受热面的热量成正比，并用保热系数来表示。28第三节锅炉的各项热损失p48五、灰渣物理热损失

锅炉炉渣排出炉外时带出的热量，形成灰渣物理热损失，其计算式如下：29第三节锅炉的各项热损失p48五、灰渣物理热损失灰渣物理热损失的大小主要与燃料中灰含量的多少、炉渣中纯灰量占燃料总灰量的份额以及炉渣温度高低有关。简言之，q6的大小主要决定于排渣量和排渣温度。煤粉锅炉排渣量、排渣温度主要与排渣方式有关，固态排渣煤粉炉的渣量较小，液态排渣煤粉炉的渣量较大；液态排渣煤粉炉的排渣温度要比固态排渣煤粉炉的排渣温度高得多，所以液态排渣煤粉炉的q6必须考虑。而对于固态排渣煤粉炉，只有当灰分很高时，即时才考虑。30第四节锅炉效率及燃料消耗量计算p48一、锅炉效率的计算方法锅炉效率可以通过两种测验方法得出。一种方法是测定输入热量Qr和有效利用热量Qi计算锅炉效率，称为正平衡求效率法或直接求效率法。用正平衡法求锅炉效率就是求出锅炉有效利用热量占输入热量的百分数，即

正平衡法求效率方法简单，对于效率较低的（如η<80%）工业锅炉比较准确。

另一种方法是测定锅炉的各项热损失q2、q3、q4、q5、q6后再计算锅炉效率，称为反平衡求效率法或间接求效率法。用反平衡法可以根据式(3-2)求出锅炉效率，即31第四节锅炉效率及燃料消耗量计算p49一、锅炉效率的计算方法目前电厂锅炉常用反平衡法求效率。这一方面是因为大容量锅炉用正平衡法求效率时，燃料消耗量的测量相当困难，以及在有效利用热量的测定上常会引入较大的误差，因此不如利用反平衡法求效率更为方便和准确；

另一方面是通过各项热损失的测定和分析，可以找出提高锅炉效率的途径；此外，正平衡法要求比较长时间地保持锅炉稳定工况，这也是比较困难的。32第四节锅炉效率及燃料消耗量计算p49二、锅炉燃料消耗量33第五节锅炉热平衡试验方法p49

热平衡试验是锅炉设备热工试验中最基本的一项试验。热平衡试验可以用来作为：(1)锅炉新产品的鉴定试验。鉴定新产品的技术经济指标是否与设计值相符，确定设备的运行方式。(2)锅炉设备的运行调整试验。确定锅炉设备最有利的运行方式，规定设备的技术经济指标，作为判定或修改运行规程和运行技术管理的依据，并查明运行中的缺陷。

(3)运行比较性试验。比较设备改进或检修前后的经济效果。当燃料特性、操作技术有较大改变时，需确定合理的运行参数，了解设备运行的经济性。34第五节锅炉热平衡试验方法p50一、热平衡试验的目的

(1)确定锅炉效率；

(2)确定锅炉的各项热损失；

(3)确定不同运行工况下的各项经济指标，制定合理的运行操作守则。35第五节锅炉热平衡试验方法p50二、热平衡试验的组织和准备工作锅炉效率试验的组织和准备工作如下：

(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、自动调节装置的情况，以了解其是否处于完好状态，如有缺陷，及时消除；

(3)制定试验计划，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；

(4)在制定试验计划的基础上，编写试验准备工作的任务书，其内容包括试验所需器具装置的制造和型襄等项目；

(5)组织试验小组；

(6)准备好所需试验仪器；

(7)对试验需用配件的安装进行技术监督，并培训试验观测人员。36第五节锅炉热平衡试验方法p50三、热平衡试验的要求（一）试验负荷的选择为了求得锅炉在负荷变化范围内的运行特性，各项试验应在锅炉的四种负荷下进行。

(l)锅炉的额定负荷。

(2)锅炉的最低负荷。

(3)在额定和最低负荷之间选择适当的两个中间值，其中一介最好在经济负荷范围内。如有必要，还可进行锅炉设备短时的最大负荷（超额定负荷5%~10%）试验。

每改变一种工况，原则上应重复进行两次测试，如两次测试的结果相差过大时，需再重做一次或多次。37第五节锅炉热平衡试验方法p50三、热平衡试验的要求（二）煤质与主要参数的允许波动范围

试验期间所用的煤种，必须是试验大纲所规定的煤种。在进行同一项目的试验时，每次测试中燃煤的各项工业分析数据与全组测试该项目中的平均值之间的允许偏差，一般为此外，试验期间的给水温度不应有较大波动。38第五节锅炉热平衡试验方法p51三、热平衡试验的要求

（三）试验前的稳定阶段与试验持续时间各类试验一般应在锅炉带负荷连续运行72h以后进行，以保证全部锅炉设备的工况完全稳定。在试验前的稳定阶段内，应将负荷调整到试验规定的负荷，经1~2h后，在燃料量和空气量已稳定的情况下，等待烟道各部位的烟温稳定后，方可开始试验。受热面吹灰、炉膛清灰及定期排污等工作都应在试验前的负荷稳定阶段内完成。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8h，反平衡试验的延续时间为4h，但根据具体情况可适当减少，正平衡4h反平衡2h亦可。39第五节锅炉热平衡试验方法p51四、热平衡试验测定内容锅炉热平衡试验测定内容，应根据试验要求而定。按反平衡法进行热平衡试验时，基本测量项目为：

(l)燃料的元素分析；

(2)人炉燃料采样与工业分析；

(3)煤粉细度分析；

(4)飞灰和炉渣采样及可燃物含量的测定；

(5)排烟温度；

(6)炉膛出口（或过热器后）的过量空气系数(O2)；

(7)排烟成分(O2、CO2、CO、H2、CH4等)的分析。如同时按正平衡法进行试验时，还应增加如下的基本测量项目：

(l)锅炉的蒸汽流量或给水流量，连续排污量及减温水流量；

(2)绐水和蒸汽温度；

(3)人炉燃料量；

(4)蒸汽压力。。40第五节锅炉热平衡试验方法p51五、主要参数的记录及数据的整理试验期间的温度、压力、流量等重要参数应每隔15min记录一次，需要记录的项目，应根据试验要求选定。每次试验结束后，要进行数据的整理工作。对测试中重复多次测取的测量参数，一般取其算术平均值作为其直接测量值。在计算平均值时，须先审查观测记录，遇有与正常读数相差较大的记录值，应加以分析，根据误差范围的要求决定取舍。在测试过程中，如规定的工况受到短期破坏，参数的变化超过允许范围时，则在观测记录上应取消受到影响的那些测量读数。重复多次测取的测量参数，如果被取消的及舍弃的读数个数超过测试期间内应该测取的总数的1/3时，则该测量项目无效。如一次测试中有几个项目无效，而且影响到测试结果时，则整个这次测试无效。各测量参数的观测值，通常仅取最末一位有效数字是不准确的，即估读的存疑数字。各测量参数的平均测值只取有效数字位数，其末位为不准确数字。如果参加平均的读数等于或超过4个，则其平均值的有效数字可较读数增加一位。求得平均测值后，按系统误差的处理方法进行更正及修正，然后记入测试数据计算表格中。对于一般试验，各项热损失的计算位取到小数点后两位，而锅炉效率数值，则只保留到小数点后一位（均以百分数表示）。煤粉炉热平衡试验效率计算表（反平衡）示例见表3-3。414243第五节锅炉热平衡试验方法p53六、试验报告锅炉热平衡试验技术报告内容与所做的工作的特点和内容有关。其编写程序一般包括:(1)试验的目的与方法。(2)锅炉设备的结构特性与运行情况。(3)测量方法与试验工作的特点。(4)试验结果及分析。(5)结论与建议。(6)数据综合表及线图。(7)测量技术及仪表的说明附件。(8)其他附件。44作业一、解释基本概念1、理论空气量2、过量空气系数3、理论烟气量4、理论烟气焓

5、最佳过量空气系数6、锅炉机组的热平衡7、正平衡法和反平衡法二、思考题

1、理论烟气量中的物质成分有哪些？

2、如何确定最佳过量空气系数？3、我国锅炉热平衡规定有哪些热损失？4、燃煤锅炉的机械未完全燃烧损失具体包括哪些损失？三、分析题1、分析锅炉漏风的危害性。2、分析影响锅炉排烟损失大小的因素。3、一般来讲，燃煤锅炉的烟气中包括哪些可燃物？45四、计算题1、某电厂锅炉淮南烟:Cdaf=85.00%,Hdaf=5.60%,Odaf=7.30%,Ndaf=0.80%,Sdaf=1.30%,Ad=21.