第3章锅炉机组热平衡
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锅炉原理 第3章燃料燃烧计算和锅炉热平衡计算
3.实际空气量的计算
() V
V0
（定义）
V ( )V 0
α烟气侧过量空气系数
β空气侧过量空气系数
7
第三节 燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算
1.计算前提
理想气体 标准状态（0℃,101325Pa） 单位燃料所产生的烟气量
固体和液体燃料：Nm3（烟气）/kg收到基燃料 气体燃料： Nm3（烟气）/ Nm3收到基燃料
c ash
4182 fa Aar 6 不计入
39
第七节 空气和烟气焓的计算
6.烟气焓温表
温度/℃
理论烟气焓 I0g/kJ/kg
30
理论空气焓 I0a/kJ/kg
飞灰焓
Ig＝I0g＋（α’’－1）I0a＋Ifa
Ifa/kJ/kg 炉膛 过热器 省煤器 空预器
265
100
994
896
第三章 燃料燃烧计算和锅炉热平衡计算
1
第一节 概述
辅助计算
燃烧计算 （物质平衡）
热平衡计算 （能量平衡）
空气量的计算（成分、容积） 烟气量的计算（成分、容积）
空气、烟气焓 锅炉有效利用热 锅炉各项损失 锅炉效率
2
第二节 燃烧所需空气量的计算
1.计算前提
理想气体 标准状态（0℃,101325Pa） 单位燃料所需干空气量
1.28
1.31
1.33
Δα
0.05
α"
1.20
0.03
0.03
0.02
1.23
1.26
1.28
0.03
0.02
0.03
1.31
1.33
1.36
36
第七节 空气和烟气焓的计算
第三章 锅炉热平衡
其它热损失： 其它热损失：冷却热损失
冷却水未接入锅炉汽水循环， 冷却水未接入锅炉汽水循环，吸收部分热量并带出炉 外，并入灰渣物理热损失中计入锅炉热平衡。 并入灰渣物理热损失中计入锅炉热平衡。
建筑环境与设备专业 南京理工大学
第三章 锅炉热平衡
第三节 锅炉的热效率
一、正平衡效率与反平衡效率 1、正平衡法
建筑环境与设备专业 南京理工大学
第三章 锅炉热平衡
2、反平衡法
在实际试验过程中， 在实际试验过程中，测出锅炉的各项热损失， 测出锅炉的各项热损失，应用 下式来计算锅炉的热效率。 下式来计算锅炉的热效率。
η gl = q1
= 100 − ( q2 + q3 + q4 + q5 + q6 )%
建筑环境与设备专业 南京理工大学
Q2 = I py
[
q4 − α pyV (ct ) lk 1 − 100
0 k
]
式中 Ipy——排烟的焓， 排烟的焓，由烟气离开锅炉最后一个受热面处的烟气温 度和该处的过量空气系数决定， 度和该处的过量空气系数决定，kJ/kg； kJ/kg； αpy ——排烟处的过量空气系数 ——排烟处的过量空气系数； 排烟处的过量空气系数； Vk0——1kg ——1kg燃料完全燃烧时所需理论空气量 1kg燃料完全燃烧时所需理论空气量， 燃料完全燃烧时所需理论空气量，m3/kg； /kg； (ct)lk——1m ——1m3空气连同其带入的10g 空气连同其带入的10g水蒸气在温度为 10g水蒸气在温度为t 水蒸气在温度为t℃时的焓 ，kJ/ m3； tlk——冷空气温度 ——冷空气温度， 冷空气温度，一般可取20 一般可取2020-30℃ 30℃。
锅炉机组热平衡
炉内过量空气系数 燃料挥发份含量 炉膛温度 炉内空气动力工况
一般根据经验选取q3：固态或液态排渣煤粉炉: 0％
燃油炉、燃气炉: 0.5%
六、 固体未完全燃烧损失 q4
固体未完全燃烧损失是指燃料中一部分固定炭未燃尽， 残留在灰渣中而损失的热量，也称为机械未完全燃烧损失， 或未燃炭损失。残留下来的炭的发热量一般按32700kJ/kg 计算。
锅炉效率:锅炉吸收燃料热量的效率，也是有效 吸收热量的百分数，ηgl ＝ q1
ηgl ＝ 100 － （q4 + q3 + q2 + q5 + q6） [%]
燃烧效率： ηrs = 100 – (q4 + q3) [%]
二、输入的热量 Qr
广义上说，即为向锅炉输入的总热量 燃料本身发热量 Qar,net,p[kJ/kg燃料]
排烟容积 排烟温度，110～160℃
五、气体未完全燃烧损失 q3
是指可燃气体未完全燃烧所造成的损失。 以CO为例，一氧化炭的发热量12600KJ/Nm3，气体未 完全燃烧损失的热量为：
Q3 12600 Vgy CO (100 q4 ) / 100/ 100 [ Nm3 / kg燃料]
未燃尽而残留的固定炭常存在于灰渣、飞灰及落煤中
若这三种灰渣的重量分别为Ghz、Gfh、Glm[kg/s]，同时其中含 炭份额Chz,Cfh,Clm，则固体未完全燃烧损失为：
32700 Q4 (Ghz Chz G fhC fh GlmClm ) 100 B
以百分比表示：
[kJ / kg 燃料 ]
1 " " ' Q1 [ Dgr (hgr hgs ) D pw (hpw hgs ) Dzr (hzr hzr )] B [kJ / kg 燃料 ]
锅炉原理第三章
；Glz =
αlz BAar
100 − Clz 带入
32866 q4 = q + q = GfhC fh + GlzClz % BQr
(
)
αlzClz 32866Aar α fhC fh % 得：q4 = + 100 − C fh 100 − Clz Qr
2、化学未完全燃烧热损失Q3 化学未完全燃烧热损失Q
Hale Waihona Puke 2、化学未完全燃烧热损失计算
q3 =
Vgy Qr
(126.4CO)(100 − q4 )%
Car + 0.375Sar CO 1.866 100 − q4 % = 126.4 Qr RO2 + CO
(
)
3、排烟热损失 Q2
排烟热损失是锅炉热损失中最 大的一项， 大的一项，大中型锅炉正常运 行时的q 约为（4~8） 行时的q2约为（4~8）%
A fh Alz Aar B = G fh + Glz 100 100 100
A fh + C fh = 100；Alz + C lz = 100，可得
100 − C fh 100 − C lz Aar B + Glz = G fh 100 100 100
100 − C fh 100 − C lz Aar B = G fh + Glz 100 100 100
则：总机械不完全热损失
32866 q4 = q + q = GfhC fh + GlzClz % BQr
fh 4 lz 4
(
)
大型锅炉飞灰量和炉渣量难以测量， 大型锅炉飞灰量和炉渣量难以测量，故一般采 用灰平衡计算q 用灰平衡计算q4 以 A 、 A 分别表示飞灰和炉渣 fh lz 中 灰平衡为： 灰平衡为： 纯灰的质量百分数
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
第三章、锅炉机组热平衡
sz B sz Qar . net Q 4 337.27 Aar C B ，kJ/kg（3－84） 式中：——灰（飞灰、炉渣和沉降灰）中的含 碳量与燃煤灰量之比率，％。
C cjh C fh C lz C afh alz acjh 100 C fh 100 C lz 100 C cjh （3－85）
2014年3月13日星期 四 第三章、燃料燃烧计算和锅炉机组 热平衡 8
式中：Gwh——雾化1kg燃油所用的蒸汽量， kg/kg； hwh——雾化蒸汽在入口参数下的焓， kJ/kg； hwh.o——基准温度下饱和汽的焓，kJ/kg。 可近取为2510kJ/kg。 对于燃煤锅炉，如果燃料和空气都没有利用外 界热量进行预热，且燃煤水分Mar< Qar ,net ％，输 630 入热量Qr=Qar,net。 二、锅炉有效利用热
第三章、锅炉机组 热平衡
2014年3月13日星期 四 第三章、燃料燃烧计算和锅炉机组 热平衡
1
第一节、锅炉热平衡
研究锅炉机组的热平衡目的就在于定量计算 与分析各项能量的大小，找出引起热量损失的 原因，提出减少损失的措施，提高锅炉效率， 降低发电成本。 一．热平衡方程 输入输出锅炉的能量见图3－2，根据能量平 衡原理，可以很容易的写出锅炉的热平衡方程。 在讨论各种能量时，均以1kg燃料为基础，所以 其单位都为kJ／kg。
第三章、燃料燃烧计算和锅炉机组 热平衡
15
二、可燃气体未完全燃烧热损失Q3 可燃气体未完全燃烧热损失是锅炉排烟中残 留的可燃气（CO、H2、CH4等）未燃烧放热而造成 的热损失，亦称化学未完全燃烧热损失。等于烟 气中各种可燃气体的容积与其容积发热量乘积之 和。正常燃烧时q3值很小。
12640 Vco 10800 VH 2 35820 VCH 4 100 q4 Q3 q3 100 ( ) QR Qr 100 Vgy Qr (126.4CO 108H 2 358.2CH 4 )(100 q4 )%
第3章—锅炉机组热平衡
28
2020/12/4
29
（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%。
2020/12/4
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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16
（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
3第三章 锅炉机组热平衡
第三章 锅炉机组热平衡第一节 锅炉热平衡一、锅炉热平衡的概念在稳定工况下，输入锅炉的热量应与输出锅炉的热量相平衡，锅炉的这种热量收、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入锅炉的热量；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1Nm 3标准）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：654321Q Q Q Q Q Q Q r +++++= kJ/kg (3—1)以百分数表示的热平衡方程式，即654321100q q q q q q +++++= % (3—2)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。
第二节 锅炉输入热量和有效利用热量一、锅炉输入热量对应于1kg 固体或液体燃料输入锅炉的热量r 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入热量，即r Q =+net ar Q .r i +wh Q +wr Q (3—3)燃料的物理显热为：r ar p r t c i ⋅=, (3—4)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ar M < net ar Q ,/630，则锅炉输入热量就等于燃煤收到基低位发热量，即net ar r Q Q ,= (3—9)二、锅炉有效利用热量锅炉有效利用热量包括过热蒸汽的吸收，再热蒸汽的吸收、饱和蒸汽的吸收和排污水的吸热。
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 可按下式计算，即)()()(gs pw pw zr zr zr gs grgr h h D h h D h h D Q -+'-''+-''= kW 3—10） 每千克燃料（对气体燃料为每Nm 3 ）的有效利用热量1Q 可用下式计算[]B h h D h h D h h D B Q Q gs pw pw zr zr zr gs gr gr )()()('""1-+-+-== kJ/kg （3—11） 式中 B —锅炉的燃料消耗量，kg/s 。
新03 燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡 蓝白
" l
g r
" g r " l
s m " ' k y k y k y p y
" s m " g r
' k y
解释以上各式的意义
g r
' k y " k y
l z f
B 与 Bj
燃烧消耗量(kg/s) B
计算燃料消耗量Bj
q4 Bj B(1 ) 100
真正在炉内燃烧掉的
热损失计算方法
不同的热损失界定方法 1973年前苏联1973年锅炉热力计算标准 方法 CE采用的美国机械工程师学会动力试验 规程 日本三菱公司
第九节
锅炉机组热平衡试验
─正平衡法
( 1 0 0 C ) G ( 1 0 0 C ) G f h f h l z l z 1 B A B A a r a r
定义
1 a a l z f h %
G (100 Clz ) alz lz BA ar
afh Gfh (100Cfh ) BA ar
C C f h l z Q 7 8 . 3 Aa (l a ) 4 a r z f h 1 0 0 C 1 0 0 C l z f h
1kg燃料完全燃烧所需氧量：
C H S O 3 ar ar ar ar 1 . 866 5 . 55 0 . 7 0 . 7 , Nm 100 100 100 100 1kg燃料完全燃烧所需理论空气量V0：
0
C H S O 1 ar ar ar ar 3 V ( 1 . 866 5 . 55 0 . 7 0 . 7 ), Nm 0 . 21 100 100 100 100
第三章 锅炉机组热平衡
第一节锅炉热平衡1.锅炉热平衡的概念锅炉热平衡：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，叫做锅炉热平衡。
【注意点】1.由这个概念引出的计算锅炉热负荷的方法有两个：一是按锅炉的输入热量计算锅炉负荷；二是按锅炉的输出热量计算锅炉负荷。
锅炉热平衡方程：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。
其方程为：Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6.【注意点】1. Qr是指1kg燃料的锅炉输入热量，kJ/kg；Q1是指锅炉有效利用热量，kJ/kg。
联系前面一章之中煤的成分对于煤燃烧的影响，可以知道这些事情：1-1、水分和灰分含量多的煤对应的锅炉输入热量会相对少；1-2、1kg煤燃烧之后产生的热量可以称为锅炉的输入热量，其中灰分会吸收相当一部分的热量或是由烟道出口化作飞灰排除或是成为炉渣排除；其中水分可以分为两个部分——外水分和内水分，外水分会在磨煤机之中被热风给干燥掉，热风的热量来自于空气预热器也就是来自于燃煤产生的热量，内水分会在煤燃烧后成为水蒸气，同样会吸收热量，但是这部分水分吸收的热量并不会全部浪费，因为烟气出后温度大约130℃，于是内水分吸收的部分热量可以算在锅炉有效利用热量中间。
1-3、由上面可以知道，灰分造成了热量损失，在方程之中的标记是Q6——灰渣热物理损失。
排烟温度为130℃左右，其中内水分和煤燃烧产生的水分和其它烟气组分携带的热量就是排烟损失，在方程之中的标记为Q2——排烟损失，这是锅炉热量损失最大的一部分。
1-4、剩下的两项挺不好区分和理解的，分别是Q3——化学不完全燃烧和Q4——机械不完全燃烧，其中化学不完全燃烧主要是指煤的挥发分没有燃烧完全（挥发分可以视为气体组分，因其易挥发且容易点燃、可放出大量热量而得名），而机械不完全燃烧主要是指固定碳没有完全燃烧。
减少锅炉热量损失的办法：1.对于机械不完全燃烧Q4，通常它是仅次于排烟损失的热量损失项。
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
工业锅炉的热平衡(1)
式中 G——热水锅炉循环水流量（kg/h）； hcs——热水锅炉出水的焓（kJ/kg）； hjs——热水锅炉进水的焓（kJ/kg）。
（二）反平衡测定法
反平衡法是测定出锅炉的各项热损失，然 后用下式进行计算： q 1 (q q q q q ) 三、耗煤量计算 锅炉的耗煤量一般用下式计算： 符号同上。 Qgl 作业：讲义1-3题。 B Qnet、v、ar
1 2 3 4 5 6
§3.2 锅炉的各项热损失
锅炉运行时，进入炉膛的燃料不可能完全 燃烧，未燃烧的可燃成分所折合的损失称 之为锅炉未完全燃烧热损失；炉内燃料燃 烧所放出的热量也不可能全部被有效利用， 有的热量被排出炉外的烟气、灰渣带走， 有的则经过炉墙、附件散失掉。由此可见， 锅炉在运行中存在着各种热损失。
2、生产过热蒸汽的锅炉每小时有效吸热量
r Qgl Dgq (hgq hgs ) Dzy (hbq hgs ) Dps (hbs hgs ) 100
式中 Dgq——过热蒸汽流量（kg/h）； hgq——过热蒸汽的焓（kJ/kg）。 3、生产热水的锅炉每小时有效吸热量
Q1 1 100(%) Qr
2、反平衡方法
反平衡方法是指通过试验，逐项测定锅炉 热损失，再按下式计算锅炉热效率
2
q1 100 (q2 q3 q4 q5 q6 )(%)
二、锅炉燃料消耗量 1、燃料消耗量的计算
锅炉热效率确定以后，即可按下式计算燃 料消耗量B
三、固体未完全燃烧热损失 原因：固定未完全燃烧热损失是由于燃料的可燃 q4 固定颗粒在炉内未燃烧或未能燃尽而直接排出炉 外，由此而引起的热量损失。通常情况下由三部 分组成。 hz q4 （1）灰渣热损失 未燃料或未燃尽的碳粒随灰渣 排出炉外引起的热损失。 q4fh （2）飞灰热损失 未燃烧或未燃尽的碳粒随烟气 排出炉外引起的热损失。 1m q （3）漏煤热损失4 未燃烧或未燃尽的碳粒经炉排 缝隙漏出炉外引起的热损失。
（二）反平衡测定法
反平衡法是测定出锅炉的各项热损失，然 后用下式进行计算： q 1 (q q q q q ) 三、耗煤量计算 锅炉的耗煤量一般用下式计算： 符号同上。 Qgl 作业：讲义1-3题。 B Qnet、v、ar
1 2 3 4 5 6
§3.2 锅炉的各项热损失
锅炉运行时，进入炉膛的燃料不可能完全 燃烧，未燃烧的可燃成分所折合的损失称 之为锅炉未完全燃烧热损失；炉内燃料燃 烧所放出的热量也不可能全部被有效利用， 有的热量被排出炉外的烟气、灰渣带走， 有的则经过炉墙、附件散失掉。由此可见， 锅炉在运行中存在着各种热损失。
2、生产过热蒸汽的锅炉每小时有效吸热量
r Qgl Dgq (hgq hgs ) Dzy (hbq hgs ) Dps (hbs hgs ) 100
式中 Dgq——过热蒸汽流量（kg/h）； hgq——过热蒸汽的焓（kJ/kg）。 3、生产热水的锅炉每小时有效吸热量
Q1 1 100(%) Qr
2、反平衡方法
反平衡方法是指通过试验，逐项测定锅炉 热损失，再按下式计算锅炉热效率
2
q1 100 (q2 q3 q4 q5 q6 )(%)
二、锅炉燃料消耗量 1、燃料消耗量的计算
锅炉热效率确定以后，即可按下式计算燃 料消耗量B
三、固体未完全燃烧热损失 原因：固定未完全燃烧热损失是由于燃料的可燃 q4 固定颗粒在炉内未燃烧或未能燃尽而直接排出炉 外，由此而引起的热量损失。通常情况下由三部 分组成。 hz q4 （1）灰渣热损失 未燃料或未燃尽的碳粒随灰渣 排出炉外引起的热损失。 q4fh （2）飞灰热损失 未燃烧或未燃尽的碳粒随烟气 排出炉外引起的热损失。 1m q （3）漏煤热损失4 未燃烧或未燃尽的碳粒经炉排 缝隙漏出炉外引起的热损失。
第三章燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡
总和
B Aar 100
Glz
100 Clz 100
G
fh
100 C 100
fh
定义
1 Glz (100 Clz ) G fh (100 C fh )
BAar
BAar
1 alz a fh %
alz
Glz (100 Clz ) BAar
a fh
G fh (100 C fh ) BAar
方法：通过锅炉机组的热平衡试验。 现代电站锅炉的效率为90%左右，容量越大、效率越高。
动力工程系
华北电力大学
二、热平衡方程式
NCEPU
相应于每公斤固体及液体燃料：kJ/k Q6
Qr —送入锅炉的热量； Q1 —有效利用热； Q2 —排烟热损失； Q3 —化学不完全燃烧损失； Q4 —机械不完全燃烧损失； Q5 —散热损失； Q6 —其它热损失。
NCEPU
动力工程系
华北电力大学
2、理论氮气量
VN02
22.4 Nar 28 100
0.79V 0
VN02
0.8 Nar 100
0.79V 0
NCEPU
动力工程系
华北电力大学
3、理论水蒸汽量
NCEPU
（1）由煤中的水分
22.4 M ar 18 100
0.0124M ar
动力工程系
华北电力大学
NCEPU
二、理论空气量
1kg(或1m3)燃料完全燃烧时所需的最低限度的空 气量（空气重的氧无剩余）成为理论空气量。
组成
碳燃烧消耗的氧气量
1.866 Car Nm3 100
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
第3章燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡_锅炉燃烧技术
V V0
Δ α 各受热面处烟气侧漏
风系数，查表确定；△V为烟道
漏风量 为炉膛出口处过剩空气系
数，表征炉内燃烧状况的重要
物理量，在推荐值范围内选取
过剩空气系数β与漏风系数△α
ky ky ky
zf ky
Qr
四、锅炉输出热量
1、排烟热损失 2、气体不完全燃烧热损失 3、固体不完全燃烧热损失
4、散热损失
5、灰渣物理热损失 6、有效利用热
1、排烟热损失 Q2 定义
烟气排入大气所造成的热损失
计算
1、排烟热损失 Q2 影响排烟热损失的主要因素
Q2 f py , 燃性, l '', , 受热面无损程度
为理想烟气焓、理想空气焓和飞灰焓 c i 为1Nm3空气、烟气各成分和1kg灰在温度为 ℃时的焓值，见表2-9； a fh为烟气携带飞灰的质量份额。对固态排渣煤粉炉，取 a fh 0.9～0.95
0 0 I y、I k 、I fh
焓 温 表
烟气的焓值 H y
取决于燃料种类、过剩空气系数及烟气温度
效率越高Βιβλιοθήκη 热 平 衡 范 围二、锅炉热平衡方程式
Qr Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6
100 q1 q2 q3 q4 q5 q6
qi = Qi / Qr ×100
式中
Qr
输入热量
Q1 有效利用热 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 散热损失 Q6 灰渣物理热损失
三、锅炉输入热量 Qr
Qr ir Qwr Qzq , kJ/kg
Δ α 各受热面处烟气侧漏
风系数，查表确定；△V为烟道
漏风量 为炉膛出口处过剩空气系
数，表征炉内燃烧状况的重要
物理量，在推荐值范围内选取
过剩空气系数β与漏风系数△α
ky ky ky
zf ky
Qr
四、锅炉输出热量
1、排烟热损失 2、气体不完全燃烧热损失 3、固体不完全燃烧热损失
4、散热损失
5、灰渣物理热损失 6、有效利用热
1、排烟热损失 Q2 定义
烟气排入大气所造成的热损失
计算
1、排烟热损失 Q2 影响排烟热损失的主要因素
Q2 f py , 燃性, l '', , 受热面无损程度
为理想烟气焓、理想空气焓和飞灰焓 c i 为1Nm3空气、烟气各成分和1kg灰在温度为 ℃时的焓值，见表2-9； a fh为烟气携带飞灰的质量份额。对固态排渣煤粉炉，取 a fh 0.9～0.95
0 0 I y、I k 、I fh
焓 温 表
烟气的焓值 H y
取决于燃料种类、过剩空气系数及烟气温度
效率越高Βιβλιοθήκη 热 平 衡 范 围二、锅炉热平衡方程式
Qr Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6
100 q1 q2 q3 q4 q5 q6
qi = Qi / Qr ×100
式中
Qr
输入热量
Q1 有效利用热 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 散热损失 Q6 灰渣物理热损失
三、锅炉输入热量 Qr
Qr ir Qwr Qzq , kJ/kg
锅炉原理(第三章)
Nm3 /
Vgy =
1.866 Car 0.375Sar RO 2 CO
Nm3 / kg
3.5 燃烧方程式
不完全燃烧干烟气体积
Vgy VRO2 79 VCO VO2 V VO2 0.5VCO 21
0 N2
Nm3 /kg
不完全燃烧方程式：
21=RO 2 +0.605CO+O 2 RO 2 CO
max
RO
21 2= 1+
3.6 运行中过量空气系数的确定
运行中
0.79 VO 0.5VCO 2 1 0.21VN2
1
79 O 2 0.5CO 1 21N 2
1
运行中，不完全燃烧的过量空气系数
79 O2 0.5CO 1 21 100- RO2 O2 CO
VCO VCO2 1.866Car,CO 1.866Car,CO2 1.866Car + = Nm3 /kg 100 100 100
(2) 不完全燃烧时烟气中的氧体积
VO2 0.5
VN2
1.866Car,CO 100
0 N2
+0.21 1V 0
Nm3 /kg
Nm3 /kg
0.79 V + VO2 0.5VCO 0.21
pRO2 rRO2 p pH2O rH2O p
kg/kg kg/kg
p——烟气总压力，MPa；一般取 p=0.098 MPa
Aar my =1 1.306V 0 100
afh——飞灰占总灰分的质量份额，一般取 0.9~0.95 my ——1kg燃料燃烧得到的烟气质量， kg/kg 1.306αV0 ——1kg燃料燃烧所需空气及所含水分转入烟气的质量，kg/kg
第三章 锅炉的热平衡
第三章 锅炉的热平衡
第五节 排烟热损失
排烟温度高于进入锅炉的空气温度，排烟 带走的热量造成的损失。 一、Q2的测定与计算 (板书) 水管锅炉装省煤器的q2约为6%--12% 不装省煤器的q2约为20%。 二、 Q2的影响因素 1、排烟温度 排烟温度提高12℃—15℃，q2增加1%。 2、排烟体积
第三章 锅炉的热平衡
第六节 散热损失
一、 Q5的计算 (板书) 二、 保热系数
第三章 锅炉的热平衡
第七节 灰渣物理热损失及其他热损失
一、灰渣物理热损失 二、及其他热损失
(板书)
第三章 锅炉的热平衡
第八节 燃料消耗量(板书)
第三章 锅炉的热平衡
第三章
锅炉的热平衡
三、主要内容:
• 锅炉热平衡的组成 • 锅炉的正反平衡热效率的计算 • 锅炉各种损失的测定与计算方法
第三章 锅炉的热平衡
第三章
锅炉的热平衡
第一节 锅炉热平衡的组成 1、热平衡方程
热平衡：锅炉在正常稳定工况下建立的热量
收支平衡关系。
建立的条件：锅炉正常稳定工况下。
以1kg固体、液体燃料或1m3 气体燃料为单位。
第三章 锅炉的热平衡
第三章
锅炉的热平衡
热平衡方程：kJ/kg
Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 kJ/kg 各成分的意义：（板书）
第三章 锅炉的热平衡
锅 炉 热 平 衡 示 意
第三章 锅炉的热平衡
第三章 锅炉的热平衡
第二节 锅炉热效率 一、正平衡法
（板书）
《工业锅炉热工试验规程》（GB/T10180-2003）
《生活锅炉热效率及热工试验方法》（GB/T10820-2002）
第三章 锅炉原理-锅炉机组热平衡
2．计算公式
Q3
12640VCO
10800VH2
35820VCH
4
)(1
q4 100
)
Vgy (126.4CO 108H 2
q3
Q3 Qr
100
%
358.2CH 4 )(1
q4 ) 100
式中：Vgy
1.866(C y RO2
0.375S CO
y
)，Nm3/kg燃料
层燃时燃用水分低，焦结性弱而细末又多的煤时： 特别是在提高燃烧强度而增强通风的情况下，飞 灰损失就增加。
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Principles of Boiler
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机械未完全燃烧热损失q4
2．燃烧方式对q4的影响：
煤粉炉没有漏煤损失，但飞灰损失比层燃炉大 沸腾炉在燃用石煤或煤矸石时，飞灰损失大
100 Ghz 100
Glm
100 Rlm 100
G fh
100 R fh 100
上式两边分别乘以 100
BA y
1 Ghz (100 Rhz ) Glm (100 Rlm ) G fh (100 R fh )
BA y
BA y
BA y
令：
ahz
Ghz (100 BA y
3．缺少元素成分资料时
q3
3.2
CO
(1
q4 ) 100
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Principles of Boiler
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排烟热损失q2
5/7
排烟热损失：是指由排烟所带走的热量损失，烟气离开锅炉排入大气时 ，其温度比进入锅炉的空气温度高很多。
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1 '' '' ' Q1 = [ Dgr ( hgr − hgs ) + Dzr ( hzr − hzr ) + D pw (h '− hgs )] B
过热蒸汽焓 再热器出口蒸汽焓 给水焓 入口蒸汽焓
注：对于有分离器的直流锅炉，锅炉排污量为分离器的排污量。 当排污量小于蒸发量的2％时，排污水的热耗可以忽略不计。
锅炉机组热平衡试验方法
下列情况应进行锅炉机组的热平衡试验： 下列情况应进行锅炉机组的热平衡试验： ①新安装锅炉的移交验收、鉴定试验中； 新安装锅炉的移交验收、鉴定试验中；
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②新投产锅炉按设计负荷试运转结束后的运行试验中； 新投产锅炉按设计负荷试运转结束后的运行试验中； ③改造后的锅炉进行热工技术性能鉴定试验中； 改造后的锅炉进行热工技术性能鉴定试验中； ④大修后的锅炉进行检修质量鉴定和校整设备运行特性的 试验中； 试验中； ⑤运行锅炉由于燃料种类变化等原因进行的燃烧调整试验 中。
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第三章 锅炉机组热平衡
锅炉热平衡的基本概念 锅炉输入热量 锅炉有效利用热 各项热损失 锅炉效率及热平衡实验
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1. 锅炉热平衡的基本概念
• 锅炉热平衡：在稳定运行状态下，锅炉输入热量与输 出热量及各项损失之间的热量平衡，即：
固体不完全燃烧热损失q4的计算公式：
C fh 32866 Aar Clz q4 == (α lz + α fh ) Qr 100 − Clz 100 − C fh
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Glz =
α lz BAar lz
100 − Clz
Glz (100 − Clz ) G fh (100 − C fh ) 1= + BAar BAar
α lz
l q4 = q4z + q4fh =
α fh
Gfh =
α fh BAar
100 − Cfh
32866 (Glz Clz + G fh C fh ) BQr
η = 100 − (q2 + q3 + q4 + q5 + q6 ), %
实际燃料消耗量 100 '' '' ' B= [ Dgr (hgr − hgs ) + Dzr (hzr − hzr ) + D pw (hpw − hgs )] Qrη 计算燃料消耗量
Bj = B(1 −
18
q4 ) 100
ir = c p ,ar tr
cp,ar－燃料收到基定压比热容，tr－燃料温度
0 Qwr = β '(hk0 − hlk ), kJ/kg
排烟中蒸汽焓近似值，kJ/kg
雾化蒸汽热量计算
Qzq = Gzq (hzq − 2510), kJ/kg
雾化蒸汽焓，kJ/kg
每kg燃油雾化所用蒸汽量，kg/kg
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•锅炉热平衡计算例题例题3锅炉热平衡.xls
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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。 小型锅炉此项损失较大。(图3－3，注：D>900t/h，q5=0.2%) q （保热系数，3－23） ϕ = 1− 5 η + q5 （5）灰渣物理热损失q6
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（3）排烟热损失q2 锅炉排烟物理显热造成的热损失，等于排烟焓（注意位置 ） 与入炉 （ 注意位置） 空气焓之差，即： 0 (hpy − α py hlk ) (100 − q4 ) q2 = × × 100,% （kJ/kg） 100 Qr
100% = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6
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锅炉热平衡示意图
锅炉有效利用热量
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Q1
排烟热损失Q2 可燃气体不完 全燃烧热损失 Q3
9
10
11
锅炉设计:
可按燃料种类和燃烧方式选用(表3-2)，对于固态除渣煤 粉炉：褐煤q4＝0.5～1％，烟煤q4＝1～1.5％， 贫煤q4 ＝2％，无烟煤q4＝4～6％。大容量锅炉上述取值结果偏 大。
锅炉校核:
测量炉渣和飞灰份额及其含碳量，按上面公式计算
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会引起尾部受热面的低温腐蚀, 与燃料硫含量有关 [2]为什么排烟温度不能进一步降低？ 锅炉尾部受热面传热温差减小， 传递同样的热量，需要较多的受 热面积
[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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影响机械不完全燃烧损失的因素
燃料性质 燃烧方式 煤粉细度 过量空气系数
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炉膛型式和结构 炉膛温度 燃料炉膛内停留时间 风粉混合程度 锅炉负荷
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锅炉效率：有效利用热与锅炉输入热量之比。 1 '' '' ' Q1 = [ Dgr (hgr − hgs ) + Dzr (hzr − hzr ) + D pw (h '− hgs )] Q1 B η = q1 = Qr
Qr = Qar ,net + ir + Qwr + Qzq
锅炉效率的计算：正平衡法和反平衡法
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• 知道锅炉有效利用热量的大小和燃料热量的利用程 度。 • 更重要的是知道各项热损失的大小，可以判断锅炉 更重要的是知道各项热损失的大小， 的设计和运行水平，寻找提高锅炉运行水平的措施。 的设计和运行水平，寻找提高锅炉运行水平的措施。
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32866 (Glz Clz + G fh C fh ) BQr
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• 灰平衡方程
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Afh Aar Ahz B = Ghz + G fh 100 100 100
100 − C fh Aar 100 − Clz B ) + G fh ( ) = Glz ( 100 100 100
Qr = Qar ,net + ir + Qwr + Qzq
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3. 锅炉有效利用热
受热面 省煤器 蒸发受热面 过热器 再热器
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锅炉有效利用热指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。
q6 = Aar α lz chϑh × 100 Qr
影响q6的主要因素：排渣量和排渣温度 排渣方式
必须考虑q6
固态排渣和液态排渣
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Aar ≥
Qar,net,p 419
%时
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5. 锅炉效率及热平衡试验
排烟温度（设计值一般为110～160℃？） 烟气容积（炉内过量空气系数和漏风量）
如何确定最佳空气系数？
min（q2+q3+q4） min（
q q2+ 3+ 4 +q +q
q2 q4 q3
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过量空气系数
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锅炉散热损失
17
Q5
18
12 12
1 8
锅炉输 Qr 入热量
2
7 6
固体不完全燃烧热损失
6 4
15
Q4fh