第2章 锅炉内物质平衡与热量平衡

烟气的组成 烟气是由理论烟气和过剩空气组成的，此 外，烟气中还含有灰分。气
Vy0
VRO2 VH2O0
飞灰
烟气焓的计算公式 烟气焓值等于理论烟气焓、 烟气焓值等于理论烟气焓、过剩空气焓和飞灰 焓之和。 焓之和。
I y = I + I过剩 + I fh
0 y
（3-171） ）
3
影响焓值的因素 （1） 焓值是温度和压力的函数，但对锅炉范 焓值是温度和压力的函数， 围内的空气和烟气，其压力变化不大， 围内的空气和烟气，其压力变化不大，所以计算 时忽略压力的影响，认为焓只是温度的单值函数。 时忽略压力的影响，认为焓只是温度的单值函数。 焓值的高低是相对的， （2）焓值的高低是相对的，与焓值零点的选 取有关，各国对焓值零点的选取是不同的， 取有关，各国对焓值零点的选取是不同的，我国 是以0 为焓值零点， 焓值为零。 是以0℃为焓值零点，即t＝0℃时，焓值为零。 焓值的大小还与载热体及其量有关。 （3）焓值的大小还与载热体及其量有关。 对于气体，通常将1气体的焓值称为比焓， 对于气体，通常将1气体的焓值称为比焓，单 位是KJ/Nm3。在锅炉热力计算中，通常以每kg 位是KJ/Nm3。在锅炉热力计算中，通常以每kg 计算燃料为基准来计算焓值。在锅炉热计算中， 计算燃料为基准来计算焓值。在锅炉热计算中， 焓的单位为KJ/Kg。 焓的单位为KJ/Kg。
0 0 0 I y = VR02 CR02 +VN2 CN2 +VH2OCH2O θ
(
)
CRO2 、 CN2 、 CH2O 分别为
θ ℃时 RO2 、 N2 、 H2O
气体的平均体积定压热容， ／ 气体的平均体积定压热容，kJ／m3．K。 。 的含量少得多， 由于烟气中 SO2 的含量较 CO2 的含量少得多，计 算中可取 CRO2 = CCO2 。
αsm" αky '
空气预热器
冷 ' 空β 气
αl
'
β空
气
热 "
∆αky
烟气侧风平衡 αky' + ∆αky =αky"
αky "=αpy
α
" ky
αpy
αl
"
空气侧风平衡 β ' − ∆αky = β"
热风道在无泄漏情况下的风平衡按下式计算：
β′′ = αl′ = αl′′ − ∆αl
如果对流烟道各处漏风系数的总和为 ∑∆α ，炉 膛出口过量空气系数为 αl′′ ，则烟气离开锅炉 时，排烟的过量空气系数增为
α
'
∆α
受热面
α′′
α′′ =α′ + ∆α
炉膛风平衡
αl "= αgr '
过热器风平衡
αgr '
αl ' + ∆αl =αl"
αl
"
∆αgr
αgr" αsm'
αgr + ∆αgr =α
'
αgr "= αsm'
' sm
" gr
省煤器风平衡
α + ∆αsm =α
αsm"= αky '
" sm
∆αl
∆αsm
式中
0 I y ——理论烟气体积的焓，kJ/kg 或 kJ/m 。 ——理论烟气体积的焓 理论烟气体积的焓，
I过剩——过剩空气焓，kJ/kg 或 kJ/m 。 ——过剩空气焓 过剩空气
I fh ——烟气中飞灰焓，kJ/kg 或 kJ/m 。 ——烟气中飞灰焓 烟气中飞灰
3
3
理论烟气焓计算
其值为: 当温度为 θ ℃时，其值为
C 式中： ——飞灰的平均体积定压热容 kJ／ 飞灰的平均体积定压热容， k； 式中： h ——飞灰的平均体积定压热容， ／m ． ；
Aar ——1kg 燃料中的飞灰质量，kg/kg。 燃料中的飞灰质量， a fh —— 。 100
一般来说， 一般来说，只有当1000
3
Aar a fh Qnet,v,ar
2.1.1燃料侧物质平衡 2.1.1燃料侧物质平衡
固体燃料 可燃质（C、H、S） 可燃质（C 不可燃质（O 不可燃质（O、N、A、M）
烟气 灰渣
一 灰平衡
当锅炉连续稳定地运行时，单位时间内进入 锅炉中的灰量等于从锅炉排出的灰量。
煤粉炉的灰平衡
Gh = Glh + Gfh
G Gfh 1= lh + Gh Gh Glh alh = Gh
0 I1k –— 按理论空气量计算基 温度下的空气焓，kJ/ kg。 准 。
准 度 取 冷 气 度30℃ 基 温 可 为 空 温 度 ℃ 。
（3） 雾化燃油所用蒸汽带入的热量 Qwh，kJ/kg。 ） 。
Qzq = Gzq (izq − 2500)
, kJ/ kg
式中
Gzq –—
每公斤燃油雾化所用的蒸汽量， 每公斤燃油雾化所用的蒸汽量，kg/ kg； ；
燃料侧的热量平衡：随燃料进入锅炉所带入的 热量应等于锅炉有效吸收的热量与各种损失的 热量之和。 出入锅炉热量的总平衡方程
Qr ＝ Q1 + Q2 + Q3+ Q4 + Q5 + Q6
式中: 式中: Qr —随1kg燃料进入锅炉的热量，KJ/Kg; 1kg燃料进入锅炉的热量，KJ/Kg;
各项损失的热量，KJ/Kg 各项损失的热量，KJ/Kg
2.2.1 空气焓的计算 空气焓 Ik （KJ/Kg）
Ik = βV Ckt
0
或
β →α
3
式中 :
βV —对应每 Kg 燃料的空气量，Nm /Kg 燃料的空气量，
0
Ck — 空气在 0~t℃ 时 的平均体积定压热 ℃
容，kJ／Nm .k； ／ ； 温度， t—空气温度，℃。 —
3
2.2.2 烟气焓的计算
过剩空气焓 过剩空气焓 I过剩 计算
I过剩 = (α −1)V Ckθ = (α −1)I
0
0 ） k （3-173）
式中 :
Ck —— θ ℃时空气的平均体积定压热容，kJ／ 空气的平均体积定压热容， ／
m3．k； ；
θ ——烟气温度，℃。 ——烟气 烟气温
飞灰焓的计算
Aar I fh = a fhChθ 100
Q1—1kg燃料锅炉的有效利用热量，KJ/Kg; 1kg燃料锅炉的有效利用热量，KJ/Kg; Q2 、 Q3、 Q4 、 Q5 、Q6—1kg燃料锅炉 1kg燃料锅炉
一 燃料进入锅炉所带入的热量
燃料和空气送入炉内进行燃烧， 燃料和空气送入炉内进行燃烧，它们带入的 热量包括两部分： 热量包括两部分： 其一是由燃料和空气带入的物理显热( 其一是由燃料和空气带入的物理显热 ( 燃料 和空气的热焓) 和空气的热焓)； 其二是燃料的化学热量(发热值) 其二是燃料的化学热量(发热值)。
628
（2）用外热源加热空气时带入锅炉的热量 用外热源加热空气时带入锅炉的热量
0 0 Qwr = β ' Ik − I1k , kJ/ kg
(
)
β ' –— 进入锅炉机组（空气预热器）的空气量与理论空气量之比，
空 预 器 的 量 气 数 即 气 热 前 过 空 系 ；
0 Ik –—空气预热器入口的空气按理论空气量计算的空气焓，kJ/ kg； 空气预热器入口的空气按理论空气量计算的空气焓， 空气预热器入口的空气按理论空气量计算的空气焓 ；
图2-5 汽水平衡模型 1-锅筒 2-省煤器 3-蒸汽过热器
汽水平衡方程 Ggs = D + Dzy + Dpw Ggs—锅炉给水量，kg/h； 锅炉给水量，kg/h； D —供出蒸汽流量，kg/h； 供出蒸汽流量，kg/h； Dzy —锅炉自用蒸汽量，kg/h； 锅炉自用蒸汽量，kg/h； Dpw—排污水量，kg/h。 排污水量，kg/h。
输入热各项热量的计算公式为： 输入热各项热量的计算公式为：
（1） ）
式中: 式中
燃料带来的物理热
ir = cp,ar tr
cp,ar –—
tr –—
燃料的收到基比定压热容， kJ/ 燃料的收到基比定压热容， （kg • ℃） ；
燃料温度，℃； 燃料温度，
当用外来热源加热燃料时， （ 当用外来热源加热燃料时， 用蒸汽加热重油或蒸汽干 燥器等）及开式系统使燃料干燥时，应计算此项， 燥器等）及开式系统使燃料干燥时，应计算此项，并根据 和燃料水分。若未经预热， 燃料的炉前状态取用 t fu 和燃料水分。若未经预热，则只 Qar,net %时才须计算，此时可取 tr = 0 ℃。 时才须计算， 有当 Mar ≥
随1kg燃料进入锅炉的热量Qr： 1kg燃料进入锅炉的热量 燃料进入锅炉的热量Q Qr ＝ Qar，net+ ir + Qwr + Qwh ar， 燃料的收到基低位发热量Qar， 燃料的收到基低位发热量Qar，net，kJ/kg； kJ/kg； kJ/kg； 燃料带来的物理热ir，kJ/kg； 用外热源加热空气时带入锅炉的热量Q 用外热源加热空气时带入锅炉的热量Qwr， kJ/kg； kJ/kg； 雾化燃油所用蒸汽带入的热量Q kJ/kg。 雾化燃油所用蒸汽带入的热量Qwh，kJ/kg。
漏风系数
由于锅炉一般是在“负压” 由于锅炉一般是在“负压”下运行，即炉膛和 烟道内的压力略低于炉外大气压力，以避免向炉外 喷火、冒烟。因而会通过炉门、看火孔以及炉墙不 严密处向锅炉内漏入空气。
漏风系数即为漏风量与理论空气量的比值， 用 ∆α表示相关受热面漏风系数 ∆α 可查表。
受热面的风平衡 对任何一个受热面来说，