貴州大學(xué)鍋爐原理PPT3章燃燒計算和熱平衡計算

1、熱能與動力工程熱能與動力工程第三章 鍋爐物質(zhì)平衡和熱平衡熱能與動力工程熱能與動力工程第一節(jié) 燃燒所需空氣量及過量空氣系數(shù) 慨念：理想氣體慨念：理想氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)22.4Nm3/kg一、理論空氣量一、理論空氣量定義：定義：1燃料完全燃燒、無剩余氧燃料完全燃燒、無剩余氧 表示：表示：Vo ，Nm3/kg 推導(dǎo)：以碳的完全燃燒為例推導(dǎo)：以碳的完全燃燒為例 2323232322866.1866.114 .224 .2212CONmONmkgCCONmONmkgCCOOC熱能與動力工程熱能與動力工程1kg收到基燃料含有 碳，完全燃燒時需要的氧量為：同樣可得到：1kg燃料中含有氧量為：由此可得：kg

2、Cy1003100866. 1NmCy331007 .010056.5NmSNmHyy31007 .0100324 .22NmOOyykgNmOSHCVyyyyoO/1007 . 01007 . 010056. 5100866. 132熱能與動力工程熱能與動力工程所以，所以，1kg應(yīng)用基燃料完全燃燒的理論空氣量為應(yīng)用基燃料完全燃燒的理論空氣量為當(dāng)量碳量當(dāng)量碳量以上所計算的空氣量都是干空氣量！以上所計算的空氣量都是干空氣量！kgNmOHSCVVyyyyoOo/0333. 0265. 0)375. 0(0889. 021. 032yySCR375. 0熱能與動力工程熱能與動力工程定義：定義：二、實

3、際供給空氣量及過量空氣系數(shù)二、實際供給空氣量及過量空氣系數(shù) 表示：表示：kgNmVk/,3“過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)”、“過量空氣量過量空氣量”n爐膛出口過量空氣系數(shù)爐膛出口過量空氣系數(shù) 的作用及的作用及最佳值最佳值l與燃料種類、燃燒方式以及燃燒設(shè)備的完善程度有關(guān)熱能與動力工程熱能與動力工程爐膛出口固態(tài)排渣煤粉爐中，無煙煤和貧煤的爐膛出口過量空氣系數(shù)為1.25，而煙煤與褐煤則為1.20。思考：這是為什么？熱能與動力工程熱能與動力工程第二節(jié) 煙氣成分及其煙氣量的計算 一、煙氣成分一、煙氣成分 當(dāng)當(dāng) =1并且完全燃燒時，煙氣由并且完全燃燒時，煙氣由CO2、SO2、N2和和H2O組成，組成，其容積為

4、其容積為OHNSOCOyVVVVV2222kgNm /3當(dāng)當(dāng) 1并且完全燃燒時，煙氣由并且完全燃燒時，煙氣由CO2、SO2、O2 、 N2和和H2O組成，其容積為組成，其容積為22222OOHNSOCOyVVVVVVkgNm /3熱能與動力工程熱能與動力工程當(dāng)當(dāng) 1且不完全燃燒時，煙氣由且不完全燃燒時，煙氣由CO2、SO2、CO、O2 、 N2和和H2O組成，其容積為組成，其容積為kgNmVVVVVVVCOOOHNSOCOy/322222二、二、根據(jù)燃燒化學(xué)反應(yīng)計算煙氣容積根據(jù)燃燒化學(xué)反應(yīng)計算煙氣容積計算思路：計算思路： 實際煙氣容積實際煙氣容積=理論煙氣容積理論煙氣容積+過量空氣容積（干）過

5、量空氣容積（干）+過量空氣帶入過量空氣帶入的水蒸氣容積的水蒸氣容積 或：實際煙氣容積或：實際煙氣容積=干煙氣容積干煙氣容積+水蒸氣容積水蒸氣容積熱能與動力工程熱能與動力工程（一）理論煙氣容積（一）理論煙氣容積定義：定義： =1并且燃料完全燃燒并且燃料完全燃燒計算：計算：（1）VRO2 的計算的計算kgNmSCVVVyySOCORO/)100375.0(866.13222熱能與動力工程熱能與動力工程（2）理論氮容積的計算）理論氮容積的計算 理論氮容積理論氮容積=理論空氣中的氮理論空氣中的氮+燃料中的氮燃料中的氮kgNmNVNVVyoyooN/1008.079.0100284.2279.032（3

6、）理論水蒸氣容積的計算）理論水蒸氣容積的計算燃料中的氫生成的水蒸氣燃料中的氫生成的水蒸氣kgNmHHyy/100111. 01001 .113熱能與動力工程熱能與動力工程燃料中的水分生成的水蒸氣燃料中的水分生成的水蒸氣kgNmWWyy/0124.0100184.223干空氣33/0161.0184.22100010293.1184.221000293.1NmNmdk理論空氣量帶入的水蒸氣理論空氣量帶入的水蒸氣“空氣含濕量空氣含濕量dk”是指是指1kg干空氣干空氣帶入的水蒸氣量，單位為帶入的水蒸氣量，單位為g/kg干空氣。干空氣。 每標(biāo)準(zhǔn)立方米每標(biāo)準(zhǔn)立方米干空氣干空氣帶入的水蒸氣容積為：帶入的水

7、蒸氣容積為：kgNmWWyy/0124.0100184 .223熱能與動力工程熱能與動力工程理論空氣量帶入的水蒸氣容積為理論空氣量帶入的水蒸氣容積為kgNmVo/0161. 03對于固體燃料，理論水蒸氣容積為上述三部分之和，即對于固體燃料，理論水蒸氣容積為上述三部分之和，即)183(/0161.00124.0111.032kgNmVWHVoyyoOH（二）實際煙氣容積（二）實際煙氣容積oooyyVVVV)1(0161. 0)1(kgNmVVooy/)1(0161.13熱能與動力工程熱能與動力工程ooOHOHooNROONROgyOHgyyVVVVVVVVVVVVV) 1(0161. 0) 1(

8、22222222或者煙氣的質(zhì)量kgkgVGAGowhyy/306.11001熱能與動力工程熱能與動力工程三、運行鍋爐的煙氣分析及計算運行鍋爐的煙氣分析及計算 成分：CO2、SO2、O2、CO、N2CO2SO2O2CO+N2=100%其中：CO2VCO2 / Vgy VSO2VSO2 / Vgy .熱能與動力工程熱能與動力工程煙氣分析分析設(shè)備：奧氏分析儀順序：RO2、O2、CO熱能與動力工程熱能與動力工程四、煙氣中三原子氣體、水蒸氣容積份額和灰粒濃度煙氣中三原子氣體、水蒸氣容積份額和灰粒濃度 （一）三原子氣體容積份額及分壓力（一）三原子氣體容積份額及分壓力prpVVVVVrROROyROySOC

9、ORO222222（二）水蒸氣容積份額及分壓力（二）水蒸氣容積份額及分壓力prpVVrOHOHyOHOH2222熱能與動力工程熱能與動力工程（三）灰粒濃度（三）灰粒濃度煙氣容積濃度煙氣質(zhì)量濃度3/100/100NmkgVaAkgkgGaAyfhyyfhy。簡稱飛灰份額，可查表灰量的份額，煙氣中飛灰量占燃料總式中14 fha3-2熱能與動力工程熱能與動力工程第三節(jié) 燃燒方程式 一、完全燃燒方程式及一、完全燃燒方程式及RO2最大值最大值 定義：定義： 1、CO=0 完全燃燒方程式為完全燃燒方程式為所示。值如表常用燃料的也為定值。為定值，時，由上式可知，燃料一定表示，即用達到最大時，當(dāng)燃料完全燃燒而

10、且或?qū)懗?33 RORO 39)-(3 % 121RO RO,RO, 0O0,CO1 38)-(3 % 1O21RO 36)-(3 )RO 1 (O21 max2max2max2max2222222 熱能與動力工程熱能與動力工程由式（由式（3-36）可以看出，當(dāng)燃料的）可以看出，當(dāng)燃料的 值一定時，無論過量空氣值一定時，無論過量空氣量如何，干煙氣成分都應(yīng)滿足該式。如不滿足，可能有以下幾量如何，干煙氣成分都應(yīng)滿足該式。如不滿足，可能有以下幾種情況：種情況： （1）煙氣分析不準(zhǔn)確；）煙氣分析不準(zhǔn)確；（2）有碳未燃盡；）有碳未燃盡；（3）煙氣中有）煙氣中有CO存在存在; （4）(2)、(3)同時存在

11、。同時存在。在有在有CO存在時，若無未燃盡碳存在時，若無未燃盡碳,可用式可用式 （3-41）計算）計算CO . 如煙氣分析完全而準(zhǔn)確，則可用式如煙氣分析完全而準(zhǔn)確，則可用式 （3-36）求出）求出 值，并與用值，并與用式式 （3-37）求出的）求出的 值相比較，從而判斷有無未燃盡碳存在。值相比較，從而判斷有無未燃盡碳存在。燃料特性系數(shù)燃料特性系數(shù)37)-(3 S375.0C0.038N0.126O-H35.2 ararararar 熱能與動力工程熱能與動力工程二、不完全燃燒方程式二、不完全燃燒方程式 定義：燃料不完全燃燒時，各煙氣成分之間的關(guān)系。定義：燃料不完全燃燒時，各煙氣成分之間的關(guān)系。

12、表達：燃料的元素成分、煙氣分析所得各煙氣成分。表達：燃料的元素成分、煙氣分析所得各煙氣成分。41)-(3 % 605.0)RO (1-O-21CO 22 熱能與動力工程熱能與動力工程第四節(jié) 根據(jù)煙氣成分求過量空氣系數(shù)及煙氣焓 一、運行時過量空氣系數(shù)的計算一、運行時過量空氣系數(shù)的計算 運行時過量空氣系數(shù)可以由煙氣分析結(jié)果加以確定。運行時過量空氣系數(shù)可以由煙氣分析結(jié)果加以確定。 推導(dǎo)思路：利用過量空氣系數(shù)的定義式和煙氣成分的定義式推導(dǎo)思路：利用過量空氣系數(shù)的定義式和煙氣成分的定義式得到只包含煙氣分析結(jié)果的計算公式得到只包含煙氣分析結(jié)果的計算公式。推導(dǎo)過程要點：推導(dǎo)過程要點： (1) VV11VVV

13、VV 63 kkkok ）可知由式（熱能與動力工程熱能與動力工程43)-(3 NCO5 . 0O217911Vgy79NV21CO5 . 0O-11 ) 1 ( Vgy21CO5 . 0OVgy100CO5 . 0O0.211V 0.5V-VV0.21 V79NV100N79. 0179. 0V0.79100N8 . 0VV 222gy222COOgy2gy2NarNk222 式可得：代入不完全燃燒時，有熱能與動力工程熱能與動力工程45)-(3 O-2121 2 44)-(3 CORO (1) 42)-(3 )O(RO-100O 79-2121 0,CO 22max2222 ）氧公式（二氧化碳

14、公式。以下兩個近似公式計算的精確數(shù)值時，可使用當(dāng)不需要則：完全燃燒時，熱能與動力工程熱能與動力工程 氧公式與二氧化碳公式的比較氧公式與二氧化碳公式的比較如圖如圖3-2所示，當(dāng)所示，當(dāng) 燃料成分燃料成分改變時，二改變時，二 氧化碳的含量也氧化碳的含量也隨著發(fā)生變化，同一含量對隨著發(fā)生變化，同一含量對應(yīng)的過量空氣系數(shù)差別較大，應(yīng)的過量空氣系數(shù)差別較大，不能正確不能正確 指導(dǎo)鍋爐運行，容指導(dǎo)鍋爐運行，容易引起誤操作。而用煙易引起誤操作。而用煙 氣中氣中過剩氧量來監(jiān)視過剩氧量來監(jiān)視 過量空氣系過量空氣系數(shù)大小，則燃料成分改變的數(shù)大小，則燃料成分改變的影影 響就很小。響就很小。 熱能與動力工程熱能與動力

15、工程二、漏風(fēng)系數(shù)的計算二、漏風(fēng)系數(shù)的計算鍋爐的通風(fēng)方式：鍋爐的通風(fēng)方式：（1）鍋爐通風(fēng)的任務(wù)）鍋爐通風(fēng)的任務(wù)送入燃料燃燒需要的空氣，排出燃送入燃料燃燒需要的空氣，排出燃燒產(chǎn)生的煙氣。燒產(chǎn)生的煙氣。（2）鍋爐通風(fēng)的方式）鍋爐通風(fēng)的方式主要采用主要采用“平衡通風(fēng)平衡通風(fēng)”，即同時，即同時使用送風(fēng)機和引風(fēng)機，爐膛保持使用送風(fēng)機和引風(fēng)機，爐膛保持微負壓微負壓 的方式；另外還有的方式；另外還有“負壓通風(fēng)負壓通風(fēng)”和和“正壓通風(fēng)正壓通風(fēng)”的方式。的方式。（3）平衡通風(fēng)的特點）平衡通風(fēng)的特點鍋爐不向外噴火焰和冒煙氣，但會鍋爐不向外噴火焰和冒煙氣，但會有空氣從未密封處或密封不嚴(yán)密處漏入爐膛內(nèi)，從而使煙氣有空氣

16、從未密封處或密封不嚴(yán)密處漏入爐膛內(nèi)，從而使煙氣沿?zé)煔饬鞒痰倪^量空氣系數(shù)不斷增大。沿?zé)煔饬鞒痰倪^量空氣系數(shù)不斷增大。熱能與動力工程熱能與動力工程“漏風(fēng)系數(shù)漏風(fēng)系數(shù)”的定義的定義漏風(fēng)系數(shù)的表達式及其確定方法：漏風(fēng)系數(shù)的表達式及其確定方法：46)-(3 olfVV 某級受熱面的漏風(fēng)系數(shù)，可以根據(jù)煙氣分析結(jié)果，利用以下某級受熱面的漏風(fēng)系數(shù)，可以根據(jù)煙氣分析結(jié)果，利用以下公式進行計算。公式進行計算。 11OCROOCRO 2112112121212121 max2222max22max22222ROOCOCOOOOVVVVVokkolf 或熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程濟運行。

17、濟運行。爐安全經(jīng)爐安全經(jīng)施減少漏風(fēng)，以保證鍋施減少漏風(fēng)，以保證鍋風(fēng)比較嚴(yán)重，應(yīng)采取措風(fēng)比較嚴(yán)重，應(yīng)采取措查得），表明漏查得），表明漏（由表（由表計算結(jié)果計算結(jié)果）可得）可得根據(jù)式（根據(jù)式（解：解：。漏風(fēng)系數(shù)漏風(fēng)系數(shù)；求此級對流過熱器的；求此級對流過熱器的氧量氧量；出口煙氣中的；出口煙氣中的氧量氧量流過熱器進口煙氣中的流過熱器進口煙氣中的煤粉爐低溫級對煤粉爐低溫級對在完全燃燒時，測得某在完全燃燒時，測得某例題例題23030050 0509332114.6-21121 21121121 733 64933 1-3 gr22gr22 .OO%.O%.Ogr 熱能與動力工程熱能與動力工程第五節(jié) 空氣、

18、煙氣焓及焓溫表熱能與動力工程熱能與動力工程一、焓值的概念與計算一、焓值的概念與計算 描述流動介質(zhì)進行能量交換的關(guān)系時，焓是最有用和有效的；描述流動介質(zhì)進行能量交換的關(guān)系時，焓是最有用和有效的； 單位質(zhì)量的物質(zhì)所含的全部熱能，僅與狀態(tài)有關(guān)，而與途徑單位質(zhì)量的物質(zhì)所含的全部熱能，僅與狀態(tài)有關(guān)，而與途徑無關(guān)；無關(guān)； 實際計算中需要知道燃燒產(chǎn)物（常壓）的溫度與焓值間的關(guān)實際計算中需要知道燃燒產(chǎn)物（常壓）的溫度與焓值間的關(guān)系；系； 水蒸汽則需要根據(jù)溫度和壓力來求得焓值；水蒸汽則需要根據(jù)溫度和壓力來求得焓值； 前人均已經(jīng)制成表格、圖線或程序。前人均已經(jīng)制成表格、圖線或程序。熱能與動力工程熱能與動力工程二、

19、空氣、煙氣焓值的定義二、空氣、煙氣焓值的定義 相應(yīng)于相應(yīng)于1公斤收到基燃料的空氣（或煙氣），由公斤收到基燃料的空氣（或煙氣），由溫度溫度0加熱到加熱到所需要的熱量，稱為空氣的所需要的熱量，稱為空氣的焓或煙氣的焓。焓或煙氣的焓。 單位：單位：kJ/kg，kcal/kg熱能與動力工程熱能與動力工程三、空氣焓的計算三、空氣焓的計算 每標(biāo)準(zhǔn)立方米干空氣連同其相應(yīng)的水蒸汽在溫每標(biāo)準(zhǔn)立方米干空氣連同其相應(yīng)的水蒸汽在溫度度時的焓，時的焓，kJ/Nm3，可以查表得到?？梢圆楸淼玫?。 每公斤空氣含有每公斤空氣含有10克水?？怂?。熱能與動力工程熱能與動力工程四、煙氣焓的計算四、煙氣焓的計算 1. 煙氣的組成煙氣的

20、組成VyVy0VRO2V0N2V0H2O(-1)V0標(biāo)米干空氣的濕空氣/公斤熱能與動力工程熱能與動力工程2煙氣焓的組成煙氣焓的組成 熱力學(xué)：混合氣體的焓等于各組成氣體焓的和，熱力學(xué)：混合氣體的焓等于各組成氣體焓的和，外加灰分的焓。外加灰分的焓。hfharkyycaAcVII)(100)() 1(00IyIy0IRO2= VRO2I0N2= V0N2I0H2O= V0H2O(-1)I0=(-1)V0Ifh熱能與動力工程熱能與動力工程3理論煙氣焓理論煙氣焓 1m3的成分在溫度時的成分在溫度時的焓值，查表。的焓值，查表。OHOHNNROROycVcVcVI22)()()(0202220ic )(熱能

21、與動力工程熱能與動力工程4. 飛灰熱焓值飛灰熱焓值IfhhfharcaA)(100熱能與動力工程熱能與動力工程五、煙焓表五、煙焓表熱能與動力工程熱能與動力工程 燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝臒崮?，一定存在有效利用熱和燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝臒崮?，一定存在有效利用熱和損失的熱量。損失的熱量。第六節(jié) 鍋爐熱平衡 熱能與動力工程熱能與動力工程一、熱平衡的定義一、熱平衡的定義 送入鍋爐的燃料擁有熱量等于鍋爐的有效輸出熱量加送入鍋爐的燃料擁有熱量等于鍋爐的有效輸出熱量加上各項熱損失。上各項熱損失。 目的：確定鍋爐有效利用熱，各項熱損失，鍋爐熱效目的：確定鍋爐有效利用熱，各項熱損失，鍋爐熱效率，燃料消耗量，運行

22、水平，原因及改進措施，新產(chǎn)率，燃料消耗量，運行水平，原因及改進措施，新產(chǎn)品的鑒定等。品的鑒定等。 方法：通過鍋爐機組的熱平衡試驗。方法：通過鍋爐機組的熱平衡試驗。 現(xiàn)代電站鍋爐的效率為現(xiàn)代電站鍋爐的效率為90%左右，容量越大、效率越左右，容量越大、效率越高。高。熱能與動力工程熱能與動力工程二、熱平衡方程式二、熱平衡方程式 相應(yīng)于每公斤固體及液體燃料：相應(yīng)于每公斤固體及液體燃料：kJ/kg（美國（美國ASME以每磅燃料的發(fā)熱量，德國以單位時間內(nèi)所用以每磅燃料的發(fā)熱量，德國以單位時間內(nèi)所用燃料的發(fā)熱量，燃料的發(fā)熱量，kJ/s）654321QQQQQQQr熱能與動力工程熱能與動力工程rQ送入鍋爐的熱

23、量；1Q有效利用熱；2Q排煙熱損失；3Q化學(xué)不完全燃燒損失；4Q機械不完全燃燒損失；5Q散熱損失；6Q其它熱損失。熱能與動力工程熱能與動力工程熱平衡的另一種表示式熱平衡的另一種表示式 通常用送入熱量的百分比來表示：通常用送入熱量的百分比來表示：654321%100qqqqqq.%,10011rQQq熱能與動力工程熱能與動力工程三、鍋爐的熱效率三、鍋爐的熱效率 正平衡表達式：正平衡表達式： 反平衡表達式：反平衡表達式：rrglBQQQQq%10011%)(10065432qqqqqgl熱能與動力工程熱能與動力工程四、送入鍋爐的熱量四、送入鍋爐的熱量whwrkrpnetarrQQiQQ,熱能與動力

24、工程熱能與動力工程五、機械不完全燃燒損失五、機械不完全燃燒損失q4 灰渣中未燃燒或未燃盡的碳粒引起的損失；灰渣中未燃燒或未燃盡的碳粒引起的損失； 未燃盡碳粒隨煙氣排出爐外而引起的熱損未燃盡碳粒隨煙氣排出爐外而引起的熱損失失fhlzQQQ444lzQ4fhQ4熱能與動力工程熱能與動力工程)100100(3 .784fhfhfhlzlzlzarCCaCCaAQ%10044rQQq熱能與動力工程熱能與動力工程討論討論 在鍋爐運行中，在鍋爐運行中， 可以取樣測得，可以取樣測得， 可以查表，或做灰平衡實驗得到可以查表，或做灰平衡實驗得到 鍋爐的設(shè)計中，根據(jù)燃料的種類及燃燒方式直接鍋爐的設(shè)計中，根據(jù)燃料的

25、種類及燃燒方式直接選用：選用：0.55% 大小取決于：燃料的種類（揮發(fā)份與灰分等），大小取決于：燃料的種類（揮發(fā)份與灰分等），煤粉的細度，過量空氣系數(shù)，爐膛的結(jié)構(gòu)（決定煤粉的細度，過量空氣系數(shù)，爐膛的結(jié)構(gòu)（決定了停留時間），鍋爐的運行方式，爐膛的溫度了停留時間），鍋爐的運行方式，爐膛的溫度（負荷）等（負荷）等4qfhlzCC ,fhlzaa ,熱能與動力工程熱能與動力工程對空氣量和煙氣量的影響對空氣量和煙氣量的影響 假定送入鍋爐的燃煤量假定送入鍋爐的燃煤量B中，有中，有 的燃料根的燃料根本沒有燃燒，即沒有產(chǎn)生煙氣量，也不需要空本沒有燃燒，即沒有產(chǎn)生煙氣量，也不需要空氣量，氣量， 實際上參加燃燒

26、的不是實際送入的燃料量實際上參加燃燒的不是實際送入的燃料量B，而是計算燃料量而是計算燃料量Bj 熱平衡計算用實際燃料量熱平衡計算用實際燃料量B，計算空氣量和煙，計算空氣量和煙氣量時用氣量時用Bj4q)100(4Bq10010010044qBqBBBj熱能與動力工程熱能與動力工程六、化學(xué)不完全燃燒損失六、化學(xué)不完全燃燒損失 由于鍋爐排煙中由于鍋爐排煙中CO，H2，CH4等可燃氣體的存等可燃氣體的存在，所引起的熱損失。在，所引起的熱損失。熱能與動力工程熱能與動力工程討論討論 電站鍋爐可燃氣體很??；電站鍋爐可燃氣體很??； 對煤粉爐：對煤粉爐： =0； 氣體或液體燃料爐：氣體或液體燃料爐： =0.5； 層燃爐：層燃爐： =0.51.03q3q3q3q熱能與動力工程熱能與動力工程七、排煙損失七、排煙損失 由于排出鍋爐的煙氣焓高于進入鍋爐時的冷空氣由于排出鍋爐的煙氣焓高于進入鍋爐時的冷空氣焓而造成的熱損失。焓而造成的熱損失。100100)(42qIIQlkpyfhkpyypyIIII00) 1(lpy%10022rQQq熱能與動力工程熱能與動力工程影響排煙損失的主要因素：影響排煙損失的主要因素：