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
1.理论空气焓和理论烟气焓定义
单位燃料所需要的理论空气量V0和所产生的理论烟气量
Vg0在等压下从0℃加热到θ℃所需要的热量
2.计算前提
1.866 (Car
0.375Sar ) 100
Vg0
V0 N2
0.79V 0
0.8 Nar 100
过量干空气
Vg
VN2
V0 N2
0.79
1V 0
1V 0
VO2 0.21 1V 0
1.0161 1V 0
VH2O VH02O 0.0161 1V 0
H2O —— VH2O
过量湿空气
V0 H2O
α=1 完全燃烧 O2 = 0 CO = 0
方法 C、H、S→燃烧化学反应方程式→理论烟气量
10
第三节 燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算
（2）理论烟气量的计算 二氧化碳和二氧化硫容积
CO2+SO2 三原子气体RO2
C + O2 → CO2 12kg C + 22.41Nm3 O2 → 22.41Nm3 CO2
13.8
200
2013
1806
28.9
2602
300
3063
2736
45.0
3875 3957
400
4146
500
5256
3680
61.5
4644
78.3
6403
5238 6635
1 1 1
2 2 2
1 2 2 1 1 2
34
第六节 过量空气系数
（3）各受热面空气平衡
f
35
第六节 过量空气系数
（4）空气平衡表
受热面名称
炉膛、屏 高温
低温 高温
高温
低温
低温
凝渣管 过热器 过热器 省煤器 空气预热器 省煤器 空气预热器
α'
1.15
1.20
1.23
1.26
0.8 Nar 100
V0 N2
0.79V 0
0.8 Nar 100
12
第三节 燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算
（2）理论烟气量的计算
水蒸汽
1kg H + 5.56Nm3 O2 → 11.1Nm3 H2O
Mar： 22.41 Mar 1.24 Mar
18 100
100
V0： 1.293V 0 da 0.0161V 0 0.804 1000
VRO2
V0 N2
1V 0
V0 H2O
0.0161
1V 0
Vdg
VH2O
15
第三节 燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算
（3）理论烟气量与设计工况下实际烟气量的关系
C —— VCO2 S —— VSO2 N2 —— VN2
O2 —— VO2
VRO2
1.866 Car 0.7 Sar 100 100
2.不完全燃烧方程
燃料特性系数
RO2 0.605CO O2 (RO2 CO) 21
CO 21 RO2 (RO2 O2 ) 0.605
23
第五节 燃烧方程
2.35
H ar
Oar 8
0.038Nar
Car 0.375Sar
燃料特性系数只取决于燃料的可燃元素，与水分和灰分无关
1
判 断 燃 烧 状 况
25
第五节 燃烧方程
4.说明
实际燃烧过程中（O2 ≠0 ）不可能达到RO2max
1 RO2 O2 21
RO2 O2 21
判断烟气分析成分的合理性
26
第六节 过量空气系数
1.过量空气系数
（1）定义
实际供给的空气量与理论空气量之比
V
V0
反映设备的完善程度和运行水平
Gat：
Gat 0.804
1.24Gat
da=10g/kg空气
V0 H2O
11.1 Har 100
1.24
M ar 100
0.0161V 0
13
第三节 燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算
（2）理论烟气量的计算
Vg0
1.866
(Car
0.375Sar 100
)
0.8 Nar 100
0.79V
0
11.1 Har 100
无因次量，与采用何种燃料成分基准无关
H ar
Oar 8
：自由氢（尚未与氧化合的氢，消耗外界氧的氢）
24
第五节 燃烧方程
3.完全燃烧方程
CO 21 RO2 (RO2 O2 ) 0.605
α＞1且完全燃烧：CO=0
1 RO2 O2 21
α＞1且完全燃烧：CO=0 O2=0
21
RO max 2
当量碳量
收到基燃料
G0 1.293V 0 kg（空气）/kg（收到基燃料）
6
第二节 燃烧所需空气量的计算
（3）理论空气量的经验Байду номын сангаас算
● 无烟煤、贫煤
V 0 0.238 Qar,net 600 900
Nm3/kg
● 烟煤
V 0 1.05 0.238 Qar,net 0.278 1000
Nm3/kg
1kg C + 1.866Nm3 O2 → 1.866Nm3 CO2
S + O2 → SO2
1kg S + 0.7Nm3 O2 → 0.7Nm3 SO2
11
第三节 燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算
（2）理论烟气量的计算 理论氮气容积
V0： 0.79V 0
＋
Nar：
22.41 Nar 28 100
实际工况
实际送入的空气量大于理论空气量，仍为不完全燃烧
燃烧产物（烟气）组成：CO2、SO2、N2 、H2O、剩余O2和CO
实际烟气量：Vg
9
第三节 燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算
3.理论烟气量的计算
（1）理论烟气量的定义
1kg收到基燃料在以理论空气量V0条件下完全燃烧时
生成的烟气量（或烟气容积） （2）理论烟气量的计算
不完全燃烧
1
1
3.76
100
O2 0.5CO
RO2 O2
CO
1
1
3.76
100
O2 0.5CO 2CH4
RO2 O2 CO CH
4
29
第六节 过量空气系数
完全燃烧
RO2max
RO2
21
21 O2
（6）运行状态下监督过量空气系数
O2监督
燃料变化 RO2变化
1烟煤 2褐煤 3重油 4天然气
30
第六节 过量空气系数
2.漏风系数
（1）定义
漏入空气量与理论空气量之比
V
V0
（2）危害 炉膛温度水平↓
燃烧效率↓
烟气容积↑ 排烟热损失和引风机电耗↑
漏风点温度↓
烟气温度水平↓
排烟温度↑
31
第六节 过量空气系数
（3）推荐
项目
漏风系数
炉膛
0.05
凝渣管和屏
0
过热器
0.03
再热器
0.03
省煤器
0.02
4.与烟气量有关的概念
烟气质量
Gg
1 Aar 100
1
da 1000
1.293V
0
1 Aar 100
1.306V 0
kg/kg
三原子气体容积份额（分压力）
rRO2
VRO2 Vg
pRO2 rRO2 p
水蒸汽容积份额（分压力）
p：烟气总压力
rH2O
VH2O Vg
pH2O rH2O p
18
第三节 燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算
11.1 Har 100
1.24
M ar 100
0.0161V 0
16
第三节 燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算
（4）实际工况下实际烟气量的计算
α>1 不完全燃烧 O2 ≠ 0 CO ≠ 0
Vg VCO VCO2 VSO2 VN2 VO2 VH2O
变化
1.866 Car 100
17
第三节 燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算
1kg S + 0.7Nm3 O2 → 0.7Nm3 SO2
5
第二节 燃烧所需空气量的计算
（2）理论空气量的计算
燃料本身包含的氧量
V
0
1 0.21
(1.866
Car 100
5.56
H ar 100
0.7
S ar 100
0.7
O ar) 100
外界提供的理论空气量
0.0889(Car 0.375Sar ) 0.265Har 0.333Oar Nm3/kg
（2）表征
炉膛出口处过量空气系数
'' f
27
第六节 过量空气系数
（3）选择 αf"
排烟热损失 化学未完全燃烧热损失 机械未完全燃烧热损失
最佳αf "：三项损失之和为最小时
28
第六节 过量空气系数
（4）推荐值
无烟煤和贫煤1.20～1.25 烟煤和褐煤1.15～1.20 液体和气体1.10
（5）运行状态下确定过量空气系数
4.空气焓的计算
θ空气或烟气温度
理论空气焓 Ia0 V 0 c a
实际空气焓
Ia
V
c a
38
第七节 空气和烟气焓的计算
5.烟气焓的计算
理论烟气焓
I
0 g
VRO2
c
RO2
V0 N2
c
N2
V0 H2O
c H2O
烟气焓
Ig
I
0 g
1
Ia0 I fa
I fa
Aar 100
fa
4.与烟气量有关的概念
飞灰浓度
Aar fa
100Gg
飞灰系数
Aar fa
100Vg
0.95 kg/kg烟气 kg/Nm3烟气
19
第四节 烟气分析
1.目的
测定运行中烟气的成分和容积
燃烧的完全程度 炉膛空气供给量
2.烟气分析仪
奥氏烟气分析仪
磁性、氧化锆氧量计
电化学烟气分析仪
红外烟气分析仪 20
8
第三节 燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算
2.燃烧工况
理论工况
燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成：CO2、SO2、N2和H2O 理论烟气量：Vg0
设计工况
实际送入的空气量大于理论空气量，以保证燃料完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成：CO2、SO2、N2 、H2O和剩余O2 实际烟气量：Vg
1.24
M ar 100
0.0161V
0
VRO2 Vdg0
VN20
VH2O0
Nm3（烟气）/kg（收到基燃料）
14
第三节 燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算
（3）设计工况下实际烟气量的计算 （α>1 完全燃烧 O2 ≠ 0 CO = 0）
过量的空气
过量空气带入的水蒸汽
Vg Vg0 1V 0 0.0161 1V 0
单位燃料所需要的空气和所产生的烟气的焓值
固体和液体燃料：kJ/kg收到基燃料
气体燃料： kJ/ Nm3收到基燃料
计算起点：0℃（ 0℃对应焓值为0 ）
计算比热：定压比热（燃烧过程为定压）
RO2比热： CO2比热（VCO2 >>VSO2 ）
37
第七节 空气和烟气焓的计算
3.计算通式
I Vc
V空气量或烟气量 c空气或烟气定压比热
第四节 烟气分析
3. 干烟气成分
RO2
VRO2 Vdg
100%
O2
VO2 Vdg
100%
CO VCO 100% Vdg
N2
VN 2 Vdg
100%
RO2 O2 CO N2 100
22
第五节 燃烧方程
1.定义
燃料元素组成和燃烧产物之间的关系
f（ Car，Har， Oar， Nar， Sar， RO2，CO，O2）＝0
固体和液体燃料：Nm3（干空气）/kg收到基燃料 气体燃料： Nm3（干空气）/ Nm3收到基燃料
3
第二节 燃烧所需空气量的计算
2.理论空气量的计算
（1）理论空气量的定义 1kg收到基燃料完全燃烧且没有剩余氧存在时 所需要的空气量
（2）理论空气量的计算 方法 C、H、S→燃烧化学反应方程式→理论空气量
管式空气预热器
0.03
回转式空气预热器
0.08~0.1
32
第六节 过量空气系数
3.空气平衡
（1）定义 送入锅炉的过量空气量＝排出锅炉的过量空气量
（2）基本关系
∆α
α'
α"
受热面
进口
出口
漏风
33
第六节 过量空气系数
（3）各受热面空气平衡
∆α1
∆α2
α' 1
α" 1
α" 2
受热面1
受热面2
α' 2
4
第二节 燃烧所需空气量的计算
（2）理论空气量的计算
碳完全燃烧反应方程式 C + O2 → CO2
12kg C + 22.41Nm3 O2 → 22.41Nm3 CO2
1kg C + 1.866Nm3 O2 → 1.866Nm3 CO2
1kg H + 5.56Nm3 O2 → 11.1Nm3 H2O