1、第四章第四章 物质平衡及热平衡物质平衡及热平衡 41燃烧所需空气量燃烧所需空气量一、理论空气量一、理论空气量二、实际空气量二、实际空气量三、过量空气系数三、过量空气系数42燃烧产物及其计算燃烧产物及其计算一、理论烟气量和实际烟气量一、理论烟气量和实际烟气量二、完全燃烧方程和不完全燃烧方程二、完全燃烧方程和不完全燃烧方程三、烟气分析及运行过量空气系数的确定三、烟气分析及运行过量空气系数的确定43燃烧温度和烟气焓燃烧温度和烟气焓一、一、燃烧温度及其涵义燃烧温度及其涵义二、二、烟气焓值的确定烟气焓值的确定44锅炉的热平衡锅炉的热平衡一、锅炉热效率一、锅炉热效率二、各项热损失二、各项热损失三、燃料消耗
2、量三、燃料消耗量4 41 1 燃烧所需空气量燃烧所需空气量燃烧是化学反应。燃烧是化学反应。可燃质可燃质碳生成二氧化碳，碳生成二氧化碳，氢生成水蒸气，氢生成水蒸气，硫生成二氧化硫，硫生成二氧化硫，同时放出相应的反应热。即同时放出相应的反应热。即 3286022COOC kJkg 12037022222OHOH kJkg 905022SOOS kJkg 燃料完全燃烧时：燃料完全燃烧时：如果碳不完全燃烧而生成一氧化碳，反应热相应减少，即如果碳不完全燃烧而生成一氧化碳，反应热相应减少，即9270222COOC kJkg 一、理论空气量一、理论空气量1.固体及液体燃料固体及液体燃料碳碳的的分分子子量量为
3、为 12，每每 kg 碳碳完完全全燃燃烧烧所所需需要要的的氧氧气气量量为为 22.412m3(标标准准状状态态下下)。已已知知每每 kg 燃燃料料中中碳碳的的含含量量为为kgCar100/，因因而而所所需需氧氧气气量量为为 100866.1100124.22ararCC m3 同样可得出氢完全燃烧所需要的氧气量同样可得出氢完全燃烧所需要的氧气量 10055.5100008.144.22ararHH m3 硫完全燃烧时所需要的氧气量为硫完全燃烧时所需要的氧气量为1007.0100324.22ararSS m3 每每kg燃料中本身所包含的氧量为燃料中本身所包含的氧量为 1007.0100324.2
4、2ararQQ m3 每每kg燃料完全燃烧时，所需要的氧气量为：燃料完全燃烧时，所需要的氧气量为：1007.01007.010055.5100866.1ararararQSHC m3 锅炉燃烧所需要的氧气来源于空气。由于空气锅炉燃烧所需要的氧气来源于空气。由于空气中氧气的体积百分数为中氧气的体积百分数为21，所以，所以，lkg燃料燃料油完全燃烧所需要的理论空气量为油完全燃烧所需要的理论空气量为 1007.01007.010055.5100866.121.010ararararQSHCV ararararOHSC0333.0265.0375.00889.0 arararOHK0333.0265.
5、00889.0 m3 式中 arK每 kg 燃料中的“当量含碳量”，arararSCK375.0。2.气体燃料气体燃料标准状态下标准状态下1m3气体燃料按燃烧反应气体燃料按燃烧反应计量方程完全燃烧所需要的空气量计量方程完全燃烧所需要的空气量（指干空气）称为气体燃料的理论空（指干空气）称为气体燃料的理论空气量气量(m3m3)。表表4-1 各种单一可燃气体的燃烧化学反应式各种单一可燃气体的燃烧化学反应式 归纳出碳氢化合物的燃烧反应通式。即归纳出碳氢化合物的燃烧反应通式。即 OHnmCOOnmHCnm22244 已知碳氢化合物的分子式，就可由上式已知碳氢化合物的分子式，就可由上式求得该碳氢化合物完全
6、燃烧所需要的理求得该碳氢化合物完全燃烧所需要的理论空气量。论空气量。当气体燃料的组成已知时，便可计算出标准状态当气体燃料的组成已知时，便可计算出标准状态下气体燃料燃烧所需要的理论空气量下气体燃料燃烧所需要的理论空气量0V。22205.145.05.021.01OSHHCnmCOHVnm 式中式中 0V理论空气量理论空气量(干空气干空气/干燃气干燃气)，m m3 3m m3 3；222,OSHHCCOHnm燃气中各种可燃组燃气中各种可燃组 分的体积百分数，；分的体积百分数，；2O燃气中氧的容积成分，。燃气中氧的容积成分，。气体燃料的热值越高，燃烧所需要的理论空气体燃料的热值越高，燃烧所需要的理论
7、空气量也越多。气量也越多。当燃气的成分资料不全时，可采用近似式来当燃气的成分资料不全时，可采用近似式来估算理论空气量的大小。估算理论空气量的大小。二、实际空气量、过量空气系数和漏风系数二、实际空气量、过量空气系数和漏风系数实际送入锅炉的空气量实际送入锅炉的空气量(m3/kg，液体燃料；，液体燃料；m3m3，气体燃料，气体燃料)称为实际空气量，其值称为实际空气量，其值一般都大于理论空气量。一般都大于理论空气量。比理论空气量多出的这一部分空气称为过量比理论空气量多出的这一部分空气称为过量空气。空气。实际空气量为理论空气量与过量空气量之和。实际空气量为理论空气量与过量空气量之和。二、过量空气系数二、
8、过量空气系数和漏风系数和漏风系数 实实际际空空气气量量与与理理论论空空气气量量的的比比值值称称为为过过量量空空气气系系数数，用用或或表表示示，即即 0VV 或 0VV 锅锅炉炉的的最最佳佳 l数数值值与与燃燃烧烧室室的的结结构构、燃燃料料种种类类和和燃燃烧烧器器的的型型式式等等有有关关。燃燃煤煤时时，通通常常为为1 1.2 21 1.3 3；燃燃油油时时，通通常常为为 1 1.0 05 51 1.1 10 0；燃燃气气锅锅炉炉的的最最佳佳 l数数值值通通常常为为 1 1.0 03 31 1.1 10 0。许多锅炉为负压燃烧，烟气量随着烟气流程而一路增许多锅炉为负压燃烧，烟气量随着烟气流程而一路
9、增大。大。应该指出，空气预热器区段烟道内的漏风，并非来自应该指出，空气预热器区段烟道内的漏风，并非来自外界空气，而是来自空气预热器内的空气。外界空气，而是来自空气预热器内的空气。各部件所处烟道内漏入的空气量各部件所处烟道内漏入的空气量V与理与理论空气量的比值，称为该烟道的漏风系数，论空气量的比值，称为该烟道的漏风系数，以以表示，即表示，即 0VV 锅炉各烟道漏风系数的大小取决于负压锅炉各烟道漏风系数的大小取决于负压的大小及烟道的结构型式，一般为的大小及烟道的结构型式，一般为0.010.010.10.1。若锅炉为微正压燃烧，则烟道的漏风系若锅炉为微正压燃烧，则烟道的漏风系数为零。数为零。在保证燃
10、料充分燃尽的前提下，应尽可在保证燃料充分燃尽的前提下，应尽可能降低过量空气系数，即使趋近于能降低过量空气系数，即使趋近于1。4 42 2 燃烧产物及其计算燃烧产物及其计算 一、理论烟气量和实际烟气量一、理论烟气量和实际烟气量燃料燃烧后的产物就是烟气。燃料燃烧后的产物就是烟气。燃料中的可燃物质被全部燃烧干净，即燃烧所燃料中的可燃物质被全部燃烧干净，即燃烧所生成的烟气中不再含有可燃物质时的燃烧称为生成的烟气中不再含有可燃物质时的燃烧称为完全燃烧。完全燃烧。当只供给理论空气量时，燃料完全燃烧后产生当只供给理论空气量时，燃料完全燃烧后产生的烟气量称为理论烟气量。的烟气量称为理论烟气量。理论烟气的组成为
11、理论烟气的组成为CO2,SO2,N2和和H2O。前三种前三种组成合在一起称为干烟气。组成合在一起称为干烟气。包括包括H2O在内的烟气称为湿烟气。在内的烟气称为湿烟气。烟气中的烟气中的CO2和和SO2同属三原子气体，产生的同属三原子气体，产生的化学反应式也有许多相似之处，并且在烟气分化学反应式也有许多相似之处，并且在烟气分析时常常被同时测出，将它们合并表示，称为析时常常被同时测出，将它们合并表示，称为三原子气体，用三原子气体，用RO2表示。表示。当有过量空气时，烟气中除上述组分外，还含当有过量空气时，烟气中除上述组分外，还含过量的空气，这时的烟气量称为实际烟气量。过量的空气，这时的烟气量称为实际
12、烟气量。若燃烧不完全，则除上述组分外，烟气中还将若燃烧不完全，则除上述组分外，烟气中还将出现出现CO,CH4 和和H2等可燃成分。等可燃成分。标准状态下，标准状态下，l kg固体或固体或液体燃料液体燃料在在理论空气量理论空气量下完全燃烧下完全燃烧时所产生的时所产生的燃烧产物的燃烧产物的体积称为燃体积称为燃料的理论烟料的理论烟气量：气量：OHNSOCOyVVVVV22220 式中式中 0yV标准状态下理论烟气量，标准状态下理论烟气量，m m3 3kgkg；2COV标准状态下标准状态下 C C0 02 2的体积，的体积，m m3 3/kgkg；2SOV标准状态下标准状态下 S SO O2 2的体积
13、，的体积，m m3 3kgkg；02NV标准状态下理论标准状态下理论 N N2 2体积，体积，m m3 3kgkg；02OHV标准状态下理论水蒸气体积，标准状态下理论水蒸气体积，m3kg。固体和液体燃料固体和液体燃料ararCOCCV01866.0100866.12 m3kg ararSOSSV007.01007.02 m3kg 用2ROV表示三原气体的体积，则 arararSOCOROKSCVVV01866.0375.001866.0222 理论氮理论氮气体积气体积02NV包括两部分：包括两部分：1)理论空气量中的氮，其体积为理论空气量中的氮，其体积为 0.790V；2)燃料本身包括的氮。燃
14、料本身包括的氮。由于由于 1kg 燃料含燃料含100arNkg 的氮，的氮，而而 1kg 氮分子的体积为氮分子的体积为284.22，因此，燃料本身含有氮，因此，燃料本身含有氮的体积为的体积为ararNN008.0100284.22（m3/kg）。）。所以所以 arNNVV008.079.0002 于是，不含有水蒸气的理论干烟气于是，不含有水蒸气的理论干烟气的体积的体积0gyV为为 ararNROgyNVKVVV008.079.001866.000022 （m3/kg）理论水蒸气的体积来源三个方面：理论水蒸气的体积来源三个方面：（1）燃燃 料料 中中 氢氢 的的 燃燃 烧烧。由由 氢氢 的的 燃
15、燃 烧烧 反反 应应 方方 程程 可可 知知，标标 准准状状 态态，1kg氢氢 完完 全全 燃燃 烧烧 后后 产产 生生31.11016.224.222m的的 水水 蒸蒸 气气。故故 1kg 燃燃 料料 中中 氢氢 燃燃 烧烧 产产 生生 的的 水水 蒸蒸气气 的的 体体 积积 为为 0.111arH(m3 kg)。3)随理论空气量带入的水蒸气的体积。随理论空气量带入的水蒸气的体积。设设1kg干空气中含有的水蒸气为干空气中含有的水蒸气为d(gkg)，则标准则标准状态下，状态下，lm3干空气中含有的水蒸气的质量为干空气中含有的水蒸气的质量为1.293d(kg)。而标准状态下，水蒸气的密度为而标准
16、状态下，水蒸气的密度为804.0184.22kgm3，亦，亦即即1m3干 空 气 中 含 有 的 水 蒸 气 的 体 积 为干 空 气 中 含 有 的 水 蒸 气 的 体 积 为dd00161.0804.09001293.0(m3)。一般情况下，可取一般情况下，可取 d=10gkg，则理论空气量，则理论空气量 0V带入的水蒸气的体积为带入的水蒸气的体积为00161.0V（m3kg）。）。所以，理论水蒸气体积所以，理论水蒸气体积02OHV为为 000161.00124.0111.02VMHVararOH（m3kg）当燃用重油时，由于重油的粘度较大，常采用蒸汽进行雾化，当燃用重油时，由于重油的粘度
17、较大，常采用蒸汽进行雾化，雾化蒸汽也喷入炉内，因此，理论水蒸气容积还应考虑雾化雾化蒸汽也喷入炉内，因此，理论水蒸气容积还应考虑雾化用蒸汽。用蒸汽。若已知相当于若已知相当于 lkg 燃料的蒸汽耗量为燃料的蒸汽耗量为hG(kgkg)，则这部分水蒸气的体积为则这部分水蒸气的体积为 hhGG24.1804.0(m3kg)。所以，对于蒸汽雾化燃油的锅炉，其理论水蒸气容积为：所以，对于蒸汽雾化燃油的锅炉，其理论水蒸气容积为：hararOHGVMHV2.10161.00124.0111.0002 m3kg 理论烟气量为：理论烟气量为：000002222OHNROOHgyyVVVVVV m3kg 实际燃烧是在
18、过量空气实际燃烧是在过量空气(1)条件下进行的，条件下进行的，故实际烟气体积中除理论烟气量外，还有过故实际烟气体积中除理论烟气量外，还有过量空气及随过量空气带入的水蒸气。量空气及随过量空气带入的水蒸气。实际烟气体积：实际烟气体积：yV OHgyyVVV2 式式中中 yV实实际际烟烟气气体体积积，m m3 3k kg g；gyV实实际际干干烟烟气气体体积积，m3kg；它它等等于于理理论论干干烟烟气气体体积积0gyV与与过过量量空空气气(-1)0V（干干空空气气）之之和和；OHV2实实际际水水蒸蒸气气体体积积，m3kg；它它等等于于理理论论水水蒸蒸气气体体积积02OHV与与过过量量空空气气带带入入
19、的的水水蒸蒸气气0.0161(-1)0V 之之和和。001VVVgygy m3kg 0010161.022VVVOHOH 于是，得于是，得 0000010161.110161.12VVVVVVyOHgyy m3kg 实际氮气的体积实际氮气的体积2NV为：为：00179.022VVVNN m3kg 过量空气中的氧气体积为：过量空气中的氧气体积为：0121.02VVO 因此，实际烟气体积也可写成：因此，实际烟气体积也可写成：000010161.012222222VVVVVVVVVVOHNROOHONROy 0001016.1222VVVVOHNRO m3kg 气体燃料气体燃料燃气中各可燃组分单独燃
20、烧后产生的理论烟燃气中各可燃组分单独燃烧后产生的理论烟气量可通过燃烧反应式来确定。气量可通过燃烧反应式来确定。具体可见有关教材。具体可见有关教材。由于三原子气体、水蒸气对炉内辐射换热具有由于三原子气体、水蒸气对炉内辐射换热具有明显的影响，在进行燃烧产物计算时，还需计明显的影响，在进行燃烧产物计算时，还需计算三原子气体、水蒸气的容积份额、分压力。算三原子气体、水蒸气的容积份额、分压力。三三原原子子气气体体的的容容积积份份额额2ROr为为：yROROVVr22 水蒸气的容积份额水蒸气的容积份额OHr2为：为：yOHOHVVr22 根据道尔顿分压定律，三原子气体的分压力根据道尔顿分压定律，三原子气体
21、的分压力2ROP和水蒸气的分压力和水蒸气的分压力OHP2分别为：分别为：PrPRORO22 PrPOHOH22 式中式中 P烟气总压力，烟气总压力，MPa。二、完全燃烧方程和不完全燃烧方程二、完全燃烧方程和不完全燃烧方程 锅炉实际运行中，往往有不完全燃烧产物锅炉实际运行中，往往有不完全燃烧产物(一氧化碳、氢、碳氢化合物等一氧化碳、氢、碳氢化合物等)存在于烟存在于烟气中。气中。氢及碳氢化合物通常含量极少，可不考虑，氢及碳氢化合物通常含量极少，可不考虑，而一氧化碳含量则不能忽略。而一氧化碳含量则不能忽略。烟气量一般是借助于烟气分析仪来确定的，烟气量一般是借助于烟气分析仪来确定的，即通过烟气分析测定
22、各种成分的容积份额，即通过烟气分析测定各种成分的容积份额，并据此计算出干烟气量，同时用计算的方并据此计算出干烟气量，同时用计算的方法求出烟气中的实际水蒸气容积，然后计法求出烟气中的实际水蒸气容积，然后计算出烟气的总容积。算出烟气的总容积。用烟气分析仪测定的是干烟气中各种成分的容用烟气分析仪测定的是干烟气中各种成分的容积份额：积份额：1001002222gyROgySOCOVVVVVRO%100gyCOVVCO%两式相加并整理后得到两式相加并整理后得到 10022COROVVVCOROgy 由碳的燃烧化学反应式可知，无论是生由碳的燃烧化学反应式可知，无论是生成二氧化碳还是一氧化碳、二氧化碳兼成二
23、氧化碳还是一氧化碳、二氧化碳兼有，其总容积是相同的，即有，其总容积是相同的，即 100375.0866.12ararCOROSCVVm3kg 代人上式，得代人上式，得 COROSCVarargy2375.0866.1 m3kg 由上式计算出的干烟气容积与水蒸气容由上式计算出的干烟气容积与水蒸气容积之和即为不完全燃烧时的烟气总容积。积之和即为不完全燃烧时的烟气总容积。当不考虑烟气中含量极微的氢及碳氢化当不考虑烟气中含量极微的氢及碳氢化合物时，不完全燃烧时的烟气成分可表合物时，不完全燃烧时的烟气成分可表示为示为 RO2+O2+CO十十N2=100 其中，三原子气体与氧所占干烟气的份其中，三原子气体
24、与氧所占干烟气的份额可由烟气分析仪测定。额可由烟气分析仪测定。氮的来源有两个，即燃料中所含的氮与实际供给氮的来源有两个，即燃料中所含的氮与实际供给空气中所含的氮，分别用空气中所含的氮，分别用rN2与与kN2表示。表示。gyargrargyrNrVNVNVVN25.11001100284.2210022%1002179100222grkOgykNkVVVVN%烟气中的三原子气体、一氧化碳、水蒸气生成时所烟气中的三原子气体、一氧化碳、水蒸气生成时所消耗的氧分别以消耗的氧分别以22ROOV,COOV2,OHOV22表示，烟气中多表示，烟气中多余的氧及燃料中的氧以余的氧及燃料中的氧以2OV及及rOV2
25、表示。表示。这样，供给这样，供给空气中的氧容积即可表示成空气中的氧容积即可表示成 rOOOHOCOOROOkOVVVVVV22222222 m3kg 三原子气体、一氧化碳和水蒸气生成时所消耗的三原子气体、一氧化碳和水蒸气生成时所消耗的氧，可根据它们的燃烧化学反应式予以确定，即氧，可根据它们的燃烧化学反应式予以确定，即 222ROROOVV m3kg COCOOVV5.02 m3kg 10044.2222arOHOHVm3kg 100324.222arrOOVm3kg 于是得 1008324.225.0222ararOCOROkOOHVVVV m3kg gyararOCOROkVOHVVVN10
26、01008324.225.02179222%由以上各式，得 COROSCNOHCOOROararara222375.0038.0835.2605.021 令arararaSCNOH375.0038.0835.2 则 COROCOORO222605.021 此式称为不完全燃烧方程式。此式称为不完全燃烧方程式。表示有不完全燃烧产物且只考虑一氧化表示有不完全燃烧产物且只考虑一氧化碳时，烟气中各种成分的容积份额与燃碳时，烟气中各种成分的容积份额与燃料中元素组成成分之间应满足的关系。料中元素组成成分之间应满足的关系。进一步得到一氧化碳的含量进一步得到一氧化碳的含量 605.021222OROROCO 的
27、数值与燃料的可燃质有关，与燃料中的水分、的数值与燃料的可燃质有关，与燃料中的水分、灰分无关，燃料一定，灰分无关，燃料一定，值便可算出，而且是一定值便可算出，而且是一定值。值。所以，所以，值称为燃料特性系数。值称为燃料特性系数。若忽略燃料中含量较少的硫和氮，则有若忽略燃料中含量较少的硫和氮，则有 arararCOH835.2 分子表示尚未与氧化合的“自由氢”，分母为碳含量。分子表示尚未与氧化合的“自由氢”，分母为碳含量。“自由氢”越多，系数“自由氢”越多，系数越大。若燃烧完全，即无一越大。若燃烧完全，即无一氧化碳产生，则氧化碳产生，则 22)1(21ROO 12122ORO%因此，当烟气中剩余氧
28、为零因此，当烟气中剩余氧为零(即即=1)=1)时，烟气时，烟气中中RORO2 2值达到最大，即值达到最大，即121max2RO%用二氧化碳仪对锅炉运行状况进行监督时，正常的二氧化碳值可用二氧化碳仪对锅炉运行状况进行监督时，正常的二氧化碳值可参照值参照值max2RO来确定。但实际烟气中或多或少都有一氧化碳的存来确定。但实际烟气中或多或少都有一氧化碳的存在，所以三原子气体含量都比在，所以三原子气体含量都比max2RO小一些。小一些。max2RO与与一样，一样，基本上只与燃料的可燃物含量有关。测定基本上只与燃料的可燃物含量有关。测定 R02(或或 C02)的目的与直的目的与直接测定氧含量的目的一样，
29、都是为了调整供给锅炉的空气量，控接测定氧含量的目的一样，都是为了调整供给锅炉的空气量，控制好过量空气系数，减小锅炉的各项热损失。制好过量空气系数，减小锅炉的各项热损失。锅炉运行时的过量空气系数锅炉运行时的过量空气系数可根据烟气分析可根据烟气分析的结果予以确定。的结果予以确定。kkkkVVVVVVV110 由于燃料中的氮含量很少，燃烧后燃料释放出由于燃料中的氮含量很少，燃烧后燃料释放出来的氮的容积远小于烟气中氮的容积，即来的氮的容积远小于烟气中氮的容积，即 21008.0NarVN 忽略燃料中的氮忽略燃料中的氮arN时，进入炉内的实际空气量可作如下简化：时，进入炉内的实际空气量可作如下简化：79
30、.079.01008.022NarNkVNVV m3/kg 烟烟气气中中氮氮的的容容积积为为 gyNVNV10022 所以 gygykVNVNV7979.010022 m3/kg 同样 gygyOVOVOVV2121.010021.0222 m3/kg 于是 22222279212121791179211111NONOVNVOVVgygyk 完全燃烧时，干烟气的组分为完全燃烧时，干烟气的组分为R02+O2十十N2=100，即即N2=100(R02+O)，于是，上式成为于是，上式成为 222100792121OROO 当通过烟气分析测出当通过烟气分析测出RO2和和O2之后，便可之后，便可由上式求
31、得过量空气系数。由上式求得过量空气系数。由前，有 22)1(21ROO 22221ROORO 代入上式得 2222100797921)21(100)1(21792121RORORORO 将上式的分子、分母同时除以将上式的分子、分母同时除以221RO，并以并以121max2RO代入，则有代入，则有 max2222279792117979211007979RORORORORO 若忽略若忽略值，值，则则 2max2RORO 或者 2222121121121ORORO 不完全燃烧时，烟气中的氧既来自过量空不完全燃烧时，烟气中的氧既来自过量空气，也来自理论空气中由于碳不完全燃烧气，也来自理论空气中由于碳
32、不完全燃烧而未消耗的氧。若不完全燃烧产生中仅考而未消耗的氧。若不完全燃烧产生中仅考虑虑CO时，未消耗的氧的体积份额为时，未消耗的氧的体积份额为0.5CO，即过量空气中的氧应为烟气分析测定的氧即过量空气中的氧应为烟气分析测定的氧减去减去0.5CO。因此因此 gyVCOOV215.02 m3/kg 此时，干烟气中氮的容积份额为此时，干烟气中氮的容积份额为)(100222COORON%最最后后得得 COOROCOO2221005.0792121 上式即为不完全燃烧时过量空气系数。上式即为不完全燃烧时过量空气系数。4 43 3 燃烧温度和烟气焓燃烧温度和烟气焓燃料和空气送入炉内进行燃烧，它们带入燃料和
33、空气送入炉内进行燃烧，它们带入的热量包括两部分：的热量包括两部分：其一是由燃料和空气带入的物理显热其一是由燃料和空气带入的物理显热(燃燃料和空气的热焓料和空气的热焓)；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)。如果燃烧过程在绝热条件下进行，上述如果燃烧过程在绝热条件下进行，上述两种热量全部用于加热烟气本身，则烟气两种热量全部用于加热烟气本身，则烟气所能达到的温度称为热量计温度。所能达到的温度称为热量计温度。标准状态下，燃料燃烧前后的热平衡方程式为标准状态下，燃料燃烧前后的热平衡方程式为 yagarvnetIQQQ,(3161)式中式中 arvnetQ,收到基低位热值，收到基低位
34、热值，kJkJkgkg 或或 kJkJm m3 3；gQ燃料的物理显热，燃料的物理显热，kJkJkgkg 或或 kJkJm m3 3；aQ由空气带入的物理显热，由空气带入的物理显热，kJkJkgkg 或或 kJkJm m3 3；yI燃烧后所产生的烟气的焓，燃烧后所产生的烟气的焓，kJkg 或或 kJm3。如果在热平衡方程式中扣除化学不完如果在热平衡方程式中扣除化学不完全燃烧全燃烧(包括包括CO2和和H2O的分解吸热的分解吸热)而损失的热量和机械不完全燃烧而损而损失的热量和机械不完全燃烧而损失的热量后（即燃烧为实际状态），失的热量后（即燃烧为实际状态），全部热量用来加热烟气后所获得的烟全部热量用
35、来加热烟气后所获得的烟气温度称为气温度称为理论燃烧温度理论燃烧温度或绝热火焰温度。或绝热火焰温度。理论燃烧温度的高低与燃料的热值、燃烧产物的理论燃烧温度的高低与燃料的热值、燃烧产物的热容量、燃烧产物的数量、燃料与空气的温度和热容量、燃烧产物的数量、燃料与空气的温度和过量空气系数等因素有关。过量空气系数等因素有关。一般说来，理论燃烧温度随燃料的热值的增大而一般说来，理论燃烧温度随燃料的热值的增大而增大。增大。当燃料中含有较多的重烃时，由于热值增高，理当燃料中含有较多的重烃时，由于热值增高，理论燃烧温度也增高。论燃烧温度也增高。但是，有时热值较低的燃料的理论燃烧温度可能但是，有时热值较低的燃料的理
36、论燃烧温度可能高于热值较高的燃料的理论燃烧温度。这主要是高于热值较高的燃料的理论燃烧温度。这主要是燃烧产物的数量和比热等因素起了主要作用。燃烧产物的数量和比热等因素起了主要作用。若过量空气系数太小，由于燃烧不完全，不完若过量空气系数太小，由于燃烧不完全，不完全燃烧热损失增大，使得理论燃烧温度降低。全燃烧热损失增大，使得理论燃烧温度降低。若过量空气系数太大，则增加了燃烧产物的数若过量空气系数太大，则增加了燃烧产物的数量，使燃烧温度也降低。量，使燃烧温度也降低。因此，为了提高燃烧温度，应在保证完全燃烧因此，为了提高燃烧温度，应在保证完全燃烧的前提下尽量降低过量空气系数的数值。的前提下尽量降低过量空
37、气系数的数值。预热空气和燃料均可提高理论燃烧温度。由于预热空气和燃料均可提高理论燃烧温度。由于燃烧时空气量比燃料量大，预热空气对提高理燃烧时空气量比燃料量大，预热空气对提高理论燃烧温度的影响更为明显。论燃烧温度的影响更为明显。由于吸热和散热，炉膛内的实际燃烧温度比理由于吸热和散热，炉膛内的实际燃烧温度比理论燃烧温度要低得多。论燃烧温度要低得多。二、烟气焓值的确定二、烟气焓值的确定在锅炉的热力计算或热工试验时，常常需在锅炉的热力计算或热工试验时，常常需要根据烟气的温度求得烟气的焓或者由烟要根据烟气的温度求得烟气的焓或者由烟气的焓求得烟气的温度。气的焓求得烟气的温度。烟气焓的计算是以烟气焓的计算是
38、以1kg固体及液体燃料或固体及液体燃料或标准状态下标准状态下1m3气体燃料为基础进行计算气体燃料为基础进行计算的，并且以的，并且以0作为起算点。作为起算点。烟气焓值等于理论烟气焓、过量空气焓和飞灰烟气焓值等于理论烟气焓、过量空气焓和飞灰焓之和。焓之和。0kI为理论空气焓，其值为为理论空气焓，其值为 kkktCVI00（3-173）式中式中 kC空气的平均体积定压热容，空气的平均体积定压热容，kJm3 k；kt空气温度，。空气温度，。烟气中飞灰的焓为：烟气中飞灰的焓为：hfharfhCaAI100 式中式中 hC飞灰的平均体积定压热容，飞灰的平均体积定压热容，kJm3k；fharaA1001kg
39、 燃料中的飞灰质量，燃料中的飞灰质量，kg/kg。一般来说，只有当一般来说，只有当 43.11000,arvnetfharQaA时，飞灰焓才需计入烟气焓中，否则可略去不计。时，飞灰焓才需计入烟气焓中，否则可略去不计。各种成分的平均定压比热见表各种成分的平均定压比热见表4-8.4 44 4锅炉的热平衡锅炉的热平衡一、锅炉热效率一、锅炉热效率1.1.锅炉热平衡锅炉热平衡 在稳定运行状态下，锅炉输入热量与输出热量在稳定运行状态下，锅炉输入热量与输出热量及各项热损失之间的热量平衡。及各项热损失之间的热量平衡。热平衡是以热平衡是以1 1kgkg固体或液体燃料，或固体或液体燃料，或00、0.1 0.1 M
40、PaMPa 的的1 1m m3 3气体燃料为基础进行计算的。气体燃料为基础进行计算的。通过热平衡可知锅炉的有效利用热量、各项热通过热平衡可知锅炉的有效利用热量、各项热损失，从而计算锅炉效率和燃料消耗量。损失，从而计算锅炉效率和燃料消耗量。一般的热平衡方程式为一般的热平衡方程式为 654321QQQQQQQr,kJ/kg 式式中中 rQ 锅锅炉炉输输入入热热量量；1Q 锅锅炉炉有有效效利利用用的的热热量量；2Q 排排烟烟热热损损失失；3Q 可燃气体不完全燃烧热损失；可燃气体不完全燃烧热损失；4Q 固体不完全燃烧热损失；固体不完全燃烧热损失；5Q 锅炉散热损失；锅炉散热损失；6Q 其他热损失。其他
41、热损失。用方程右侧各项热量占输入热量的比值百分数用方程右侧各项热量占输入热量的比值百分数来表示，则为来表示，则为%100654321qqqqqq 锅炉输入热量是由锅炉范围以外输入的热量，锅炉输入热量是由锅炉范围以外输入的热量，不包括锅炉范围内循环的热量。不包括锅炉范围内循环的热量。zqwrrnetarrQQiQQ,式中 netarQ,燃料的收到基低位发热量，kJ/kg；ri 燃料物理显热，kJ/kg；wrQ 外来热源加热空气时带入的热量，kJ/kg zqQ 雾化燃油所用蒸汽带入的热量，kJ/kg。各项热量的计算公式为：各项热量的计算公式为：（1）rarprtci,式中 arpc,燃料的收到基比
42、定压热容，kJ/（kg ）；rt 燃料温度，；（2）010kkwrIIQ,kJ/kg 进入锅炉机组（空气预热器）的空气量与理论空气量之比，进入锅炉机组（空气预热器）的空气量与理论空气量之比，即空气预热器前的过量空气系数；即空气预热器前的过量空气系数；0kI 锅炉（空气预热器）的空气量与理论空气量计算的空气焓，锅炉（空气预热器）的空气量与理论空气量计算的空气焓，kJ/kg；01kI 按理论按理论空气量计算基准温度下的空气焓，空气量计算基准温度下的空气焓，kJ/kg。基准温度可取为冷空气温度基准温度可取为冷空气温度 30。3）2500zqzqzqiGQ,kJ/kg 式中式中 zqG 每公斤燃油雾化
43、所用的蒸汽量，每公斤燃油雾化所用的蒸汽量，kg/kg；zqi 雾化蒸汽焓，雾化蒸汽焓，kJ/kg 2500排烟中蒸排烟中蒸 汽焓的近似值，汽焓的近似值，kJ/kg 2.2.锅炉有效利用热锅炉有效利用热 锅炉有效利用热指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。锅炉有效利用热指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。而空气在空气预热器吸热后又回到炉膛，这部分热量属锅而空气在空气预热器吸热后又回到炉膛，这部分热量属锅炉内部热量循环，不应计入。锅炉有效利用热炉内部热量循环，不应计入。锅炉有效利用热 1Q为为 11zrzrzrgsgrgriiDiiDBQ gspwgszyzyiiDiiD grD、zyD、pwD、z
44、rD 过热蒸汽量、自用蒸汽量、排污量和再热蒸汽量，kg/s gri、zyi、i、gsi 过热蒸汽焓、自用蒸汽焓、饱和水焓和给水焓，kJ/kg zri、zri 再热器出口和进口蒸汽焓，kJ/kg 符符号号表表示示具具有有一一次次以以上上再再热热时时，应应将将各各次次再再热热器器的的吸吸热热量量叠叠加加。对对于于有有分分离离器器的的直直流流锅锅炉炉，锅锅炉炉排排污污量量为为分分离离器器的的排排污污量量。当当排排污污量量小小于于蒸蒸发发量量的的 2%时时，排排污污水水的的热热耗耗可可以以忽忽略略不不计计。二、各项热损失二、各项热损失1.固体不完全燃烧热损失固体不完全燃烧热损失4q 对于火床炉 lml
45、mlmlzlzlzCCaCCaq1001004 rarfhfhfhyhyhyhQACCaCCa32700100100,%1fhyhlmlzaaaa 对于流化床锅炉 lhlhlhylylylCCaCCaq1001004 rarfhfhfhyhyhyhQACCaCCa32700100100,%1fhyhlhylaaaa 对于煤粉炉 rarfhfhfhyhyhyhlhlhlhQACCaCCaCCaq327001001001004,%1fhyhlhaaa 影响影响4q的主要因素有：燃料的性的主要因素有：燃料的性质、燃烧方式、炉膛型式和质、燃烧方式、炉膛型式和结构、燃烧器设计和布置、炉膛温度、锅炉负荷、
46、运行水平、结构、燃烧器设计和布置、炉膛温度、锅炉负荷、运行水平、燃料在炉内的停留时间和与空气的混合情况等。燃料在炉内的停留时间和与空气的混合情况等。2.可燃气体不完全燃烧热损失可燃气体不完全燃烧热损失3q CO、H2、CH4等可燃气体未燃烧放热就随烟气离等可燃气体未燃烧放热就随烟气离开锅炉而造成的热损失，也称化学不完全燃烧损开锅炉而造成的热损失，也称化学不完全燃烧损失。锅炉运行中可用下式计算。失。锅炉运行中可用下式计算。,%1001001006685.201236375.0442423qCHCOROCHHCOQSCqrarar(4-79)正正常常燃燃烧烧时时3q值值很很小小。在在进进行行锅锅炉
47、炉设设计计时时，3q值值可可按按燃燃料料种种类类和和燃燃烧烧方方式式选选取取：煤煤粉粉炉炉03q，燃燃油油和和燃燃气气炉炉%5.03q，火火床床炉炉)%0.15.0(3q。影影响响3q的的主主要要因因素素有有：燃燃料料的的挥挥发发分分、炉炉膛膛过过理理空空气气系系数数、燃燃烧烧器器结结构构和和布布置置、炉炉膛膛温温度度和和炉炉内内空空气气动动力力工工况况等等。3.排烟热损失排烟热损失排烟物理显热造成的热损失，等于排烟焓与入排烟物理显热造成的热损失，等于排烟焓与入炉空气焓之差。炉空气焓之差。rlkpypyQqIaIq402100,%(4-80)式中式中 pyI 排烟焓，排烟焓，kJ/kg 0lk
48、I 进入锅炉的冷空气焓，按冷空气温度进入锅炉的冷空气焓，按冷空气温度30lkt计算，计算，kJ/kg pya 排烟处的过量空气系数，排烟处的过量空气系数，1py。2q损失是锅炉热损失中最主要的一项，对大中型锅炉，损失是锅炉热损失中最主要的一项，对大中型锅炉，约为（约为（48）%影响影响2q的主要因素为排烟温度和烟气容的主要因素为排烟温度和烟气容积。通常积。通常py升高升高(1020)可使可使2q约增加约增加 1%。故要经。故要经常吹灰和减少漏风。常吹灰和减少漏风。4.散热损失散热损失5q 或或 下下 式式 求求 额额 定定 蒸蒸 发发 量量 时时 的的 散散 热热 损损 失失edq.5：38.
49、0.582.5ededDq (4-81)影响散热损失的主要因素有：锅炉影响散热损失的主要因素有：锅炉外表面积的大小、外表面温度、炉外表面积的大小、外表面温度、炉墙结构、保温隔热性能及环境温度墙结构、保温隔热性能及环境温度等。等。5.其他热损其他热损失失6q 锅炉的其他热损锅炉的其他热损失失6q主要是灰渣物理显热损失主要是灰渣物理显热损失hzq6，另另外外，在大容量锅炉中，由于某些部件（如尾部受热，在大容量锅炉中，由于某些部件（如尾部受热面的支撑梁等）要用水或空气冷却，而水或空气所吸面的支撑梁等）要用水或空气冷却，而水或空气所吸收的热量又不能送回锅炉系统中应用时，就造成冷却收的热量又不能送回锅炉
50、系统中应用时，就造成冷却热损失热损失lqq6。故故lqhzqqq666。对固态排渣煤粉炉，只有当燃料中灰分满足对固态排渣煤粉炉，只有当燃料中灰分满足418,netararQA时才需计算时才需计算hzq6。灰渣物理显热损失灰渣物理显热损失hzq6用下式计算：用下式计算：rhhzarhzQCaAq6，式中，式中，hza 排排灰渣量占入炉燃料总灰分的质量份灰渣量占入炉燃料总灰分的质量份额。额。当各部分灰渣温度不等时，应分别计算，然后相加。当各部分灰渣温度不等时，应分别计算，然后相加。灰灰渣渣温温度度：对对固固态态排排渣渣炉炉和和火火床床炉炉，取取hz=600?；液液态态排排渣渣炉炉hz=3t+100
