7.2.2 热平衡方程在线视频

接下来 我们来学习锅炉的

热平衡方程与锅炉热效率

并探讨 影响锅炉热效率的因素

这是一张 锅炉的能流图

Qin 是输入锅炉的总热量

即 输入的煤炭完全燃烧时释放的热量

Q1 是锅炉输出的热量

是锅炉输入热量中 传给水的有效热量

是我们需要产出的热量产品

其它部分的热量

都是通过各种环节（被）损失掉了的热量

它包括

排烟损失的热量 Q2

可燃气体不完全燃烧损失的热量 Q3

固体燃料不完全燃烧损失的热量 Q4

锅炉散热损失的热量 Q5

以及灰渣损失的热量 Q6

根据能量守恒

就可以列出 锅炉的热平衡方程

Qin= Q1+ Q2+……+ Q6

这个公式的左边半侧 是锅炉输入的热量

等式的右边 是有效热量和损失热量之和

其中 损失的热量包含了上述5类损失

以输入热量为分母

并用小qi 代表各个大Qi与Qin的比值

则可写成 q1+ q2+……+ q6=1 或者 ∑qi=1

其中 q1 就是锅炉的热效率

q2 q3 一直到 q6 是热损失率

在相关教材中 都给出了q2到q6的计算方法

通过对它们的计算分析

就可以直观地看出 各部分热损失的相对大小

接下来

我将对影响q2到q6五种热损失率的因素

逐个进行分析

q2 是排烟的热损失率

等于 排烟焓与入炉空气焓之差与Qin的百分比

是锅炉热损失最大的部分

大约占到 4~8%

影响q2大小主要有两个因素

第一是 排烟温度

排烟温度每升高10~20℃

热损失率增加1%

但锅炉出口的排烟温度 不宜低于烟气酸露点

否则 会造成尾部受热面的腐蚀

第二是 排烟容积

对于具有烟气再循环的系统

需要根据实际排烟量 确定其热损失

烟气酸露点

又称“烟气露点”

是一个十分重要的物理量

它涉及到 判断锅炉尾部受热面

是否会被腐蚀的问题

影响烟气露点的因素 主要包括

第一个是 烟气或者是燃料的成分

当烟气的成分不同时

其烟气中各种气体的占比不同

对于酸露点的影响较大

第二 锅炉的运行状态

主要包括 除尘器出口空气的过量系数

和SO2的转化系数

当给定燃料成分和过量空气系数

SO2的转换系数等参数时

便能计算出 锅炉的烟气（酸）露点

已有很多文献 对烟气（酸）露点的计算方法

进行了研究

这里给出了给定成分收到基的燃煤

在过量空气系数为1.4时的“烟气酸露点”大约为87℃

值得注意的是

烟气中 还有一个露点 是“水露点”

当烟气温度 降至其水露点以下时

烟气中的水蒸气 将凝结下来

这个冷凝潜热 可以被加以利用

这就是后面将介绍的

烟气深度余热回收的重要概念

q3 是可燃气体不完全燃烧的热损失率

该热量损失 主要是因为炉膛结构设计等问题

导致可燃气体还没有来得及完全燃烧放热

便随着烟气离开了锅炉

未完全燃烧的可燃气体主要包括

CO H2 CH4和其他可燃性气体

影响q3大小的主要因素有以下几类

第一是 燃烧的完全程度

燃烧充分时

q3很小

第二是 燃料的挥发分

挥发分增多

可燃气体含量增多

可能造成此部分热损失增大

第三是 炉膛的过量空气系数

空气过量系数过小

无法满足燃烧的需氧量

导致燃烧不完全

如果 过量空气系数过大

炉膛的温度下降

也将导致排烟损失增加

因此

过量空气系数 不宜过大

也不宜过小

第四是 炉膛的结构和布置

炉膛高度不够 或者是炉膛体积太小

导致可燃气体在炉膛内停留时间过短

导致燃烧不充分

第五是 炉膛温度

炉内的水冷壁布置过多时

导致炉膛的温度降低

不利于燃烧反应的进行

导致了q3增大

第六 炉内空气动力工况

二次风的引入 空气在炉内的分布 混合

和扰动 都会影响q3的大小

q4 是固体燃料不完全燃烧的热损失率

对于液体和气体燃料而言

由于它不含有灰分

所以 它不存在q4这部分损失

但对于固体燃料而言

这则是 锅炉的主要损失之一

仅次于 排烟热损失

它是由于进入炉膛内的燃料中

有一部分没有参与燃烧 或者是燃烧未尽

就被排出炉外 所造成的这种热损失

它主要包括

灰渣 漏煤 烟气中的飞灰

以及 烟道灰中的碳

没有被完全燃烧的这一部分导致的损失

其中

烟道灰 是指从锅炉烟道中需连续

或定期清除的这种灰

影响q4的主要因素有

第一是 燃料性质

灰分含量高时

固态可燃物 被灰分包裹

难以燃尽

则q4就大

第二是 燃烧方式

燃料在炉内的停留时间

与空气的混合程度

不同的燃烧方式

q4的大小是不同的

比如

机械或者是风力抛煤机炉的q4 （就）比链条炉就要大

燃料在炉内停留的时间短

过量空气系数过小或者过大

都会导致q4增大

第三是 炉膛温度

炉膛的温度降低

不利于燃烧反应的进行

导致q4增大

第四是 锅炉负荷和运行水平

锅炉运行时

其负荷率增大

相应地穿过燃料层和炉膛的气流速度 迅速增加

导致飞灰损失增加

此外

炉膛形式和结构

以及燃烧器的设计和布置方式

都会影响q4的大小

如 炉膛高度不够 或者是炉膛体积太小

使可燃物 在炉膛内停留时间过短

都会导致燃烧不充分

q5 是锅炉散热的热损失率

该部分热损失 主要是高温烟气

通过锅炉墙体 各种管道 附件等部位

向外界散热造成的

根据传热公式 Q5=KFΔt 可知

散热量的大小由散热面积

传热温差和传热系数决定

影响q5的主要因素 就有以下几个方面

第一个就是 外表面积

外表面积越大

散热就越大

请大家 来看一下这幅图

当锅炉容量越大时

单位容量的外表面积就减小

热损失 也就越小

另一方面 当锅炉处于部分负荷时

锅炉的出力减小

因此 单位容量的表面积增大了

导致了q5增大

第二方面是 外表面的温度

外表面温度越高

与环境的传热温差就越大

散热量就越大

第三是 保温材料

锅炉的保温性能越好

综合传热系数K呢 就越小

散热也越小

第四是 环境温度

环境温度越低

与锅炉外表面的传热温差就越大

锅炉的散热也越大

此外

q5 还与锅炉结构和炉墙结构等因素有关

q6 是灰渣热损失率

灰渣热损失 包含两个部分

一是 灰渣 烟道灰的显热损失

二是 用于冷却受热面 支撑梁的

水或空气所吸收（的）

但又不能返回到锅炉 被加以利用的那部分热损失

因此

影响灰渣热损失率的因素 也就对应了两个方面

第一方面呢 灰渣的温度和灰渣量的多少

第二是 锅炉尾部受热面支撑梁的冷却方式

此部分 主要影响锅炉的冷却损失

在计算时 一般将这一部分损失

放在灰渣损失中进行计算