锅炉计算简介

锅炉计算简介

锅炉热力计算结果是由锅炉制造厂家设计计算完成的。厂家为用户提供热力计算说明书或热力计算汇总表，其结果往往和实际运行的参数有差别。为便于电厂锅炉技术人员对锅炉技术问题进行分析，需要了解锅炉热力计算的基本思路。对受热面改造要依据《锅炉热力计算标准》进行设计。

第一节 燃烧计算

一、化学燃烧方程式

单位数量的燃料[固体及液体用千克（kg ）计，气体燃料用标准立方米（Nm 3）计]完全燃烧时所需要的空气量称为理论空气量。单位为标准立方米每千克（Nm 3/kg ），在此情况下空气中的氧全部与燃料中的可燃元素化合，烟气中没有自由氧存在，即1kg 燃料中的可燃成分100ar C kg ，100

ar H kg ，100ar S kg ，完全燃烧时所需空气量之和。 1.碳（C ）

碳完全燃烧时，化学反应式为

C +O 2 → CO 2

12kgC + 22.4 Nm 3 O 2 → 22.4 Nm 3CO 2

或 1kgC + 1.866 Nm 3 O 2 → 1.866Nm 3CO 2

1kg 收到基燃料中含有100

ar C kg 碳，因而1kg 燃料中的碳完全燃烧时所需要的氧量为1.866100

ar C Nm 3。 2.氢（H ）

氢完全燃烧时，化学反应式为

2H 2 + O 2 → 2H 2O

4.032kgH 2 + 22.4Nm 3O 2 → 44．8 Nm 3H 2O

或 1kgH 2 +5.56Nm 3O 2 →11.1Nm 3H 2O

1kg 收到基燃料中含有100

ar H kg 氢，因而1kg 燃料中的氢完全燃烧时所需要的氧量为

5.56100

ar H Nm 3。 3.硫（S ）

硫完全燃烧时，化学反应式为

S + O 2 → SO 2

32kgS + 22.4Nm 3O 2 → 22．4Nm 3SO 2

或 1kgS + 0.7Nm 3O 2 →0．7Nm 3SO 2

1kg 收到基燃料中含有100

ar S kg 硫，因而1kg 燃料中的硫完全燃烧时所需要的氧量为0．7100

ar S Nm 3。 二、空气量的计算

(一)理论空气需要量用0

V 表示―单位燃料中的可燃质完全燃烧，而且空气中没有剩余氧时所需要空气的体积。

由于1kg 燃料本身含有的氧量为100ar O kg ，相当于100

7.0100324.22ar ar O O =⨯Nm 3。 所以，1kg 收到基燃料燃烧所需的理论氧量02O V 为式（2-1）

20ar ar ar ar O C S H O V 1.8660.7 5.560.7100100100100=++- Nm 3/kg （2—1）

在干空气中氧的容积含量为21%，所以，1kg 收到基固体或液体燃料燃烧时所需的理论空气量V 0

为

0ar ar ar ar ar ar ar ar C S H O 1V (1.8660.7 5.560.7)0.21100100100100

0.0889C 0.0333S 0.265H 0.0333O =++-=++- Nm 3/kg （2—2） 或写成式（2-3）的形式

0ar ar ar ar V 0.0889C 0.265H 0.0333(S O )=++- Nm 3/kg （2—3）

式中 C AR ——碳的收到基百分含量，%；

ar S ——硫的收到基百分含量，%；

ar H ——氢的收到基百分含量，%；

ar 0——氧的收到基百分含量，%。

（二）实际空气需要量与过量空气系数

为了使燃料在炉内完全燃烧，减少燃料的不完全燃烧热损失，实际供给燃料的空气量要比理论空气量多，我们将实际供到炉内的空气量称为实际空气需要量，用V K

表示。

实际空气需要量与理论空气需要量的比值称为过量空气系数，用α表示。

k

0V V α= （2―4） 式中 α——过量空气系数；

V K ——实际空气需要量Nm 3/kg ；

V 0——理论空气需要量Nm 3/kg 。

过量空气系数由实验测定，正在运行中的锅炉，一般测定炉膛出口处的过量空气系数αl 。煤粉炉的αl 一般取1.15～1.25，它的最佳值与燃料种类、燃烧方式、以及燃烧设备的完善程度等有关。

在运行中通过烟气成分分析可得到各处的过量空气系数，即

αl ＝2

2121o - （2―5） 式中 O 2——烟气中氧的成分，％。

三、烟气容积的计算

y V ＝2ar ar H O 21.866(C 0.375S )V RO CO +++ （2―6）

式中 ar C 、ar S ——燃料收到基的成分，％

2RO 、CO ——烟气中二氧化碳与二氧化硫成分之和及一氧化碳的成分，％

2H O

V ——烟气中水蒸气的分容积，Nm 3/kg 四、锅炉运行中烟气焓的计算

22y gy gy H O H O H (V C V C )=+ϑ+fh H (2―7) 式中 y H 、fh H —烟气和飞灰的焓，kJ/kg ；

gy C 、2H O C —分别表示干烟气和烟气中水蒸气的容积的比热，kJ/Nm 3 ℃；

ϑ—烟气温度，℃；

2H O V —烟气中水蒸气的容积，Nm 3

/kg ；

第二节 锅炉机组热平衡及锅炉的输入能量

一、热平衡概念

从能量平衡的观点出发，锅炉在稳定工况时，输入锅炉的热量与从锅炉输出的热量相平衡，这就是锅炉的热平衡。输入锅炉的热量，一般可以简单地认为就是燃料燃烧所放出的热量，从锅炉输出的热量可以分为两部分：一部分是使水变成过热蒸汽所吸收的热量，这部分热量通常称为锅炉的有效利用热量；另一部分就是锅炉在生产中由于各种原因不可避免地要损失掉的热量。

如果把燃料燃烧所放出的热量（即输入锅炉的热量）看做是100%，锅炉有效利用热量和各项热损失加起来同样是100%，这样就可以建立起以百分数表示的锅炉热平衡方程式

%100654321=+++++q q q q q q （2—8）

式中 1

q ——有效利用热量占输入热量的百分数，%； 2

q ——排烟热损失占输入热量的百分数，%； 3

q ——气体未完全燃烧热损失占输入热量的百分数，%； 4

q ——固体未完全燃烧热损失占输入热量的百分数，%； 5

q ——锅炉炉体的散热损失占输入热量的百分数，%； 6q ——灰渣物理热损失占输入热量的百分数，%。

研究热平衡的目的，就在于弄清楚燃料中热量有多少被有效利用，有多少损失掉了，以及损失到哪些方面去了，以便寻求提高锅炉热经济性的各种途径。

二、计算锅炉热效率的正、反平衡法

（一）锅炉热效率

所谓锅炉热效率，就是锅炉的有效利用热量占输入锅炉热量的百分数。所以，锅炉热效率

1gl 1r 100Q q Q η==⨯ % （2—9）

式中

1Q ——有效利用热量，kJ/kg ； r

Q ——输入锅炉的热量，kJ/kg 。 由式（2—8）和式（2—9）可得式（2-10）