锅炉热平衡
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第8章 锅炉的热平衡
8.3 锅炉的热平衡
热效率是锅炉的重要技术经济指标，它表明锅炉设备的 完善程度和运行管理的水平。燃料是重要能源之一，提 高锅炉热效率以节约燃料，是锅炉运行管理的一个重要 方面。 锅炉热平衡是研究燃料的热量在锅炉中利用的情况： 有多少被有效利用；有多少变成了热量损失；这些损失 又表现在哪些方面以及它们产生的原因。研究的目的是 为了有效地提高锅炉的热效率。
图8-3 q2、q3、q4、η与α的关系
• 合理的α1″值应使 q2、q3、q4三项热 损失的总和最小。 如图8-3所示。 • 通常排烟热损失 是锅炉热损失中 较大的一项，一 般装有省煤器的 水管锅炉，q2约 为6—12%；不装 省煤器时，往往 高达20%以上。
η
q2 q3 q4 临界值 α
六、散热损失
q2影响因素
• 影响排烟容积大小的因素有炉膛出口过量空气 系数α1″，烟道各处的漏风量及燃料所含水分。 如炉墙及烟道漏风严重，α1″大；燃料水分高， 则排烟容积就大，排烟损失就增加。为了减少 排烟损失，必须尽力设法减少炉墙烟道各处的 漏风，在锅炉安装施工时应重视炉墙、烟道等 砌筑的严密性。但炉膛出口过量空气系数α1″的 大小，应注意到它不仅与q2有关，还与q3、q4 有关。减小α1″，q2可以降低，但q3、q4会增加。
q6 q q %
hz 6 lq 6
八、燃料消耗量
• 锅炉每小时耗用的燃料称为锅炉的燃料消耗量， 由式(8-22)可得燃料消耗量的计算式： Qgl Qgl •
B Qr gl B Qdw gl
• 对于固体燃料，考虑到不完全燃烧热损失Q4的 存在，实际参加燃烧反应的燃料量应为，
q4 B j B (1 ) 100
q3 Q3 100% Qr
q3
热效率是锅炉的重要技术经济指标，它表明锅炉设备的 完善程度和运行管理的水平。燃料是重要能源之一，提 高锅炉热效率以节约燃料，是锅炉运行管理的一个重要 方面。 锅炉热平衡是研究燃料的热量在锅炉中利用的情况： 有多少被有效利用；有多少变成了热量损失；这些损失 又表现在哪些方面以及它们产生的原因。研究的目的是 为了有效地提高锅炉的热效率。
图8-3 q2、q3、q4、η与α的关系
• 合理的α1″值应使 q2、q3、q4三项热 损失的总和最小。 如图8-3所示。 • 通常排烟热损失 是锅炉热损失中 较大的一项，一 般装有省煤器的 水管锅炉，q2约 为6—12%；不装 省煤器时，往往 高达20%以上。
η
q2 q3 q4 临界值 α
六、散热损失
q2影响因素
• 影响排烟容积大小的因素有炉膛出口过量空气 系数α1″，烟道各处的漏风量及燃料所含水分。 如炉墙及烟道漏风严重，α1″大；燃料水分高， 则排烟容积就大，排烟损失就增加。为了减少 排烟损失，必须尽力设法减少炉墙烟道各处的 漏风，在锅炉安装施工时应重视炉墙、烟道等 砌筑的严密性。但炉膛出口过量空气系数α1″的 大小，应注意到它不仅与q2有关，还与q3、q4 有关。减小α1″，q2可以降低，但q3、q4会增加。
q6 q q %
hz 6 lq 6
八、燃料消耗量
• 锅炉每小时耗用的燃料称为锅炉的燃料消耗量， 由式(8-22)可得燃料消耗量的计算式： Qgl Qgl •
B Qr gl B Qdw gl
• 对于固体燃料，考虑到不完全燃烧热损失Q4的 存在，实际参加燃烧反应的燃料量应为，
q4 B j B (1 ) 100
q3 Q3 100% Qr
q3
锅炉热平衡
Bj
B1 q4 100
两种燃料消耗量各有不同的用途。在进行燃料输送
系统和制粉系统计算时要用到燃料消耗量B；在确定空 气量及烟气容积等时则要按计算燃料消耗量Bj进行计算。
每千克燃料（对气体燃料为每Nm³)的有效利用 热量Q1可用下式计算
Q1
Q B
Dgr
hg"r hgs
Dzr
hz"r hz' r B
Dpw hpw hgs
B 锅炉的燃料消耗量，kg / s
当锅炉排污量不超过蒸发量的2%时，此时排污水 热量可略去不计
B Q 100
Qr
"r hgs
Dzr
hz"r hz' r
Dpw hpw hgs
锅炉燃料消耗量
计算燃料消耗量
计算燃料消耗量是指扣除了机械不完全燃烧损失q4后， 在炉内实际参与燃烧反应的燃料消耗量，用符号Bj表示。
锅炉输入热量
Qr Qar,net, p ir Qwh Qwr Qar,net, p 燃料收到基低位发热量，kJ / kg; ir 燃料的物理显热，kJ / kg; Qwh 雾化燃油所用蒸汽带入的热量，kJ / kg; Qwr 外来热源加热空气时带入的热量，kJ / kg
%时才考虑q6
液态排渣：渣量较大，渣温比固态高得多
必须考虑q6
锅炉效率的计算方法
正平衡法（直接求效率法）
q1
Q1 Qr
100%
反平衡法（间接求效率法）
q1 100 q2 q3 q4 q5 q6 %
锅炉燃料消耗量
何谓锅炉热平衡
何谓锅炉热平衡
锅炉热平衡是指锅炉在运行过程中，由于燃料燃烧时放热发出的热量，一部分被锅炉水吸收变成蒸汽，另一部分散发到环境中去，为维持锅炉热平衡，必须对锅炉进行热负荷补充。
这个过程涉及到锅炉的热量传递和转化，以及系统内的物质和能量平衡。
锅炉热平衡就是指送入锅炉的总热量与工质吸收有效利用的热量以及全部热损失热量收支平衡的关系。
即：Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6
Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6
Qr----送入锅炉的热量
Q1-----锅炉机组的有效利用热量
Q2----排烟热损失
Q3----化学不完全热损失
Q4----机械不完全热损失
Q5----散热损失
Q6----灰渣的物理热损失。
第3章 锅炉的热平衡
• Dzy自用汽耗汽量t/h；Nzy自用电耗量kWh/h；b生产每度电的 标准耗煤量kg/kWh(取0.197)
3-2
• 锅炉热平衡试验的要求
– 进行试验的情形：锅炉新产品鉴定、锅炉运行调整、比较设备改造维修 前后效果 – 试验应在锅炉热工况稳定和燃烧调整到试验工况1h后开始。热工况稳定 系指锅炉主要热力参数在许可波动范围内且平均值已不随时间变化，不 同类型锅炉自冷态点火开始至稳定的规定时间也不同 – 试验所用燃料应符合设计要求 – 参数波动限制：锅炉出力、蒸汽锅炉压力、过热蒸汽温度、蒸汽锅炉给 水温度、热水锅炉进出口温差等 – 其他：安全阀不得启跳、不得吹灰、不得定期排污 – 试验结束时，锅筒水位、煤斗煤位与开始时一致 – 试验期间给水量、过量空气系数、给煤量、炉排速度、煤层等也应基本 相同
3-1 锅炉热平衡的组成
• 计算基准
– 以1kg固体/液体燃料（或1m3气体燃料）为单位计算的
• 锅炉热平衡方程
– Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+ Q6
• Qr锅炉输入热量；Q1锅炉输出热量；Q2排烟热损失；Q3气体不完 全燃烧热损失；Q4固体不完全燃烧热损失；Q5锅炉散热损失；Q6 其他热损失；单位kJ/kg
G hz、G lm、G fh 每小时灰渣、漏煤、飞 灰质量；Chz、Clm、C fh各自碳含量
• 灰分平衡方程
100 C fh BA ar 100 Chz 100 Clm G hz G lm G fh 100 100 100 100
1 G hz
100 C fh 100 Chz 100 Clm G lm G fh BA ar BA ar BA ar
Car 1.738 0.0025 r t
锅炉热平衡基础知识及实验
锅炉热平衡 一、锅炉热平衡概念1、锅炉热平衡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研究燃料的热量在锅炉内部的利用情况，测算多少热量被利用，多少热量损失，以及这些损失的表现方式与产生原因；热平衡的根本目的就是为提高锅炉的热效率寻找最佳的途径。
即：输入锅炉的热量+有效利用热量=输出锅炉的热量+未完全燃烧的热损失+其它热损失2、热效率是衡量锅炉设备的完善程度与运行水平的重要指标之一，提高热效率是锅炉运行管理的主要工作。
为了全面评定锅炉的工作状况，有必要对锅炉进行热平衡测试，从而更加细致的分析总结影响热效率的因素，得到测量数据以指导锅炉的运行与改造。
二、热平衡公式123456 f Q Q Q Q Q Q Q =+++++式中fQ ——1kg 燃料带入炉内的热量，kJ/kg1Q ——锅炉有效利用热量，kJ/kg2Q ——排烟热损失，kJ/kg3Q ——化学（气体）未完全燃烧热损失，kJ/kg4Q ——机械（固体）未完全燃烧热损失，kJ/kg5Q ——散热损失，kJ/kg6Q ——灰渣物理热损失及其它热损失， kJ/kg变成以百分数表示的热平衡方程式，即：123456100q q q q q q =+++++式中：1q ——锅炉有效利用热量占输出热量的百分数，11100%rQ q Q =⨯i q ——某项损失的热量占输入热量的百分数，100%ii rQ q Q =⨯图 煤粉锅炉机组热平衡示意图1、输入热量 f Q（1）对于燃煤或燃油锅炉每kg 燃料带入锅炉的热量为：,,/f net ar ph ex at Q Q Q Q Q kJ kg =+++式中：Q 2Q 4hz Q 6hznet,ar Q ——燃料的低位发热量，kJ/kgph Q ——燃料的物理显热， kJ/kgph f fQ c t =ex Q ——用锅炉以外的热量加热空气时，空气带入锅炉的热量,kJ/kg02211()ex Q V c t c t β=-at Q ——用蒸汽雾化燃料油，雾化蒸汽带入的热量，kJ/kg(2510)at at at Q G i =-（2）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 ＜ net,ar Q /630，则输入热量,f net ar Q Q =2、排烟热损失2Q（1）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，是锅炉热损失中最大的一项。
第3章—锅炉机组热平衡
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（三）炉渣取样
• 对于煤粉炉来说，炉渣取样同飞灰取样相比是次要的。 • 对采取水力除灰的煤粉炉，在进行试验时，为保持燃烧稳定和避免漏风，
一般不放灰和冲灰。 • 对采取机械除灰的煤粉炉，可每隔30分钟采样一次。 • 一般来说炉渣的原始试样数量应不少于炉渣总量的5%。
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32866Glz Clz BQr
q4fh
Q4fh Qr
100
32866 Gfh B Qr
C fh 100
100
32866GfhC fh BQr
q4
q4lz
q4fh
32866 BQr (GlzClz
G fhC fh )
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• 灰平衡方程
B Aar 100
Glz
Alz 100
G fh
[3]排烟温度过高的原因?
漏风（制粉系统、炉膛、烟道等）
受热面积灰、结渣 给水温度和环境温度
煤质变化
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（4）锅炉散热损失q5 q5为锅炉本体及其范围内各种管道、附件的温度高于环境温度而散 失的热量。
影响q5的主要因素：锅炉额定蒸发量、锅炉实际蒸发量、锅炉外表 面积、外表面温度、保温隔热性能及环境温度等。
Afh 100
B Aar 100
Glz
100 (
Clz
100
)
G fh
100 (
C
fh
100
)
1 Glz (100 Clz ) Gfh (100 Cfh )
Glz
lz BAar
100 Clz
BAar
lz
锅炉的热平衡
2．燃料带入锅炉的热量Qr 它由以下几个部分组成：
QrQdw irQzqQwl
1）燃料的物理显热ir
（1）固体燃料应i用r 基比C热a：rtrC ar4.181 M 7 a0r0 10 1 M 0 0a0 rC d kJ/kg•℃
（2）液体燃料应用基比热： Car1.7380.00t2 r k5J/kg•℃ 2）蒸汽带入热Qzq——当用蒸汽雾化重油或喷入锅炉蒸汽时考虑
二、影响因素
1．燃料特性对q4的影响(灰分含量,灰分熔点和焦结性)
式能中消耗后的—效 率— 。自D z用(jiq 汽 和ig g自)ls B 用1 d y 3 电Q 0 w 能2消rW9 --耗-汽-N 3 所蒸化zb 0 相汽潜1 0 当湿热0 的度% ，锅0 kJ炉/k电 工g效站 业率锅 锅降炉 炉 1低~1% 5值%
Dz——自用汽消耗量，t/h； Nz——自用电耗量，kWh/h b——生产每度电的标准煤，kg/kWh，取0.407 kg/kWh
QzqGzq(izq25)00 式中 2500——排烟中蒸汽焓近似值，kJ/kg
§3.1 锅炉热平衡及锅炉热效率
第三章
3）外来热量Qwl——当用锅炉范围以外的废气、废热等来预热空
气时考虑
Qwl (Ir0kIl0k)
一般情况下： Qr Qdw
二、锅炉热效率 1．锅炉正平衡热效率
gl
Q1 Qr
100%
第三章 锅炉热平衡
§3.1 锅炉热平衡及锅炉热效率 §3.2 固体不完全燃烧热损失 §3.3 气体不完全燃烧热损失 §3.4 排烟热损失 §3.5 散热损失 §3.6 其它热损失 返回
第三章
§3.1 锅炉热平衡及锅炉热效率
锅炉热平衡是研究燃料的热量在锅炉中利用的情况，有多少被有 效利用，有多少变成了热量损失，这些损失又表现在哪些方面以 及它们产生的原因。研究的目的是为了有效地提高锅炉热效率 热效率是锅炉的重要技术经济指标，它表明锅炉设备的完善程度 和运行管理的水平。提高锅炉热效率以节约燃料，它是锅炉运行 管理的一个重要方面。 为了全面评定锅炉的工作状况，必须对锅炉进行测试，这种试验 称为锅炉的热平衡(或热效率)试验。通过测试进行分析概括了解 锅炉热效率的影响因素得出较先进的运行经验数据，作为设计锅 炉和改进运行的可靠依据。
QrQdw irQzqQwl
1）燃料的物理显热ir
（1）固体燃料应i用r 基比C热a：rtrC ar4.181 M 7 a0r0 10 1 M 0 0a0 rC d kJ/kg•℃
（2）液体燃料应用基比热： Car1.7380.00t2 r k5J/kg•℃ 2）蒸汽带入热Qzq——当用蒸汽雾化重油或喷入锅炉蒸汽时考虑
二、影响因素
1．燃料特性对q4的影响(灰分含量,灰分熔点和焦结性)
式能中消耗后的—效 率— 。自D z用(jiq 汽 和ig g自)ls B 用1 d y 3 电Q 0 w 能2消rW9 --耗-汽-N 3 所蒸化zb 0 相汽潜1 0 当湿热0 的度% ，锅0 kJ炉/k电 工g效站 业率锅 锅降炉 炉 1低~1% 5值%
Dz——自用汽消耗量，t/h； Nz——自用电耗量，kWh/h b——生产每度电的标准煤，kg/kWh，取0.407 kg/kWh
QzqGzq(izq25)00 式中 2500——排烟中蒸汽焓近似值，kJ/kg
§3.1 锅炉热平衡及锅炉热效率
第三章
3）外来热量Qwl——当用锅炉范围以外的废气、废热等来预热空
气时考虑
Qwl (Ir0kIl0k)
一般情况下： Qr Qdw
二、锅炉热效率 1．锅炉正平衡热效率
gl
Q1 Qr
100%
第三章 锅炉热平衡
§3.1 锅炉热平衡及锅炉热效率 §3.2 固体不完全燃烧热损失 §3.3 气体不完全燃烧热损失 §3.4 排烟热损失 §3.5 散热损失 §3.6 其它热损失 返回
第三章
§3.1 锅炉热平衡及锅炉热效率
锅炉热平衡是研究燃料的热量在锅炉中利用的情况，有多少被有 效利用，有多少变成了热量损失，这些损失又表现在哪些方面以 及它们产生的原因。研究的目的是为了有效地提高锅炉热效率 热效率是锅炉的重要技术经济指标，它表明锅炉设备的完善程度 和运行管理的水平。提高锅炉热效率以节约燃料，它是锅炉运行 管理的一个重要方面。 为了全面评定锅炉的工作状况，必须对锅炉进行测试，这种试验 称为锅炉的热平衡(或热效率)试验。通过测试进行分析概括了解 锅炉热效率的影响因素得出较先进的运行经验数据，作为设计锅 炉和改进运行的可靠依据。
锅炉原理8-热平衡解析
用锅炉范围以外的废气、废热等来预热空气时
对于燃煤锅炉: 若燃料和空气没有利用外界热量进行预热
且燃煤水分满足 M ar / 630
则
Q f
2、锅炉有效利用热 Q1
Q1
1 B
Dsh (i ''sh i fw )
Drh (i ''rh i 'rh )
Dbl (i ' i fw ) , kJ
锅炉原理
授课教师： 范红途 联系电话： 13951731640 Email: fhtcxj@
第八章、锅炉热平衡计算
锅炉热平衡及锅炉热效率 锅炉输入热量和有效利用热量 锅炉的各项热损失 锅炉效率及燃料消耗量计算
一、锅炉热平衡及锅炉热效率
1、锅炉热平衡概念
——在稳定工况下，输入锅炉的热量应等于输出锅炉的热 量。输入的热量来自燃料燃烧放热，输出锅炉的热量包括 有效利用的热量和损失的热量。
Q4
32700 C fa 100
G fa B
32700 Csl 100
Gsl B
32700－纯碳的发热值，kJ/kg
Gfa, Gsl －飞灰、炉渣的质量，kg/h
Cfa, Csl －飞灰、炉渣中的含碳量，% B －锅炉的燃煤量， kg/h
根据灰平衡，进入炉内燃料的总灰量应该等于飞灰、炉 渣中灰量之和。
损失也越少。设计锅炉时可以按经验选用，根据燃料种类、燃烧方
式选用。固态排渣0.5~5%，大型电厂燃用烟煤时0.5~0.8%，气体、
液体燃料锅炉为0.
1.3、影响Q4的主要因素：
①燃料特性对Q4的影响
➢ 灰分含量高和灰分熔点低的煤，固态可燃物被灰包裹，难 以燃尽，灰渣损失大。
锅炉热平衡
散热损失与锅炉的容量成反比 散热损失与锅炉的负荷成反比
q5
q5e
De D
⑥ 灰渣物理热损失
锅炉的飞灰、底渣高于环境温度导致的热损
失
q6lz
Aar alz (c)lz
Qr
100%
q6fh
Aar afh(c)fh
Qr
100%
q6
q6fh
+q
lz 6
4. 锅炉热效率及燃料消耗量计算
锅炉效率： 正平衡法：有效利用热量与总输入热量之比 反平衡法：根据锅炉各项损失计算锅炉效率
Q Dgr (h"gr - hgs) Dzr (h"zr - h'zr) D pw(hpw- hgs)
DDD gr zr pw
过热蒸汽、再热蒸汽、排污量，kg/s
gr, zr, gs, pw 过热、再热、给水、排污
3、锅炉各项热损失
q2：排烟热损失 q3：化学不完全燃烧热损失 q4：机械不完全燃烧热损失 q5：散热损失 q6：灰渣物理热损失
q3
Car
0.375Sar Qr
56.35CO RO2 CO
(100
-
q4 ).....%.
热值的单位：kcal/kg
② 排烟热损失
由于排出锅炉的烟气焓高于进入锅炉时的冷空 气焓而造成的热损失。
Q2
( hpy
-
hlk
) 100 - q4 100
q2
Q2 Qr
100%
hpy hy0 (a py -1)hk0 hfh
Q3(VBiblioteka OQCOVH 2QH 2VCH
4QCH
4
)
100 - q4 100
Q3
q5
q5e
De D
⑥ 灰渣物理热损失
锅炉的飞灰、底渣高于环境温度导致的热损
失
q6lz
Aar alz (c)lz
Qr
100%
q6fh
Aar afh(c)fh
Qr
100%
q6
q6fh
+q
lz 6
4. 锅炉热效率及燃料消耗量计算
锅炉效率： 正平衡法：有效利用热量与总输入热量之比 反平衡法：根据锅炉各项损失计算锅炉效率
Q Dgr (h"gr - hgs) Dzr (h"zr - h'zr) D pw(hpw- hgs)
DDD gr zr pw
过热蒸汽、再热蒸汽、排污量，kg/s
gr, zr, gs, pw 过热、再热、给水、排污
3、锅炉各项热损失
q2：排烟热损失 q3：化学不完全燃烧热损失 q4：机械不完全燃烧热损失 q5：散热损失 q6：灰渣物理热损失
q3
Car
0.375Sar Qr
56.35CO RO2 CO
(100
-
q4 ).....%.
热值的单位：kcal/kg
② 排烟热损失
由于排出锅炉的烟气焓高于进入锅炉时的冷空 气焓而造成的热损失。
Q2
( hpy
-
hlk
) 100 - q4 100
q2
Q2 Qr
100%
hpy hy0 (a py -1)hk0 hfh
Q3(VBiblioteka OQCOVH 2QH 2VCH
4QCH
4
)
100 - q4 100
Q3
锅炉热平衡资料
Qr Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6
100 q1 q2 q3 q4 q5 q6
锅炉热平衡示意图
热平衡方程式各项意义
Qr Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Qr 1kg燃料的锅炉输入热量, kJ / kg; Q1 锅炉的有效利用热量，kJ / kg; Q2 排烟损失的热量，kJ / kg; Q3 化学不完全燃烧损失的热量，kJ / kg; Q4 机械不完全燃烧损失的热量，kJ / kg; Q5 散热损失的热量，kJ / kg; Q6 灰渣物理热损失的热量，kJ / kg
负荷 炉温 q4
化学不完全燃烧热损失
原因：由于烟气中含有可燃气体造成的热损失，燃
煤锅炉主要热损失之一，通常仅次于排烟热损失。
影响q3的因素
炉内过量空气系数
炉温 燃烧速度慢 q3 氧供应不足 q3
燃料挥发分含量
挥发分含量高 q3
炉温以及炉内空气动力工况
炉温 燃烧速度慢 q3 炉膛有死角或燃料在炉内停留时间短 q3
研究锅炉热平衡的意义
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，依据 热损失分别表现在那些方面和大小如何，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。
煤锅炉主要热损失之一，通常仅次于排烟热损失。
影响q4的因素
燃烧方式：层燃炉、沸腾炉较大，旋风炉较小，煤 粉炉介于两者之间。 燃料性质：煤中灰分和水分越多，挥发份含量越少， q4 越大 煤粉细度：煤粉越粗，q4越大
过量空气系数 炉温 ，不利于燃烧，q4
不利于燃料完全燃烧，q4
100 q1 q2 q3 q4 q5 q6
锅炉热平衡示意图
热平衡方程式各项意义
Qr Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Qr 1kg燃料的锅炉输入热量, kJ / kg; Q1 锅炉的有效利用热量，kJ / kg; Q2 排烟损失的热量，kJ / kg; Q3 化学不完全燃烧损失的热量，kJ / kg; Q4 机械不完全燃烧损失的热量，kJ / kg; Q5 散热损失的热量，kJ / kg; Q6 灰渣物理热损失的热量，kJ / kg
负荷 炉温 q4
化学不完全燃烧热损失
原因：由于烟气中含有可燃气体造成的热损失，燃
煤锅炉主要热损失之一，通常仅次于排烟热损失。
影响q3的因素
炉内过量空气系数
炉温 燃烧速度慢 q3 氧供应不足 q3
燃料挥发分含量
挥发分含量高 q3
炉温以及炉内空气动力工况
炉温 燃烧速度慢 q3 炉膛有死角或燃料在炉内停留时间短 q3
研究锅炉热平衡的意义
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，依据 热损失分别表现在那些方面和大小如何，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。
煤锅炉主要热损失之一，通常仅次于排烟热损失。
影响q4的因素
燃烧方式：层燃炉、沸腾炉较大，旋风炉较小，煤 粉炉介于两者之间。 燃料性质：煤中灰分和水分越多，挥发份含量越少， q4 越大 煤粉细度：煤粉越粗，q4越大
过量空气系数 炉温 ，不利于燃烧，q4
不利于燃料完全燃烧，q4
锅炉原理第三章热平衡
● 四部分组成：
燃料中的水汽化生成的水蒸气体积： 理论空气量带入的水蒸气体积：
采用蒸汽雾化等设备带入的水蒸气体积：
1）燃料中的氢完全燃烧产生的水蒸汽
11.1 H ar 100
2）燃料中的水分蒸发形成的水蒸汽
22.4Mar 1.24Mar
18 100
100
3）随同理论空气量V 0带入的水蒸气，其体积为
锅炉原理第三章热平 衡
●概念
燃料的燃烧是指燃料中的可燃元素与氧 气在高温条件下进行的强烈化学反应过程。ห้องสมุดไป่ตู้当烟气中不含可燃物质时称为完全燃烧，否 则称为不完全燃烧。
● 目的
燃料燃烧计算主要是计算燃料燃烧所需 空气量、燃烧生成的烟气量和烟气的热焓等。
● 在计算时假定：
1）空气和烟气的所有组成成分，包括水蒸 气都是理想气体，因此，每一千摩尔气体在标 准状态下的容积是22.41m3；
N2
体积，m3／kg；
V0 H2O
—标准状态下理论水蒸气体积，m3／kg。
2．理论烟气量的计算
理论烟气量： V y 0= V C O 2+ V S O 2+ V N 0 2+ V H 0 2 O ,m 3/k g
VRO2 VCO2VSO2
V y 0V R O 2V N 0 2V H 0 2O,m 3/kg
2）所有空气和其它气体容积的计算单位都 是m3，即以0℃一标准大气压（0.1013MPa）状 态下的立方米为单位。
第一节 燃烧过程的化学反应
● 煤的可燃燃烧成分：碳（C）、氢（H）、硫（S）。
1. 碳的燃烧： ● 完全燃烧
（反应方程式）：
C+O2→CO2 12.1kgC+22.41m3O2→22.41m3CO2 1kgC+1.866m3O2→1.866m3CO2
第三章 锅炉机组热平衡
的结构完善程度等因素有关， 确定。 的结构完善程度等因素有关，可通过燃烧调整试验确定。
21
排烟热损失q 三、排烟热损失 2
影响排烟温度的因素 排烟温度升高使排烟焓增大，排烟热损失相应增加。 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∼ ℃ 一般排烟温度每升高 ∼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、 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。 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℃。 通常排烟温度在 ℃
煤粉炉的排烟热损失是最大的一项，大约 煤粉炉的排烟热损失是最大的一项，大约4~8%。 。 影响排烟热损失的主要因素是排烟容积和排烟温度。 影响排烟热损失的主要因素是排烟容积和排烟温度。 排烟容积 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。 对于一定的燃料，取决于炉内过量空气系数及漏风系数。 过量空气系数 ①炉内过量空气系数增大，使炉膛出口的烟气容积增加， 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。 使排烟热损失增加。
22
排烟热损失q 三、排烟热损失 2
锅炉运行中注意的方面： 锅炉运行中注意的方面： ①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， 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。 使传热减弱，排烟温度上升，排烟热损失增大。 ②受热面管内结垢 ③炉膛及烟道漏风 运行中及时吹灰、防止结渣、减少漏风等， 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
9
一、机械不完全燃烧热损失q4 机械不完全燃烧热损失
锅炉热平衡
维持较高炉膛温度。
2．排烟热损失q2
对大、中型锅炉约为4％～8％。 （1）影响的主要因素 排烟温度、排烟体积。 (2)、减轻措施 维持一定的排烟温度，减少炉膛漏风， 加强锅炉的吹灰和打焦。
最佳过量空气系数的确定：
四、锅炉热效率及燃料消耗量 1．锅炉的总有效利用热量Q
Q=Dgq(hgq″－hgs)+Dzq(hzq″－hzq′)+Dpw(hpw-hgs)
每千克燃料的输入热量通常指燃料的收 到基低位发热量。
三、锅炉的输出热量
1、固体未完全燃烧热损失q4 对固态排渣煤粉炉，大约为4％～6％。 （1）影响的主要因素
燃料性质 炉膛结构 燃烧方式 炉膛温度 过量空气系数 锅炉负荷及运行工况
(2)减轻措施
炉膛结构合理； 燃烧器的结构性能好；
炉内过量空气系数适当；
B=Q/(ηQr) * 100 kg/h
(2)计算燃料消耗量
Bj=B(1－q4/100) kg/h
谢谢大家!
Hale Waihona Puke kJ/h每千克煤的有效利用热量Q1。 Q1 =Q/B
2．锅炉热效率
锅炉有效利用热量占输入热量的百 分数即为锅炉热效率。 计算方法有正平衡和反平衡法。
η=（Q1/Qr）×100 %
η= q1 = 100-（q2+q3+q4+q5+q6） %
3、燃料消耗量
用正平衡法来计算燃料消耗量。 (1)实际燃料消耗量
锅 炉 机 组 热 平 衡
主要内容
锅炉热平衡方程的意义 锅炉的输入热量Qr 锅炉的输出热量 锅炉热效率及燃料消耗量
一、锅炉热平衡方程（输入热量=输出热量）
Qr=Q1＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5＋Q6 100 =q1＋q2＋q3＋q4＋q5＋q6 二、锅炉的输入热量Qr Qr= Qar,net＋ir＋Qwr＋Qwh kJ／kg kJ／kg ％
2．排烟热损失q2
对大、中型锅炉约为4％～8％。 （1）影响的主要因素 排烟温度、排烟体积。 (2)、减轻措施 维持一定的排烟温度，减少炉膛漏风， 加强锅炉的吹灰和打焦。
最佳过量空气系数的确定：
四、锅炉热效率及燃料消耗量 1．锅炉的总有效利用热量Q
Q=Dgq(hgq″－hgs)+Dzq(hzq″－hzq′)+Dpw(hpw-hgs)
每千克燃料的输入热量通常指燃料的收 到基低位发热量。
三、锅炉的输出热量
1、固体未完全燃烧热损失q4 对固态排渣煤粉炉，大约为4％～6％。 （1）影响的主要因素
燃料性质 炉膛结构 燃烧方式 炉膛温度 过量空气系数 锅炉负荷及运行工况
(2)减轻措施
炉膛结构合理； 燃烧器的结构性能好；
炉内过量空气系数适当；
B=Q/(ηQr) * 100 kg/h
(2)计算燃料消耗量
Bj=B(1－q4/100) kg/h
谢谢大家!
Hale Waihona Puke kJ/h每千克煤的有效利用热量Q1。 Q1 =Q/B
2．锅炉热效率
锅炉有效利用热量占输入热量的百 分数即为锅炉热效率。 计算方法有正平衡和反平衡法。
η=（Q1/Qr）×100 %
η= q1 = 100-（q2+q3+q4+q5+q6） %
3、燃料消耗量
用正平衡法来计算燃料消耗量。 (1)实际燃料消耗量
锅 炉 机 组 热 平 衡
主要内容
锅炉热平衡方程的意义 锅炉的输入热量Qr 锅炉的输出热量 锅炉热效率及燃料消耗量
一、锅炉热平衡方程（输入热量=输出热量）
Qr=Q1＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5＋Q6 100 =q1＋q2＋q3＋q4＋q5＋q6 二、锅炉的输入热量Qr Qr= Qar,net＋ir＋Qwr＋Qwh kJ／kg kJ／kg ％
第五节 锅炉热平衡
污量，kg/h；
'' ' '' ' igr 、igr 、izr 、izr 、i '、igs－分别为过热蒸汽出口焓、入
口焓、再热蒸汽出口焓、入口焓、饱和水焓、给水 焓和自用蒸汽焓，kJ/kg；
则有效利用热量：
Q1
Q B
四、各项热损失 1．固体不完全燃烧热损失q4 (1)概念：锅炉排出的灰渣中因含有未燃尽的固定碳而 造成的热损失。 （2）q4的计算 对于煤粉炉： q4 (alz Clz afh Cfh ) 32700Aar ,%
q4(%)
无烟煤 4～6
挥发分 高取小 值
无烟煤
3～4
固 态 排 渣 煤 粉 炉
贫煤
2 挥发分 高取小 值 挥发分 高取小 值
烟煤
1～1.5
液 态 排 渣 煤 粉 炉
贫煤
1～1.5
烟煤
0.5
褐煤
0.5～1
褐煤
0.5
（3）影响q4的主要因素
1）燃料性质：挥发分
水分、灰分
煤粉的细度及均匀性；
2）炉膛温度：炉温越高、 右侧各项热量占输入热量的比值百 分数来表示，则有： ％ 100 q1 q2 q3 q4 q5 q6
式中： q1—有效利用热量占输入热量的百分数，%； q2—排烟热损失占输入热量的百分数，%； q3—气体未完全燃烧热损失占输入热量的百分 数，%； q4—固体未完全燃烧热损失占输入热量的百分数， %； q5—锅炉炉体的散热损失占输入热量的百分数， %； q6—灰渣物理热损失占输入热量的百分数，%。
查曲线得到额定蒸发量下的散热损失 q5,ed,再通过下式得到实际蒸发量下的散热损 失q5,
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散热损失
原因：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，这样就灰通过自 然对流和辐射向周围散热，形成锅炉的散热损失。
影响q 的因素
5
锅炉额定蒸发量（即锅炉容量）
e 锅炉容量 额定蒸发量下的散热损失q5
一般按经验数据确定 锅炉实际蒸发量（即锅炉负荷）
锅炉外表面积
受热面积灰，结渣 排烟温度 应保持受热面清洁 漏风 排烟温度
排烟体积
排烟体积 q2
排烟体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。
最佳过量空气系数 q q q
2 3 4
q2
q3
0
q4
zj " 2 q3 , q4 zj (q2 q3 q4 ) min " 2 q2
锅炉输入热量
Qr Qar ,net , p ir Qwh Qwr Qar ,net , p 燃料收到基低位发热量，kJ / kg; ir 燃料的物理显热，kJ / kg; Qwh 雾化燃油所用蒸汽带入的热量，kJ / kg; Q wr 外来热源加热空气时带入的热量，kJ / kg
lz 炉渣份额， %
ch 炉渣比热容，kJ / kg C
h 灰渣温度，固态排渣时可取为600C，液态排渣时
取灰的流动温度FT再加100C
影响q 的因素
6
固态排渣：渣量较小，渣温比液态低得多 Qar ,net , p 排渣量 %时才考虑q6 Aar q6 排渣方式 419 排渣温度 液态排渣：渣量较大，渣温比固态高得多 必须考虑q6
锅炉效率的计算方法
正平衡法（直接求效率法）
Q1 q1 100% Qr
反平衡法（间接求效率法）
q1 100 q2 q3 q4 q5 q6 %
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， 用B表示，单位为kg/s或t/h。
Q B 100 Qr 100 " " ' Dgr hgr hgs Dzr hzr hzr D pw h pw hgs Qr
锅炉燃料消耗量
计算燃料消耗量
计算燃料消耗量是指扣除了机械不完全燃烧损失q4后， 在炉内实际参与燃烧反应的燃料消耗量，用符号Bj表示。
De q5 q % 锅炉在非额定蒸发量下的散热损失为： D
e 5
水冷壁和炉墙结构
结构严密紧凑，炉墙及管道的保温良好，则q5
周围空气温度
外界空气温度高且流动缓慢，则q5
灰渣物理热损失
原因：锅炉炉渣排出炉外时带出的热量，形成灰渣物
理热损失
Aar lz chh q6 % Qr Aar 收到基燃料灰分， %
空气焓值的差
0 h h Q2 100 q4 py py lk q2 100 100 Qr Qr 100
0 h py pyhlk
Qr
100 q4 %
影响q 的因素
2
排烟温度 增加尾部受热面面积 增大金属耗量和烟气流动阻力 排烟温度 尾部受热面低温腐蚀
100 q1 q2 q3 q4 q5 q6
锅炉热平衡示意图
热平衡方程式各项意义
Qr Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Qr 1kg燃料的锅炉输入热量, kJ / kg; Q1 锅炉的有效利用热量，kJ / kg; Q2 排烟损失的热量，kJ / kg; Q3 化学不完全燃烧损失的热量，kJ / kg; Q4 机械不完全燃烧损失的热量，kJ / kg; Q5 散热损失的热量，kJ / kg; Q6 灰渣物理热损失的热量，kJ / kg
燃料挥发分含量
挥发分含量高 q3
炉温以及炉内空气动力工况
炉温 燃烧速度慢 q3 炉膛有死角或燃料在炉内停留时间短 q3
排烟热损失
原因：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，排烟热损失是最大 的一项，约为4%~8%。
计算：排烟热损失q2等于排烟焓值与进入锅炉的冷
锅炉输入热量
对于燃煤锅炉，如燃煤和空气都未利用外部热 源进行预热，且燃煤水分 M ar
Qar ,net , p 630
，则锅炉输入热
量等于燃煤收到基低位发热量
Qr Qar ,net , p锅炉有效利用热量
单位时间内锅炉的总有效利用热量Q为
" " ' Q Dgr hgr hgr Dzr hzr hzr D pw h pw hgs
4
不利于燃料完全燃烧，q4
炉膛结构 运行工况
负荷 煤粉来不及在炉内烧透 q4 负荷 炉温 q4
化学不完全燃烧热损失
原因：由于烟气中含有可燃气体造成的热损失，燃
煤锅炉主要热损失之一，通常仅次于排烟热损失。
影响q 的因素
3
炉内过量空气系数
炉温 燃烧速度慢 q3 氧供应不足 q3
锅炉有效利用热量
每千克燃料（对气体燃料为每Nm³ )的有效利用 热量Q1可用下式计算
Q D h Q
gr 1 " gr " ' hgs Dzr hzr hzr D pw h pw hgs
B B B 锅炉的燃料消耗量，kg / s
当锅炉排污量不超过蒸发量的2%时，此时排污水 热量可略去不计
Dgr , Dzr , D pw 过热蒸汽，再热蒸汽，排污水的流量，kg / s;
" hgr , hgs 过热器出口蒸汽和锅炉给水的焓，kJ / kg; " ' hzr , hzr 再热器出，入口蒸汽的焓，kJ / kg;
h pw 排污水的焓，它等于饱和压力下饱和水的焓，kJ / kg
研究锅炉热平衡的意义
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，依据 热损失分别表现在那些方面和大小如何，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。
锅炉热平衡概念
锅炉热平衡
定义：输入锅炉的热量应与输出锅炉的热 量相平衡，锅炉的这种热量收、支平衡关 系，叫锅炉热平衡。
输入：燃料燃烧送入锅炉的热量。 输出：用于生产蒸汽的有效利用热和生产 过程中各项热损失
锅炉热平衡方程式
前提：（1）按1kg固体或液体燃料为基础 （2）稳定工况下
Qr Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6
q4 B j B 1 100
两种燃料消耗量各有不同的用途。在进行燃料输送 系统和制粉系统计算时要用到燃料消耗量B；在确定空 气量及烟气容积等时则要按计算燃料消耗量Bj进行计算。
机械不完全燃烧热损失
原因：由于灰中含有未燃尽的碳造成的热损失，燃
煤锅炉主要热损失之一，通常仅次于排烟热损失。
影响q 的因素
4
燃烧方式：层燃炉、沸腾炉较大，旋风炉较小，煤 粉炉介于两者之间。 燃料性质：煤中灰分和水分越多，挥发份含量越少， q4 越大 煤粉细度：煤粉越粗，q4越大 过量空气系数 炉温 ，不利于燃烧，q