第3章燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡_锅炉燃烧技术

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V V0


Δ α 各受热面处烟气侧漏
风系数,查表确定;△V为烟道
漏风量 为炉膛出口处过剩空气系
数,表征炉内燃烧状况的重要
物理量,在推荐值范围内选取
过剩空气系数β与漏风系数△α
ky ky ky
zf ky
Qr
四、锅炉输出热量
1、排烟热损失 2、气体不完全燃烧热损失 3、固体不完全燃烧热损失
4、散热损失
5、灰渣物理热损失 6、有效利用热
1、排烟热损失 Q2 定义
烟气排入大气所造成的热损失
计算
1、排烟热损失 Q2 影响排烟热损失的主要因素
Q2 f py , 燃性, l '', , 受热面无损程度
为理想烟气焓、理想空气焓和飞灰焓 c i 为1Nm3空气、烟气各成分和1kg灰在温度为 ℃时的焓值,见表2-9; a fh为烟气携带飞灰的质量份额。对固态排渣煤粉炉,取 a fh 0.9~0.95
0 0 I y、I k 、I fh

焓 温 表
烟气的焓值 H y
取决于燃料种类、过剩空气系数及烟气温度
效率越高Βιβλιοθήκη 热 平 衡 范 围二、锅炉热平衡方程式
Qr Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6
100 q1 q2 q3 q4 q5 q6
qi = Qi / Qr ×100
式中
Qr
输入热量
Q1 有效利用热 Q2 排烟热损失 Q3 气体不完全燃烧热损失 Q4 固体不完全燃烧热损失 Q5 散热损失 Q6 灰渣物理热损失
三、锅炉输入热量 Qr
Qr ir Qwr Qzq , kJ/kg
式中
ir
—燃料的物理显热;
Q wr —外来热源加热空气时带入的热量; Qzq —雾化燃油所用蒸汽带入的热量
对于燃煤锅炉,若燃料和空气没有利用外界热量进行 预热,且燃煤水分满足 M ar / 628 则
、 为空气预热器出、 ky ky
进口处空气侧过剩空气系数
、 zf 、 ky 分别为炉
膛、制粉系统和空预器漏风系数, 查表确定
§2 燃烧产生烟气量(烟气容积)
理论烟气容积 Vy0 α=1、完全燃烧:O2 = 0;CO = 0
0 O Vy0 VRO2 VN2 VH2O
§3 燃烧方程式
不完全燃烧方程式
RO2 0.605CO O2 ( RO2 CO) 21
式中 β 为燃料特性系数
O ar H ar 0.038N ar 8 2.35 C ar 0.375S ar
21 RO2 ( RO2 O2 ) CO 0.605
以lkg固体燃料或液体燃料(气体燃料以1Nm3)为单位组成 热量平衡。1kg燃料带入炉内的热量及锅炉有效利用热量和 损失热量之间的关系。
3、锅炉热平衡的定义

稳定工况下,输入锅炉的热量等于输出锅炉的热
量,输出锅炉的热量包括被有效利用的热量和损
失的热量。

方法:通过锅炉机组的热平衡试验
现代电站锅炉的热效率在90%左右,容量越大,
0.0889 C ar 0.375S ar ) 0.265H ar 0.333O ar (2 23) (
二、实际空气量和过量空气系数
实际空气量 V与过量空气系数
() V V0
V () V 0
式中 α、β—分别为烟气侧和空气侧的过剩空气系数
过剩空气系数α与漏风系数△α
主要影响因素分析
2)排烟容积

影响排烟容积大小的因素有:
(1)炉膛出口过量空气系数, (2)烟道各处漏风量
(3)燃料所含水分。
锅炉最佳过量空气系数的确定
使q2、q3、q4三项热损失的总和最小, 所对应的炉膛出口过量空气系数
2、气体未完全燃烧热损失
定义
可燃气体未完全燃烧热损失亦称化学未完全燃烧热损失, 是锅炉排烟中残留的可燃气未燃烧放热而造成的热损失,等 于烟气中各种可燃气体的容积与其容积发热量之和。
S C ar H Kg的碳、 ar kg的氢、 ar kg的硫 100 100 100
碳完全燃烧反应方程式
C + O2 → CO2
12 kg C + 22.41 Nm3 O2 → 22.41 Nm3 CO2 1kg C + 1.866 Nm3 O2 → 1.866 Nm3 CO2 1kg H + 5.56 Nm3 O2 → 11.1 Nm3 H2O 1kg S + 0.7 Nm3 O2 → 0.7 Nm3 SO2
0 0 0 I y I RO2 c RO I N2 c N I H 2O c H O
2 2 2
Ik0 V 0 c k
I fh Aar a fh c h 100
4182 a fh A ar 6时 可 不 计 算 Q ar .net

计算
Q3 Vgy 100 Q3 q3 100, % Qr
12636 10798 2 35818 4 59079 m H n , CO H CH C
kJ/kg
2、气体未完全燃烧热损失 影响Q3的主要因素
Q3 f 燃料特性, 锅炉结构, l '', 锅炉负荷
2、气体未完全燃烧热损失
干烟气容积
RO2 O 2 Vco2 Vso 2 Vco Vgy 100 ( 2 36)
Vgy
1.866(C ar 0.375S ar ) , Nm 3 / kg ( 2 38) RO 2 CO
烟气容积
Vy Vgy VH2O
§5 空气和烟气的焓
2 2 2 2 2
0 Vy 1.0161 1)V 0 , Nm3 / kg(2 29) (
五、烟 气 成 分 分 析
烟气分析是以1kg燃料燃烧生成的干烟气(除去水分后的烟气)容积 为基础,采用奥氏分析仪进行的 烟气分析可得到 RO2、O 2、CO、N 2 在干烟气Vgy中所占的容积百分比
三、空气焓的计算
空气的焓:
理论空气的焓: I0k=V0(ct)k, kJ/kg
实际空气的焓: Ik=αI0k=αV0(ct)k, kJ/kg
四、烟气焓的计算
烟气焓的计算公式
烟气焓 I y 1kg燃料燃烧生成的烟气在定压下从0(℃)加
热到 (℃)时所需要的热量
0 I y I y 1 Ik0 I fh , kJ / kg
判 断 燃 烧 状 况
完全燃烧方程式:
α >l、且完全燃烧: CO=0
21 O 2 RO2 ,%(2 42) 1
α =1、且完全燃烧:CO=0,O2= 0
ROmax 2
21 ,%(2 43) 1
锅炉常用燃料的β 值和 RO2max 值见表2-8。为保持炉内良好的
燃烧工况,运行中应监测并维持炉内一定的 RO2,使其尽量靠近 RO2max
§4 运行中过量空气系数的确定
为什么要确定过量空气系数
过量空气系数的推导
过量空气系数表达式
过量空气系数
ROmax 2 RO 2
完全燃烧且不计β
21 ( 2 44) 21 O 2
RO2、O2 可由烟气分析或相关仪表测定
影响Q3的主要因素分析
1.燃料特性的影响

挥发份高的燃料,在其它条件相同时,q3相对要大一些。
2.锅炉结构的影响


炉膛高度不够或炉膛体积太小。
当炉内水冷壁布置过多时,会使炉膛温度过低。
3.燃烧方式的影响

炉膛过量空气系数(过小或过大);配风 炉内气流的混合与扰动等。
3、固体未完全燃烧热损失
定义
燃烧产物(烟气)组成成分 实际烟气量 CO2、SO2、N2、H2O和剩余O2 Vy
实际工况 实际送入的空气量大于理论空气量,仍为不完全燃烧
燃 燃烧产物(烟气)组成成分 CO2、SO2、N2 、 H2O、剩余O2 和未完全 烧气体CO 实际烟气量 Vy
煤 的 燃 烧 反 应
煤中可燃元素的燃烧反应是燃烧计算的基础,1kg收到基燃料包括
焓温表 对给定的燃料和各受热面前、后的过剩空气系数α 计算
出该受热面对应烟气温度 范围内的烟气焓 H y,制成的烟气
( — H y)表
由( H y 、α )查焓温表可很快确定烟气温度 ; 由( 、α )查表可很快确定烟气焓 H 。 y


1. 某锅炉燃用煤种的收到基成分为: Car=59.6%;Har=2.0%; Sar=0.5%; Oar=0.8%;Nar=0.8%; Aar=26.3%; Mar=10.0%; =22186kJ/kg 烟气中的飞灰份额afh=95% 计算:1)V0 2)
第三章 燃料燃烧计算和 锅炉机组热平衡
研究对象
I 研究燃料、空气、烟气之间的数量关系
1、燃烧需要空气量
2、燃烧产生烟气量
3、燃烧方程式
4、运行中过量空气系数的确定
II 空气烟气的焓
III 锅炉热平衡分析
基本假设和理论依据
基本假设:
以1kg燃料为计算基础
所有气体均视为理想气体(22.4Nm3/kg)
假定完全燃烧
认为空气只由N2和O2组成, 容积比为79:21
理论依据:
普通化学 工程热力学(理想气体、混合气体、湿空气等)
第一部分 燃料燃烧计算
燃料的燃烧工况
理论工况 燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧
燃烧产物(烟气)组成成分
理论烟气量
CO2、SO2、N2和H2O 0 Vy
设计工况 实际送入的空气量大于理论空气量,以保证燃料完全燃烧
排烟温度 排烟容积
主要影响因素分析
1)排烟温度

排烟温度越高,排烟热损失越大。排烟温度每提高 12~15℃,q2将提高1%。 排烟温度过低经济上不合理,甚至技术上不允许。
(1)烟气与工质的传热温差小,换热所需金属受热面就 大大增加。
(2)为了避免尾部受热面的腐蚀,排烟温度也不宜过低

须根据燃料与金属耗量进行技术经济比较来合理确定排烟 温度。供热锅炉的排烟温度在150~200℃范围内
§1 燃烧所需要的空气量
一、理论空气量
燃烧所需要的理论空气量 理论空气量 V 0 1kg 燃料完全燃烧时所需要的最小空气
量(无剩余氧)可通过燃料中可燃元素(C、H、S)的燃烧化 学反应方程式求得
V 0 1 (1.866 C a r 5.56 H a r 0.7 S a r - 0.7 O a r ) 0.21 100 100 100 100
固体未完全燃烧热损失亦称机械未完全燃烧热损失,是 燃料颗粒中未燃烧或未燃尽的碳造成的热损失和使用磨煤机 时排出石子煤的热量损失。
主要内容
一、热平衡的概念 二、热平衡方程式 三、锅炉输入热量 四、锅炉输出热量
五、锅炉热效率分析
一、热平衡的概念
1、为什么开展锅炉热平衡研究
燃料的热量在锅炉中利用的情况:

有多少被有效利用, 有多少变成了热量损失,表现在哪些方面,产生的原因。
研究的目的是为了有效地提高锅炉热效率
2、锅炉热平衡的研究对象
0 Vy
及α =1.45时的Vy
3)α =1.45,θ =300℃时的Hy
2. 某锅炉燃用无烟煤,计算得到完全燃烧所需理论空气量 V0为5.81Nm3/kg,实测得到炉膛出口过剩氧量O2为4.846 (%),如果炉膛的漏风系数 为0.05,此时供给炉膛 的实际空气量是多少?
第二部分 锅炉机组热平衡
RO2 O 2 CO N 2 100,% ( 2 31)
RO 2
O2
VRO 2 Vgy
100,% ( 2 32)
VO 2 Vgy
100 ,% ( 2 33)
VCO CO 100,% ( 2 34) Vgy
N2 VN 2 Vgy 100 ,% ( 2 35)
(Car 0.375Sar ) N ar 1.866 0.8 0.79V 0 100 100
H ar M ar 11.1 1.24 0.0161V 0 , Nm3 / kg 100 100
实际烟气容积 Vyα>1、完全(不完全)燃烧:O2 ≠0; CO=0( CO≠0) 0 Vy VCO VSO VN VH O VO Vy 1V 0 0.0161 1V 0
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