华北电力大学锅炉原理燃烧产物和热平衡

Nm3
V 0 0.121VO02 0.0889Car 0.265H ar 0.0333(Sar Oar ) Nm3
实际空气量
炉膛内的混合不可能绝对均匀，为保证 完全燃烧，需多送一部分空气，
定义过量空气系数。
V V
k 0
漏风系数 负压工作下的锅炉，存在炉外 的空气漏入炉内的漏风
V k V0
22.4 Sar 0.7 Sar Nm3 32 100 100
燃料本身的氧量
22.4 Oar 0.7 Oar Nm3 32 100 100
1kg燃料完全燃烧所需的氧量
VO02
1.866 Car 100
5.55 H ar 100
0.7 Sar 100
0.7 Oar 100
1kg 燃料完全燃烧所需的理论空气量
一、烟气分析的目的 二、过量空气系数的推导 三、烟气分析的手段
一、烟气分析的目的
对于一台正在运行中的锅炉，如何知道 实际送入锅炉的空气量？如何知道空气 量是否合适？锅炉燃烧调整？
答案：通过实时、在线监测锅炉过量空 气系数。
炉膛出口及烟道各处的过量空气系数？ 烟气分析测出某处的烟气成分，再由过 量空气系数的计算式算出。
2．烟气焓的组成
热力学：混合气体的焓等于各组成气体 焓的和，外加灰分的焓。
Iy
I
0 y
(
1)V 0 (c)k
Aar 100
a fh (c)h
IRO2= VRO2
Iy0
I0N2= V0N2
Iy
I0H2O= V0H2O
(α-1)I0=(α-1)V0
Ifh
3．理论烟气焓
I
0 y
VRO2 (c)RO2
燃料的化学能转变为蒸汽的热能，一定 存在有效利用热和损失的热量。
一、热平衡的定义
送入锅炉的燃料拥有热量等于锅炉的有 效输出热量加上各项热损失。
目的：确定锅炉有效利用热，各项热损 失，锅炉热效率，燃料消耗量，运行水 平，原因及改进措施，新产品的鉴定等。
方法：通过锅炉机组的热平衡试验。
现代电站锅炉的效率为90%左右，容量 越大、效率越高。
在燃烧正常的情况下，煤粉炉炉膛出口 烟气中的主要成分含量范围：
RO2=14~16%；O2=2~5%
第三章燃烧产物和热平衡
第一节空气量计算 第二节烟气量的计算 第三节完全燃烧方程式 第四节根据烟气分析确定过量空气系数 第五节空气与烟气焓的计算 第六节锅炉的热平衡
第五节空气与烟气焓的计算
一、焓值的概念与计算
第三章燃烧产物和热平衡
第一节空气量计算（作业） 第二节烟气量的计算（作业）
第三节完全燃烧方程式 第四节根据烟气分析确定过量空气系数
第五节空气与烟气焓的计算（作业） 第六节锅炉的热平衡（作业）
一、锅炉燃烧计算的前提
1．空气量与烟气量的计算均以1kg燃料的 收到基为基础；
2．空气和烟气的所有组成成分（包括水蒸 汽，分压很小），均可作理想气体，每 摩尔气体在标准状态的容积是22.4Nm3；
VCO2
VSO2
VN02
VH02O
三、过量空气中的水蒸汽容积
V V H20
VH2O
VH02O
0.00161d (
1)V 0
0.0161(
1)V
0
四、实际烟气量
Vy Vy0 ( 1)V 0 0.0161( 1)V 0
Vy Vy0 1.0161( 1)V 0
Vy Vgy VH2O
二、过量空气系数的推导
由锅炉过量空气系数的定义出发推导
完全燃烧的情况下，α与烟气成分之间的关系：
Vk Vk 1
V0
V k V g
1
V V
g K
Vk
V air N2
VN2
0.8 Nar 100
VN2
Vgy N2
0.79
0.79
0.79 79
V g VO2 Vgy O2 0.21 21
描述流动介质进行能量交换的关系时，焓是 最有用和有效的；
单位质量的物质所含的全部热能，仅与状态 有关，而与途径无关；
实际计算中需要知道燃烧产物（常压）的温 度与焓值间的关系；
水蒸汽则需要根据温度和压力来求得焓值；
前人均已经制成表格、图线或程序。
二、空气、烟气焓值的定义
相应于1公斤收到基燃料的空气（或烟 气），由温度0℃加热到θ℃所需要的热 量，称为空气的焓或烟气的焓。
要点
烟气侧：炉膛后直至排烟处，过量空气 系数逐渐增大，
烟气侧过量空气系数α，
存在一个最佳的过量空气系数，通常用炉膛 出口的过量空气系数表示;
空气侧：由锅炉送风机开始，均为正压，
空气侧过量空气系数β; β逐渐减小，向外的漏风逐渐减少
" l
" gr
" l
gr
" sm
" gr
sm
' ky
21
21 79
O2
100 (RO2 O2 )
锅炉空气系数的不同表达式
（a）完全燃烧；（b）Nar可被忽略
21
21 79
O2
100 (RO2 O2 )
再略去β
(RO2 )max
RO2
21
21 O2
测定烟气中的O2，即可计算得 到过量空气系数α
广泛采用
21
21 O2
测定烟气中的RO2，也可计算 得到过量空气系数α
3、理论水蒸汽量VH02O
Vy0 VCO2 VSO2 VN02 VH02O
1、三原子气体烟气量
VRO2 VCO2 VSO2
C O2 CO2
12
22.4
22.4 Car 1.866 Car
12 100
100
S O2 SO2
22.4 Sar 1.866 Sar
32 100
100
2
22.4 2
H ar 100
0.111H ar
（3）由理论空气量V0带入的水分，即相对
于每kg燃煤带入的水蒸汽容积
0.0161dV0 Nm3/kg
不考虑过量空气中水蒸汽的容积
VH02 0 0.0124M ar 0.111H ar 0.0161V 0 1.24Gwh
理论烟气量
V
0 y
0
VH2VO
Nm3 / kg
V
0 y
VCO2
VSO2
VN02
VH02O
V
V H 2O
—过量空气带入的水蒸汽
V
0 y
—理论上燃烧所生成的烟气，不随过量空气系数而变。
二、理论烟气量
计算理论烟气量中的各项气体的容积 1、三原子气体烟气量VRO2 VCO2 VSO2
2、理论氮气量 VN02
单位：kJ/kg，kcal/kg
0
0
Ik Ik V (c)k
三、空气焓的计算
(c)k 每标准立方米干空气连同其相应的 水蒸汽在温度θ时的焓，kJ/Nm3，可以 查表得到。
每公斤空气含有10克水。
四、烟气焓的计算
1. 烟气的组成
VRO2
Vy0
V0N2
Vy
V0H2O
(α-1)V0标米干空气的湿空气/公斤
一、烟气的组成
当1kg煤完全燃烧时，烟气的组成成分为 （*W）
VRO2
Vy0
V0N2
Vy
V0H2O
(α-1)V0标米干空气的湿空气/公斤
烟气量的表示方法
Vy VCO2 VSO2 VN2 VO2 VH2O Nm3 / kg
Vy Vgy VH2O Nm3 / kg
Vy
V
0 y
(
1)V
22.4 Car 1.866 Car Nm3
12 100
100
氢燃烧消耗的氧气量
2H 2 O2 2H 2O 4 22.4
1kg 22.4 Nm3 4
22.4 H ar 5.56 H ar Nm3
4 100
100
硫燃烧消耗的氧气量
S O2 SO2 32 22.4
1kg 22.4 Nm3 32
原理
在燃料与空气完全燃烧的条件下， 燃烧烟气产物中的RO2和O2与燃料的元素
分析成分之间必然存在一定的关系。 完全燃烧方程反映其间内在关系。
一、推导过程
由烟气分析的结果（均为干烟气成分）
RO2
VRO2 Vgy
100%
O2
VO2 Vgy
100%
N2
VN2 Vgy
100%
RO2 O2 N2 100
二、完2全1燃O烧2 方(1程表)R达O2 式
燃料特性系数
0.8 Nar 0.79V 0
0.21 100
0.79
VRO2
2.35 H ar 0.126Oar 0.038Nar Car 0.375Sar
讨论
烟气中三原子气体的最大百分比含量:
由完全燃烧方程得：21 RO2 1
VN02 (c) N 2
VH02O (c)H2O
(c )i
1m3的成分在温度时θ的焓值，查
表。
4. 飞灰热焓值Ifh
Aar 100
a
fh
(c
)
h
4．烟焓表
通过燃烧产物的焓值的计算，列出焓值 与温度对应的表格（编程计算），是锅 炉热力计算的基础：即，
I y f (, )
第六节锅炉的热平衡
32
22.4
VRO2
1.866 Car 100
0.7 S AR 100
2、理论氮气量
VN02
22.4 Nar 28 100
0.79V 0
VN02
0.8 Nar 100