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1、第五节锅炉热平衡第1页，本讲稿共20页 一、热平衡方程式一、热平衡方程式 稳稳定定工工况况下下，对对应应于于1kg煤煤，锅锅炉炉输输入入热热量量与与输输出出热热量量相相等等的的关关系式，称热平衡方程。有三种表示方法。系式，称热平衡方程。有三种表示方法。1.图示方法，见上图。图示方法，见上图。2.对应于对应于1kg煤表示：煤表示：式中式中:Qr锅炉输入热量，锅炉输入热量，kJ/kg；Q1锅炉有效利用热量，锅炉有效利用热量，kJ/kg；Q2排烟热损失，排烟热损失，kJ/kg；Q3气体不完全燃烧热损失，气体不完全燃烧热损失，kJ/kg；Q4固体不完全燃烧热损失，固体不完全燃烧热损失，kJ/kg；Q5
2、锅炉散热损失，锅炉散热损失，kJ/kg；Q6其它热损失，其它热损失，kJ/kg。第2页，本讲稿共20页 3.百分数量表示：将上式用方程右侧各项热量占输入热量的比值百分数来表示，则有：式中：q1有效利用热量占输入热量的百分数，%；q2排烟热损失占输入热量的百分数，%；q3气体未完全燃烧热损失占输入热量的百分数，%；q4固体未完全燃烧热损失占输入热量的百分数，%；q5锅炉炉体的散热损失占输入热量的百分数，%；q6灰渣物理热损失占输入热量的百分数，%。第3页，本讲稿共20页 二、输入锅炉热量二、输入锅炉热量 锅锅炉炉输输入入热热量量Qr是是由由锅锅炉炉范范围围以以外外输输入入的的热热量量，不不包包括
3、括锅炉范围内循环的热量，通常有如下几项：锅炉范围内循环的热量，通常有如下几项：式中式中 燃料的收到基低位发热量，燃料的收到基低位发热量，kJ/kg；燃料的物理显热，燃料的物理显热，kJ/kg；外热源加热空气时带入的热量，外热源加热空气时带入的热量，kJ/kg；雾化燃油所用蒸汽带入的热量，雾化燃油所用蒸汽带入的热量，kJ/kg。第4页，本讲稿共20页三、锅炉有效利用热三、锅炉有效利用热锅炉总有效利用热为：式中：过热蒸汽量、再热蒸汽量和排污量，kg/h；分别为过热蒸汽出口焓、入口焓、再热蒸汽出口焓、入口焓、饱和水焓、给水焓和自用蒸汽焓，kJ/kg；则有效利用热量：第5页，本讲稿共20页四、各项热损
4、失四、各项热损失 1固体不完全燃烧热损失q4 (1)概念：锅炉排出的灰渣中因含有未燃尽的固定碳而造成的热损失。（2）q4的计算 对于煤粉炉：分别为炉渣、飞灰中的灰量占入炉燃料总灰分的质量份额；分别为炉渣、飞灰中可燃物含量的质量百分数，32700为每kg纯碳的发热量，单位为kJ/kg。,%第6页，本讲稿共20页表表3-10 电厂锅炉电厂锅炉q4的一般数据的一般数据挥发分高取小值锅炉型式煤种固态排渣煤粉炉无烟煤贫煤烟煤褐煤锅炉型式0.5111.5246q4(%)烟煤挥发分高取小值34挥发分高取小值备注液态排渣煤粉炉煤种q4(%)备注挥发分高取小值挥发分高取小值无烟煤褐煤贫煤11.50.50.5第7
5、页，本讲稿共20页 （3）影响影响q4的主要因素的主要因素 1）燃料性质：挥发分）燃料性质：挥发分 水分、灰分水分、灰分 煤粉的细度及均匀性；煤粉的细度及均匀性；2）炉膛温度：炉温越高、）炉膛温度：炉温越高、q4越小；越小；3）空气量：过大或者过小，）空气量：过大或者过小，q4都增大；都增大；4）一、二次风的配合；）一、二次风的配合；5）燃烧方式：）燃烧方式：6）炉膛型式和结构、燃烧器设计和布置；）炉膛型式和结构、燃烧器设计和布置；7）锅炉负荷：负荷过大或者过小，）锅炉负荷：负荷过大或者过小，q4 都增大。都增大。第8页，本讲稿共20页 2气体未完全燃烧热损失气体未完全燃烧热损失q3 （1）概
6、念：由于锅炉排烟中因含有）概念：由于锅炉排烟中因含有CO、H2、CH4等可等可燃气体未燃烧放热而造成的热损失。燃气体未燃烧放热而造成的热损失。（2）q3计算计算 当当燃燃用用固固体体燃燃料料时时，烟烟气气中中的的H2、CH4等等可可燃燃气气体体的的含含量很少，为简化计算，可认为烟气中的可燃气体只有量很少，为简化计算，可认为烟气中的可燃气体只有CO。%第9页，本讲稿共20页 在在进进行行锅锅炉炉设设计计时时，q q3 3值值可可按按燃燃料料种种类类和和燃燃烧烧方方式式选选取取；煤煤粉粉炉炉q q3 3=0=0，燃燃油油和燃气炉和燃气炉q q3 3=0.5%=0.5%，火床炉，火床炉q q3 3=
7、(0.5%=(0.5%1%)1%)。影影响响q q3 3的的主主要要因因素素有有：燃燃料料的的挥挥发发分分、炉炉膛膛过过量量空空气气系系数数、燃燃烧烧器器结结构构和和布布置置、炉炉膛膛温温度度和和炉炉内内空空气气动动力力工工况况等等。挥发分含量越高，挥发分含量越高，q q3 3越大，其余同越大，其余同q q4 4。第10页，本讲稿共20页 3排烟热损失排烟热损失q2 （1）概概念念：由由于于排排出出锅锅炉炉时时的的烟烟气气焓焓高高于于进进入入锅炉时的空气焓，带走部分热量所造成的热损失。锅炉时的空气焓，带走部分热量所造成的热损失。它它是是煤煤粉粉炉炉中中热热损损失失中中最最主主要要的的一一项项，
8、对对大大中中型型锅锅炉炉，约为约为48。（2）排烟热损失的计算）排烟热损失的计算式中式中 排烟焓，排烟焓，kJ/kg；进进入入锅锅炉炉的的冷冷空空气气焓焓，按按冷冷空空气气温温度度计计算算，kJ/kg；排烟处的过量空气系数排烟处的过量空气系数第11页，本讲稿共20页 （3）影影响响q2的的主主要要因因素素为为排排烟烟温温度度和和烟烟气气容容积积。排排烟烟温温度度越越高高，则则q2越大；烟气容积增大，越大；烟气容积增大，q2也越大。也越大。影影响响排排烟烟温温度度的的主主要要因因素素：1）燃燃料料硫硫分分含含量量 硫硫分分含含量量越越多多，排排烟烟温温度度设设计计值值就就越越高高；2）受受热热面
9、面污污染染 受受热热面面污污染染，热热阻阻增增大大、传传热热减减弱弱、排排烟烟温温度度升升高高；3）锅锅炉炉的的漏漏风风 锅锅炉炉漏漏风风使使锅锅炉炉排排烟烟温度升高。温度升高。但排烟温度也不能太低。但排烟温度也不能太低。影响排烟容积的因素有：（影响排烟容积的因素有：（1）燃料水分）燃料水分 燃料水分含量大，燃料水分含量大，增大了烟气容积；（增大了烟气容积；（2）过量空气系数）过量空气系数 过量空气系数应该为最过量空气系数应该为最佳过量空气系数；（佳过量空气系数；（3）锅炉漏风）锅炉漏风 漏风不但会使排烟温度升高，漏风不但会使排烟温度升高，还使使排烟容积增大，使排烟热损失增大，因此应尽量减少炉
10、还使使排烟容积增大，使排烟热损失增大，因此应尽量减少炉膛及烟道漏风。膛及烟道漏风。最佳过量空气系数：使最佳过量空气系数：使q2+q3+q4为最小时的过量空气系数。为最小时的过量空气系数。可通过试验和绘曲线确定。可通过试验和绘曲线确定。第12页，本讲稿共20页图图35 锅炉额定蒸发量下的散热损失锅炉额定蒸发量下的散热损失1锅炉整体锅炉整体(连同尾部受热面连同尾部受热面)；2锅炉本身（无尾部受热面）；锅炉本身（无尾部受热面）；3我国电站锅炉性能验收规程中的曲线（连我国电站锅炉性能验收规程中的曲线（连同尾部受热面）同尾部受热面）4散热损失散热损失q5 （1）概念：由于锅炉炉墙、锅筒、集箱、汽水管道、
11、烟）概念：由于锅炉炉墙、锅筒、集箱、汽水管道、烟风管道等设备的表面温度高于环境温度，使部分热量散失到风管道等设备的表面温度高于环境温度，使部分热量散失到环境中而造成的热损失。环境中而造成的热损失。（2）计算：）计算：第13页，本讲稿共20页 查曲线得到额定蒸发量下的散热损失查曲线得到额定蒸发量下的散热损失q5,ed,再通过下式得到实际蒸发量下的散热损失再通过下式得到实际蒸发量下的散热损失q5,影响散热损失的主要因素有：锅炉容量、锅炉影响散热损失的主要因素有：锅炉容量、锅炉负荷、保温好坏、周围环境条件等等。负荷、保温好坏、周围环境条件等等。第14页，本讲稿共20页 5灰渣物理热损失q6 式中 1
12、kg灰渣在温度为时的质量比焓，kJ/kg，可查表3-5；排灰渣量占入炉燃料总灰分的质量份额。灰渣温度：对固态排渣炉和火床，；液态排渣炉，；流化床锅炉溢流灰温度等于床温，冷渣管排出冷灰温度比床温低50。，第15页，本讲稿共20页 2保热系数保热系数 烟气放出的热量被受热面吸收的程度用保热系数烟气放出的热量被受热面吸收的程度用保热系数 来考虑。即来考虑。即 式中式中 Q1锅炉有效利用热量，锅炉有效利用热量，kJ/kg；Qky空气预热器总吸热量，空气预热器总吸热量，kJ/kg；Q5散热损失的热量，散热损失的热量，kJ/kg。第16页，本讲稿共20页 当空气预热器的吸热量相对于锅炉有效利用热量很小时，
13、保热系数可简化为：（1-）称为散热系数，它表示受热面所在烟道的散热程度。第17页，本讲稿共20页五、锅炉效率五、锅炉效率 锅锅炉炉效效率率即即为为锅锅炉炉的的有有效效利利用用热热与与锅炉送入热量之比，即：锅炉送入热量之比，即：上述计算热效率的方法称为正平衡法。上述计算热效率的方法称为正平衡法。，第18页，本讲稿共20页 在在锅锅炉炉设设计计或或热热效效率率试试验验时时常常用用反反平平衡法：衡法：，锅炉每小时的实际燃料消耗量B，其单位为kg/h：，kg/s式中 Q工质（水，蒸汽）的总有效利用热，kJ/s。第19页，本讲稿共20页 扣除q4造成的影响，实际参加燃烧的燃料量为 Bj称为计算燃料消耗量。主要用于烟气量、放热量等的计算。，kg/skg/s第20页，本讲稿共20页