第八章 锅炉热平衡计算.ppt

中国,南京,能源与环境学院,Energy&Environment,容克式空气预热器,1,第八章 锅炉热平衡计算,2,热平衡定义,锅炉机组的,热平衡,是指输入锅炉机组的热量与锅炉机组输出热量之间的平衡。,输入的热量：,主要来源于燃料燃烧放出的热量。,输出的热量：,有效利用热（用于生产蒸汽或热水）,损失（生产过程中的各项热量损失）,锅炉热平衡的目的,计算锅炉的效率；,分析引起热量损失和影响锅炉效率的因素、提高锅炉效率的途径。,第一节 锅炉机组热平衡,3,热平衡示意图,热平衡方程式,Q,f,=,Q,1,+,Q,2,+,Q,3,+,Q,4,+,Q,5,+,Q,6,kJ/kg,Q,f,1kg,燃料带入炉内的热量，,kJ/kg,Q,1,锅炉有效利用热量，,kJ/kg,Q,2,排烟热损失，,kJ/kg,Q,3,化学未完全燃烧热损失，,kJ/kg,Q,4,机械未完全燃烧热损失，,kJ/kg,Q,5,散热损失，,kJ/kg,Q,6,其它热损失，,kJ/kg,或者，,100=,q,1,+,q,2,+,q,3,+,q,4,+,q,5,+,q,6,第一节 锅炉机组热平衡,4,第一节 锅炉机组热平衡,锅炉效率,有效利用热占输入热量的百分比。,(,正平衡,),各项热损失占输入热量的百分比。,(,反平衡,),5,一、输入热量,Q,f,对于燃煤或燃油锅炉，每,kg,燃料带入锅炉的热量为,式中：,Q,net,ar,-,燃料的低位发热量，,kJ/kg,Q,ph,-,燃料的物理显热，,kJ/kg,Q,ex,-,用锅炉以外的热量加热空气时，空气带入锅炉的热量,kJ/kg,Q,at,-,用蒸汽雾化燃料油，雾化蒸汽带入的热量，,kJ/kg,6,一、输入热量,对于燃煤锅炉,如果燃料和空气没有利用外界热量进行预热，且燃煤水分,M,ar,Q,ner,ar,/630,，则输入热量,Q,f,=,Q,net,ar,7,二、机械未完全燃烧热损失,Q,4,定义,：部分固体燃料颗粒在炉内未能燃尽就被排出炉外而造成的热损失。,对于煤粉炉，,机械未完全燃烧热损失包括两部分：,排烟携带的飞灰中未燃尽的碳粒（,飞灰含碳,）造成的机械未完全燃烧损失。,锅炉冷灰斗排出的灰渣（也称炉渣）中未参加燃烧或未燃尽的碳粒（,炉渣含碳,）造成的机械未完全燃烧损失。,机械未完全燃烧热损失是燃煤锅炉主要的热损失之一，通常仅次于排烟热损失。,q,4,范围：,煤粉炉：,0.5%5%,（大型电站锅炉燃用烟煤时，,0.5,0.8%,）,燃油、燃气锅炉：,0,8,q,4,计算公式,对于煤粉炉，,机械未完全燃烧热损失,9,二、机械未完全燃烧热损失,Q,4,机械未完全燃烧损失的影响因素：,燃料特性（挥发分、灰分）,燃烧方式,过量空气系数,(,影响趋势,),炉膛结构（炉内停留时间等）,运行工况（煤粉细度、过量空气系数等）,降低,q,4,的主要措施,改善煤粉细度；,延长煤粉在炉内的停留时间；,适当大的过量空气系数。,10,三、化学未完全燃烧热损失,Q,3,定义,：锅炉排烟中残留的可燃气体如,CO,、,H,2,、,CH,4,和重碳氢化合物,C,m,H,n,等未放出其燃烧热而造成的热损失。,q,3,范围,：,煤粉炉中，一般不超过,0.5%,。,计算公式,燃用,固体燃料,，气体未完全燃烧产物只有一氧化碳，故,11,三、化学未完全燃烧热损失,Q,3,化学未完全燃烧损失的影响因素,：,燃料性质（挥发分大）,过量空气系数：炉膛过量空气系数的大小和燃烧过程的组织方式直接影响炉内可燃气体与氧气的混合工况,。,炉膛结构（停留时间）,运行工况,12,四、排烟热损失,Q2,定义,：由于排出锅炉时的烟气焓高于进入锅炉时的空气焓而造成的热损失。,锅炉热损失中最大的一项，现代电厂锅炉,q,2,范围为,5%6%,。,exg,每增加,15-20C,，,q,2,增加,1%,计算公式,13,四、排烟热损失,Q,2,影响排烟热损失的因素,：,排烟温度（一般在,110,150,之间,）,燃料性质：含硫量、水分,过量空气系数和漏风系数,受热面结渣、积灰,燃烧,最佳过量空气系数,14,五、散热损失,Q,5,定义,：由于锅炉炉墙、汽包、集箱、汽水管道、烟风管道等部件的温度高于周围环境温度，通过自然对流和辐射向周围所散失的热量。,影响因素,：,锅炉的外表面积,表面温度,炉墙结构,保温层的隔热性和厚度,周围环境温度,散热损失随机组容量和负荷的变化,容量增大，,q,5,减小；,q,5,与锅炉运行负荷近似成反比。,15,保热系数,计算时，各段烟道的保热系数取为整台锅炉的保热系数：,大型电站锅炉,的散热损失都很小，,q,5,0.2%,，保热系数约为,0.998,。,16,六、其它热损失,Q,6,定义,：,主要,是指灰渣带走的物理热损失,对固体燃料，,从锅炉中排除的灰渣具有相当高的温度（约,600800,）而造成的热量损失。对于层燃炉、沸腾炉或液态排渣炉该项热损失较大，必须予以考虑；对于固态排渣煤粉炉，只有当燃料的,A,ar,Q,net,ar,/419,时才考虑。,17,七、,锅炉机组热效率和燃料消耗量,锅炉机组有效利用热：,根据,Q,1,、,Q,f,和,B,，计算锅炉效率,已知,Q,f,、,Q,1,和,b,，计算锅炉的燃料消耗量,B,计算燃料消耗量,燃料消耗量,B,：用于燃料供应和制粉系统的计算；,计算燃料消耗量,B,cal,：用于空气量和烟气量的计算。,18,干烟气热损失,LG,氢燃烧生成水热损失,LHm,燃料中水份引起的热损失,Lmf,空气中水份热损失,LmA,未燃尽碳热损失,LUC,（未完全燃烧热损失）,辐射及对流热损失,L,未计入热损失,LUA,ASME PTC4.1,的各项损失,19,热平衡试验的目的,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。,第二节 锅炉机组热平衡试验,20,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：,21,两种方法使用的场合：,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。,第二节 锅炉机组热平衡试验,22,测量参数,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,bl,）、再热蒸汽（,D,rh,、,P,rh,、,P,rh,、,t,rh,、,t,rh,）、燃料（,B,、,Q,net,ar,）,反平衡法：,烟气（,RO,2,、,O,2,、,CO,、,exg,）、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,23,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,24,热平衡示意图,图,81,煤粉锅炉机组热平衡示意图,25,燃烧最佳过量空气系数,图,82,最佳过量空气系数,26,