第八章 锅炉热平衡计算

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七、锅炉机组热效率和燃料消耗量
• 锅炉机组有效利用热：
Q1

Dgr (is"h
i fw ) Drh (ir"h B
ir'h ) Dbl (i'
i fw ) , kJ
/ kg
• 根据Q1、Qf和B，计算锅炉效率
b

Q1 Qf
– 干烟气热损失LG – 氢燃烧生成水热损失LHm – 燃料中水份引起的热损失Lmf – 空气中水份热损失LmA – 未燃尽碳热损失LUC （未完全燃烧热损失） – 辐射及对流热损失L – 未计入热损失LUA
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第二节 锅炉机组热平衡试验
第一节 锅炉机组热平衡
• 热平衡示意图 • 热平衡方程式
Qf = Q1+ Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 kJ/kg – Qf——1kg燃料带入炉内的热量，kJ/kg – Q1——锅炉有效利用热量，kJ/kg – Q2——排烟热损失，kJ/kg – Q3——化学未完全燃烧热损失，kJ/kg – Q4——机械未完全燃烧热损失，kJ/kg – Q5——散热损失，kJ/kg – Q6——其它热损失， kJ/kg 或者，100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 +q6
• q3范围： – 煤粉炉中，一般不超过0.5%。
• 计算公式
Q3

Vdg
(126.4CO
108H 2

358.2CH
4
)(1
q4 ), 100
kJ
/
kg
燃用固体燃料，气体未完全燃烧产物只有一氧化碳，故
Q3

236 (Car

0.375
Sar
)
CO RO2 CO
(1
q4 100
),
kJ
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4
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第一节 锅炉机组热平衡
• 锅炉效率
– 有效利用热占输入热量的百分比。(正平衡)
– 各项热损失占输入热量的百分比。 (反平衡)
b

q1

Q1 Qf
100 100 (q2
q3
q4
q5
q6 )
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第二节 锅炉机组热平衡试验
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• 测量参数
– 正平衡法：
过热蒸汽（Dsh、Psh、tsh）、给水（Pfw、tfw、Dfw）、 汽包压力和排污（Pd 、Dbl）、再热蒸汽（Drh、 P rh′、 Prh″、trh′、trh″）、燃料（B、Qnet,ar ）
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q4计算公式
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对于煤粉炉，机械未完全燃烧热损失
Q4
Q4fa
Q4sl

Qc

(G
c fa
B
Gscl )

Qc B

( C fa 100
G
fa

Csl 100
Gsl
)
灰平衡：B Aar 100
G fa
100 C fa 100
• 降低q4的主要措施
–改善煤粉细度； –延长煤粉在炉内的停留时间； –适当大的过量空气系数。
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三、化学未完全燃烧热损失Q3
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• 定义：锅炉排烟中残留的可燃气体如CO、H2、CH4和重碳氢 化合物CmHn 等未放出其燃烧热而造成的热损失。
100,%
• 已知Qf 、 Q1和b，计算锅炉的燃料消耗量B
• 计算燃料消耗量
Bcal

B(1 q4 ) 100
– 燃料消耗量B：用于燃料供应和制粉系统的计算； – 计算燃料消耗量Bcal：用于空气量和烟气量的计算。
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ASME PTC4.1的各项损失
Qph c f t f
Qex -- 用锅炉以外的热量加热空气时，空气带入锅炉的热量,kJ/kg
Qex V 0 (c2t2 c1t1)
Qat -- 用蒸汽雾化燃料油，雾化蒸汽带入的热量，kJ/kg
Qat Gat (iat 2510)
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• 散热损失随机组容量和负荷的变化
– 容量增大，q5减小； – q5与锅炉运行负荷近似成反比。
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保热系数
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受热面传给工质的热量
受热面传给工质的热量

烟气放热量
受热面传给工质的热量+烟道的散热量
即
烟道的散热量
1- = 烟气放热量
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图8–1
煤粉锅炉机组热平衡示意图 25
燃烧最佳过量空气系数
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图8–2 最佳过量空气系数
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– 燃烧最佳过量空气系数
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五、散热损失Q5
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• 定义：由于锅炉炉墙、汽包、集箱、汽水管道、烟风管道等 部件的温度高于周围环境温度，通过自然对流和辐射向周围 所散失的热量。
• 影响因素：
– 锅炉的外表面积 – 表面温度 – 炉墙结构 – 保温层的隔热性和厚度 – 周围环境温度
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第二节 锅炉机组热平衡试验
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• 正平衡法：
– 在试验过程中直接测定锅炉机组的有效利用热Q1、燃料消耗量 B、燃料的低位发热量Qar,net等，然后按下式（式8-28）计算锅 炉效率：
b

Q1 Qf
100
• 反平衡法：
– 通过试验测定出锅炉的各项热损失q2、q3、q4、q5、q6，然后
– 反平衡法：
烟气（RO2、O2、CO、θexg）、冷空气（ta） 灰渣（Cfa、Csl）、Qnet,ar、燃料元素分析成分
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本章小结
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1. 锅炉的输入热量。 2. 锅炉的各项热损失。 3. 锅炉的主要热损失及其影响因素；如何降低各主要热损


exgV
0
(ct
)
ca
](1

q4 ), 100
kJ
/ kg
q2

Q2 Qf
100,%
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四、排烟热损失Q2
• 影响排烟热损失的因素：
– 排烟温度（一般在110～150℃之间 ） – 燃料性质：含硫量、水分 – 过量空气系数和漏风系数 – 受热面结渣、积灰
容克式空气预热器
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第八章 锅炉热平衡计算
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第一节 锅炉机组热平衡
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• 热平衡定义
– 锅炉机组的热平衡是指输入锅炉机组的热量与锅炉机 组输出热量之间的平衡。
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• 热平衡试验的目的
– 确定锅炉的热效率b；
– 确定锅炉的各项热损失，并分析各项损失的原因和寻 求降低热损失的方法；
– 确定不同工况下锅炉各项工作指标，如过量空气系数、 干烟气中CO2容积百分数、排烟温度及过热蒸汽温度等 与锅炉负荷的关系等。
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按下式计算：
b 100 (q2 q3 q4 q5 q6 )
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第二节 锅炉机组热平衡试验
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• 两种方法使用的场合：
– 设计时： • 燃料消耗量未知，均采用反平衡计算。即预先确定 各项损失后，再求锅炉效率。
– 运行时： • 大中型锅炉一般采用反平衡法， • 小型锅炉，正、反平衡法均采用。
C fa 100 C fa
sl
Csl 100 Csl

q4

Q4 Qr
100 ,%
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二、机械未完全燃烧热损失Q4
• 机械未完全燃烧损失的影响因素：
–燃料特性（挥发分、灰分） –燃烧方式 –过量空气系数(影响趋势) –炉膛结构（炉内停留时间等） –运行工况（煤粉细度、过量空气系数等）
Gsl
100 Csl 100
1 G fa
100 C fa BAar
Gsl
100 Csl BAar
G fa
fa BAar 100 C fa
, Gsl
sl BAar 100 Csl
；
( fa sl 1)
Qc 32700 kJ kg
Q4
327Aar fa
• 对于煤粉炉，机械未完全燃烧热损失包括两部分： – 排烟携带的飞灰中未燃尽的碳粒（飞灰含碳）造成的机械未完全燃 烧损失。 – 锅炉冷灰斗排出的灰渣（也称炉渣）中未参加燃烧或未燃尽的碳粒 （炉渣含碳）造成的机械未完全燃烧损失。
• 机械未完全燃烧热损失是燃煤锅炉主要的热损失之一，通常仅次于排烟
热损失。 q4范围： – 煤粉炉：0.5%~5%（大型电站锅炉燃用烟煤时，0.5～0.8% ） – 燃油、燃气锅炉： 0
• 输入的热量：
– 主要来源于燃料燃烧放出的热量。
• 输出的热量：
– 有效利用热（用于生产蒸汽或热水） – 损失（生产过程中的各项热量损失）
• 锅炉热平衡的目的
– 计算锅炉的效率； – 分析引起热量损失和影响锅炉效率的因素、提高锅炉
效率的途径。
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失？
4. 最佳过量空气系数。 5. 锅炉的有效利用热量。 6. 锅炉燃料消耗量和计算燃料消耗量。 7. 正平衡和反平衡的概念、应用 8. 锅炉正平衡和反平衡的效率及其测量。
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热平衡示意图
Q1
Q5
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Qr
Q2
Q4fh
Q3 Q4hz Q6hz
6
一、输入热量
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• 对于燃煤锅炉
如果燃料和空气没有利用外界热量进行预热，且燃煤水分Mar＜ Qner,ar /630，则输入热量
Qf = Qnet,ar
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二、机械未完全燃烧热损失Q4
中国 • 南京
• 定义：部分固体燃料颗粒在炉内未能燃尽就被排出炉外而造成的热损失。
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四、排烟热损失Q2
中国 • 南京
• 定义：由于排出锅炉时的烟气焓高于进入锅炉时的空气焓而 造成的热损失。
• 锅炉热损失中最大的一项，现代电厂锅炉q2范围为5%~6%。
• exg每增加15-20C，q2增加1%
• 计算公式
Q2
[Iexg
/
kg
q3

QHale Waihona Puke Baidu Qr
100,%
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三、化学未完全燃烧热损失Q3
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• 化学未完全燃烧损失的影响因素：
– 燃料性质（挥发分大） – 过量空气系数：炉膛过量空气系数的大小和燃烧过程的
组织方式直接影响炉内可燃气体与氧气的混合工况。 – 炉膛结构（停留时间） – 运行工况
计算时，各段烟道的保热系数取为整台锅炉的保热系数：
1 q5 b q5
大型电站锅炉的散热损失都很小，q5≈0.2%，保热系数约为≈0.998。
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六、其它热损失Q6
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• 定义：主要是指灰渣带走的物理热损失
• 对固体燃料，从锅炉中排除的灰渣具有相当高的温度（约 600~800℃）而造成的热量损失。对于层燃炉、沸腾炉或液 态排渣炉该项热损失较大，必须予以考虑；对于固态排渣煤 粉炉，只有当燃料的Aar ≥ Qnet,ar/419 时才考虑。
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一、输入热量 Qf
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• 对于燃煤或燃油锅炉，每kg燃料带入锅炉的热量为
Q f Qnet,ar Qph Qex Qat , kJ / kg
式中：Qnet,ar -- 燃料的低位发热量，kJ/kg Qph -- 燃料的物理显热， kJ/kg