锅炉机组热平衡.ppt

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1、能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南第三章 锅炉机组热平衡锅炉热平衡的基本概念锅炉输入热量锅炉有效利用热各项热损失锅炉效率及热平衡实验2023/1/81能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南1.锅炉热平衡的基本概念 锅炉热平衡：在稳定运行状态下，锅炉输入热量与输出热量及各项损失之间的热量平衡，即：有效利用热量有效利用热量 输入锅炉的热量输入锅炉的热量热损失热损失锅炉热平衡的计算基础：1kg固体燃

2、料锅炉热平衡方程：锅炉输入热量锅炉有效利用热量排烟热损失可燃气体不完全燃烧热损失固体不完全燃烧热损失锅炉散热损失灰渣物理热损失2023/1/82能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南Qr锅炉输入热量Q6灰渣物理热损失Q1固体不完全燃烧热损失固体不完全燃烧热损失Q5锅炉散热损失锅炉有效利用热量排烟热损失可燃气体不完全燃烧热损失Q2Q3锅炉热平衡示意图2023/1/83能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济

3、南济南锅炉热平衡的意义更更重重要要的的是是知知道道各各项项热热损损失失的的大大小小，可可以以判判断断锅锅炉炉的设计和运行水平，寻找提高锅炉运行水平的措施。的设计和运行水平，寻找提高锅炉运行水平的措施。知道锅炉有效利用热量的大小和燃料热量的利用程知道锅炉有效利用热量的大小和燃料热量的利用程度。度。2023/1/84能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南2.锅炉输入热量 锅炉输入热量Qr是由锅炉范围以外的输入热量，不包括锅炉范围内循环的热量燃料收到基低位发热量燃料物理显热外来热源加热空气时带入的热量

4、雾化燃油所用蒸汽带入的热量cp,ar燃料收到基定压比热容，tr燃料温度物理显热计算外来热量计算雾化蒸汽热量计算每kg燃油雾化所用蒸汽量，kg/kg雾化蒸汽焓，kJ/kg排烟中蒸汽焓近似值，kJ/kg2023/1/85能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南3.锅炉有效利用热 锅炉有效利用热指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。省煤器 蒸发受热面 过热器 再热器受热面空气预热器吸收的热量不属于锅炉有效利用热。？空气预热器2023/1/86能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Ener

5、gy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南有效利用热Q1,kJ/kg燃料消耗量排污量再热器出口蒸汽焓 过热蒸汽量再热蒸汽量流量：kg/s 焓：kJ/kg燃料量：kg/s 注：对于有分离器的直流锅炉，锅炉排污量为分离器的排污量。当排污量小于蒸发量的2时，排污水的热耗可以忽略不计。过热蒸汽焓给水焓入口蒸汽焓饱和水焓2023/1/87能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南4.各项热损失（1）机械不完全燃烧热损失q4 燃料中未燃烧或未燃尽碳造成的热损失，这些碳残留在不同形

6、式的灰中也称为固体不完全燃烧损失。冷炉斗炉渣（lz）和飞灰（fh）单位时间炉渣的质量，kg/s炉渣中碳含量，2023/1/88能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南固体不完全燃烧热损失q4的计算公式：灰平衡方程2023/1/89能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南锅炉设计:可按燃料种类和燃烧方式选用(表3-2)，对于固态除渣煤粉炉：褐煤q40.51，烟煤q411.5，贫煤q42，无烟煤q446。

7、大容量锅炉上述取值结果偏大。锅炉校核:测量炉渣和飞灰份额及其含碳量，按上面公式计算2023/1/810能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南固体不完全燃烧样品实例常熟电厂冷炉斗灰含碳量1.3（烟煤）齐鲁石化电厂冷炉斗灰含碳量19（贫煤/混煤）贾旺电厂飞灰含碳量10（混煤）常熟电厂飞灰含碳量2.4（烟煤）2023/1/811能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南影响机械不完全燃烧损失的因素燃料性质燃

8、烧方式炉膛型式和结构炉膛温度锅炉负荷燃料炉膛内停留时间风粉混合程度煤粉细度过量空气系数2023/1/812能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南（2）可燃气体不完全燃烧热损失q3 由于CO、H2、CH4等可燃气体未燃烧放热随烟气离开锅炉而造成的热损失，也称为化学不完全燃烧损失。q3的计算公式如下：正常燃烧时q3很小，进行锅炉设计时，对于煤粉炉可取q30燃烧效率：r100（q3+q4）,%影响化学不完全燃烧损失的主要因素2023/1/813能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of E

9、nergy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南（3）排烟热损失q2 锅炉排烟物理显热造成的热损失，等于排烟焓（注注意意位位置置）与入炉空气焓之差，即：排烟焓烟气侧空预器出口的过量空气系数进入锅炉的冷空气焓（kJ/kg）q2是锅炉热损失中最主要的一项，一般约为48。排烟温度每升高1520，q2增加1。2023/1/814能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南1影响q2的主要因素是什么？问题：排烟温度（设计值一般为110160？）烟气容积（炉内过量空气系数和漏风量）

10、如何确定最佳空气系数？minmin（q q2 2+q q3 3+q q4 4）zj 2023/1/815能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南2为什么排烟温度不能进一步降低？会引起尾部受热面的低温腐蚀,与燃料硫含量有关 锅炉尾部受热面传热温差减小，传递同样的热量，需要较多的受热面积 3排烟温度过高的原因?受热面积灰、结渣 漏风（制粉系统、炉膛、烟道等）给水温度和环境温度 煤质变化2023/1/816能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineer

11、ing山东大学山东大学中国中国 济南济南（4）锅炉散热损失q5 q5为锅炉本体及其范围内各种管道、附件的温度高于环境温度而散失的热量。影响q5的主要因素：锅炉额定蒸发量、锅炉实际蒸发量、锅炉外表面积、外表面温度、保温隔热性能及环境温度等。小型锅炉此项损失较大。(图33，注：D900t/h，q5=0.2%)（保热系数，323）（5）灰渣物理热损失q6影响q6的主要因素：排渣量和排渣温度排渣方式固态排渣和液态排渣必须考虑q62023/1/817能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南5.锅炉效率及热平

12、衡试验 锅炉效率：有效利用热与锅炉输入热量之比。锅炉效率的计算：正平衡法和反平衡法 实际燃料消耗量 计算燃料消耗量2023/1/818能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南锅炉热平衡计算例题例题3锅炉热平衡.xls2023/1/819能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南锅炉机组热平衡试验方法锅炉机组热平衡试验方法 下列情况应进行锅炉机组的热平衡试验：下列情况应进行锅炉机组的热平衡试验：新安装锅炉

13、的移交验收、鉴定试验中；新安装锅炉的移交验收、鉴定试验中；新投产锅炉按设计负荷试运转结束后的运行试验中；新投产锅炉按设计负荷试运转结束后的运行试验中；改造后的锅炉进行热工技术性能鉴定试验中；改造后的锅炉进行热工技术性能鉴定试验中；大修后的锅炉进行检修质量鉴定和校整设备运行特性的试大修后的锅炉进行检修质量鉴定和校整设备运行特性的试验中；验中；运行锅炉由于燃料种类变化等原因进行的燃烧调整试验中。运行锅炉由于燃料种类变化等原因进行的燃烧调整试验中。2023/1/820能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南

14、济南 一、热平衡试验的目的一、热平衡试验的目的 （1 1）求出锅炉的热效率；）求出锅炉的热效率；（2 2）求出锅炉的各项热损失并分析热损失高）求出锅炉的各项热损失并分析热损失高于设计值的原因，拟订降低热损失和使热效于设计值的原因，拟订降低热损失和使热效率达到设计值的措施；率达到设计值的措施；（3 3）确定锅炉机组在各种负荷下的合理运行）确定锅炉机组在各种负荷下的合理运行方式，主要指过量空气系数、煤粉细度、火方式，主要指过量空气系数、煤粉细度、火焰位置以及燃料和空气在燃烧器及其各层之焰位置以及燃料和空气在燃烧器及其各层之间的分配情况等。间的分配情况等。2023/1/821能源与动力工程学院能源与

15、动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南二、热平衡试验的组织和准备工作二、热平衡试验的组织和准备工作 （1 1）熟悉锅炉机组的技术资料和运行特）熟悉锅炉机组的技术资料和运行特性。性。（2 2）全面检查锅炉机组及其辅助设备、）全面检查锅炉机组及其辅助设备、测量表计、自动调节装置等。测量表计、自动调节装置等。（3 3）将所检查出的设备缺陷提交有关车）将所检查出的设备缺陷提交有关车间处理。间处理。2023/1/822能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学

16、山东大学中国中国 济南济南 （4 4）制定试验计划，其内容包括：）制定试验计划，其内容包括：试验任务和要求试验任务和要求试验准备工作（如安装测点和取样设备，准备测试仪器等）试验准备工作（如安装测点和取样设备，准备测试仪器等）试验顺序试验顺序测试内容和方法测试内容和方法人员组织和进度等人员组织和进度等 试验计划应征得生技部门和有关车间同意。试验计划应征得生技部门和有关车间同意。2023/1/823能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南 （5 5）编写试验准备工作的任务书并提请审批。）编写试验准备工

17、作的任务书并提请审批。（6 6）组织试验小组。）组织试验小组。（7 7）准备好所需试验仪器。）准备好所需试验仪器。（8 8）对试验所需配件的安装进行技术监督，并培）对试验所需配件的安装进行技术监督，并培训有关试验观测人员。训有关试验观测人员。2023/1/824能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南 三、热平衡试验的要求三、热平衡试验的要求 （1）试试验验前前，必必须须预预先先将将锅锅炉炉负负荷荷调调整整到到试试验验规规定定的的数数值值并并稳稳定定一一个个阶阶段段。在在此此阶阶段段内内可可以以调

18、调整整燃燃烧烧工况达到试验要求。工况达到试验要求。试试验验前前负负荷荷稳稳定定阶阶段段的的持持续续时时间间由由炉炉墙墙结结构构、试试验验负负荷荷与与稳稳定定前前负负荷荷的的差差值值而而定定。当当原原来来负负荷荷低低于于或或高高于于规规定定试试验验负负荷荷的的20%以以上上时时，将将负负荷荷调调整整到到规定工况后一般要求稳定规定工况后一般要求稳定12小时，再进行试验。小时，再进行试验。（2）在在试试验验中中应应避避免免进进行行吹吹灰灰、除除灰灰、打打焦焦、定定期期排排污污及及起起停停制制粉粉系系统统等等操操作作，以以免免影影响响试试验验的的顺顺利利进行和试验的准确性。进行和试验的准确性。2023

19、/1/825能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南 （3 3）试验期间，应尽可能地维持锅炉蒸汽参）试验期间，应尽可能地维持锅炉蒸汽参数及过量空气系数等稳定，其允许波动范围数及过量空气系数等稳定，其允许波动范围一般如下：一般如下：锅炉炉负荷荷 5%汽汽压 0.1MPa汽温汽温 5过量空气系数量空气系数 0.052023/1/826能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南（4 4）试试验验每每改改变变一

20、一种种工工况况，原原则则上上应应重重复复进进行行两两次次试试验验。如如两两次次试试验验的的结结果果相相差差过大时，需再重复进行两次试验。过大时，需再重复进行两次试验。（5 5）对对于于燃燃煤煤锅锅炉炉，一一般般规规定定每每一一工工况况下下正正平平衡衡试试验验的的延延续续时时间间为为8 8小小时时，反反平平衡衡试试验验延延续续时时间间为为4 4小小时时，根根据据具具体体情情况况可可适当减少为正平衡适当减少为正平衡4 4小时、反平衡小时、反平衡2 2小时。小时。2023/1/827能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大

21、学中国中国 济南济南 五、热平衡试验测定内容五、热平衡试验测定内容 （一）入炉原煤的采样（一）入炉原煤的采样煤粉炉的原煤取样，一般在给煤机进行。煤粉炉的原煤取样，一般在给煤机进行。人工采样时工具为铲子和储样桶。储样桶应由金属或塑料做人工采样时工具为铲子和储样桶。储样桶应由金属或塑料做成，带有严密的盖子。成，带有严密的盖子。在采样和保存过程中，储样桶必须盖好盖子，并保持密封状在采样和保存过程中，储样桶必须盖好盖子，并保持密封状态，以免水分蒸发。态，以免水分蒸发。采取的试样应能代表试验期间所用燃料的平均品质。采取的试样应能代表试验期间所用燃料的平均品质。给煤机处取样，一般每隔给煤机处取样，一般每隔

22、1515分钟取一次，每次约取分钟取一次，每次约取1 1千克。千克。2023/1/828能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南（二）飞灰取样（二）飞灰取样 取样地点：在锅炉的尾部烟道的适当部取样地点：在锅炉的尾部烟道的适当部位。位。取样方法：用一套或数套专用的取样系取样方法：用一套或数套专用的取样系统连续抽取少量的烟气流并在系统中将统连续抽取少量的烟气流并在系统中将飞灰全部分离出来作为飞灰试样。飞灰全部分离出来作为飞灰试样。如果锅炉装有效率较高的干式除尘器，如果锅炉装有效率较高的干式除尘器，可以取

23、其干灰作为飞灰试样。可以取其干灰作为飞灰试样。试验中最常用的飞灰取样器系统如图试验中最常用的飞灰取样器系统如图4-44-4所示。所示。2023/1/829能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南2023/1/830能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南（三）炉渣取样（三）炉渣取样对于煤粉炉来说，炉渣取样同飞灰取样相比是次要的。对于煤粉炉来说，炉渣取样同飞灰取样相比是次要的。对采取水力除灰的煤粉炉，在

24、进行试验时，为保持燃烧稳对采取水力除灰的煤粉炉，在进行试验时，为保持燃烧稳定和避免漏风，一般不放灰和冲灰。定和避免漏风，一般不放灰和冲灰。对采取机械除灰的煤粉炉，可每隔对采取机械除灰的煤粉炉，可每隔30分钟采样一次。分钟采样一次。一般来说炉渣的原始试样数量应不少于炉渣总量的一般来说炉渣的原始试样数量应不少于炉渣总量的5%。2023/1/831能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南（四）烟气成分分析（四）烟气成分分析 在在锅锅炉炉试试验验中中，为为下下列列目目的的，需需要要分分别别采采取取烟烟气气

25、样样品品进进行行成分分析。成分分析。（1 1）为为了了确确定定炉炉膛膛出出口口过过量量空空气气系系数数，最最好好在在过过热热器器出出口口烟烟道内取样。道内取样。（2 2）为为了了确确定定锅锅炉炉的的排排烟烟热热损损失失，应应该该在在锅锅炉炉尾尾部部最最末末级级受受热热面面（一一般般为为低低温温级级空空气气预预热热器器）后后的的烟烟道道内内取取样样，取取样样截截面面和排烟温度的测量截面要尽量靠近。和排烟温度的测量截面要尽量靠近。（3 3）为为了了确确定定化化学学不不完完全全燃燃烧烧热热损损失失，可可在在烟烟道道中中任任何何截截面面上取样。但最好与上述某一项结合。上取样。但最好与上述某一项结合。（

26、4 4）为了确定某一段烟道的漏风情况，需测定该烟道进、出）为了确定某一段烟道的漏风情况，需测定该烟道进、出口的过量空气系数，应在其进、出口取样。口的过量空气系数，应在其进、出口取样。2023/1/832能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南由于大容量锅炉的烟道很宽，烟气在烟道中的分布是不均匀由于大容量锅炉的烟道很宽，烟气在烟道中的分布是不均匀的，所以每一取样处，应按的，所以每一取样处，应按等截面法等截面法进行取样。进行取样。采用奥氏烟气分析器就地分析烟气成分含量时，一般可每隔采用奥氏烟气分析器就

27、地分析烟气成分含量时，一般可每隔1515分钟取样分析一次。分钟取样分析一次。一般情况下，烟气中的含量一般情况下，烟气中的含量COCO很少，难于用奥氏分析器测定，很少，难于用奥氏分析器测定，此时可以用全烟气分析器进行测定或根据奥氏分析器测定的此时可以用全烟气分析器进行测定或根据奥氏分析器测定的RO2RO2、O2O2含量用公式计算含量用公式计算COCO的含量。在要求不太严时，可以认的含量。在要求不太严时，可以认为为CO=0CO=0。2023/1/833能源与动力工程学院能源与动力工程学院School of Energy&Power Engineering山东大学山东大学中国中国 济南济南（五）排烟

28、温度的测定（五）排烟温度的测定 如果表盘上的排烟温度表误差较大时，应进行就地测定。如果表盘上的排烟温度表误差较大时，应进行就地测定。测定时应在烟道两侧都进行测定，以减小因烟道两侧排烟测定时应在烟道两侧都进行测定，以减小因烟道两侧排烟温度相差太大引起的误差。温度相差太大引起的误差。（六）主要参数的记录（六）主要参数的记录试验期间的温度、压力、流量等重要参数应每隔试验期间的温度、压力、流量等重要参数应每隔15分钟记分钟记录一次，需要记录的项目，应根据试验要求选定。录一次，需要记录的项目，应根据试验要求选定。每次试验结束后，首先要进行数据的整理工作。对试验中每次试验结束后，首先要进行数据的整理工作。对试验中重复多次测定的参数，一般取其算术平均值做为其直接测重复多次测定的参数，一般取其算术平均值做为其直接测值。值。2023/1/834