鍋爐原理第3章

第三章鍋爐機(jī)組熱平衡鍋爐熱平衡的基本概念鍋爐輸入熱量鍋爐有效利用熱各項(xiàng)熱損失鍋爐效率及熱平衡實(shí)驗(yàn)2023/2/511.鍋爐熱平衡的基本概念

鍋爐熱平衡：在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，鍋爐輸入熱量與輸出熱量及各項(xiàng)損失之間的熱量平衡，即：有效利用熱量輸入鍋爐的熱量熱損失鍋爐熱平衡的計算基礎(chǔ)：1kg固體燃料鍋爐熱平衡方程：鍋爐輸入熱量鍋爐有效利用熱量排煙熱損失化學(xué)不完全燃燒熱損失機(jī)械不完全燃燒熱損失鍋爐散熱損失灰渣物理熱損失2023/2/52Qr鍋爐輸入熱量Q6灰渣物理熱損失Q1固體不完全燃燒熱損失固體不完全燃燒熱損失Q5鍋爐散熱損失鍋爐有效利用熱量排煙熱損失化學(xué)不完全燃燒熱損失Q2Q3鍋爐熱平衡示意圖2023/2/53鍋爐熱平衡的意義更重要的是知道各項(xiàng)熱損失的大小，可以判斷鍋爐的設(shè)計和運(yùn)行水平，尋找提高鍋爐運(yùn)行水平的措施。知道鍋爐有效利用熱量的大小和燃料熱量的利用程度。2023/2/542.鍋爐輸入熱量鍋爐輸入熱量Qr是由鍋爐范圍以外的輸入熱量，不包括鍋爐范圍內(nèi)循環(huán)的熱量燃料收到基低位發(fā)熱量燃料物理顯熱外來熱源加熱空氣時帶入的熱量霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量cp,ar－燃料收到基定壓比熱容，tr－燃料溫度物理顯熱計算外來熱量計算霧化蒸汽熱量計算每kg燃油霧化所用蒸汽量，kg/kg霧化蒸汽焓，kJ/kg排煙中蒸汽焓近似值，kJ/kg一般2023/2/553.鍋爐有效利用熱

鍋爐有效利用熱指水和蒸汽流經(jīng)各受熱面時吸收的熱量。省煤器蒸發(fā)受熱面過熱器再熱器受熱面空氣預(yù)熱器吸收的熱量不屬于鍋爐有效利用熱（分析原因）。？空氣預(yù)熱器2023/2/56有效利用熱Q1,kJ/kg燃料消耗量排污量再熱蒸汽出口焓過熱蒸汽量再熱蒸汽量流量：kg/s焓：kJ/kg燃料量：kg/s

注：對于直流鍋爐，鍋爐排污量為分離器的排污量，一般為0。對于汽包鍋爐，當(dāng)排污量小于蒸發(fā)量的2％時（排污率），排污水的吸熱量可以忽略不計。過熱蒸汽焓給水焓再熱蒸汽入口焓飽和水焓2023/2/574.各項(xiàng)熱損失

（1）機(jī)械不完全燃燒熱損失q4燃料中未燃燒或未燃盡碳造成的熱損失，這些碳?xì)埩粼诓煌问降幕抑幸卜Q為固體不完全燃燒損失。冷灰斗爐渣（lz）和飛灰（fh）單位時間爐渣的質(zhì)量，kg/s爐渣中碳含量，％2023/2/58則：固體不完全燃燒熱損失q4的計算公式：灰平衡方程2023/2/59鍋爐設(shè)計:可按燃料種類和燃燒方式選用(表3-2)，對于固態(tài)排渣煤粉爐：褐煤q4＝0.5～1％，煙煤q4＝1～1.5％，貧煤q4＝2％，無煙煤q4＝4～6％。大容量鍋爐上述取值結(jié)果偏大。鍋爐校核:測量爐渣和飛灰份額及其含碳量，按上面公式計算2023/2/510固體不完全燃燒樣品實(shí)例常熟電廠冷爐斗灰——含碳量1.3％（煙煤）齊魯石化電廠冷爐斗灰——含碳量19％（貧煤/混煤）賈旺電廠飛灰——含碳量10％（混煤）常熟電廠飛灰——含碳量2.4％（煙煤）2023/2/511影響機(jī)械不完全燃燒損失的因素燃料性質(zhì)燃燒方式爐膛型式和結(jié)構(gòu)爐膛溫度鍋爐負(fù)荷燃料爐膛內(nèi)停留時間風(fēng)粉混合程度煤粉細(xì)度過量空氣系數(shù)2023/2/512（2）化學(xué)不完全燃燒熱損失q3由于CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w未燃燒放熱隨煙氣離開鍋爐而造成的熱損失，也稱為可燃?xì)怏w不完全燃燒損失。q3的計算公式如下：正常燃燒時q3很小，進(jìn)行鍋爐設(shè)計時，對于煤粉爐可取q3＝0燃燒效率：ηr＝100－（q3+q4）,%影響化學(xué)不完全燃燒損失的主要因素一般不完全燃燒氣體只有CO2023/2/513（3）排煙熱損失q2鍋爐排煙物理顯熱造成的熱損失，等于排煙焓（注意位置）與入爐空氣焓之差，即：排煙焓空預(yù)器煙氣側(cè)出口的過量空氣系數(shù)進(jìn)入鍋爐的冷空氣焓（kJ/kg）q2是鍋爐熱損失中最主要的一項(xiàng)，一般約為4～8％。排煙溫度每升高15～20℃，q2約增加1％。2023/2/514[1]影響q2的主要因素是什么？問題：排煙溫度（設(shè)計值一般為110～160℃？）煙氣容積（爐內(nèi)過量空氣系數(shù)和漏風(fēng)量）如何確定最佳空氣系數(shù)？min（q2+q3+q4）αzj

2023/2/515[2]為什么排煙溫度不能進(jìn)一步降低？會引起尾部受熱面的低溫腐蝕,與燃料硫含量有關(guān)鍋爐尾部受熱面?zhèn)鳠釡夭顪p小，傳遞同樣的熱量，需要較多的受熱面積[3]排煙溫度過高的原因?受熱面積灰、結(jié)渣漏風(fēng)（制粉系統(tǒng)、爐膛、煙道等）給水溫度和環(huán)境溫度煤質(zhì)變化：燃燒推遲，煙氣量增加2023/2/516（4）鍋爐散熱損失q5

q5為鍋爐本體及其范圍內(nèi)各種管道、附件的溫度高于環(huán)境溫度而散失的熱量。影響q5的主要因素：鍋爐額定蒸發(fā)量、鍋爐實(shí)際蒸發(fā)量、鍋爐外表面積、外表面溫度、保溫隔熱性能及環(huán)境溫度等。小型鍋爐此項(xiàng)損失較大。(圖3－3，注：D>900t/h，q5=0.2%)

（保熱系數(shù)，3－23）（5）灰渣物理熱損失q6影響q6的主要因素：排渣量和排渣溫度排渣方式固態(tài)排渣和液態(tài)排渣必須考慮q62023/2/5175.鍋爐效率及熱平衡試驗(yàn)

鍋爐效率：有效利用熱與鍋爐輸入熱量之比。鍋爐效率的計算：正平衡法和反平衡法實(shí)際燃料消耗量計算燃料消耗量2023/2/518鍋爐熱平衡計算例題例題3鍋爐熱平衡.xls美國機(jī)械工程師學(xué)會（ASME)動力試驗(yàn)規(guī)程提出的鍋爐熱平衡計算方法，參見：華中理工大學(xué)容鑾恩編電站鍋爐原理，或查找相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)2023/2/519名

稱單位BMCRBRL干煙氣熱損失

LG%4.694.64氫燃燒生成水熱損失LH%0.200.20燃料中水份引起的熱損失Lmf%0.060.06空氣中水份熱損失LmA%0.110.10未燃盡碳熱損失Luc%0.630.63輻射及對流熱損失LRβ%0.170.17未計入熱損失

LuA%0.300.30計算熱效率（按低位發(fā)熱量）%93.8593.90制造廠裕度Lmm%0.350.35保證熱效率（按低位發(fā)熱量）%93.5093.55ASME計算舉例2023/2/520鍋爐機(jī)組熱平衡試驗(yàn)方法下列情況應(yīng)進(jìn)行鍋爐機(jī)組的熱平衡試驗(yàn)：①新安裝鍋爐的移交驗(yàn)收、鑒定試驗(yàn)中；②新投產(chǎn)鍋爐按設(shè)計負(fù)荷試運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后的運(yùn)行試驗(yàn)中；③改造后的鍋爐進(jìn)行熱工技術(shù)性能鑒定試驗(yàn)中；④大修后的鍋爐進(jìn)行檢修質(zhì)量鑒定和校整設(shè)備運(yùn)行特性的試驗(yàn)中；⑤運(yùn)行鍋爐由于燃料種類變化等原因進(jìn)行的燃燒調(diào)整試驗(yàn)中。2023/2/521

一、熱平衡試驗(yàn)的目的（1）求出鍋爐的熱效率；（2）求出鍋爐的各項(xiàng)熱損失并分析熱損失高于設(shè)計值的原因，擬訂降低熱損失和使熱效率達(dá)到設(shè)計值的措施；（3）確定鍋爐機(jī)組在各種負(fù)荷下的合理運(yùn)行方式，主要指過量空氣系數(shù)、煤粉細(xì)度、火焰位置以及燃料和空氣在燃燒器及其各層之間的分配情況等。2023/2/522二、熱平衡試驗(yàn)的組織和準(zhǔn)備工作（1）熟悉鍋爐機(jī)組的技術(shù)資料和運(yùn)行特性。（2）全面檢查鍋爐機(jī)組及其輔助設(shè)備、測量表計、自動調(diào)節(jié)裝置等。（3）將所檢查出的設(shè)備缺陷提交有關(guān)車間處理。2023/2/523

（4）制定試驗(yàn)計劃，其內(nèi)容包括：

試驗(yàn)任務(wù)和要求試驗(yàn)準(zhǔn)備工作（如安裝測點(diǎn)和取樣設(shè)備，準(zhǔn)備測試儀器等）試驗(yàn)順序測試內(nèi)容和方法人員組織和進(jìn)度等試驗(yàn)計劃應(yīng)征得生技部門和有關(guān)車間同意。2023/2/524

（5）編寫試驗(yàn)準(zhǔn)備工作的任務(wù)書并提請審批。（6）組織試驗(yàn)小組。（7）準(zhǔn)備好所需試驗(yàn)儀器。（8）對試驗(yàn)所需配件的安裝進(jìn)行技術(shù)監(jiān)督，并培訓(xùn)有關(guān)試驗(yàn)觀測人員。2023/2/525三、熱平衡試驗(yàn)的要求（1）試驗(yàn)前，必須預(yù)先將鍋爐負(fù)荷調(diào)整到試驗(yàn)規(guī)定的數(shù)值并穩(wěn)定一個階段。在此階段內(nèi)可以調(diào)整燃燒工況達(dá)到試驗(yàn)要求。 試驗(yàn)前負(fù)荷穩(wěn)定階段的持續(xù)時間由爐墻結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)負(fù)荷與穩(wěn)定前負(fù)荷的差值而定。當(dāng)原來負(fù)荷低于或高于規(guī)定試驗(yàn)負(fù)荷的20%以上時，將負(fù)荷調(diào)整到規(guī)定工況后一般要求穩(wěn)定1~2小時，再進(jìn)行試驗(yàn)。（2）在試驗(yàn)中應(yīng)避免進(jìn)行吹灰、除灰、打焦、定期排污及起停制粉系統(tǒng)等操作，以免影響試驗(yàn)的順利進(jìn)行和試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。2023/2/526（3）試驗(yàn)期間，應(yīng)盡可能地維持鍋爐蒸汽參數(shù)及過量空氣系數(shù)等穩(wěn)定，其允許波動范圍一般如下：鍋爐負(fù)荷±5%汽壓±

0.1MPa汽溫±

5℃過量空氣系數(shù)±

0.052023/2/527（4）試驗(yàn)每改變一種工況，原則上應(yīng)重復(fù)進(jìn)行兩次試驗(yàn)。如兩次試驗(yàn)的結(jié)果相差過大時，需再重復(fù)進(jìn)行兩次試驗(yàn)。（5）對于燃煤鍋爐，一般規(guī)定每一工況下正平衡試驗(yàn)的延續(xù)時間為8小時，反平衡試驗(yàn)延續(xù)時間為4小時，根據(jù)具體情況可適當(dāng)減少為正平衡4小時、反平衡2小時。2023/2/528五、熱平衡試驗(yàn)測定內(nèi)容（一）入爐原煤的采樣煤粉爐的原煤取樣，一般在給煤機(jī)進(jìn)行。人工采樣時工具為鏟子和儲樣桶。儲樣桶應(yīng)由金屬或塑料做成，帶有嚴(yán)密的蓋子。在采樣和保存過程中，儲樣桶必須蓋好蓋子，并保持密封狀態(tài)，以免水分蒸發(fā)。采取的試樣應(yīng)能代表試驗(yàn)期間所用燃料的平均品質(zhì)。給煤機(jī)處取樣，一般每隔15分鐘取一次，每次約取1千克。2023/2/529（二）飛灰取樣 取樣地點(diǎn)：在鍋爐的尾部煙道的適當(dāng)部位。取樣方法：用一套或數(shù)套專用的取樣系統(tǒng)連續(xù)抽取少量的煙氣流并在系統(tǒng)中將飛灰全部分離出來作為飛灰試樣。如果鍋爐裝有效率較高的干式除塵器，可以取其干灰作為飛灰試樣。試驗(yàn)中最常用的飛灰取樣器系統(tǒng)如圖4-4所示。2023/2/5302023/2/531（三）爐渣取樣對于煤粉爐來說，爐渣取樣同飛灰取樣相比是次要的。對采取水力除灰的煤粉爐，在進(jìn)行試驗(yàn)時，為保持燃燒穩(wěn)定和避免漏風(fēng)，一般不放灰和沖灰。對采取機(jī)械除灰的煤粉爐，可每隔30分鐘采樣一次。一般來說爐渣的原始試樣數(shù)量應(yīng)不少于爐渣總量的5%。2023/2/532（四）煙氣成分分析在鍋爐試驗(yàn)中，為下列目的，需要分別采取煙氣樣品進(jìn)行成分分析。（1）為了確定爐膛出口過量空氣系數(shù)，最好在過熱器出口煙道內(nèi)取樣。（2）為了確定鍋爐的排煙熱損失，應(yīng)該在鍋爐尾部最末級受熱面（一般為低溫級空氣預(yù)熱器）后的煙道內(nèi)取樣，取樣截面和排煙溫度的測量截面要盡量靠近。（3）為了確定化學(xué)不完全燃燒熱損失，可在煙道中任何截面上取樣。但最好與上述某一項(xiàng)結(jié)合。（4）為了確定某一段煙道的漏風(fēng)情況，需測定該煙道進(jìn)、出口的過量空氣系數(shù)，應(yīng)在其進(jìn)、出口取樣。2023/2/533由于大容量鍋爐的煙道很寬，煙氣在煙道中的分布是不均勻的，所以每一取樣處，應(yīng)按等截面法進(jìn)行取樣。采用奧氏煙氣分析器就地分析煙氣成分含量時，一般可每隔15分鐘取樣分析一次。一般情況下，煙氣中的含量CO很少，難于用奧氏分析器測定，此時可以用全煙氣分析器進(jìn)行測定或根據(jù)奧氏分析器測定的RO2、O2含量用公式計算CO的含量。在要求不太嚴(yán)時，可