1、中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment1容克式空氣預熱器中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment2第八章第八章 鍋爐熱平衡計算鍋爐熱平衡計算中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment3 熱平衡定義熱平衡定義 鍋爐機組的鍋爐機組的熱平衡熱平衡是指輸入鍋爐機組的熱量與鍋爐機是指輸入鍋爐機組的熱量與鍋爐機組輸出熱量之間的平衡。組輸出熱量之間的平衡。 輸入的熱量：輸入的熱量： 主要來源于燃料燃燒放出的熱量。主要來源于燃料燃燒放出的熱量。 輸出的熱量：輸出的熱量： 有效利用熱（用于生產蒸汽或

2、熱水）有效利用熱（用于生產蒸汽或熱水） 損失（生產過程中的各項熱量損失）損失（生產過程中的各項熱量損失） 鍋爐熱平衡的目的鍋爐熱平衡的目的 計算鍋爐的效率；計算鍋爐的效率； 分析引起熱量損失和影響鍋爐效率的因素、提高鍋爐分析引起熱量損失和影響鍋爐效率的因素、提高鍋爐效率的途徑。效率的途徑。第一節第一節 鍋爐機組熱平衡鍋爐機組熱平衡中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment4 熱平衡示意圖熱平衡示意圖 熱平衡方程式熱平衡方程式qf = q1+ q2 + q3 + q4 + q5 + q6 kj/kg qf1kg燃料帶入爐內的熱量，kj/kg q1鍋爐有效利用熱

3、量，kj/kg q2排煙熱損失，kj/kg q3化學未完全燃燒熱損失，kj/kg q4機械未完全燃燒熱損失，kj/kg q5散熱損失，kj/kg q6其它熱損失， kj/kg或者，100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 +q6第一節第一節 鍋爐機組熱平衡鍋爐機組熱平衡中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment5第一節第一節 鍋爐機組熱平衡鍋爐機組熱平衡 鍋爐效率鍋爐效率 有效利用熱占輸入熱量的百分比。有效利用熱占輸入熱量的百分比。(正平衡正平衡) 各項熱損失占輸入熱量的百分比。各項熱損失占輸入熱量的百分比。 (反平衡反平衡)(1001006

4、543211qqqqqqqqfb中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment6一、輸入熱量一、輸入熱量 qf 對于燃煤或燃油鍋爐，每對于燃煤或燃油鍋爐，每kg燃料帶入鍋爐的熱量為燃料帶入鍋爐的熱量為 式中：qnet,ar - 燃料的低位發熱量，kj/kg qph - 燃料的物理顯熱， kj/kg qex - 用鍋爐以外的熱量加熱空氣時，空氣帶入鍋爐的熱量,kj/kg qat - 用蒸汽霧化燃料油，霧化蒸汽帶入的熱量，kj/kgkgkjqqqqqatexpharnetf/,ffphtcq)(11220tctcvqex)2510(atatatigq中國 南京能源與

5、環境學院能源與環境學院energy & environment7一、輸入熱量一、輸入熱量 對于燃煤鍋爐對于燃煤鍋爐如果燃料和空氣沒有利用外界熱量進行預熱，且燃煤水分如果燃料和空氣沒有利用外界熱量進行預熱，且燃煤水分mar qner,ar /630，則輸入熱量，則輸入熱量qf = qnet,ar中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment8二、機械未完全燃燒熱損失二、機械未完全燃燒熱損失q4 定義定義：部分固體燃料顆粒在爐內未能燃盡就被排出爐外而造成的熱損失。：部分固體燃料顆粒在爐內未能燃盡就被排出爐外而造成的熱損失。對于煤粉爐，對于煤粉爐，機械未完全燃燒熱損失

6、包括兩部分：機械未完全燃燒熱損失包括兩部分： 排煙攜帶的飛灰中未燃盡的碳粒（排煙攜帶的飛灰中未燃盡的碳粒（飛灰含碳飛灰含碳）造成的機械未完全燃）造成的機械未完全燃燒損失。燒損失。 鍋爐冷灰斗排出的灰渣（也稱爐渣）中未參加燃燒或未燃盡的碳粒鍋爐冷灰斗排出的灰渣（也稱爐渣）中未參加燃燒或未燃盡的碳粒（爐渣含碳爐渣含碳）造成的機械未完全燃燒損失。）造成的機械未完全燃燒損失。機械未完全燃燒熱損失是燃煤鍋爐主要的熱損失之一，通常僅次于排煙機械未完全燃燒熱損失是燃煤鍋爐主要的熱損失之一，通常僅次于排煙熱損失。熱損失。 q4范圍：范圍： 煤粉爐：煤粉爐：0.5%5%（大型電站鍋爐燃用煙煤時，（大型電站鍋爐燃

7、用煙煤時，0.50.8% ） 燃油、燃氣鍋爐：燃油、燃氣鍋爐： 0中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment9q4計算公式計算公式 slslslfafafaarccccaq1001003274,%10044rqqq對于煤粉爐，對于煤粉爐，機械未完全燃燒熱損失機械未完全燃燒熱損失)100100()(444slslfafaccslcfacslfagcgcbqbggqqqq) 1(100,100slfaslarslslfaarfafacbagcbag；kgkjqc32700100100100100100slslfafaarcgcgab灰平衡：arslslarfaf

8、abacgbacg1001001中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment10二、機械未完全燃燒熱損失二、機械未完全燃燒熱損失q4 機械未完全燃燒損失的影響因素：機械未完全燃燒損失的影響因素：燃料特性（揮發分、灰分）燃料特性（揮發分、灰分）燃燒方式燃燒方式過量空氣系數過量空氣系數( (影響趨勢影響趨勢) )爐膛結構（爐內停留時間等）爐膛結構（爐內停留時間等）運行工況（煤粉細度、過量空氣系數等）運行工況（煤粉細度、過量空氣系數等） 降低降低q4的主要措施的主要措施改善煤粉細度；改善煤粉細度；延長煤粉在爐內的停留時間；延長煤粉在爐內的停留時間；適當大的過量空氣系

9、數。適當大的過量空氣系數。中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment11三、化學未完全燃燒熱損失三、化學未完全燃燒熱損失q3 定義定義：鍋爐排煙中殘留的可燃氣體如co、h2、ch4和重碳氫化合物cmhn 等未放出其燃燒熱而造成的熱損失。 q3范圍范圍： 煤粉爐中，一般不超過0.5%。 計算公式kgkjqcorocoscqarar/),().(10013750236423,%10033rqqqkgkjqchhcovqdg/),1001)(2 .3581084 .126(4423燃用燃用固體燃料固體燃料，氣體未完全燃燒產物只有一氧化碳，故，氣體未完全燃燒產物只有

10、一氧化碳，故中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment12三、化學未完全燃燒熱損失三、化學未完全燃燒熱損失q3 化學未完全燃燒損失的影響因素化學未完全燃燒損失的影響因素： 燃料性質（揮發分大）燃料性質（揮發分大） 過量空氣系數：爐膛過量空氣系數的大小和燃燒過程的過量空氣系數：爐膛過量空氣系數的大小和燃燒過程的組織方式直接影響爐內可燃氣體與氧氣的混合工況組織方式直接影響爐內可燃氣體與氧氣的混合工況。 爐膛結構（停留時間）爐膛結構（停留時間） 運行工況運行工況中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment13四、排煙熱損失四、排煙

11、熱損失q2 定義定義：由于排出鍋爐時的煙氣焓高于進入鍋爐時的空氣焓而：由于排出鍋爐時的煙氣焓高于進入鍋爐時的空氣焓而造成的熱損失。造成的熱損失。 鍋爐熱損失中最大的一項，現代電廠鍋爐鍋爐熱損失中最大的一項，現代電廠鍋爐q2范圍為范圍為5%6%。 exg每增加每增加15-20 c，q2增加增加1% 計算公式計算公式kgkjqctviqcaexgexg/),1001()(402,%10022fqqq中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment14四、排煙熱損失四、排煙熱損失q2 影響排煙熱損失的因素影響排煙熱損失的因素： 排煙溫度（一般在排煙溫度（一般在11015

12、0之間之間 ） 燃料性質：含硫量、水分燃料性質：含硫量、水分 過量空氣系數和漏風系數過量空氣系數和漏風系數 受熱面結渣、積灰受熱面結渣、積灰 燃燒燃燒最佳過量空氣系數最佳過量空氣系數中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment15五、散熱損失五、散熱損失q5 定義定義：由于鍋爐爐墻、汽包、集箱、汽水管道、煙風管道等：由于鍋爐爐墻、汽包、集箱、汽水管道、煙風管道等部件的溫度高于周圍環境溫度，通過自然對流和輻射向周圍部件的溫度高于周圍環境溫度，通過自然對流和輻射向周圍所散失的熱量。所散失的熱量。 影響因素影響因素：鍋爐的外表面積鍋爐的外表面積表面溫度表面溫度爐墻結

13、構爐墻結構保溫層的隔熱性和厚度保溫層的隔熱性和厚度周圍環境溫度周圍環境溫度 散熱損失隨機組容量和負荷的變化散熱損失隨機組容量和負荷的變化容量增大，容量增大，q q5 5減小；減小；q q5 5與鍋爐運行負荷近似成反比。與鍋爐運行負荷近似成反比。中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment16保熱系數保熱系數551qqb計算時，各段煙道的保熱系數取為整臺鍋爐的保熱系數：大型電站鍋爐的散熱損失都很小，q50.2%，保熱系數約為0.998。 1- =受熱面傳給工質的熱量受熱面傳給工質的熱量煙氣放熱量受熱面傳給工質的熱量+煙道的散熱量煙道的散熱量即煙氣放熱量中國 南京

14、能源與環境學院能源與環境學院energy & environment17六、其它熱損失六、其它熱損失q6 定義定義：主要主要是指灰渣帶走的物理熱損失是指灰渣帶走的物理熱損失 對固體燃料，從鍋爐中排除的灰渣具有相當高的溫度（約600800）而造成的熱量損失。對于層燃爐、沸騰爐或液態排渣爐該項熱損失較大，必須予以考慮；對于固態排渣煤粉爐，只有當燃料的aar qnet,ar/419 時才考慮。中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment18七、七、鍋爐機組熱效率和燃料消耗量鍋爐機組熱效率和燃料消耗量 鍋爐機組有效利用熱：鍋爐機組有效利用熱：根據根據q1、qf和和b，

15、計算鍋爐效率，計算鍋爐效率已知已知qf 、 q1和和 b，計算鍋爐的燃料消耗量，計算鍋爐的燃料消耗量b計算燃料消耗量計算燃料消耗量 燃料消耗量燃料消耗量b：用于燃料供應和制粉系統的計算；：用于燃料供應和制粉系統的計算； 計算燃料消耗量計算燃料消耗量bcal：用于空氣量和煙氣量的計算。：用于空氣量和煙氣量的計算。kgkjbiidiidiidqfwblrhrhrhfwshgr/,)()()(1,%1001fbqq)1001 (4qbbcal中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment19 干煙氣熱損失干煙氣熱損失lg 氫燃燒生成水熱損失氫燃燒生成水熱損失lhm 燃

16、料中水份引起的熱損失燃料中水份引起的熱損失lmf 空氣中水份熱損失空氣中水份熱損失lma 未燃盡碳熱損失未燃盡碳熱損失luc （未完全燃燒熱損失）（未完全燃燒熱損失） 輻射及對流熱損失輻射及對流熱損失l 未計入熱損失未計入熱損失luaasme ptc4.1的各項損失的各項損失中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment20 熱平衡試驗的目的熱平衡試驗的目的 確定鍋爐的熱效率b； 確定鍋爐的各項熱損失，并分析各項損失的原因和尋求降低熱損失的方法； 確定不同工況下鍋爐各項工作指標，如過量空氣系數、干煙氣中co2容積百分數、排煙溫度及過熱蒸汽溫度等與鍋爐負荷的關系等

17、。 第二節第二節 鍋爐機組熱平衡試驗鍋爐機組熱平衡試驗中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment21第二節第二節 鍋爐機組熱平衡試驗鍋爐機組熱平衡試驗 正平衡法：正平衡法： 在試驗過程中直接測定鍋爐機組的有效利用熱q1、燃料消耗量b、燃料的低位發熱量qar,net等，然后按下式（式8-28）計算鍋爐效率： 1001fbqq)(10065432qqqqqb 反平衡法反平衡法： 通過試驗測定出鍋爐的各項熱損失q2、q3、q4、q5、q6，然后按下式計算：中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment22 兩種方法使用的場合：兩種方

18、法使用的場合： 設計時：設計時： 燃料消耗量未知，均采用反平衡計算。即預先確定各項損失后，再求鍋爐效率。 運行時：運行時： 大中型鍋爐一般采用反平衡法， 小型鍋爐，正、反平衡法均采用。第二節第二節 鍋爐機組熱平衡試驗鍋爐機組熱平衡試驗中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment23 測量參數 正平衡法：過熱蒸汽（dsh、psh、tsh）、給水（pfw、tfw、dfw）、汽包壓力和排污（pd 、dbl）、再熱蒸汽（drh、 p rh、prh、trh、trh）、燃料（b、qnet,ar ） 反平衡法： 煙氣（ro2、o2、co、exg）、冷空氣（ta） 灰渣（cfa、csl）、qnet,ar、燃料元素分析成分第二節第二節 鍋爐機組熱平衡試驗鍋爐機組熱平衡試驗中國 南京能源與環境學院能源與環境學院energy & environment241.鍋爐的輸入熱量。鍋爐的輸入熱量。2.鍋爐的各項熱損失。鍋爐的各項熱損失。3.鍋爐的主要熱損失及其影響因素；如何降低各主要熱損鍋爐的主要熱損失及其影響因素；如何降低