锅炉热平衡(基本概念与计算方法)

（2）结构 奥氏烟气分析器如图3-1所示。
（二）根据烟气成分分析结果计算烟气容积

※ 对运行中的锅炉进行烟气分析，根据分析结
果可以计算出实际的烟气容积。公式推导如下：
根据定义有 而 由此可得 1.866 (C ar 0.375Sar ) Vgy RO 2 CO Vy Vgy VH 2O Nm 3 / kg Nm 3 / kg RO 2 CO VCO 2 VSO 2 VCO Vgy C ar 100 100
V
o
VO2
0.21
0.0889 (Car 0.375 S ar ) 0.265 H ar 0.0333 Oar Nm3 / kg
式中，R Car 0.375 Sar 称为“当量碳量”。 ※以上所计算的空气量都是干空气量。 2、实际供给空气量 为了使燃料在炉内能够燃烧完全，减少不完全燃 烧热损失，实际送入炉内的空气量要比理论空气量 Vk , Nm3 / k g 大些，这一空气量称为实际供给空气量 二、过量空气系数 定义：实际供给空气量与理论空气量之比 表示：用符号α表示(在空气量计算时用β表示)
⑶当≥1且不完全燃烧时，烟气由CO2、 SO2、CO、O2 、 N2和H2O组成，其容积为
V y VCO2 VSO2 VN 2 VH 2O VO2 VCO Nm3 / kg
二、根据燃烧化学反应计算烟气容积

※计算思路： 实际烟气容积=理论烟气容积+过量空气容 积（干）+过量空气带入的水蒸气容积 或：实际烟气容积=干烟气容积+水蒸气容积 1、理论烟气容积 定义：=1并且燃料完全燃烧 计算： （1）VRO2 的计算
1kg燃料中含有氧气量为 如此，可得
o O2
Oar 22.4 Oar 0.7 Nm3 32 100 100
Car H ar S ar Oar V 1.866 5.56 0.7 0.7 Nm3 / kg 100 100 100 100
所以，1kg应用基燃料完全燃烧的理论空气量为 o
热平衡

物质平衡

输入锅炉的物质：燃料（煤）、空气、水 输出锅炉的物质：飞灰、灰渣、烟气、过 热蒸汽 输入锅炉的热量 输出蒸汽带走的热量 热损失

热平衡

第一节 燃料燃烧所需空气量及 过量空气系数
※慨念：理想气体→标准状态→22.4Nm3/kmol 一、燃料燃烧所需空气量 1、理论空气量 定义：1㎏燃料完全燃烧、无剩余氧 表示：Vo ，Nm3/kg 推导：以碳的完全燃烧为例
C O2 CO2 3 3 12 kgC 22.4 Nm O2 22.4 Nm CO2 3 3 1kgC 1.866 Nm O2 1.866 Nm CO2

1kg收到基燃料中含有 燃烧时需要的氧气量为
，完全
同样可得到：
Car Nm3 100
H ar 5.56 Nm3 100 S ar 0 .7 Nm3 100

③理论空气量带入的水蒸气 “空气含湿量dk”是指1kg干空气带入的水 蒸气量，单位为g/kg干空气。 每标准立方米干空气带入的水蒸气容积为：
1.293 dk 22.4 10 22.4 1.293 0.0161 Nm3 / Nm3干空气 1000 18 1000 18
理论空气量带入的水蒸气容积为.0161V o Nm3 / kg 0 ☆对于固体燃料，理论水蒸气容积为上述 三部分之和，即

1、烟气成分分析 定义：“干烟气容积” 表示：各气体成分占干烟气容积的百分数
CO2 SO2 O2 VCO 2 V gy VSO2 V gy 100% 100%
VO 2 V gy
100%
VCO CO 100% V gy N2 VN 2 V gy 100%

因为 所以 或写成
1.氢氧化钾（KOH )溶液，吸收RO2 , 其化学反应式如下： 2KOH CO 2 K 2 CO3 H 2O 2KOH SO 2 K 2 SO3 H 2O
2.焦性没食子酸 O（同时也能吸收 2
C6 H（OH） 的碱溶液，吸收 3 3
RO2 ) , 其化学反应式如下：
C 6 H 3 (OH) 3 3KOH C 6 H 3 (OK) 3 H 2 O
炉膛出口过量空气系数αl" 的作用及
最佳值
炉内过量空气系数α，一般是指炉膛出 口处的过量空气系数αl"，这是因为炉内燃 烧过程是在炉膛出口处结束。过量空气系 数是锅炉运行的重要指标，太大会增大烟 气容积使排烟损失增大，太小则不能保证 燃料完全燃烧。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有关， 应通过试验确定。一般煤粉炉αl"=1.15～ 1.25
第二节 烟气成分及烟气量的计算

一、烟气成分 ⑴当=1并且完全燃烧时，烟气由CO2、 SO2、N2和H2O组成，其容积为 3 Vy VCO2 VSO2 VN 2 VH 2 O Nm / kg ⑵当>1并且完全燃烧时，烟气由CO2、 SO2、O2 、 N2和H2O组成，其容积为
Vy VCO2 VSO2 VN 2 VH 2O VO2 Nm3 / k g
N 22.4 N ar 0.79V o 0.8 ar Nm3 / k g 28 100 100
（3）理论水蒸气容积的计算 ①燃料中的氢生成的水蒸气
H ar 11.1 0.111H ar Nm3 / kg 100
②燃料中的水分生成的水蒸气
22.4 M ar 0.0124 M ar Nm3 / k g 18 100
Vgy VCO 2 VSO 2 VO 2 VCO VN 2 CO 2 SO2 O2 CO N 2 100% RO 2 O2 CO N 2 100 %
2、烟气分析器 常用的有奥氏烟气分析器、色谱分析仪、 红外线分析仪等。以下介绍奥氏烟气分析器。 （1）原理 选择性吸收方法——化学吸收剂吸收烟气 中的一种或两种气体成分
o Vgy VRO 2 VN 2 VO2 VRO 2 VN 2 ( 1)V o o VH 2O VH 2O 0.0161( 1)V o

烟气的质量
Aar o Gy 1 Gwh 1.306V k g / k g 100
三、运行锅炉的烟气分析及计算
VCO 2 VCO 1.866
Nm 3 / kg

四、烟气中三原子气体、水蒸气容积份额和灰粒浓 度 （一）三原子气体容积份额及分压力
rRO 2 VCO2 VSO2 Vy VRO 2 Vy
pRO 2 rRO 2 p
（二）水蒸气容积份额及分压力
rH 2O
VH 2O Vy
pH 2O rH 2O p
VRO 2 VCO2 VSO2
o o Vyo VCO2 VSO2 VN 2 VH 2O Nm3 / k g
Car 0.375 S ar 1.866 ( ) Nm3 / kg 100

（2）理论氮容积的计算 理论氮容积=理论空气中的氮+燃料中的氮
o VN 2 0.79V o
4C 6 H 3 (OK) 3 O2 2(OK ) 3 C6 H 2 C6 H 2 (OK ) 3 3.氯化亚铜氨
Cu(NH 3 ) 2 Cl 溶液，吸收
2 H 2O CO
(同时也能吸收
O 2 )，其化学反应式如下：
Cu(NH 3 ) 2 Cl 2CO Cu(CO) 2 Cl 2NH 3
V
o H 2O
0.111H ar 0.0124 M ar 0.0161V Nm / kg(3 15)
o 3

2、实际烟气容积
V y V yo ( 1)V o 0.0161( 1)V o
或者
Vyo 1.0161( 1)V o Nm3 / k g
V y Vgy VH 2O



问题：①实际空气量不易测定； ②实际燃烧是不完全的； ③锅炉密封不严密，有“漏风现象”， 烟气容积是变化的。 解决办法：烟气分析 烟气分析的作用 （1）计算实际的烟气容积； （2）确定实际的过量空气系数、“漏风 系数”、燃烧的不完全程度（CO含量）； （3）指导燃烧调整、燃烧设备的改进。
（一）烟气分析及其设备

（三）灰粒浓度
质量浓度 容积浓度
Aar a fh 100 G y Aar a fh
k g / k g烟气 k g / Nm 烟气
3
100V y 式中 afh 烟气中飞灰量占燃料总灰量的份额，
简称飞灰份额，可查表4 1。