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 ，100ar 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 212kgC + 22.4 Nm 3 O 2 → 22.4 Nm 3CO 2或 1kgC + 1.866 Nm 3 O 2 → 1.866Nm 3CO 21kg 收到基燃料中含有100ar C kg 碳，因而1kg 燃料中的碳完全燃烧时所需要的氧量为1.866100ar C Nm 3。

2.氢（H ）氢完全燃烧时，化学反应式为2H 2 + O 2 → 2H 2O4.032kgH 2 + 22.4Nm 3O 2 → 44．8 Nm 3H 2O或 1kgH 2 +5.56Nm 3O 2 →11.1Nm 3H 2O1kg 收到基燃料中含有100ar H kg 氢，因而1kg 燃料中的氢完全燃烧时所需要的氧量为5.56100ar H Nm 3。

3.硫（S ）硫完全燃烧时，化学反应式为S + O 2 → SO 232kgS + 22.4Nm 3O 2 → 22．4Nm 3SO 2或 1kgS + 0.7Nm 3O 2 →0．7Nm 3SO 21kg 收到基燃料中含有100ar S kg 硫，因而1kg 燃料中的硫完全燃烧时所需要的氧量为0．7100ar S Nm 3。

二、空气量的计算(一)理论空气需要量用0V 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1007.0100324.22ar 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)0.211001001001000.0889C 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。

k0V 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 ＝22121o - （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 OV ——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 1q ——有效利用热量占输入热量的百分数，%； 2q ——排烟热损失占输入热量的百分数，%； 3q ——气体未完全燃烧热损失占输入热量的百分数，%； 4q ——固体未完全燃烧热损失占输入热量的百分数，%； 5q ——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 ； rQ ——输入锅炉的热量，kJ/kg 。

由式（2—8）和式（2—9）可得式（2-10）512346gl 100()q q q q q q η==-++++ % （2—10）用式（2—8）计算锅炉热效率的方法，通常被称为正平衡法，或叫正平衡热效率；用式（2—9）所计算的锅炉热效率，称为反平衡法，或叫反平衡热效率。

过去发电厂常用反平衡法计算锅炉的热效率，因为用正平衡法计算热效率时手续比较麻烦，所得出的结果往往有较大的误差，用反平衡法计算热效率时比较方便和准确。

另外，在用反平衡法计算热效率时，必须先求出各项热损失的大小，这有利于对各项热损失进行分析，以便找出减少这些热损失的措施，提高锅炉的热效率。

随着我国研制的原煤计量设备和入炉煤的测量方法在不断地完善，大容量锅炉准确计量日趋成熟，因此大型电厂开始采用正平衡法求锅炉热效率。

（二）输入锅炉的热量及有效利用热量对应于1kg 燃料输入锅炉的热量包括燃料收到基低位发热量，燃料的物理显热，雾化重油所用蒸汽带入的热量。

物理显热的数值很小，可以忽略不计，如果不是烧油的锅炉，一般情况下输入锅炉的热量就可以视为燃料的收到基低位发热量，即r net.ar Q Q ≈ kJ/kg （2—11）锅炉有效利用热量包括过热蒸汽吸收的热量，饱和蒸汽吸收的热量，以及排污水带走的热量。

但排污率＜2%，排污水带走的热量很少,可以忽略不计，对于1千克燃料的锅炉有效利用热量可用式（2-12）计算()1gq gs gq Q D h h ''=- kJ/s (2―12)式中 gqD —过热蒸汽流量，kg/s ； gqh ''—过热器出口过热蒸汽焓，kJ/kg ； gs h —锅炉给水的焓，kJ/kg 。

第三节 锅炉的热损失由于生产过程中燃料的不完全燃烧，结构的散热等原因，锅炉运行过程中存在各项热损失，根据产生损失的原因不同，分为五项。

一、固体未完全燃烧热损失灰中含有未燃尽的残碳造成该项热损失。

对于运行中的煤粉炉，通常采用灰平衡法，即根据每小时的飞灰量、炉渣量以及飞灰和炉渣中残留的可燃物含量百分数来计算大小。

ar fh fh lz lz 4r fh lz 32892A C C 100-C 100C a a q Q ⎛⎫=+ ⎪-⎝⎭ % （2—13）式中 32892——灰中残留可燃物的发热量，kJ/kg ；C fh 、C lz ——飞灰和炉渣中可燃物含量百分数% ，由取样分析确定；fh a 、lz a ——飞灰和炉渣中的灰占总灰量的份额，按经验选取。

在设计锅炉时，不能计算锅炉的固体未完全燃烧热损失，只能按照锅炉型式及煤种根据热力计算标准选取。

影响固体未完全燃烧热损失的主要因素有：燃烧方式、燃料性质、炉膛结构、锅炉负压以及运行工况、操作水平等。

对于室燃炉，由于飞灰占燃料的总灰分的份额较大，所以，飞灰不完全燃烧热损失占主要部分。

而旋风炉的飞灰不完全燃烧热损失较小。

燃料中的灰分越少，挥发分越多，煤粉越细，固体未完全燃烧热损失就越小。

炉膛结构及喷燃器布置合理是煤粉在炉内有充足的停留时间和良好的空气动力条件、锅炉负荷及运行工况稳定、操作人员进行正确的运行调节、保持适当的过量空气系数、火焰中心位置正确并充满整个炉膛、则固体未完全燃烧热损失就小。

二、气体未完全燃烧热损失因烟气中含有可燃气体造成。

气体未完全燃烧热损失等于烟气中所有可燃气体的发热量之和，由于氢气和甲烷含量极少，所以只考虑烟气中的一氧化碳含量，计算公式如式（2-14）ar ar 34r 256.3CO(C 0.375S )(100)(RO CO)q q Q +=⨯-+ % （2—14）式 CO ——由烟气分析测得的干烟气中一氧化碳容积含量百分数，%；RO 2——由烟气分析测得的干烟气中二氧化碳和二氧化硫之和的容积含量百分数，%； 4100q -——修正系数，是考虑燃烧过程中由于固体未完全燃烧热损失，使部分燃料没有生成烟气，因而对于烟气容积应进行的修正。

根据我国几十种煤种的统计，得出气体未完全燃烧热损失的简化计算公式"43L 1003023CO 100q q α-= % （2—15）式中 CO ——由烟气分析测得的干烟气中一氧化碳容积含量百分数，%；"L α——炉膛出口的过量空气系数。