锅炉机组热平衡解析.ppt

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锅炉机组热平衡,锅炉热平衡方程式：,Q,r,=Q,1,+Q,2,+Q,3,+Q,4,+Q,5,+Q,6,kJ/kg,（,41,）,锅炉热平衡方程式：（以百分数表示）,100,q,1,+q,2,+q,3,+q,4,+q,5,+q,6,%,（,42,）,5,二、锅炉正平衡求效率,锅炉输入热量,对于燃煤或燃油锅炉，每1kg燃料带入锅炉的热量为:,kJ/kg,1kg燃料输入锅炉的热量，,kJ/kg；,燃料的收到基低位发热量，,kJ/kg；,燃料的物理显热，,kJ/kg；,雾化燃油所用蒸汽带入的热量，,kJ/kg；,外来热源加热空气时带入的热量，,kJ/kg。,6,二、锅炉正平衡求效率,锅炉输入热量,1.,燃料的物理显热,固体燃料收到基的比热容计算式,：,只有在固体燃料水分较大（）时才考虑，其计算式为,燃料收到基的比热容,燃料温度，固体燃料无外来热源加热燃料时可取20。,（45）,（46）,（47）,液体燃料收到基的比热容计算式,：,7,二、锅炉正平衡求效率,3.,户外来热源加热空气时带入的热量,空气预热器进口空气侧的过量空气系数,2.,雾化燃油所用蒸汽带入的热量,锅炉输入热量,雾化蒸汽随排烟离开锅炉时的焓，取其值等于汽化潜热,kJ/kg （48）,雾化1kg燃油所用的蒸汽量，,kg,/kg；,雾化蒸汽的焓值，,kJ/kg；,kJ/kg,（49）,加热后热空气的理论焓值，,kJ/kg；,加热前冷空气的理论焓值，,kJ/kg，基准温度取冷空气温度2030。,式中：,式中：,8,二、锅炉正平衡求效率,锅炉有效利用热量,包括：饱和蒸汽的吸热量、过热蒸汽的吸热量、再热蒸汽的吸热量、排污水的吸热量。,锅炉有效利用热量,（410）,过热蒸汽流量、再热蒸汽流量、排污水流量，,kg/h；,过热器出口蒸汽焓、排污水焓、给水焓，,kJ/kg；,再热器出口、进口的蒸汽焓，,kJ/kg。,9,三、锅炉反平衡求效率及各项热损失,锅炉效率的计算方法,正平衡求效率法：,通过测定锅炉输入热量和有效利用热量，计算锅炉热效率。,反平衡求效率法：,通过测定锅炉的各项热损失，从而计算出锅炉热效率的方法。,此方法求锅炉热效率需要知道,锅炉各项热损失。,10,设计时：,燃料消耗量未知，均采用,反平衡法,计算,。即预先确定各项损失后，再求锅炉效率。,运行时：,大中型锅炉一般采用,反平衡法,计算,。,小型锅炉，,正、反平衡法,均采用。,煤粉炉一般采用,反平衡法,计算,。,正、反平衡法,使用的场合,11,三、锅炉反平衡求效率及各项热损失,在煤粉炉中，它是由烟气带出的飞灰和冷灰斗排出的灰渣中的未燃尽碳造成的。,机械不完全燃烧热损失q,4,机械不完全燃烧热损失的计算：,在锅炉,设计,时，按经验数据选取。,运行,中的锅炉，通过热平衡试验测定。,12,机械不完全燃烧热损失q,4,问题：在锅炉运行中飞灰量无法准确测定（灰可能沉积在受热面上或烟道中而无法完全收集到）。,13,机械不完全燃烧热损失,q,4,问题：,在锅炉运行中飞灰量无法准确测定。,原因：,1）除尘器的效率不是百分之百；,2）一部分飞灰附着在锅炉烟道内壁和受热面上；,对于大容量锅炉，常采用水力除灰，灰渣量也无法准确得到。,14,机械不完全燃烧热损失,q,4,灰平衡进入炉内燃料的总灰量等于飞灰和灰渣中的灰量之和。,式中：,飞灰中灰的质量百分数；,炉渣中灰的质量百分数。,又因为：,可得：,15,机械不完全燃烧热损失,q,4,固态排渣煤粉炉,fh,0.900.95，,lz,=0.050.10。,飞灰份额,：飞灰中的灰占燃料总灰份的份额,炉渣份额,：炉渣中的灰占燃料总灰分的份额,也即：,16,机械不完全燃烧热损失,q,4,带入公式（412）中，可得,17,机械不完全燃烧热损失,q,4,影响机械不完全燃烧热损失的主要因素,影响因素主要有,燃料性质,、,煤粉细度,、,燃烧方式,、,炉膛结构,、,锅炉负荷,、,炉内空气动力场,以及,运行情况,等。,燃料性质：,灰分、水分和挥发分越大，,q,4,越小；,炉膛结构：,炉堂容积小，高度不够，水冷壁布置过多及燃烧器布置不合理等，会使煤粉在炉内停留的时间短和风粉混合的质量下降，,q,4,增大。,燃烧方式：,层燃炉、沸腾炉的,q,4,较大，旋风炉,q,4,较小，煤粉炉二者之间。固态排渣煤粉炉,q,4,大于液态排渣煤粉炉。,18,机械不完全燃烧热损失,q,4,锅炉负荷：,过高时，单位时间送入炉内的煤粉量和空气量都增加，风粉运动速度升高，煤粉停留时间缩短，使,q,4,增大；,较低时，炉膛温度降低，燃烧反应速度减小，使,q,4,增大。,运行时的过量空气系数,：,当,较小时，氧气供应不足，燃烧不完全，,q,4,增大,；,当,较大时，会使炉温降低，,q,4,增大。,煤粉细度：,煤粉颗粒越细小，,q,4,越小。,q,4,是仅次于排烟热损失q,2,。,19,化学不完全燃烧热损失q,3,q,3,的计算,由于烟气中含有可燃气体造成的热损失。对于燃煤锅炉，烟气中H2、CH4等可燃气体的含量极少，可认为烟气中的可燃气体只是CO。,锅炉设计时，q,3,可按经验数据选用。固态排渣煤粉炉，q,3,=0%。,20,化学不完全燃烧热损失,q,3,影响,q,3,的因素：主要有炉内过量空气系数、燃料的挥发分、,炉膛温度、燃料与空气混合情况和炉膛结构等,炉内,：,炉内,较小，氧气供应不足，q,3,增大；炉内,过大，炉膛温度降低，q,3,也增大。,炉膛结构：,炉堂容积小，高度不够，水冷壁布置过多及燃烧器布置不合理等，会使煤粉在炉内停留的时间短和风粉混合的质量下降，q,3,增大。,低负荷运行：,低负荷运行时，炉膛温度会降低使燃烧不稳定，使q,3,增大。,燃料挥发分：,挥发分较大，可燃气体增多而炉内空气动力工况不好，易出现不完全燃烧，会使q,3,增大。,21,排烟热损失,q,2,排烟热损失的计算,由于排烟温度高于外界空气温度造成的热损失。,煤粉炉的,排烟热损失,是最大的一项，大约48%。,影响排烟热损失的因素及分析,影响排烟热损失的主要因素是,排烟容积,和,排烟温度,。,排烟的焓，kJ/kg,理论冷空气焓，kJ/kg,排烟处的过量空气系数。,（419）,22,排烟热损失,q,2,影响排烟容积的因素：,对于一定的燃料，取决于炉内,过量空气系数,及,漏风系数,。,炉内过量空气系数增大，使炉膛出口的烟气容积增加，使排烟热损失增加。,根据关系式 可知，随着沿烟气流程漏风系数的增大，最终排烟处的过量空气系数增加，使排烟热损失增大。,最佳过量空气系数：,对应于,q,2,、,q,3,、,q,4,之和为最小的炉膛出口过量空气系数。它与燃料种类、燃烧方式和燃烧设备的结构完善程度等因素有关，可通过,燃烧调整试验,确定。,23,燃烧最佳过量空气系数,图42 最佳过量空气系数,24,排烟热损失,q,2,排烟温度升高使排烟焓增大，排烟热损失相应增加。一般排烟温度每升高15,20，排烟热损失约增加一个百分点。,排烟温度的选取涉及燃料、金属价格、低温腐蚀以及引风机电耗，必须通过技术经济比较确定。,通常排烟温度在110,160。,影响排烟温度的因素：,25,排烟热损失,q,2,受热面洁净程度：,当受热面出现结渣、积灰和沾污时，传热热阻大增，使传热减弱，排烟温度上升，排烟热损失增大。,受热面管内结垢,炉膛及烟道漏风,针对排烟热损失q2，锅炉运行中注意的方面：,因此，锅炉运行中及时吹灰、防止结渣、减少漏风等，可以降低排烟热损失,26,散热损失,q,5,散热损失的计算,散热损失的测定非常困难，一般通过由大量经验数据绘制的关系曲线来确定。当锅炉在非额定容量下运行时，散热损失q,5,可按下式计算：,27,散热损失,q,5,影响散热损失的因素主要有,锅炉额定蒸发量,（即锅炉容量）、,锅炉实际蒸发量,（即锅炉负荷）、,外表面积,、,水冷壁和炉墙结构,、,管道保温,以及,环境情况,等。,对于容量较大的锅炉，散热损失一般小于0.5%。,散热损失的两个特点：,额定蒸发量（容量）越大，散热损失q,5,就越小。,对同一台锅炉，运行负荷越小，散热损失越大。,这是因为锅炉容量增大，燃料消耗量成比例地增加；锅炉的,外表面积和炉膛温度却增加得少些，q,5,就减小。锅炉外表面,积并不随锅炉负荷降低而减小，而其散发的热量相对增大。,影响散热损失的因素及分析：,28,散热损失,q,5,保温系数,把某段烟道中，烟气放出的热量被受热面吸收的程度用保温系数,来考虑，即,保温系数,当空气预热器的吸热量比锅炉有效利用热量小得多时，左式可简化为：,也即,即,29,灰渣物理热损失q,6,灰渣物理热损失的计算,固态排渣时取600,液态排渣时取FT+100,式中：,燃料的收到基灰分，%；,炉渣份额。查表3-2；,炉渣的比热容，kJ/(kg)；,炉渣温度。固态排渣时可取600，,液态排渣时取FT+100。,30,灰渣物理热损失q,6,影响灰渣物理热损失的因素,q,6,的大小主要取决于,燃料灰分,、,排渣量（份额）,和,排渣温度,。,煤粉锅炉的排渣量：（固态排渣量少，液态排渣量多）,煤粉锅炉的排渣温度：固态排渣温度低，液态排渣温度高，必考虑,q,6,对于固态排渣煤粉炉，只有当燃料灰分很高时，即,A,ar,Q,ar,net,/419%,时才考虑,q,6,。,31,锅炉效率的计算方法,正平衡求效率法：,通过测定锅炉输入热量和有效利用热量，计算锅炉热效率。,反平衡求效率法：,通过测定锅炉的各项热损失，从而计算出锅炉热效率的方法。,32,四、锅炉燃料消耗量,实际燃料消耗量,实际燃料消耗量是指单位时间内实际耗用的燃料量，简称为,燃料消耗量,。,对于大容量燃煤锅炉，燃料消耗量一般不直接测出而用上式计算。,（423）,33,四、锅炉燃料消耗量,在进行燃料输送系统和制粉系统计算时使用“,燃料消耗量B,”,；,在进行空气需要量及烟气容积等计算时使用“,计算燃料消耗量B,j,”。,计算燃料消耗量,计算燃料消耗量,指考虑到机械不完全燃烧热损失,q,4,的存在，在炉内实际参与燃烧反应的燃料消耗量。,34,第二节 锅炉机组热平衡实验简介,一、锅炉热平衡实验的目的,二、锅炉热平衡实验的组织和准备工作,三、锅炉热平衡实验的要求,四、锅炉热平衡实验的测定内容,35,第二节 锅炉机组热平衡实验简介,一、锅炉热平衡实验的目的,确定锅炉的热效率,b,；,确定锅炉的各项热损失，并分析各项损失的原因和寻求降低热损失的方法；,确定不同工况下锅炉各项工作指标，如过量空气系数、干烟气中CO,2,容积百分数、排烟温度及过热蒸汽温度等与锅炉负荷的关系等。,36,第二节 锅炉机组热平衡实验简介,二、锅炉热平衡实验的组织和准备工作,锅炉热平衡试验的组织和准备工作内容：,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，主要包括：试验的任务和要求，试验准备工作，试验的顺序，测试的内容和方法等。,4.在制定试验计划的基础上，编写试验准备工作的任务书，其内容主要包括试验所需器具装置的制造和安装等项目。,5.准备好所需试验仪器。,6.对试验需用配件的安装进行技术监督。,37,第二节 锅炉机组热平衡实验简介,三、锅炉热平衡实验的要求,1.试验负荷的选择,一是锅炉的额定负荷；二是锅炉的最低负荷；三是在额定和最低负荷之间选择适当的两个中间值。每改变一种工况，要重复进行两次测试，如两次测试的结果相差太大时，需再重做一次或多次。,2.煤质与主要参数的允许波动范围,试验期间所用的煤种，一定是试验大纲规定的煤种。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许可偏差,此外，试验期间的给水温度不可有较大的波动。,3.试验前的稳定阶段与试验持续时间,各类试验通常要在锅炉带负荷连续运行72h以后进行，以确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，要把负荷调整到试验规定的负荷，经12h后，在燃料量和空气量已稳定的条件下，等待烟道各部位的烟温稳定后，再开始试验。受热面吹灰、炉膛清灰及定期排污等工作均必须在试验前的负荷稳定阶段内完成。,对于燃煤锅炉，通常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，但按具体情况应适当减少，正平衡4h反平衡2h也可。,38,第二节 锅炉机组热平衡实验简介,四、锅炉热平衡实验的测定内容,锅炉热平衡试验测定内容，要按试验要求确定。按,反平衡法,进行热平衡试验时，基本测量项目为：,（1）燃料的元素分析；,（2）入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（O,2,）；,（7）排烟成分（O,2,、CO,2,、CO、H,2,、CH,4,等）的分析。,如同时按,正平衡法,进行试验时，需增加以下的基本测量项目：,（1）锅炉的蒸汽流量或给水流量，连续排污量及减温水流量；,（2）给水和蒸汽温度；,（3）入炉燃料量；,（4）蒸汽压力。,39,第二节 锅炉机组热平衡实验简介,四、锅炉热平衡实验的测定内容,2、主要测量项目及取样地点,入炉原煤的采样：,在给煤机处取样，人工采样时用铲子和储样筒。,将样品放入储样筒后迅速盖上盖子并密封，以防水分蒸发。,一般间隔15min取一次，每次约取1kg。,40,第二节 锅炉机组热平衡实验简介,四、锅炉热平衡实验的测定内容,2、主要测量项目及取样地点,飞灰取样：,大多数锅炉在尾部烟道的适宜部位安装专用的取样系统，连续抽取少量的烟气流并在系统中将其所含的飞灰成分分离出来作为飞灰试样。,如果锅炉装有干式除尘器，也可取其排灰的样品作为飞灰试样。,如果锅炉装有固定的旋风捕集飞灰取样器时，应在试验前将取样瓶的灰倒净，在试验期间收23次即可。,41,第二节 锅炉机组热平衡实验简介,四、锅炉热平衡实验的测定内容,2、主要测量项目及取样地点,炉渣采样：,对煤粉炉，当其可燃物含量少时，可不采样。液态排渣炉不需要采集炉渣试样做可燃物分析。,当煤粉炉进行试验时，为了保持燃烧稳定并避免漏风，一般不放灰或冲灰。炉渣采样可待试验结束后，用长手柄的铁铲由灰斗内分不同部位掏取。,如煤粉炉在试验期间连续冲灰，可每隔30min采样一次。,一般来说炉渣原始试样数量应不少于炉渣总量的5%。,42,第二节 锅炉机组热平衡实验简介,四、锅炉热平衡实验的测定内容,2、主要测量项目及取样地点,烟气成分分析：,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；,确定,锅炉的排烟热损失,，需要测定排烟处过量空气系数和烟气容积，应该在,锅炉尾部最末级受热面后的烟道内,取样，取样截面和排烟温度的测量截面要尽量靠近。,确定,化学不完全燃烧损失,，可在,烟道中任何截面上,取样。最好与前二项结合，以免重复。,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、出口处,取样。,注意：,大容量锅炉的烟道很宽，烟气成分很可能不均匀，需在每每一取样处的两侧分别取样分析。,43,第二节 锅炉机组热平衡实验简介,四、锅炉热平衡实验的测定内容,2、主要测量项目及取样地点,排烟温度的测定：,就地测量，,在烟道两侧都进行测量，因为两侧温度存在很大的温差。,44,第二节 锅炉机组热平衡试验,正平衡法：,在试验过程中直接测定锅炉机组的有效利用热,Q,1,、燃料消耗量,B,、燃料的低位发热量,Q,ar,net,等，然后按下式（式8-28）计算锅炉效率：,反平衡法：,通过试验测定出锅炉的各项热损失,q,2,、,q,3,、,q,4,、,q,5,、,q,6,，,然后按下式计算：,45,正、反平衡法,使用的场合：,设计时：,燃料消耗量未知，均采用反平衡计算。即预先确定各项损失后，再求锅炉效率。,运行时：,大中型锅炉一般采用反平衡法，,小型锅炉，正、反平衡法均采用。,煤粉炉一般采用反平衡试验法。,第二节 锅炉机组热平衡试验,46,测量参数,（锅炉负荷、汽压、汽温、过量空气系数等）,正平衡法：,过热蒸汽（,D,sh,、,P,sh,、,t,sh,）、给水（,P,fw,、,t,fw,、,D,fw,）、汽包压力和排污（,P,d,、,D,pw,）、再热蒸汽（,D,rh,、,P,rh,、,P,rh,、,t,rh,、,t,rh,）、燃料（,B,、,Q,ar,net,）,反平衡法：,烟气（,RO,2,、,O,2,、,CO,、T）、冷空气（,t,a,）,灰渣（,C,fa,、,C,sl,）、Q,net,ar,、燃料元素分析成分,第二节 锅炉机组热平衡试验简介,47,四、锅炉热平衡实验的测定内容,2、主要参数的记录及数据的整理,试验期间的,温度、压力、流量等重要参数要每隔15min记录一次,，需要记录的项目，要按试验要求选定每次试验结束后，必须进行数据的整理工作。,对测试中重复多次测取的测量参数，通常取其算术平均值,作为其直接测量值。在计算平均值时，要先审查观测记录，遇有与正常读数相差较大的记录值，要加以分析，按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：参数的变化超过许可范围时，则在观测记录取消受到影响的那些测量读数。重复多次测取的测量参数，若被取消的及舍弃的读数个数超过测试期间内要测取的总数的1/3时，则要量项目无效。如一次测试中有几个项目无效，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，一般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。若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。求得平均测值之后，再按系统误差的处理方法进行更正及修正，再记入测试数据计算表格中。对一般试验，各项热损失的计算值取到小数点后两位，而锅炉效率数值，则只保留到小数点后一位。,48,锅炉的输入热量。,锅炉的各项热损失。,锅炉的主要热损失及其影响因素；如何降低各主要热损失？,最佳过量空气系数。,锅炉的有效利用热量。,锅炉燃料消耗量和计算燃料消耗量。,正平衡和反平衡的概念、应用,锅炉正平衡和反平衡的效率及其测量。,本章小结,49,课后作业,1.什么是锅炉的热平衡，写出热平衡方程式并加以解释。,2.某电站锅炉D=130t/h，q,4,=0.5%，=91%，Q,ar,net,=22990kJ/kg，给水焓721kJ/kg，过热蒸汽焓3330 kJ/kg，试估算燃料消耗量和计算燃料消耗量。,50,Thank You,世界触手可及,携手共进，齐创精品工程,谢谢观赏！,2020/11/5,52,