物质平衡与热平衡概述.pptx

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1、物质平衡与热平衡物质平衡与热平衡概述概述提纲提纲n n2.1 物质平衡n n2.2 空气焓及烟气焓计算n n2.3 热平衡 n n2.4 锅炉热效率及燃料消耗量计算n n2.5 受热面热平衡 2.1 物质平衡物质平衡n n 锅炉的物质平衡 锅炉正常运行中，输入锅炉的物质质量等于输出物质的质量。包括：炉侧（燃料侧）物质平衡和锅侧（工质侧）物质平衡 锅炉内物质：风、烟 煤、灰 汽、水 风-烟、煤-灰在燃料侧燃料侧物质平衡 汽、水在工质侧工质侧物质平衡 固体燃料 可燃质（C、H、S）烟气 不可燃质（O、N、A、M）灰渣2.1.1燃料侧物质平衡燃料侧物质平衡n n当锅炉连续稳定地运行时，单位时间内进入

2、锅炉中的灰量等于从锅炉排出的灰量。一 灰平衡n n煤粉炉的灰平衡n n灰渣的外排：一部分灰渣在炉内排出，叫做炉灰；另一部分细颗粒灰分被烟气夹带而去，叫做飞灰。n n炉灰和飞灰各占燃料灰分的比值称为炉灰份额和飞灰份额：n n对于一台锅炉的灰平衡，由于飞灰部分地在对流烟道内沉降，因而排烟中的飞灰量少于炉膛出口的飞灰量，即n n对于全炉的灰平衡可写作：二 风平衡n n几个基本概念n n风平衡风平衡 即送入锅炉的风量即送入锅炉的风量+漏入锅炉的风量漏入锅炉的风量=从锅炉排从锅炉排出的风量出的风量n n 理论空气量理论空气量 ：1kg1kg燃料燃料完全完全燃烧时理论上所需燃烧时理论上所需要的要的最小最小

3、空气量，用空气量，用VV0 0表示，单位为表示，单位为NmNm3 3/kg/kg。uu过量空气系数 在实际燃料燃烧时，所供应的空气不可能百分之百在实际燃料燃烧时，所供应的空气不可能百分之百地与燃料发生反应，总会有一小部分只走了过场，地与燃料发生反应，总会有一小部分只走了过场，因而使燃料尽可能充分燃烧，送风时应加上适当的因而使燃料尽可能充分燃烧，送风时应加上适当的余量余量 。实际送风量与理论送风量的比值即为过量空实际送风量与理论送风量的比值即为过量空 气系数。气系数。进入炉膛以前的过量空气系数用进入炉膛以前的过量空气系数用 表示，进入炉膛表示，进入炉膛以后的过量空以后的过量空 气系数用气系数用

4、表示。表示。炉膛出口的过量空气系数可以直接选取，一般为炉膛出口的过量空气系数可以直接选取，一般为1.11.11.51.5，由，由燃料性质燃料性质和和燃烧方式燃烧方式决定。决定。uu 漏风系数 由于锅炉一般是在由于锅炉一般是在“负压负压”下运行，即炉膛和下运行，即炉膛和烟道内的压力略低于炉外大气压力，以避免向炉外烟道内的压力略低于炉外大气压力，以避免向炉外喷火、冒烟。因而会通过炉门、看火孔以及炉墙不喷火、冒烟。因而会通过炉门、看火孔以及炉墙不严密处向锅炉内漏入空气。严密处向锅炉内漏入空气。漏风系数即为漏风量与理论空气量的比值，用 表示相关受热面漏风系数 可查表。uu 对任何一个受热面来说，n n

5、 受热面的风平衡 受热面n n炉膛风平衡n n过热器风平衡n n省煤器风平衡热热热热空空空空气气气气n n空气预热器冷冷冷冷空空空空气气气气烟气侧风平衡烟气侧风平衡空气侧风平衡空气侧风平衡n n热风道在无泄漏情况下的风平衡按下式计算：n n如果对流烟道各处漏风系数的总和为 ，炉膛出口过量空气系数为 ，则烟气离开锅炉时，排烟的过量空气系数增为2.1.2 工质侧物质平衡工质侧物质平衡n n 汽水平衡汽水平衡 送入锅炉的水量等于排出锅炉的水量和汽量之和。送入锅炉的水量等于排出锅炉的水量和汽量之和。图2-5 汽水平衡模型1-锅筒 2-省煤器 3-蒸汽过热器uu送入锅炉的水量送入锅炉的水量 Ggsuu排

6、出锅炉的水量排出锅炉的水量 Dpwuu排出锅炉的汽量排出锅炉的汽量D+Dzy n n工质侧物质平衡包含了汽水平衡和盐平衡工质侧物质平衡包含了汽水平衡和盐平衡 Ggs=D+Dzy+DpwGgs锅炉给水量，kg/h；D 供出蒸汽流量，kg/h；Dzy 锅炉自用蒸汽量，kg/h；Dpw排污水量，kg/h。n n汽水平衡方程n n排污率即为排污水量占蒸汽量的百分比。如 则：2.2 空气焓及烟气焓计算空气焓及烟气焓计算n目的目的计算焓的目的是为了求出作为热载体的空气计算焓的目的是为了求出作为热载体的空气或烟气由某一温度被加热或者冷却到另一温或烟气由某一温度被加热或者冷却到另一温度时吸收或者放出的热量。度

7、时吸收或者放出的热量。影响焓值的因素影响焓值的因素 （1）焓值是温度和压力的函数，但对锅炉范焓值是温度和压力的函数，但对锅炉范围内的空气和烟气，其压力变化不大，所以计算围内的空气和烟气，其压力变化不大，所以计算时忽略压力的影响，认为焓只是温度的单值函数。时忽略压力的影响，认为焓只是温度的单值函数。（2）焓值的高低是相对的，与焓值零点的选取）焓值的高低是相对的，与焓值零点的选取有关，各国对焓值零点的选取是不同的，我国是有关，各国对焓值零点的选取是不同的，我国是以以0为焓值零点，即为焓值零点，即t0时，焓值为零。时，焓值为零。（3）焓值的大小还与载热体及其量有关。）焓值的大小还与载热体及其量有关。

8、对于气体，通常将对于气体，通常将1气体的焓值称为比焓，单气体的焓值称为比焓，单位是位是KJ/Nm3。在锅炉热力计算中，通常以每。在锅炉热力计算中，通常以每kg计算燃料为基准来计算焓值。在锅炉热计算中，计算燃料为基准来计算焓值。在锅炉热计算中，焓的单位为焓的单位为KJ/Kg。2.2.1 空气焓的计算空气焓的计算n n 烟气的组成 烟气是由理论烟气和过剩空气组成的，此外，烟气中还含有灰分。烟气飞灰过剩空气2.2.2 烟气焓的计算烟气焓的计算烟气焓值等于理论烟气焓、过剩空气焓和飞灰烟气焓值等于理论烟气焓、过剩空气焓和飞灰焓之和。焓之和。n烟气焓的计算公式烟气焓的计算公式n 各种成分的平均定压比热见下

9、表各种成分的平均定压比热见下表2.3 锅炉的热平衡锅炉的热平衡n n锅炉的热平衡是指输入锅炉的热量与锅炉锅炉的热平衡是指输入锅炉的热量与锅炉输出热量之间的平衡。输出热量之间的平衡。n n与锅炉物质平衡一样，锅炉的热平衡也包括燃料侧的热平衡与工质侧的热平衡。2.3.1 燃料侧的热量平衡燃料侧的热量平衡n n燃料侧的热量平衡：随燃料进入锅炉所带入的热量应等于锅炉有效吸收的热量与各种损失的热量之和。n n出入锅炉热量的总平衡方程 Qr Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 式中:Qr 随1kg燃料进入锅炉的热量，KJ/Kg;Q11kg燃料锅炉的有效利用热量，KJ/Kg;Q2、Q3、Q4、Q5、Q61k

10、g燃料锅炉 各项损失的热量，KJ/Kg燃燃料料和和空空气气送送入入炉炉内内进进行行燃燃烧烧，它它们们带带入入的的热量包括两部分：热量包括两部分：其其一一是是由由燃燃料料和和空空气气带带入入的的物物理理显显热热(燃燃料料和空气的热焓和空气的热焓)；其二是燃料的化学热量其二是燃料的化学热量(发热值发热值)。一一 燃料进入锅炉所带入的热量燃料进入锅炉所带入的热量n n随随1kg燃料进入锅炉的热量燃料进入锅炉的热量Qr：Qr Qar，net+ir+Qwr+Qwh n n燃料的收到基低位发热量燃料的收到基低位发热量Qar，net，kJ/kg；n n燃料带来的物理热燃料带来的物理热ir，kJ/kg；n n

11、用外热源加热空气时带入锅炉的热量用外热源加热空气时带入锅炉的热量Qwr，kJ/kg；n n雾化燃油所用蒸汽带入的热量雾化燃油所用蒸汽带入的热量Qwh，kJ/kg。输入热各项热量的计算公式为：输入热各项热量的计算公式为：相应于相应于相应于相应于1kg1kg燃料离开锅炉的热量有：燃料离开锅炉的热量有：燃料离开锅炉的热量有：燃料离开锅炉的热量有：n n被工质吸收的有效利用热量，即锅炉的输出热被工质吸收的有效利用热量，即锅炉的输出热被工质吸收的有效利用热量，即锅炉的输出热被工质吸收的有效利用热量，即锅炉的输出热量量量量QQ1 1，kJ/kgkJ/kg；n n排烟热损失排烟热损失排烟热损失排烟热损失QQ

12、2 2，kJ/kgkJ/kg；n n气体未完全燃烧热损失气体未完全燃烧热损失气体未完全燃烧热损失气体未完全燃烧热损失QQ3 3，kJ/kgkJ/kg；n n固体未完全燃烧热损失固体未完全燃烧热损失固体未完全燃烧热损失固体未完全燃烧热损失QQ4 4，kJ/kgkJ/kg；n n锅炉炉体向周围空间散热损失锅炉炉体向周围空间散热损失锅炉炉体向周围空间散热损失锅炉炉体向周围空间散热损失QQ5 5，kJ/kgkJ/kg；n n灰渣的物理热量损失灰渣的物理热量损失灰渣的物理热量损失灰渣的物理热量损失QQ6 6，kJ/kgkJ/kg。QQC C QQ1 1+Q+Q2 2+Q+Q3 3+Q+Q4 4+Q+Q5

13、 5+Q+Q6 6二二 离开锅炉的热量离开锅炉的热量uu（1）固体未完全燃烧热损失固体未完全燃烧热损失固体未完全燃烧热损失固体未完全燃烧热损失QQ4 4n n锅炉的各项热损失锅炉的各项热损失 燃料中未燃烧或未燃尽碳造成的热损燃料中未燃烧或未燃尽碳造成的热损失，这些碳残留在灰渣中，也称为机械未失，这些碳残留在灰渣中，也称为机械未完全燃烧损失或未燃碳损失。完全燃烧损失或未燃碳损失。q4产生原因产生原因q4的定义的定义 灰渣中未燃尽可燃物（碳）造成的热灰渣中未燃尽可燃物（碳）造成的热损失占输入热量的百分比。损失占输入热量的百分比。q4的计算的计算不同炉型，灰平衡不同炉型，灰平衡 不一致，q4计算公式

14、也不同。计算公式也不同。q4值的选取值的选取影响的影响的q4主要因素主要因素燃料的种类和性质，在同一个锅炉燃用不燃料的种类和性质，在同一个锅炉燃用不同的煤，同的煤，q4不同。不同。燃烧方式：同种煤在不同的锅炉上燃烧，燃烧方式：同种煤在不同的锅炉上燃烧，q4不同。不同。运行情况，比如炉膛温度，锅炉负荷、运运行情况，比如炉膛温度，锅炉负荷、运行水平。行水平。其它，如炉膛型式和结构、燃烧器设计和其它，如炉膛型式和结构、燃烧器设计和布置、燃料在炉内的停留时间和与空气的混合布置、燃料在炉内的停留时间和与空气的混合情况等。情况等。uu（2）气体未完全燃烧热损失气体未完全燃烧热损失气体未完全燃烧热损失气体未

15、完全燃烧热损失q q3 3 燃料的可燃挥发份在燃烧过程中，可能由于空气燃料的可燃挥发份在燃烧过程中，可能由于空气不足，或是空气与燃料混合状况不良，或是炉温不不足，或是空气与燃料混合状况不良，或是炉温不高等原因，部分可燃气体（如高等原因，部分可燃气体（如CO、H2、CH4等）未等）未能在炉膛中燃烧完就随烟气从锅炉中排出，从而造能在炉膛中燃烧完就随烟气从锅炉中排出，从而造成热量损失。成热量损失。q3产生原因产生原因q3的定义的定义 未燃尽气体可燃物造成的热损失占输入热量的百未燃尽气体可燃物造成的热损失占输入热量的百分比。分比。q3的计算的计算q3的选取及计算的选取及计算q3的影响因素的影响因素uu

16、（3）排烟热损失排烟热损失排烟热损失排烟热损失q q2 2 是由于排出锅炉的烟气焓大于进入锅炉的空气焓是由于排出锅炉的烟气焓大于进入锅炉的空气焓而造成的热损失，所以，排烟损失的热量为烟气带而造成的热损失，所以，排烟损失的热量为烟气带走的热量与空气带入锅炉的热量的差值。走的热量与空气带入锅炉的热量的差值。q2产生原因产生原因q2的定义的定义 锅炉外排烟气带走的热量与空气带入锅炉的热量锅炉外排烟气带走的热量与空气带入锅炉的热量的差值占输入热量的百分比。的差值占输入热量的百分比。q2的计算的计算q2的影响因素的影响因素降低的降低的q2 措施：措施：uu（4）散热损失散热损失散热损失散热损失q q5

17、5 锅炉正常运行时，由于炉墙、金属结构，锅炉范围锅炉正常运行时，由于炉墙、金属结构，锅炉范围内的烟风道，汽水管道，联箱等温度高于环境温度，内的烟风道，汽水管道，联箱等温度高于环境温度，所以总要通过对流和辐射方式向大气中散热。这部分所以总要通过对流和辐射方式向大气中散热。这部分热损失为散热损失。热损失为散热损失。q5产生原因产生原因q5的计算的计算q5的影响因素的影响因素q5的选取及计算的选取及计算uu（6）灰渣物理热损失灰渣物理热损失灰渣物理热损失灰渣物理热损失q q6 6 由灰平衡可知，燃固体燃料的锅炉，其炉灰以不由灰平衡可知，燃固体燃料的锅炉，其炉灰以不同形式外排，这些灰从炉内排出时，都具

18、有一定的同形式外排，这些灰从炉内排出时，都具有一定的温度，要带走一部分热量，由此引起的热损失叫灰温度，要带走一部分热量，由此引起的热损失叫灰渣热物理损失。渣热物理损失。q6产生原因产生原因q6的计算的计算2.2.2 工质侧的热量平衡n n进入工质侧的热量进入工质侧的热量一一 蒸汽锅炉工质侧的热平衡蒸汽锅炉工质侧的热平衡n n从工质侧输出的热量从工质侧输出的热量 n n工质侧的总热量平衡工质侧的总热量平衡 对于过热蒸汽锅炉对于过热蒸汽锅炉QQ1 1锅炉的输出热量，锅炉的输出热量，kWkW；D D 过热蒸汽的额定蒸发量，过热蒸汽的额定蒸发量，kg/skg/s；D Dzyzy锅炉自用蒸汽量，锅炉自用

19、蒸汽量，kg/skg/s；D Dpwpw锅炉排污量，锅炉排污量，kg/skg/s；i igqgq过热蒸汽焓，过热蒸汽焓，kJ/kgkJ/kg；i izyzy自用蒸汽焓，自用蒸汽焓，kJ/kgkJ/kg；i ibs bs饱和水焓，饱和水焓，kJ/kgkJ/kg；i igs gs给水焓，给水焓，kJ/kgkJ/kg。对于饱和蒸汽锅炉对于饱和蒸汽锅炉D 饱和蒸汽的额定蒸发量，kg/s；ibq饱和蒸汽焓，kJ/kg；r 汽化潜热，kJ/kg；W 蒸汽湿度，按饱和蒸汽质量标准规定：对于水管锅炉，饱和蒸汽的湿度不大于3；对于锅壳锅炉，饱和蒸汽的湿度不大于5。Q1=Gcs（trsths）Q1热水锅炉输出热量

20、，kW；G循环水流量，kg/s；trs热水温度，；ths回水温度，；cs水的比热，kJ/(kg)，一般取cs4.1868 kJ/(kg)。二 对于热水锅炉给水给水给水给水制粉制粉制粉制粉冷空气冷空气冷空气冷空气煤煤煤煤炉渣炉渣炉渣炉渣(含碳）含碳）含碳）含碳）锅炉排烟锅炉排烟锅炉排烟锅炉排烟气相物气相物气相物气相物(包含可包含可包含可包含可燃气体）燃气体）燃气体）燃气体）飞灰飞灰飞灰飞灰(含碳）含碳）含碳）含碳）锅炉散热锅炉散热锅炉散热锅炉散热排污排污排污排污蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽2.3 锅炉效率及燃料消耗量的确定锅炉效率及燃料消耗量的确定2.3.1 2.3.1 锅炉效率锅炉效率n n锅炉效率锅炉效

21、率即锅炉的总有效利用热量占锅炉送入即锅炉的总有效利用热量占锅炉送入热量的百分数。热量的百分数。n n决定方法有两种：决定方法有两种：正平衡法正平衡法及及反平衡法反平衡法。1.1.正平衡法是直接测定锅炉的有效利用热正平衡法是直接测定锅炉的有效利用热QQ1 1及送及送入锅炉的热量入锅炉的热量QQr r，按下式计算：，按下式计算：n n此法简单，对于热效率较低（如80）的工业锅炉比较准确。2.2.反平衡法是测定锅炉的各项热损失，然后按下式进行计算：n n此法较复杂，但通过烟气分析、灰渣分析、散热量测定等以确定各项热损失率，可以找出提高锅炉经济性的途径。n n适用于大容量高效率的现代化电站锅炉，因这时

22、燃料消耗量测不准，且蒸发量的测量误差也较大。2.3.2 燃料消耗量的确定n n在设计锅炉时，通常是先估取或计算各项热损失，用反平衡法定出“设计效率”，再由有效热量来确定燃料消耗量B（kg/s）：n n考虑到燃料消耗量B中有一部分未燃烧就随炉渣带出，这一部分没有产生烟气，应从B中扣除，故得计算燃料消耗量Bj为：n n计算燃料消耗量：单位时间内实际参加燃烧，并产生烟气的燃料量。n n注意：在热力计算中，空气或烟气的体积是按实际参加燃烧的燃料量计算的，因此在计算空气或烟气体积及使用焓温表时均采用Bj，应与B区分开来。u 保热系数保热系数2.5 受热面的热平衡受热面的热平衡2.5.1 炉膛辐射受热面的

23、热平衡炉膛辐射受热面的热平衡n n炉膛有效辐射换热量 n n空气带入炉膛的热量Qk：n n炉膛出口烟气带走的热量 n n 对应Bj的炉膛辐射热量 n n 对应Bj的炉膛辐射热量 2.5.2 对流受热面的热平衡（对每kg实际燃料）n n进入对流受热面热量n n输出对流受热面的热量 n n对流受热面的总热平衡由保热系数（有效利用热与烟气出口热量之比）可知由保热系数（有效利用热与烟气出口热量之比）可知由保热系数（有效利用热与烟气出口热量之比）可知由保热系数（有效利用热与烟气出口热量之比）可知QQ1d 1d 为每为每为每为每KgKg实际燃料对流受热面的有效利用热，实际燃料对流受热面的有效利用热，实际燃

24、料对流受热面的有效利用热，实际燃料对流受热面的有效利用热，对对对对每每每每kgkg计算燃料：计算燃料：计算燃料：计算燃料：n n2.5.3 空气预热器的热平衡空气预热器的热平衡空气预热器是利用热烟气加热燃料燃烧所需空气空气预热器是利用热烟气加热燃料燃烧所需空气空气预热器是利用热烟气加热燃料燃烧所需空气空气预热器是利用热烟气加热燃料燃烧所需空气的设备。其热平衡包括烟气侧的热平衡和空气侧的热的设备。其热平衡包括烟气侧的热平衡和空气侧的热的设备。其热平衡包括烟气侧的热平衡和空气侧的热的设备。其热平衡包括烟气侧的热平衡和空气侧的热平衡。平衡。平衡。平衡。一一 烟气侧的热平衡烟气侧的热平衡n n烟气侧进入空气预热器的热量n n烟气侧从空气预热器输出热量n n空气预热器烟气侧总热平衡方程热平衡方程 n n空气预热器空气侧的热平衡空气预热器空气侧的热平衡n n 空气侧进入空气预热器的热量n n 空气侧从空气预热器输出热量n n空气预热器烟气侧总热平衡方程热平衡方程 n n 2.5.4 锅炉的热量平衡框图把炉膛辐射受热面、对流受热面、空气预热器的热平衡框图联在一起，就构成了整个锅炉的热量平衡框图。