工業(yè)鍋爐熱工計算第三章

工業(yè)鍋爐熱工計算第三章1第1頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四1.燃料的燃燒？燃料中的可燃元素和氧在高溫條件下發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，同時放出大量熱量的過程。2.燃料的燃燒產(chǎn)物？煙氣、灰和渣。3.鍋爐熱工計算（燃燒計算）的任務(wù):確定燃料燃燒時，需要的空氣量？生成的煙氣量？空氣焓、煙氣焓？2第2頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四4.計算基準(zhǔn)固體燃料和液體燃料：以1kg質(zhì)量燃料為基準(zhǔn)；氣體燃料：以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1m3體積燃料為基準(zhǔn)。5.幾個假定空氣、煙氣所含有的各組成氣體及水蒸氣，均為理想氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1kmol氣體的體積為22.4m3?？諝庵皇茄鹾偷幕旌蠚怏w，其體積比為：21：79。3第3頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四一、燃料燃燒所需的空氣量的計算1．理論空氣量（理論公式）1kg接收基燃料完全燃燒，而又無過剩氧存在時所需的空氣量，稱為理論空氣量。C完全燃燒反應(yīng)方程式：

C+O2=CO212kgC+22.4m3O2=22.4m3CO21kgC完全燃燒，需1.866m3O2，并產(chǎn)生1.866m3CO2。§3-1煤和燃料油的燃燒計算及燃燒工況監(jiān)測4第4頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四S完全燃燒反應(yīng)方程式

S+O2=SO232kgS+22.4m3O2=22.4m3SO2即1kgS完全燃燒，需0.7m3O2，生成0.7m3SO2；H完全燃燒反應(yīng)方程式

2H2+O2=2H2O2×2.016kgH2+22.4m3O2=44.8m3H2O即1kgH完全燃燒，需5.56m3O2，生成11.1m3H2O。5第5頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四1kg接收基燃料中，含kg碳、kg硫、kg氫，而1kg接收基燃料中已含有kg氧，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下其容積為：

m3/kg

所以，1kg接收基燃料完全燃燒時所需外界供應(yīng)的理論氧氣量為：

m3/kg

6第6頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四理論空氣量：

m3/kg

2.實際空氣量Vk

實際空氣量Vk比理論空氣量多出的空氣，稱為過量空氣，二者之比稱為過量空氣系數(shù)，即：7第7頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四爐膛出口過量空氣系數(shù)通常用鍋爐爐膛出口處的過量空氣系數(shù)表示鍋爐過量空氣系數(shù)的大小。

=f（燃料種類、燃燒方式、燃燒設(shè)備完善程度），供熱鍋爐常用層燃爐=1.3~1.6。為了使燃料在爐內(nèi)盡可能完全燃燒，實際送入爐內(nèi)的空氣量總是大于理論空氣量。過量空氣系數(shù)是鍋爐運行的重要指標(biāo)，它直接影響到鍋爐運行的經(jīng)濟性和安全性。

8第8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四二、燃燒所生成的煙氣量1.理論煙氣量（理論公式）

燃料燃燒后生成煙氣，如過量空系數(shù)α=1，又達(dá)到完全燃燒，則煙氣中只含有CO2、SO2、水蒸氣H2O、N2四種氣體，這時煙氣的體積稱為理論煙氣量。

二氧化碳體積

1kg碳完全燃燒生成1.866m3CO2，1kg燃料中含kg碳，燃燒后為

m3/kg9第9頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四二氧化硫體積1kg硫完全燃燒生成0.7m3SO2，1kg燃料中含kg硫，燃燒后為

m3/kg三原子氣體體積

m3/kg10第10頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四理論水蒸氣體積（1）燃料中氫完全燃燒生成水蒸氣

m3/kg（2）燃料中水分形成的水蒸氣

m3/kg（3）理論空氣量帶入的水蒸氣11第11頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四（4）燃用重油，且用蒸汽霧化時，帶入爐內(nèi)的水蒸氣，霧化1kg重油消耗蒸汽量為Gwh，這部分水蒸氣的體積為1.24Gwhm3/kg。

m3/kg理論氮氣體積理論空氣中的含有氮：燃料本身所含的氮：

12第12頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四理論煙氣量

m3/kg

為干煙氣體積。13第13頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四2.實際煙氣量（1）過量空氣的體積（2）過量空氣中水蒸氣的體積則實際煙氣量為：14第14頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四一、氣體燃料燃燒所需空氣量（1）理論空氣量（理論公式）

1m3燃?xì)馔耆紵?，且無過剩氧存在時，燃燒所需的空氣量。用符號表示，單位為m3/m3?？扇冀M分：H2、CO、CmHn和H2S。

H完全燃燒反應(yīng)方程式

2H2+O2=2H2O2×22.4m3H2+22.4m3O2=2×22.4m3H2O1m3H完全燃燒，需0.5m3O2，生成1m3H2O。§3-2氣體燃料的燃燒計算及燃燒工況監(jiān)測15第15頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四CO完全燃燒反應(yīng)方程式2CO+O2=2CO22×22.4m3CO+22.4m3O2=2×22.4m3CO21m3CO完全燃燒，需0.5m3O2，生成1m3CO2。CmHn完全燃燒反應(yīng)方程式CmHn+(m+n/4)O2=mCO2+n/2H2O22.4m3CmHn+(m+n/4)×22.4m3O2=m×22.4m3CO2+n/2×22.4m3H2O1m3CmHn完全燃燒，需(m+n/4)m3O2，生成mm3CO2，n/2m3H2O。16第16頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四H2S完全燃燒反應(yīng)方程式

2H2S+3O2=2S2O+2H2O2×22.4m3H2S+3×22.4m3O2=2×22.4m3S2O+2×22.4m3H2O1m3H2S完全燃燒，需1.5m3O2，生成1m3S2O，1m3H2O。17第17頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四

1m3燃?xì)庵校琺3H2、m3CO、m3CmHn、m3H2S，完全燃燒時所需外界供應(yīng)的理論氧氣量為：理論空氣量：（2）實際空氣量：

18第18頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四二、燃燒生成的煙氣量1.理論煙氣量（理論公式）燃料燃燒后生成煙氣，如過量空系數(shù)α=1，又達(dá)到完全燃燒，則煙氣中只含有CO2、SO2、水蒸氣H2O、N2四種氣體，這時煙氣的體積稱為理論煙氣量。19第19頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四2.實際煙氣量20第20頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四煙氣焓的組成：理論煙氣量的焓、過量空氣量的焓、飛灰的焓，即：1.理論空氣量的焓

lkg固體燃料或燃料油或1m3氣體燃料完全燃燒所需的理論空氣量，在等壓下從0℃加熱到θ℃（或t℃）所需的熱量，稱為理論空氣量的焓。

§3-3煙氣焓的計算21第21頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四2.理論煙氣量的焓

lkg固體燃料或燃料油或1m3氣體燃料在理論空氣量下完全燃燒生成的煙氣量，在等壓下從0℃加熱到θ℃所需的熱量，稱為理論煙氣量的焓。（可查表得到）

=22第22頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四3.過量空氣的焓：4.飛灰的焓：下列情況飛灰焓可忽略不計，否則必須計算。在層燃爐和煤粉爐中，當(dāng)在流化床鍋爐中，當(dāng)23第23頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四對于其他情況的燃煤、燃?xì)狻⑷加湾仩t，由于煙氣中飛灰的含量很少或者根本沒有飛灰，其焓占據(jù)煙氣焓的比例很小或者為零，由此產(chǎn)生的誤差在工程上是可以接受的，可以不予考慮。由于鍋爐燃料不同，鍋爐各部位過量空氣系數(shù)不相同，煙氣溫度也在變化，一般煙氣焓要分別進(jìn)行計算。為了計算方便一般需要預(yù)先編制焓溫表或焓溫圖。已知煙氣溫度和過量空氣系數(shù)，可以查取煙氣焓值；或者已知煙氣的焓和過量空氣系數(shù)，查取煙氣的溫度。24第24頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四1.研究的內(nèi)容研究燃料的熱量在鍋爐中的利用情況，有效利用、熱量損失的表現(xiàn)及產(chǎn)生的原因。2.研究的目的尋求提高鍋爐熱效率的途徑。3.鍋爐熱平衡?

為了全面評定鍋爐的工作狀況，必須對鍋爐進(jìn)行測試，這種測驗稱為鍋爐熱平衡（或熱效率）試驗，如圖3-1所示。§3-4鍋爐機組的熱平衡25第25頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四一、鍋爐熱平衡方程鍋爐熱平衡的基準(zhǔn)：1kg固體燃料、液體燃料或1Nm3氣體燃料。

建立1kg燃料帶入爐內(nèi)的熱量與有效利用熱和各項熱損失的平衡關(guān)系：（見圖3-2）兩邊同除以Qr，則得26第26頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四式中Qr—1kg燃料帶入爐內(nèi)的熱量，kJ/kg；

Q1—鍋爐有效利用熱量，kJ/kg；

Q2—鍋爐排煙熱損失，kJ/kg；

Q3—氣體（化學(xué)）不完全燃燒熱損失，kJ/kg；

Q4—固體（機械）不完全燃燒熱損失，kJ/kg；

Q5—鍋爐散熱損失，kJ/kg；

Q6—灰渣物理熱損失，kJ/kg；

q—有效利用熱和各項熱損失的百分?jǐn)?shù)。為什么熱平衡中不考慮預(yù)熱空氣用循環(huán)熱量？27第27頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四二、輸入鍋爐的熱量1kg煤或燃料油帶入鍋爐的熱量：

kJ/kglm3氣體燃料帶入鍋爐的熱量：

kJ/m3MoreInformation28第28頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四Qnet,v,ar燃料燃燒放出的熱量，即燃料的低位發(fā)熱量；燃料物理熱：hr=Cr?trQwr為外部熱源加熱空氣帶入爐內(nèi)的熱量Qwh蒸汽霧化重油帶入爐內(nèi)的熱量29第29頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四三、鍋爐有效利用熱量有效利用熱量：飽和蒸汽鍋爐過熱蒸汽鍋爐熱水鍋爐MoreInformation30第30頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四四、鍋爐的各項熱損失？？？1.排煙熱損失⑴排煙熱損失q2的形成煙氣離開鍋爐排入大氣時，煙氣溫度（過高？或過低？）>>進(jìn)入鍋爐的空氣溫度，排煙所帶走的熱量損失稱為排煙熱損失。31第31頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四（2）排煙熱損失的測定與計算

——由于固體未完全燃燒的存在，對煙氣容積的修正。Moreq2是鍋爐熱損失的最大項，裝省煤器的水管鍋爐q2≈6~12%，不裝省煤器的水管鍋爐q2≈20%以上。32第32頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四2.氣體不完全燃燒熱損失(化學(xué)熱損失)

⑴氣體不完全燃燒熱損失q3的形成q3是由于部分CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w未燃燒就隨煙氣排出所造成的損失。q3=f（爐子的結(jié)構(gòu)、燃料特性、燃燒過程的組織、運行水平）

降低q3的有效措施：保持爐膛足夠的高溫和適量的過量空氣系數(shù)，注意爐內(nèi)一次風(fēng)、二次風(fēng)的配比和強烈混合，保證整個火焰充滿整個爐膛。33第33頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四⑵氣體不完全燃燒熱損失的測定與計算用煙氣分析儀測定煙氣中的CO、H2、CH4。

實際上煙氣中的H2，CH4的含量很少，可忽略不計。可用簡化公式進(jìn)行計算：

34第34頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四3.固體不完全燃燒熱損失⑴固體不完全燃燒熱損失q4的形成

q4是由于進(jìn)入爐膛的燃料，有一部分沒有參與燃燒或未燃盡而被排出爐外所造成的損失。由三部分組成：灰渣損失Qhz、漏煤損失Qlm、飛灰損失Qfh，是鍋爐熱損失中的主要項目。q4=f(燃料特性、燃燒方式、鍋爐結(jié)構(gòu)、運行工況)35第35頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四⑵固體不完全燃燒熱損失的測定與計算在鍋爐運行中，收集每小時的灰渣、漏煤和飛灰重量Ghz、Glm和Gfh，分析可燃物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)Chz、Clm和Cfh（%），通過試驗測定并按照下式計算kJ/kg）。（Cfh通過灰平衡法確定）當(dāng)設(shè)計新鍋爐時，q4可根據(jù)燃燒方式、燃料種類由查表5-2選取。

36第36頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四4.散熱損失⑴散熱損失q5的形成鍋爐運行時，爐墻、鋼架、管道、其他附件的表面溫度>周圍環(huán)境溫度造成的熱量散失，稱鍋爐的散熱損失。⑵散熱損失的計算對于中、低壓鍋爐，q5可查下表。37第37頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四Fs—鍋爐散熱表面積，m2；αs—鍋爐散熱表面積的放熱系數(shù)，w/m2.℃；ts，tk—散熱表面溫度和周圍空氣溫度，℃；B—燃料消耗量，kg/h；

鍋爐的散熱損失q5

38第38頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四（3）保溫系數(shù)保熱系數(shù)φ：表示煙氣在煙道中的放熱量被該煙道中的受熱面所吸收的份額。假定：各煙道與整臺鍋爐的保熱系數(shù)是相等，則當(dāng)沒有空氣預(yù)熱器或空氣預(yù)熱器吸熱很小時，則