【文章內容簡介】 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 氣體燃料為基礎進行計算的。通過熱平 衡可知鍋爐的有效利用熱量、各項熱損失，從而計算鍋爐效率和燃料消耗量，以檢查鍋爐的設計質量和運行水平，并分析產生熱損失的主要原因，及時調整、改進，提高效率。 (1)熱平衡方程式 從能量守恒的角度考慮，對整個鍋爐機組而言，輸入鍋爐的熱量應等于輸出鍋爐的熱量，寫成數(shù)學表達式如下： 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 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，不包括鍋爐范圍內循環(huán)的熱量，它由以下各項組成： 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，且 whQ 、 wrQ 為零，則 qarr ? （ 320） 當燃料為煤時，其物理熱 fuei ： kgkJtci cocofue /,? 式中： coc 煤的比熱容， kJ/(kg℃ )； cot 煤的溫度，℃ 。 如果煤未經預熱，只有當煤的水分符合下列條件時才需要考慮煤的物理熱，這時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各受熱面時吸收的熱量?？諝庠诳諝忸A熱器吸熱后又回到爐膛，這部分熱量屬于鍋爐內部熱量，不應計入。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 是指工質的總焓和給水焓之差： 對于過熱鍋爐： ? ? ? ? ? ?? ? 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 當鍋爐排污量小于 鍋爐蒸發(fā)量的 2%時，排污的熱量可以略去不計。 鍋爐的出力為扣除自用蒸汽量的蒸發(fā)量。在計算鍋爐效率時，輸出熱量中仍包括自用蒸汽熱量，而在計算鍋爐凈效率時應給予扣除。 (5)各項熱損失及鍋爐效率 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 相應于排煙過量空氣系數(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℃。 經過計算的處 pyq =%。 在設計鍋爐的同時我們也應當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引起空氣預熱器金屬耗量和煙氣流動阻力的增大，同時可能照成尾部受熱面 的低溫腐蝕，因此合理的排煙溫度，應通過技術經濟比較才能確定。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量空氣系數(shù)和各處的漏風吸收，而爐膛出口的過量空氣系數(shù)最佳值和推薦值的限制，不能過于降低，因此盡量減少漏風，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，這些碳殘留在灰渣中，所以固體不完全燃燒也稱為機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、燃燒方式、爐 膛型式和結構、爐膛溫度、爐膛負荷、運行水平、燃料在爐膛內的停留時間和與空氣的混合情況等。顯然然來哦的揮發(fā)分越多，煤粉越細，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并能連續(xù)或定期經常排除的灰。 在進行鍋爐設計計算時， gtq 可按表 35選取，如果對各項灰的份額和可燃物含量有可靠數(shù)據， gtq 也可按照上列式子計算。由于煙氣中各項飛灰量在運行時很難測準，則我們做設計可根據該課題的要求進行選取， gtq =11%。 表 35 固體不完全燃燒損失 熱力特性 層燃爐 鏈條爐排 往復爐排爐 拋煤機機械爐排 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氣體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、爐膛過量空氣系數(shù)、爐膛溫度和爐內空氣動力工況等。一般揮發(fā)份越多的燃料氣體不完全燃燒損失相對較大，這時更應注意爐內燃燒工況，應使可燃氣體及時獲得 充分的氧氣，減少不完全燃燒損失。同時爐內的溫度也不能過低，否則將影響 CO的燃盡。在正常燃燒的時候氣體不完全燃燒熱損失 qtq 的值很小，所以在進行鍋爐設計時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 往復爐排爐 拋煤機機械爐排 爐 固體不完全燃燒損失 褐煤 煙煤 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 貧煤 無煙煤 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、煙風管道的溫度高于環(huán)境溫度而散失的熱量。 對于小于或等于 2t/h（ ）的快裝、組裝鍋爐，按照下列式子計算： ,%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 鍋爐過熱量 MW ≤ 14 29 36 q5 當鍋爐的實際蒸發(fā)量或實際供熱量與額定蒸發(fā)量或額定供熱量相差大于 25%時，5q 按下列式子換算： ,%, DDqq ratratsrsr ? （ 326） ,%, qq ratratsrsr ? （ 327） 式中： ratsrq, 額定蒸發(fā) 量或額定供熱量時的散熱損失， %；按表 ratD 額定蒸發(fā)量， kg/h； D 實際蒸發(fā)量， kg/h； ratQ 額定供熱量 ,MW； Q 實際供熱量 ,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、爐墻結構、保溫隔熱性能及環(huán)境溫度等。 本課題所設計鍋爐是蒸汽鍋爐，且 鍋爐蒸汽量 D=10 ht/ ，則由表 35 選取?srq 。 進行鍋爐熱力計算時，需要涉及各段受熱面所在煙道的散熱損失。當煙氣里流過某個受熱面時所放出的熱量，其中絕大部分被受熱面中的工質吸收，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。 上面式子適用于無空氣預熱器時的情況，如果有空氣預熱器可近似取用。由公式（ 328）計算得 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)中應用時，就造成了冷卻熱損失。由于冷卻熱損失在鍋爐設計時可以不與考慮，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 。 經計算取灰渣熱焓 ? ? kgkJc ash /?? ,則計算 ?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） 上述計算熱效率的方法稱為正平衡法。在鍋爐設計或熱效率試驗事常使用反平衡法，即求出各項熱損失后，用下式求得鍋爐效率： ) , %(100 hzsrqtgtpy qqqqq ??????? （ 332） 則計算得 %?? 。 鍋爐熱平衡及燃料消耗量計算 (1)鍋爐單位時間的實際燃料消耗量 B用下列式子計算： skgB inel /,100?? （ 333） 式中： Qel:工質（水，蒸汽）的總有效利用熱， kJ/s。 由已知條件可得： B=。 (2)計算燃料料消耗量 扣除 gtq 造成的影響，實際參加燃燒的 燃料量為： skgqBB gtj /),1001( ?? （ 334） jB 稱為計算燃料消耗量，在鍋爐熱力計算中均以 jB 進行計算。 由公式 （ 334）可得 skgB j /? 。 爐膛幾何特性及熱力計算 鍋爐爐膛既是一個燃燒室，又是一個換熱設備，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計和布置， 對鍋爐的 設計和改造而言，都是最重要的問題之一。它直接關系到能否達到鍋爐設計和改造所要求的熱工參數(shù)，也關系到 22 鍋爐運行的安全性