【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 效率和燃料消耗量。熱平衡以 1kg固體或液體燃料，或 0C0 、 1MP的 1 3m 氣體燃料為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算的。通過(guò)熱平 衡可知鍋爐的有效利用熱量、各項(xiàng)熱損失，從而計(jì)算鍋爐效率和燃料消耗量，以檢查鍋爐的設(shè)計(jì)質(zhì)量和運(yùn)行水平，并分析產(chǎn)生熱損失的主要原因，及時(shí)調(diào)整、改進(jìn)，提高效率。 (1)熱平衡方程式 從能量守恒的角度考慮，對(duì)整個(gè)鍋爐機(jī)組而言，輸入鍋爐的熱量應(yīng)等于輸出鍋爐的熱量，寫成數(shù)學(xué)表達(dá)式如下： hzsrgtqtpyelr Q ?????? （ 318） 式中： rQ ：鍋爐輸入熱量， kgkJ/ elQ ：鍋爐有效利用的熱量， kgkJ/ 13 pyQ ：排煙熱損失， kgkJ/ qtQ ：氣體不完全燃燒損失， kgkJ/ gtQ ：固體不完全燃燒熱損失， kgkJ/ hzQ ：灰渣物理熱損失， kgkJ/ 各項(xiàng) 熱量可用它占輸入熱量的百分率表示，例如： %100?? inelel q 熱平衡方程則可表示為： %1 0 0?????? hzsrgtqtpyel qqqqqq 式中： elq 鍋爐輸出熱百分率， %； pyq 排煙熱損失， %； qtq 氣體不完全燃燒熱損失， %； gtq 固體不完全燃燒熱損失， %； syq 散熱損失， %； hzq 灰渣物理熱損失， %。 (2)輸入鍋爐熱量 鍋爐輸入熱量 rQ 是由鍋爐范圍以外輸入的熱量，不包括鍋爐范圍內(nèi)循環(huán)的熱量，它由以下各項(xiàng)組成： kgkJi whwrrqarr /,???? （ 319） 式中： 14 qarQ ：燃料的收到基低位發(fā)熱量， kgkJ/ ri ：燃料的物理顯然， kgkJ/ wrQ ：外熱源加熱空氣時(shí)帶入的熱量， kgkJ/ whQ ：霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量， kgkJ/ 如式（ 3— 19）中 ri 忽略不計(jì)，且 whQ 、 wrQ 為零，則 qarr ? （ 320） 當(dāng)燃料為煤時(shí)，其物理熱 fuei ： kgkJtci cocofue /,? 式中： coc 煤的比熱容， kJ/(kg℃ )； cot 煤的溫度，℃ 。 如果煤未經(jīng)預(yù)熱，只有當(dāng)煤的水分符合下列條件時(shí)才需要考慮煤的物理熱，這時(shí)煤的溫度一般可取為 20℃。 ,%628,arar QM ? （ 321） (3)鍋爐有效利用熱 elQ 鍋爐有效利用熱指水和蒸汽流經(jīng)各受熱面時(shí)吸收的熱量?？諝庠诳諝忸A(yù)熱器吸熱后又回到爐膛，這部分熱量屬于鍋爐內(nèi)部熱量，不應(yīng)計(jì)入。鍋爐有效利用熱 elQ 為： skJhhDhhDhhDhhDQgspwgszrzrzrzrzrgsgrgrel /) } ,()( )()({39。39。39。39。???????? （ 322） 15 式子中： grD 、 zrD 、 zyD 、 pwD ：過(guò)熱蒸汽量、再熱蒸汽量、自用蒸汽量和排污量 ， skJ/ ； grh 、 39。zrh 、 39。zrh 、 39。h 、 gsh 、 zrh ：過(guò)熱蒸汽出口焓、再熱蒸汽出口焓、入口焓、汽包壓力下飽和水焓、給水焓和自用蒸汽焓， kgkJ/ (4)鍋爐輸出熱量 inQ 鍋爐輸出熱量 inQ 是指工質(zhì)的總焓和給水焓之差： 對(duì)于過(guò)熱鍋爐： ? ? ? ? ? ?? ? kgkJiiDiiDiiDBQ fwswbwfwasasfwsahin /,1 , ?????? （ 323） 式中： B：燃料耗量， kg/h D：鍋爐蒸發(fā)量， kg/h asD ：鍋爐自用蒸發(fā)量， kg/h bwD ：鍋爐排污量， kg/h sahi, ：過(guò)熱蒸汽焓， kJ/kg asi ：自用蒸汽焓， kJ/kg swi ：飽和水焓， kJ/kg fwi ：給水焓， kJ/kg 當(dāng)鍋爐排污量小于 鍋爐蒸發(fā)量的 2%時(shí)，排污的熱量可以略去不計(jì)。 鍋爐的出力為扣除自用蒸汽量的蒸發(fā)量。在計(jì)算鍋爐效率時(shí)，輸出熱量中仍包括自用蒸汽熱量，而在計(jì)算鍋爐凈效率時(shí)應(yīng)給予扣除。 (5)各項(xiàng)熱損失及鍋爐效率 ① 排煙熱損失 16 排煙熱損失 pyq 是鍋爐排出煙氣造成的物理熱損失占輸入熱量的百分率，按鍋爐出口的煙氣焓和冷空氣焓之差確定。 ? ?? ? ,%100,1inelo acxcxpy Q qIIq ??? ? 式中： cxI 相應(yīng)于排煙過(guò)量空氣系數(shù) ex? 和排煙溫度 ex? 條件下的煙氣焓，kJ/kg ； ex? 排煙出口處煙氣的過(guò)量空氣系數(shù)； oaI,1 理論冷空氣焓， kJ/kg；一般情況下，可去冷空氣溫度為 20℃。 經(jīng)過(guò)計(jì)算的處 pyq =%。 在設(shè)計(jì)鍋爐的同時(shí)我們也應(yīng)當(dāng)了解影響排煙損失的主要因素有：排煙溫度和煙氣容積。排煙唯獨(dú)越高則排煙損失越大，一般排煙溫度升高 1020176。但是排煙溫度的降低會(huì)引起空氣預(yù)熱器金屬耗量和煙氣流動(dòng)阻力的增大，同時(shí)可能照成尾部受熱面 的低溫腐蝕，因此合理的排煙溫度，應(yīng)通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較才能確定。煙氣容積增大，排煙損失越大。而影響煙氣容積的主要因素主要為爐膛過(guò)量空氣系數(shù)和各處的漏風(fēng)吸收，而爐膛出口的過(guò)量空氣系數(shù)最佳值和推薦值的限制，不能過(guò)于降低，因此盡量減少漏風(fēng)，以降低排煙熱損失。 ② 固體不完全燃燒熱損失 固體不完全燃燒熱損失 gtq 是指燃料中未燃燒或未燃盡碳造成的熱損失，這些碳?xì)埩粼诨以?，所以固體不完全燃燒也稱為機(jī)械未完全燃燒熱損失，影響固體不完全燃燒熱損失的主要因素主要有：燃料的性質(zhì)、燃燒方式、爐 膛型式和結(jié)構(gòu)、爐膛溫度、爐膛負(fù)荷、運(yùn)行水平、燃料在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間和與空氣的混合情況等。顯然然來(lái)哦的揮發(fā)分越多，煤粉越細(xì)，燃燒和燃盡越容易，固體不完全燃燒熱損失越小。固體不完全燃燒熱損失可按下列式子計(jì)算。 ,%100100100100?????????????????inarfafafedadadariririslslslgtQACCaCCaCCaCCaq （ 324） 17 其中： 1???? fedarisl aaaa 煙道灰是指從鍋爐煙道中分離出來(lái)并能連續(xù)或定期經(jīng)常排除的灰。 在進(jìn)行鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)， gtq 可按表 35選取，如果對(duì)各項(xiàng)灰的份額和可燃物含量有可靠數(shù)據(jù)， gtq 也可按照上列式子計(jì)算。由于煙氣中各項(xiàng)飛灰量在運(yùn)行時(shí)很難測(cè)準(zhǔn)，則我們做設(shè)計(jì)可根據(jù)該課題的要求進(jìn)行選取， gtq =11%。 表 35 固體不完全燃燒損失 熱力特性 層燃爐 鏈條爐排 往復(fù)爐排爐 拋煤機(jī)機(jī)械爐排 爐 固體不完全燃燒損失 褐煤 812 710 812 煙煤 Ⅰ 1015 912 Ⅱ 710 Ⅲ 貧煤 812 無(wú)煙煤 Ⅰ 1015 912 1015 Ⅱ Ⅲ ③氣體不完全燃燒熱損失 氣體不完全燃燒熱損失 qtq 是指煙氣中殘留的可燃?xì)怏w成分因未放出其燃燒熱，而造成的熱量損失占輸入熱量的百分率，也稱化學(xué)部完全燃燒損失。影響氣體不完全燃燒的主要因素有：燃料的揮發(fā)份、爐膛過(guò)量空氣系數(shù)、爐膛溫度和爐內(nèi)空氣動(dòng)力工況等。一般揮發(fā)份越多的燃料氣體不完全燃燒損失相對(duì)較大，這時(shí)更應(yīng)注意爐內(nèi)燃燒工況，應(yīng)使可燃?xì)怏w及時(shí)獲得 充分的氧氣，減少不完全燃燒損失。同時(shí)爐內(nèi)的溫度也不能過(guò)低，否則將影響 CO的燃盡。在正常燃燒的時(shí)候氣體不完全燃燒熱損失 qtq 的值很小，所以在進(jìn)行鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)可按燃料的種類和燃燒方式選取，在表 36選取。則選取 qtq =%。 18 表 36 固體不完全燃燒損失 熱力特性 層燃爐 鏈條爐排 往復(fù)爐排爐 拋煤機(jī)機(jī)械爐排 爐 固體不完全燃燒損失 褐煤 煙煤 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 貧煤 無(wú)煙煤 Ⅰ Ⅱ Ⅲ ④散熱損失 散熱損失 srq 是由于鍋爐爐墻、汽包、聯(lián)箱、汽水管道、煙風(fēng)管道的溫度高于環(huán)境溫度而散失的熱量。 對(duì)于小于或等于 2t/h（ ）的快裝、組裝鍋爐，按照下列式子計(jì)算： ,%1650injsr QB Fq ? （ 325） 式中： jB 鍋爐燃料消耗量， kg/h。 F鍋爐散熱面積， m2。 鍋爐容量在 2t/h（ ）以上， srq 可按下列表格選取。 表 37 蒸汽鍋爐散熱損失 額定蒸發(fā)量 D t/h 4 6 10 15 20 35 65 沒(méi)有尾部受熱面 有尾部受熱面 19 表 38 熱水鍋 爐散熱損失 鍋爐過(guò)熱量 MW ≤ 14 29 36 q5 當(dāng)鍋爐的實(shí)際蒸發(fā)量或?qū)嶋H供熱量與額定蒸發(fā)量或額定供熱量相差大于 25%時(shí)，5q 按下列式子換算： ,%, DDqq ratratsrsr ? （ 326） ,%, qq ratratsrsr ? （ 327） 式中： ratsrq, 額定蒸發(fā) 量或額定供熱量時(shí)的散熱損失， %；按表 ratD 額定蒸發(fā)量， kg/h； D 實(shí)際蒸發(fā)量， kg/h； ratQ 額定供熱量 ,MW； Q 實(shí)際供熱量 ,MW。 影響散熱損失的主要因素有：鍋爐外表面積的大小、外表面溫度、爐墻結(jié)構(gòu)、保溫隔熱性能及環(huán)境溫度等。 本課題所設(shè)計(jì)鍋爐是蒸汽鍋爐，且 鍋爐蒸汽量 D=10 ht/ ，則由表 35 選取?srq 。 進(jìn)行鍋爐熱力計(jì)算時(shí)，需要涉及各段受熱面所在煙道的散熱損失。當(dāng)煙氣里流過(guò)某個(gè)受熱面時(shí)所放出的熱量，其中絕大部分被受熱面中的工質(zhì)吸收，很少一部分熱量則是以散熱方式損失掉了。通常煙氣放出的熱量被受熱面吸收的程度用保熱系數(shù) brC 來(lái)考慮。即： 20 srsrbr qqC ??? ?1 （ 328） 式中： ? 鍋爐熱效率， %。 上式可改寫成： srsrbr qqC ??? ?1 （ 329） )1( brC? 稱為散熱系數(shù)，它表示受熱面所在煙道的散熱程度。 上面式子適用于無(wú)空氣預(yù)熱器時(shí)的情況，如果有空氣預(yù)熱器可近似取用。由公式（ 328）計(jì)算得 Cbr=。 ⑤灰渣物理熱損失 在大容量鍋爐中，由于某些部件（如尾部受熱 面的支撐梁等）需要用水和空氣冷卻，而水和空氣吸收的熱量又不能送回鍋爐系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，就造成了冷卻熱損失。由于冷卻熱損失在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)可以不與考慮，所以暫不做處理。則灰渣物理熱損失hzq 是爐渣或溢流灰排出鍋爐時(shí)帶走的熱量占輸入熱量的百分率。 ? ? ,%inarslashhz Q Aacq ?? （ 330） 式中： ? ?ashc? 1kg灰的焓， kJ/kg；層燃爐的爐渣溫度一般可取 600℃； sla 灰渣含灰量占入爐煤總量的百分比；鏈條爐排取 。 經(jīng)計(jì)算取灰渣熱焓 ? ? kgkJc ash /?? ,則計(jì)算 ?hzq ⑥鍋爐效率 鍋爐效率即為鍋爐的有效利用熱與鍋爐送入熱量之比，即 21 %100?? rel? （ 331） 上述計(jì)算熱效率的方法稱為正平衡法。在鍋爐設(shè)計(jì)或熱效率試驗(yàn)事常使用反平衡法，即求出各項(xiàng)熱損失后，用下式求得鍋爐效率： ) , %(100 hzsrqtgtpy qqqqq ??????? （ 332） 則計(jì)算得 %?? 。 鍋爐熱平衡及燃料消耗量計(jì)算 (1)鍋爐單位時(shí)間的實(shí)際燃料消耗量 B用下列式子計(jì)算： skgB inel /,100?? （ 333） 式中： Qel:工質(zhì)（水，蒸汽）的總有效利用熱， kJ/s。 由已知條件可得： B=。 (2)計(jì)算燃料料消耗量 扣除 gtq 造成的影響，實(shí)際參加燃燒的 燃料量為： skgqBB gtj /),1001( ?? （ 334） jB 稱為計(jì)算燃料消耗量，在鍋爐熱力計(jì)算中均以 jB 進(jìn)行計(jì)算。 由公式 （ 334）可得 skgB j /? 。 爐膛幾何特性及熱力計(jì)算 鍋爐爐膛既是一個(gè)燃燒室，又是一個(gè)換熱設(shè)備，布置在爐膛四周的受熱面所吸收的熱量通常占鍋爐總吸熱量的 50%左右，因此，爐內(nèi)輻射受熱面是非常重要的受熱面。工業(yè)鍋爐受熱面的合理設(shè)計(jì)和布置， 對(duì)鍋爐的 設(shè)計(jì)和改造而言，都是最重要的問(wèn)題之一。它直接關(guān)系到能否達(dá)到鍋爐設(shè)計(jì)和改造所要求的熱工參數(shù)，也關(guān)系到 22 鍋爐運(yùn)行的安全性