锅炉原理第3章

在讨论各种能量时， 均以1kg燃料为基础， 所以其单位都为kJ／ kg。
Qr Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6
➢锅炉机组的热平衡方程：
Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 kJ/kg q1+q2+q3+q4+q5+q6=100%
两边同除 Qr乘100%
qi
Qi Qr
100%(i
第三章 锅炉机组热平衡
3-1 锅炉的热平衡
一、锅炉热平衡概念
在稳定工况下，输入锅炉的热量应与输出锅 炉的热量相平衡，锅炉的这种热量收、支平衡关 系，就叫锅炉的热平衡。 1、输入锅炉的热量：伴随燃料进入锅炉的热量 2、输出锅炉的热量：
锅炉有效利用热； 锅炉各项热损失。
输入输出锅炉的能 量见图3－2。
1 烟道放热量
称为散热系数
1 q5 q5
5、灰渣物理热损失 q6
由于锅炉中排出的灰渣及漏煤（层燃炉）的温度 一般在600～800℃造成的热损失。 层燃炉：600～800 ℃； 煤粉炉：固态排渣 600℃左右；
液态排渣：大于1000 ℃ ； 沸腾炉：800 ℃左右。
一般只有当燃料灰分较大时，即Aar Qar,net / 419时 才考虑q6
1、燃料性质
煤中灰分和水分越少、挥发分含量越多、煤 粉越细，则：
q4越小。 2、燃烧方式
不同燃烧方式对q4的影响较大。 旋风炉最小，煤粉炉次之，流化床稍大，层 燃炉最大。
3、炉膛型式和结构
适当的高度和容积可以减小q4。
4、燃烧器设计和布置
喷燃器的结构性能好，布置位置适当，使气 粉有较好的混合条件和较长的炉内停留时间，则 的百分比
➢锅炉效率
gl
Q1 Qr
100% q1
100 q2
q3
q4
q5 q6 %
二、锅炉热平衡目的
研究锅炉机组的热平衡目的就在于定量计 算与分析各项能量的大小。
找出引起热量损失的原因，提出减少损失的 措施，提高锅炉效率，降低发电成本。
3-2 锅炉输入热量和有效利用热量
一、锅炉输入热量
锅炉输入热量 Qr四部分组成： 1、燃料的收到基低位发热量Qar,net，kJ/kg； 2、燃料物理显热hr=Cptr，kJ/kg；对于煤粉炉， ir数值相对较小，可以忽略。
3、外来热源加热空气时带入的热量Qwr， kJ/kg； 4、雾化燃油所用蒸汽带入的热量Qwh， kJ/kg。
5、炉膛温度
炉内过量空气系数适当，炉膛温度较高时，q4 也较小。
6、锅炉负荷
锅炉负荷过低： 炉温降低，则q4增大；
锅炉负荷过高： 将使煤粉来不及在炉内烧透，则q4增大。
7、运行水平（α）
过量空气系数过小： 固体燃料不能完全燃烧q4增大；
过量空气系数过大： 会使炉温较低，q4也会增大；
➢机械不完全热损失计算
➢但对于煤粉锅炉H2、CH4含量很少，一般不考 虑，即只考虑CO未完全燃烧而造成的热量损失。
➢影响因素：
1、炉膛过量空气系数
过量空气系数过小可燃气体不能完全燃烧， q3增大；
过量空气系数过大，会使炉温较低，q3也会 增大
2、燃料的挥发分
燃料中的挥发分多炉内可燃气体的量就增多， 容易出现不完全燃烧，q3就比较大。
q, 0 0
为最小或锅炉效
率最高时所对应
的过量空气系数，
称为最佳过量空
气系数。
q2 q3 q4
q2 q4
q3
最佳过量空 t
气系数α
4、散热损失 q5
（一）散热损失
锅炉运行中，由于汽包、联箱、管道以及炉 墙的温度高于环境温度，通过对流和辐射向外散 发的热量
q5 与锅炉运行负荷近似成反比变化
q5
● 锅炉的有效利用热Q为
Q Dgr hgr hgs Dzr hzr hzr Dpw hpw hgs
其中：
Dgr、Dzr、Dpw — 过热蒸汽、再热蒸汽、排污
水的流量kg / s；
izy
hgr、hgs、hzr、hzr、hpw — 分别为过热器出口、给水、 再热器出、进口和排污水的焓值，其中hpw为汽包压 力下的饱和水焓。
q5e
De D
➢影响因素
➢炉体表面积 ➢炉体表面温度 ➢炉墙结构形式（光管式比水膜式大） ➢炉墙保温层性能 ➢周围环境温度 ➢锅炉负荷大小
★锅炉容量越大，q5 越小
（二）保热系数
▪ （二）保热系数
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 受热面传给工质的热量 烟气散热量
烟道的散热量
相对于每Kg燃料的有效利用热量为
Q1
Q B
Dgr
hgr hgs
Dzr
hzr hzr B
Dpw hpw hgs
其中：B为燃料消耗量Kg / s
★当排污量占锅炉蒸发量不到2%时，排污水热量 可忽略。
3-3 锅炉的各项热损失
Q2—排烟热损失 Q3—化学未完全燃烧热损失 Q4—机械未完全燃烧热损失 Q5—散热损失 Q6—灰渣物理热损失
主要取决于排烟温度和排烟容积。 一般排烟温度提高15～20℃，q2约增加1%
➢影响因素：
1、燃料的性质
当煤中的水分较高时： 使排烟容积增大，排烟热损失增加；
当煤中的硫分较高时： 为了避免或减轻尾部受热面的低温腐蚀，必
须采用较高的排烟温度，排烟热损失增加。
2、受热面的积灰、结渣或结垢
受热面发生积灰、结渣或结垢时，烟气与受 热面的换热量减少，排烟温度就会升高。
2、计算燃料消耗量 指扣除机械未完全燃烧热损失q4后，在炉内
实际参与燃烧的燃料消耗量
Bj
B1
q4 100
➢两种燃料消耗量的用途：
1、燃料消耗量B
计算输煤系统和制粉系统计算时要采用燃 料消耗量
2、计算燃料消耗量Bj
计算燃烧所需的空气量和生成的烟气量时， 因为有部分燃料未参与反应必须对B进行修正， 即按计算燃料量Bj来进行计算
3-4 锅炉效率及燃料消耗量计算
一、锅炉效率的计算方法
➢正平衡求效率法
也称直接求效率法：是通过测定输入热量Qr和 有效利用热量Q1计算锅炉效率。
Q1 Dgr
hgr hgs
Dzr
hzr hzr B
Dpw
hpw hgs
q1
Q1 Qr
Dgr
hgr
hgs
Dzr
hzr hzr BQr
Glz
100 Clz 100
B
Aar 100
G
fh
100 C 100
fh
Glz
100 Clz 100
将上式两边同除以B Aar 得： 100
1
G fh
100 C fh BAar
Glz
100 Clz BAar
其中：
fh
G
fh
100 C BAar
fh
(飞灰份额）；
lz
Glz
100 Clz（炉渣份额） BAar
反平衡法
反平衡法是指通过确定锅炉的各项热损失， 然后按式计算锅炉热效率的方法。
反平衡法不但可以确定锅炉的效率，而且 可以确定锅炉的各项热损失，因而可以了解锅 炉的工作情况并能找出提高锅炉效率的途径。
作业：已知：某锅炉运行时测得如下数据：
q2 5%；q3 0.5%；q4 1.5%；q5 0.5%；q6 0%；
hgr 3475KJ / Kg；hgs 921KJ / Kg；B 36.27t / h;
燃料低位发热量Qar，net =16747kJ/kg。 求：该锅炉的蒸汽量。
fh lz 1
fh
G fh
100 C fh BAar
(飞灰份额）；
lz
Glz
100 Cl（z 炉渣份额） BAar
已知
fh、
情况下
lz
，
可求出：G fh
fhBAar
100 C fh
；Glz
lz BAar
100 Clz
带入
q4
q4fh
q4lz
32866 BQr
G fhC fh
GlzClz
机械不完全热损失包括两部分： 飞灰中未燃尽的碳和灰渣中的未燃尽的碳造成
的损失
➢计算中假设：
以Gfh和Glz表示锅炉单位时间的飞灰和炉渣质 量（包括其中未燃尽的碳）；
以Cfh和Clz表示飞灰和炉渣中可燃物的质量百 分数；
纯碳发热量32866KJ/Kg； 燃料消耗量为BKg/s；
则：
q4lz
Q4lz Qr
100 q4
%
三、排烟热损失 Q2 ➢概念：排烟热损失是由于排烟所拥有的热量随 烟气排入大气而未被利用造成的。
➢排烟热损失是锅炉热损失中最大的一项。 ➢大中型锅炉正常运行时的q2约为（4~8）%
➢排烟热损失计算
q2
Q 2
Qr
100%
h py － pyh0lk
Qr
1
q4 100
hpy VpyC p py
一、机械不完全燃烧热损失 Q4
➢概念：机械不完全燃烧热损失是灰中未燃尽的 碳造成的热损失，也称为固体未完全燃烧损失。
➢机械未完全燃烧热损失是燃煤锅炉的主要热 损失之一，一般仅次于排烟热损失。
➢主要影响因素： 燃料性质；燃烧方式；炉膛型式和结构、
燃烧器设计和布置；炉膛温度、锅炉负荷；运 行水平（α）等。
%
★ 大型锅炉飞灰量和炉渣量难以测量，故一般采 用灰平衡计算q4
以Afh和Alz分别表示飞灰和炉渣中纯灰的质量百分数。
➢则根据灰平衡：
B
Aar 100
G
fh
Afh 100
Glz