燃煤锅炉热平衡测定方案解析

燃煤锅炉热平衡测定方案

一 实验目的

通过测定燃煤锅炉热效率，初步掌握其方法，对锅炉运行工况有更深入的了解。

二 实验原理

锅炉热效率可用热平衡实验方法测定，测定方法有正平衡和反平衡实验两种，实验必须在锅炉稳定工况下进行。

1 正平衡法

正平衡按式（1-1）进行，锅炉热效率即有效利用热量占燃料带入锅炉热量的百分数：

%1001

1⨯==r

gl Q Q q η （1-1） 有效利用热量1Q 按下式计算：

B

Q Q gl =

1 kJ/kg （1-2）

式中 gl Q ——锅炉每小时有效吸热量，kJ/h ；

B —— 每小时燃料消耗量,kg/h 。

蒸汽锅炉每小时有效吸热量 gl Q 按下式计算：

3310)(10)(⨯-+⨯-=gs ps ps gs q gl i i D i i D Q kJ/h （1-3）

式中

D ——锅炉蒸发量，t/h ；

q i —— 蒸汽焓，kJ/kg ； gs i —— 锅炉给水焓，kJ/kg ；

ps i —— 排污水焓，即锅炉压力下的饱和水焓，kJ/kg ； ps D ——锅炉排污水量，t/h ；

由于供热锅炉都是定期排污，为简化测试工作，在热平衡测试期间，可不进行排污。

当锅炉生产饱和蒸汽时，蒸汽干度一般都小于1，湿蒸汽的焓可按下式计算： 100

rW

i i g -

''= kJ/kg （1-4） 式中 i ''——干饱和蒸汽的焓，kJ/kg ； r ——蒸汽的汽化潜热，kJ/kg ；

W ——蒸汽湿度，%。供热锅炉生产的饱和蒸汽通常有1～5%的湿

度。

热水锅炉每小时吸收热量gl Q 按下式计算：

31210)(⨯-=i i G Q gl kJ/h （1-5） 式中 G ——热水锅炉每小时加热水量，t/h ；

1i 、2i ——热水锅炉进水和出水焓，kJ/kg 。

供热锅炉常采用正平衡法测定热效率，因为只要测定燃料消耗量、燃料应用基地位发热量、锅炉蒸发量、压力和温度即可算出热效率。

2 反平衡法

正平衡法只能求得锅炉的热效率，不可能借以分析影响锅炉热效率的原因，因此需要测出锅炉的各项热损失，用（1-6）式计算锅炉的热效率，称反平衡法。

)%(100654321q q q q q q gl -----==η (1-6)

正平衡测试时间为4小时，反平衡测试时间为3小时。对热平衡测试，在精度上有一定要求，两次热效率实验的测试误差，对正平衡法不得大于4%，反平衡法不得大于6%。锅炉热效率以两次平均值计算。同时用正平衡、反平衡法时，两种方法所测得的热效率偏差不得大于5%。 2．1 固体不完全燃烧热损失的测定和计算

对于运行中的锅炉，分别收集它每小时的灰渣、漏煤和飞灰重量hz G 、

lm G 和fh G （kg/h ），同时分析出它们所含可燃物的质量百分数hz R 、

lm R 和fh R （%）

和可燃物的发热量hz Q 、lm Q 和fh Q （kJ/kg ），则灰渣、漏煤和飞灰损失hz Q 4、lm

Q 4

和fh Q 4分别为

hz Q 4 B

G R Q hz

hz hz 100= kJ/kg （1-7） fh Q 4B

G R Q fh fh fh

100= kJ/kg （1-8）

lm Q 4B

G R Q lm

lm lm

100= kJ/kg （1-9） 通常灰渣、漏煤和飞灰中可燃物被认定为碳，其发热量为32657 kJ/kg ，因此固体不完全燃烧热损失可按下式计算：

4Q =hz Q 4+fh Q 4+lm

Q 4)(10032657

fh fh lm lm hz hz R G R G R G B

++=

kJ/kg （1-10） fh lm

hz r

q q q Q Q q 44444100++=⨯=

% （1-11） 在热平衡测试中，飞灰量难以直接测定，通常用灰平衡法求得。所谓灰平衡法就是进入炉内的燃料的总灰量等于灰渣、漏煤和飞灰量之和。即：

100y

BA =+-100100hz hz R G +-100

100lm lm R G 100100fh fh

R G - （1-12） 将上式两边分别乘以

y

BA 100

，则变为 1=y hz hz BA R G )100(- +y

lm lm BA R G )100(-+y fh fh BA R G )

100(- （1-13）

将右边三项分别以hz a 、lm a 和fh a 表示，则：

1=hz a +lm a +fh a （1-14） 式中hz a 、lm a 和fh a 分别表示灰渣、漏煤和飞灰量占燃料总量的份额 hz a =

y

hz hz BA

R G )

100(- （1-15） lm a =y

lm lm BA

R G )100(- （1-16） fh a =

y

fh fh BA R G )

100(- （1-17）

故 hz

y

hz hz R BA a G -=100 （1-18）

lm y

lm lm R BA a G -=

100 （1-19） fh

y fh fh R BA a G -=

100 （1-20）

将公式（1-18）、（1-19）、（1-20）代入（1-10）和（1-11）中，则：

)100100100(100326574fh

fh fh lm lm lm hz hz hz y R R a R R a R R a A Q -+-+-= kJ/kg （1-21）

)100100100(326574fh

fh fh lm lm lm hz hz

hz r y R R a R R a R R a Q A q -+-+-= % （1-22）

在热平衡实验中，测定hz G 和lm G 后用式（1-15）和（1-16）求得hz a 和lm a ，用（1-14）式可求fh a ，而hz R 、lm R 和fh R 由取样分析求得，最后用式（1-22）求4q 。

2．2 气体不完全燃烧热损失的测定及计算

实际上烟气中2H 和4CH 很少，可认为气体不完全燃烧产物只是一氧化碳CO ，并以CO 含量进行3q 计算。

)100

1(375.09.235423q CO CO RO S C Q y

y -++= kJ/kg （1-23）

%100)100

1(375.09.235423⨯-++⨯=q CO CO RO S C Q q y

y r （1-24）

有时煤的元素成分因客观原因无法测试，3q 可由下述经验公式计算： aCO q 2.33= % （1-25） 式中a 和CO ——在烟道同一测点取样测出的过量空气系数a 和一氧化

碳CO 的容积百分数。

烟气中一氧化碳CO 的计算：用奥氏烟气分析时，烟气中的一氧化碳含