锅炉物料衡算

锅炉物质平衡和热平衡
燃烧产物和燃烧热平衡计算的任务是确定燃料完全燃烧时所需的空气量、燃烧生成的烟气量和烟气焓等。

1.1 锅炉设计选用烟煤的成分如下：
元素含量
C ar=48.5%
H ar=3.9%
O ar=13.2%
N ar =0.631%
S ar =0.043%
收到基灰分：A ar=7.82% 收到基水分：M ar=32.04% 收到基挥发分：V ar= 30.35% 收到基固定碳： F Car=29.79% 低位发热量 Q net.ar=3720.3J/kg 空干基挥发分：
V daf=36.58%
1.2 燃料燃烧所需空气量
燃料燃烧是燃料中的可燃成分（C、H、S）与空气中的氧气在高温的条件下所发生的强烈放热的化学反应。

因此燃料所需空气量可根据燃烧的化学反应关系进行计算。

计算中把空气与烟气的组成都当做理想气体，即在标准状态
（O.IOIMPa大气压力和0C）下，Ikmol理想气体的容积等于22.4m3
1.2.1 理论空气量
1kg 收到基燃料完全燃烧而又没有剩余氧气存在时的理论空气需用量V（o单位m3/kg）是根据燃料的燃烧方程式推导出的1kg燃料完全燃烧所需的空气量。

煤的燃烧实际上就是煤中可燃物碳、氢、硫的燃烧，以1kg收到基燃料为基准
1kg燃料完全燃烧本身释放氧气量0.7O ar/100 m3=0.092 m3。

综上所述：1kg燃料完全燃烧时，需要从空气中取得的理论氧气量为
V°O2=1.866C ar/100+5.6H ar/100+0.7S ar/100- 0.7O ar/100m3/kg
=1.061m3/kg
所以，1kg燃料完全燃烧时，需要的理论空气量为
V°=V°O2/0.21=5.0543 mf/kg
1.2.2实际空气供给量
燃料在炉内燃烧时很难与空气达到完全理想的混合，如仅按理论空气需要量供应空气，必然会有一部分燃料得不到所需要的的氧而达不到完全燃烧，为了使燃料燃烧得更完全，减少不完全燃烧热损失，实际送入炉内的空气量V k (单位m3/kg)要大于理论空气量 V0 (单位m3/kg)。

:炉膛过量空气系数，一般煤粉炉过量空气系数取1.15 1.25 由于公司用的煤是烟煤，所以过量空气系数取1.2，
=V k/V0
实际空气用量 V k= V0 m3/kg
=1.2 §0543
3
=6.0652m3/kg
过空气量厶 V=V k-V°=( -1)V0 m3/kg
=(1.2-1) 5.0543
=1.0109m3/kg
1.3烟气成分及其烟气量的计算
1.3.1烟气成分
燃料燃烧后生成的产物是烟气及其携带的灰粒和未燃尽的碳粒。

烟气中的固体颗粒占容积百分比很小，通常计算时略去不计。

烟气是由多种气体组分组成的混合物，当a >1且完全燃烧时，1kg燃料燃烧生成的烟气总容积
3
V y=V CO2+V SO2+V N2+V O2+V H2O m /kg
1.3.2 根据燃烧化学反应计算烟气容积
先计算理论烟气容积V°y，在此基础上在考虑过量空气容积和随同这部分过量空气带入的水蒸气容积，即可算出该延期的实际总容积V y。

1.3.
2.1 理论烟气容积 V0y 理论烟气容积是由四种气体成分分容积组成，即
V0y=V CO2+V SO2+V0N2+V0H2O
1、二氧化碳和二氧化硫的容积（V R02）的计算
1kg燃料中的C和S完全燃烧时生成的CO2与SO2的容积为
V R02=V C02+V S02=1.8667C ar/100+0.7S ar/100
=0.9053+0.00301
=0.9083m3/kg
本项目以烟煤为原料，以石灰石粉为吸收剂，在循环流化床锅炉内喷入石灰石，石灰石在炉内受热分解为氧化钙和二氧化碳，氧化钙与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙，保证一定适当的钙硫比（取C a/S 为 2），脱硫效率可达 80%以上。

2CaC03 = 2Ca0 + 2C02 Ca0 + S02 = CaS03
2 2 1
V C
V C02=0.9053+ V C =0.9053+0.006=0.91 1 3m3/kg
V S02 = 0.003 02 = 0.0006 m f/kg
3
V R02 = 0.9113 + 0.0006 =0.9119m3/kg
1、理论氮气容积（V°N2）计算烟气中氮的来源：理论空气量中的氮和 1kg 燃
料本身所含的氮，即
V0N2=0.79V0+0.8N ar/100m3/kg
=0.79 3.0543+0.8 0.631/100
=3.9979m3/kg
2、理论水蒸气容积(V°H20)的计算对于固体燃料，烟气中的理论水蒸气容积来源
于：
1kg 燃料中的 H 完全燃烧生成的水蒸气、 1kg 燃料中的水分形成的水蒸气、
理论空气量V带入的水蒸气(空气含湿量d k一般为10g/kg(干空气))
V°H2O=11.1H ar/100+(22.4/18) M ar/100+1.293 (d k/1000) (22.4V°/18) =0.111H ar+0.0124M ar+0.0161V0
=0.111 区039+0.0124 03204+0.0161 50543
=0.089m3/kg
1.3.
2.2 实际烟气容积 V y (单位 m3/kg)
实际烟气容积包括理论烟气容积V°y、过量空气容积、过量空气带入的水蒸气容积，即
V y =(V CO2+V SO2+V0N2+V0H2O)+( -1)V0+0.016( -1)V0
=(0.9113 + 0.0006 +3.9979+0.0897)+0.2 5.0543+0.016 0.2 5.0543
=6.0265m3/kg
1.3.3 烟气质量 G y( 单位 kg/kg)
1kg收到基的燃料燃烧生成的烟气质量G y (单位kg/kg):
Gy=1-(A ar/100) 1+1.293 V0 =1-0.0782+1.293 1.2 5.0543
=8.764 kg/kg
1.4 锅炉物质平衡
锅炉输入物质为空气和煤，锅炉输出物质为烟气和炉渣。

其中每燃烧1kg煤，实际空气供给量为 V k p=6.0652 1.293=7.8423kg,煤为1kg;
2C a CO3 ~ 2C a O ~ 2CO2 ~ SO2
2 2 2 1
V c V s =0.8 0.01617 石灰石吸收的二氧化硫: ms=(0.0043/32) 0.8 64=0.0069kg
石灰石分解的二氧化碳: mc=(0.0043/32) 2 44=0.01183kg
所以烟气的量：8.764-0.00688+0.01183=8.7689kg
氧化钙的量：(0.0043/32) 2瀚.6 爲6=0.009kg
综上所述：灰渣的量=7.8423+1+0.0269-8.7689 - (0.00688+0.009)
=0.0844
相当于误差0.3%
1.5空气和烟气焓的计算
1.5.1空气焓的计算
1、理论空气焓h°k(单位为kJ/kg)的计算
h°k=V°c k k=5.0543 K.3213 80=200.3474kJ/kg
2、实际空气焓h k(单位为kJ/kg)的计算
h k= h0k=1.2 200.3474=240.4169kJ/kg
1.5.2根据燃烧反应计算烟气焓h y(单位为kJ/kg)
1、理论烟气焓h0y(单位为kJ/kg)
h°y=(V RO2C CO2+V N2C N2+V0H2O C H2O)9 y
=[0.9113 (1.7003+1.7873)/2+3.9979 (1.2958+1.2996)/2+
0.0897 (1.5052+1.5223)/2] 140.3
=817.9771kJ/kg
2、飞灰的焓h fy(单位为kJ/kg)
h fh=(A ai/100) X fh >C h X9 y
=(0.0782) 0.95 0.8521 140.3
=8.8813kJ/kg
3、烟气焓h y(单位为kJ/kg)
h y=h0y+(1.2-1)h0k+h fh
=817.9771+(1.2-1) 20(X3474+8.8813
=866.9279kJ/kg
1．6 锅炉反平衡求效率及各项热损失
1.6.1 机械不完全燃烧损失 q4=2%
1.6.2 化学不完全燃烧损失 q3=0.5%
1.6.3 排烟热损失 q2
q2=(Q2/Q r) X1 00=[(h py- py h lk)/Q r](100-q4)%
=[(866.9279-1.2 50X.305)/3720.3] (10X0-2)%
=21.25%
1.6.4 散热损失 q5
q5=q5e X(D e/D)=0.2 X1.80%=0.36%
1.6.5 灰渣物理热损 q6
q6=(Q6/Q r)/100=[(A ar lz c h h)/Q r]%
=[(7.82 0X.05X0.97X600)/3720.3]%
=6.1%
所以 q2+q3 +q4 +q5 +q6=21.25%+0.5%+2%+0.36%+6.1%=30.21%。