工业锅炉热工计算概述(PPT 51页).ppt

1、1,第三章 工业锅炉热工计算,3.1煤和燃料油的燃烧计算及燃烧工况检测 3.2气体燃料的燃烧计算及燃烧工况检测 3.3烟气焓的计算 3.4锅炉机组的热平衡,2,1.燃料的燃烧？ 燃料中的可燃元素和氧在高温条件下发生剧烈的氧化反应，同时放出大量热量的过程。 2.燃料的燃烧产物？ 烟气、灰和渣。 3.锅炉热工计算（燃烧计算）的任务: 确定燃料燃烧时，需要的空气量？ 生成的烟气量？ 空气焓、烟气焓？,3,4.计算基准 固体燃料和液体燃料：以1kg质量燃料为基准； 气体燃料：以标准状态下1m3体积燃料为基准。 5.几个假定 空气、烟气所含有的各组成气体及水蒸气，均为理想气体，在标准状态下，1kmol气

2、体的体积为22.4m3。 空气只是氧和氮的混合气体，其体积比为21：79。,4,一、燃料燃烧所需的空气量的计算 1理论空气量 （理论公式） 1kg接收基燃料完全燃烧，而又无过剩氧存在时所需的空气量，称为理论空气量。 C完全燃烧反应方程式 C + O2 = CO2 12kg C + 22.4m3O2 = 22.4m3 CO2 1kg C 完全燃烧，需1.866m3O2 ，并产生1.866m3CO2。,3-1煤和燃料油的燃烧计算及燃烧工况监测,5,S完全燃烧反应方程式 S + O2 = SO2 32kg S + 22.4m3O2 = 22.4m3SO2 即1kg S完全燃烧，需0.7m3O2，生成

3、0.7m3SO2； H完全燃烧反应方程式 2H2 + O2 = 2H2O 22.016kgH2 + 22.4m3O2 = 44.8m3H2O 即1kg H完全燃烧，需5.56m3O2，生成11.1m3H2O。,6,1kg接收基燃料中，含 kg碳、 kg硫、 kg氢，而1kg接收基燃料中已含有 kg氧，在标准状态下其容积为： m3/kg 所以，1kg接收基燃料完全燃烧时所需外界供应的理论氧气量为： m3/kg,7,理论空气量 m3/kg ：,8,经验公式计算理论空气量当缺乏燃料的元素分析资料时，理论空气量可根据燃料的发热量进行近似计算。简化公式有： 对于Vdaf15%的烟煤和褐煤,9,对于Qne

4、t,v,ar12500kJ/kg的劣质烟煤 对于燃料油,10,2.实际空气量Vk 实际空气量Vk比理论空气量 多出的空气，称为过量空气，二者之比称为过量空气系数，即：,11,炉膛出口过量空气系数 通常用锅炉炉膛出口处的过量空气系数 表示锅炉过量空气系数的大小。 =f（燃料种类、燃烧方式、燃烧设备完善程度），供热锅炉常用层燃炉 =1.31.6。 为了使燃料在炉内尽可能完全燃烧，实际送入炉内的空气量总是大于理论空气量。 过量空气系数是锅炉运行的重要指标，它直接影响到锅炉运行的经济性和安全性。,12,漏风系数处于负压下运行状态的锅炉（炉膛和烟道保持一定的负压），外界空气会不断地从炉墙和烟道的不严密处

5、漏入，漏入的空气量与理论空气量的之比称为漏风系数，用表示。 除炉膛外，锅炉其他部位的漏风，基本上都不能起到助燃的作用，对燃烧不利，而且增加了烟气量与引风机的动力消耗。教材P48表3-1列出了负压燃烧锅炉各部位漏风系数的经验值。,13,二、燃烧所生成的烟气量,1.理论烟气量（理论公式） 燃料燃烧后生成烟气，如过量空系数=1，又达到完全燃烧，则烟气中只含有CO2、SO2、水蒸气H2O、N2四种气体，这时烟气的体积称为理论烟气量。 二氧化碳体积 1kg碳完全燃烧生成1.866m3CO2，1kg燃料中含 kg碳，燃烧后为 m3/kg,14,二氧化硫体积 1kg硫完全燃烧生成0.7m3SO2，1kg燃料

6、中含 kg硫，燃烧后为 m3/kg 三原子气体体积 m3/kg,15,理论水蒸气体积 （1）燃料中氢完全燃烧生成水蒸气 m3/kg （2）燃料中水分形成的水蒸气 m3/kg （3）理论空气量 带入的水蒸气,16,（4）燃用重油，且用蒸汽雾化时，带入炉内的水蒸气，雾化1kg重油消耗蒸汽量为Gwh，这部分水蒸气的体积为1.24Gwhm3/kg。 m3/kg 理论氮气体积 理论空气中的含有氮： 燃料本身所含的氮：,17,理论烟气量 m3/kg 为干烟气体积。,18,可用经验公式计算理论烟气量当缺乏燃料的元素分析资料时，理论空气量可根据燃料的发热量进行近似计算。简化公式有： 对于无烟煤、贫煤和褐煤,1

7、9,对于Qnet,v,ar12560kJ/kg的劣质煤 对于燃料油,20,2.实际烟气量 （1）过量空气的体积 （2）过量空气中水蒸气的体积 则实际烟气量为：,21,一、气体燃料燃烧所需空气量 （1）理论空气量 （理论公式） 1m3燃气完全燃烧，且无过剩氧存在时，燃烧所需的空气量。用符号 表示，单位为m3/m3。可燃组分：H2、CO、CmHn和H2S。 H完全燃烧反应方程式 2H2 + O2 = 2H2O 222.4m3 H2+22.4m3O2= 222.4m3H2O 1m3H完全燃烧，需0.5m3 O2，生成1m3 H2O。,3-2气体燃料的燃烧计算及燃烧工况监测,22,CO完全燃烧反应方程

8、式 2CO + O2 = 2CO2 222.4m3CO+22.4m3 O2= 222.4m3CO2 1m3CO完全燃烧，需0.5m3 O2，生成1m3CO2。 CmHn完全燃烧反应方程式 CmHn+ (m + n/4)O2= mCO2+n/2 H2O 22.4m3 CmHn + (m+n/4) 22.4m3 O2 = m22.4 m3 CO2 + n/222.4m3H2O 1m3CmHn完全燃烧，需(m+n/4)m3 O2，生成m m3CO2，n/2m3 H2O。,23,H2S完全燃烧反应方程式 2H2S + 3O2 =2SO2 + 2H2O 222.4m3 H2S + 322.4m3 O2

9、=222.4m3 S2O + 222.4m3 H2O 1m3 H2S完全燃烧，需1.5m3 O2，生成1m3 SO2，1m3 H2O。,24,1 m3 燃气中，含 m3 H2、 m3 CO、 m3 CmHn、 m3 H2S，完全燃烧时所需外界供应的理论氧气量为： 理论空气量： （2）实际空气量：,25,二、燃烧生成的烟气量,1.理论烟气量（理论公式） 燃料燃烧后生成烟气，如过量空系数=1，又达到完全燃烧，则烟气中只含有CO2、SO2、水蒸气H2O、N2四种气体，这时烟气的体积称为理论烟气量。,26,2.实际烟气量,27,烟气焓的组成：理论烟气量的焓、过量空气量的焓、飞灰的焓，即： 1.理论空气

10、量的焓 lkg固体燃料或燃料油或1m3气体燃料完全燃烧所需的理论空气量，在等压下从0加热到（或t）所需的热量，称为理论空气量的焓。,3-3烟气焓的计算,28,2.理论烟气量的焓 lkg固体燃料或燃料油或1m3气体燃料在理论空气量下完全燃烧生成的烟气量，在等压下从0加热到所需的热量，称为理论烟气量的焓。 （可查表得到） =,29,3.过量空气的焓： 4.飞灰的焓： 下列情况飞灰焓可忽略不计，否则必须计算。 在层燃炉和煤粉炉中，当 在流化床锅炉中，当,30,对于其他情况的燃煤、燃气、燃油锅炉，由于烟气中飞灰的含量很少或者根本没有飞灰 ，其焓占据烟气焓的比例很小或者为零，由此产生的误差在工程上是可以

11、接受的，可以不予考虑。 由于锅炉燃料不同，锅炉各部位过量空气系数不相同，烟气温度也在变化，一般烟气焓要分别进行计算。为了计算方便一般需要预先编制焓温表或焓温图。已知烟气温度和过量空气系数，可以查取烟气焓值；或者已知烟气的焓和过量空气系数，查取烟气的温度。,31,1.研究的内容 研究燃料的热量在锅炉中的利用情况，有效利用、热量损失的表现及产生的原因。 2.研究的目的 寻求提高锅炉热效率的途径。 3.锅炉热平衡? 为了全面评定锅炉的工作状况，必须对锅炉进行测试，这种测验称为锅炉热平衡（或热效率）试验，如图3-1所示。,3-4 锅炉机组的热平衡,32,一、锅炉热平衡方程 锅炉热平衡的基准：1kg固体

12、燃料、液体燃料或1Nm3气体燃料。 建立1kg燃料带入炉内的热量与有效利用热和各项热损失的平衡关系：（见图3-2） 两边同除以Qr ，则得,33,式中 Qr1kg燃料带入炉内的热量，kJ/kg； Q1锅炉有效利用热量，kJ/kg； Q2锅炉排烟热损失，kJ/kg； Q3气体（化学）不完全燃烧热损失，kJ/kg； Q4固体（机械）不完全燃烧热损失，kJ/kg； Q5锅炉散热损失，kJ/kg； Q6灰渣物理热损失，kJ/kg； q有效利用热和各项热损失的百分数。,34,二、输入锅炉的热量 1kg煤或燃料油带入锅炉的热量 ： kJ/kg lm3气体燃料带入锅炉的热量 ： kJ/m3,More Inf

13、ormation,35,Qnet,v,ar燃料燃烧放出的热量，即燃料的低位发热量； 燃料物理热：hr=Crtr Qwr为外部热源加热空气带入炉内的热量 Qwh蒸汽雾化重油带入炉内的热量,36,三、锅炉有效利用热量 有效利用热量： 饱和蒸汽锅炉 过热蒸汽锅炉 热水锅炉,More Information,37,四、锅炉的各项热损失？ 1.排烟热损失 排烟热损失q2的形成 烟气离开锅炉排入大气时，烟气温度（过高？或过低？）进入锅炉的空气温度，排烟所带走的热量损失称为排烟热损失。,38,（2）排烟热损失的测定与计算 由于固体未完全燃烧的存在，对烟气容积的修正。More q2是锅炉热损失的最大项，装省煤

14、器的水管锅炉q2612%，不装省煤器的水管锅炉q220%以上。,39,2.气体不完全燃烧热损失(化学热损失) 气体不完全燃烧热损失q3的形成 q3是由于部分CO、H2、CH4等可燃气体未燃烧就随烟气排出所造成的损失。 q3=f（炉子的结构、燃料特性、燃烧过程的组织、运行水平） 降低q3的有效措施：保持炉膛足够的高温和适量的过量空气系数，注意炉内一次风、二次风的配比和强烈混合，保证整个火焰充满整个炉膛。,40,气体不完全燃烧热损失的测定与计算 用烟气分析仪测定烟气中的CO、H2、CH4。 实际上烟气中的H2，CH4的含量很少，可忽略不计。可用简化公式进行计算：,41,3.固体不完全燃烧热损失 固

15、体不完全燃烧热损失q4的形成 q4是由于进入炉膛的燃料，有一部分没有参与燃烧或未燃尽而被排出炉外所造成的损失。 由三部分组成：灰渣损失Qhz、漏煤损失Qlm、飞灰损失Qfh，是锅炉热损失中的主要项目。 q4=f(燃料特性、燃烧方式、锅炉结构、运行工况),42,固体不完全燃烧热损失的测定与计算 在锅炉运行中，收集每小时的灰渣、漏煤和飞灰重量Ghz、Glm和Gfh，分析可燃物的质量百分数Chz、Clm和Cfh（%），通过试验测定并按照下式计算kJ/kg。（ Cfh通过灰平衡法确定） 当设计新锅炉时，q4可根据燃烧方式、燃料种类由查表5-2选取。,43,4.散热损失 散热损失q5的形成 锅炉运行时，

16、炉墙、钢架、管道、其他附件的表面温度周围环境温度造成的热量散失，称锅炉的散热损失。 散热损失的计算 对于中、低压锅炉，q5可查下表。,44,Fs锅炉散热表面积，m2； s锅炉散热表面积的放热系数，w/m2.； ts，tk散热表面温度和周围空气温度，； B燃料消耗量，kg/h；,锅炉的散热损失q5,45,（3）保温系数 保温系数：表示烟气在烟道中的放热量被该烟道中的受热面所吸收的份额。假定：各烟道与整台锅炉的保热系数是相等，则 当没有空气预热器或空气预热器吸热很小时，则,46,5.灰渣物理热损失 是由于锅炉排出灰渣（一般都在600800以上）造成的热损失。 固态排渣煤粉炉，当 时， 可忽略不计。,47,灰渣中灰分的质量占燃料总灰分质量的质量份额，当层燃炉漏煤量很少时，可近似按照 计算。 对于层燃炉与固态排渣煤粉 ，对于沸腾炉 。 灰渣物理热损失的大小与锅炉形式、燃料性质以及排渣率有关。,48,五、锅炉热效率 锅炉效率可用热平衡试验测定。 测定方法 ：