燃煤鍋爐熱平衡測定方案

1、燃煤鍋爐熱平衡測定方案實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^測定燃煤鍋爐熱效率，初步掌握其方法，對鍋爐運(yùn)行工況有更深入的 了解。實(shí)驗(yàn)原理鍋爐熱效率可用熱平衡實(shí)驗(yàn)方法測定，測定方法有正平衡和反平衡實(shí)驗(yàn)兩 種，實(shí)驗(yàn)必須在鍋爐穩(wěn)定工況下進(jìn)行。1正平衡法正平衡按式(1-1)進(jìn)行，鍋爐熱效率即有效利用熱量占燃料帶入鍋爐熱量的百分?jǐn)?shù)：(1-1)(1-2)Qi gi = q i100 %Qr有效利用熱量Q1按下式計(jì)算:Q giQ1 kJ/kgB式中 Qgi鍋爐每小時有效吸熱量，kJ/h ；B每小時燃料消耗量,kg/h。蒸汽鍋爐每小時有效吸熱量Q gi按下式計(jì)算：33Qgi 二D(iq igs)10- D ps(ips -igs)10

2、 kJ/h( 1-3)式中D鍋爐蒸發(fā)量，t/h ；iq 蒸汽焓，kJ/kg ；gs鍋爐給水焓，kJ/kg ；PS排污水焓，即鍋爐壓力下的飽和水焓，kJ/kg ；d ps鍋爐排污水量，t/h ；由于供熱鍋爐都是定期排污，為簡化測試工作，在熱平衡測試期間，可不進(jìn)行排污。當(dāng)鍋爐生產(chǎn)飽和蒸汽時，蒸汽干度一般都小于1，濕蒸汽的焓可按下式計(jì)算：rWig = ikJ/kg( 1-4)100式中 i 干飽和蒸汽的焓，kJ/kg ；r 蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg ;W 蒸汽濕度，供熱鍋爐生產(chǎn)的飽和蒸汽通常有15%勺濕 度。熱水鍋爐每小時吸收熱量Qgl按下式計(jì)算：Qgi = G (i2 -ij；：10 kJ/h(

3、1-5)式中 G 熱水鍋爐每小時加熱水量，t/h ；熱水鍋爐進(jìn)水和出水焓，kJ/kg供熱鍋爐常采用正平衡法測定熱效率，因?yàn)橹灰獪y定燃料消耗量、燃料應(yīng)用基地位發(fā)熱量、鍋爐蒸發(fā)量、壓力和溫度即可算出熱效率。2反平衡法正平衡法只能求得鍋爐的熱效率，不可能借以分析影響鍋爐熱效率的原 因，因此需要測出鍋爐的各項(xiàng)熱損失，用(1-6)式計(jì)算鍋爐的熱效率，稱 反平衡法。gl - q1 - 100 -(q2 -q3 -q4 -q5 -q6)%(1-6)正平衡測試時間為4小時，反平衡測試時間為3小時。對熱平衡測試， 在精度上有一定要求，兩次熱效率實(shí)驗(yàn)的測試誤差，對正平衡法不得大于4% 反平衡法不得大于6%鍋爐熱效

4、率以兩次平均值計(jì)算。同時用正平衡、反平 衡法時，兩種方法所測得的熱效率偏差不得大于5%2. 1固體不完全燃燒熱損失的測定和計(jì)算G hz 、對于運(yùn)行中的鍋爐，分別收集它每小時的灰渣、漏煤和飛灰重量Glm和Gfh (kg/h )，同時分析出它們所含可燃物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)Rhz、Rlm和Rfh (%和可燃物的發(fā)熱量Qhz、Qlm和Qfh（kJ/kg），則灰渣、漏煤和飛灰損失Q：z、Q4m和Q4fh分別為hzQ4fhQ 4ImQ4hzhzhz100 BkJ/kg（1-7）R fh G fhkJ/kg（1-8）100 BRlm G lmkJ/kg（1-9）=Q=Q fh=Qlm100 B通常灰渣、漏煤和飛灰

5、中可燃物被認(rèn)定為碳，其發(fā)熱量為32657 kJ/kg，因此固體不完全燃燒熱損失可按下式計(jì)算:hz . fh . lmQ4 =Q 4 +Q4 +Q432657(Ghz Rhz +Glm Rlm +G fh Rfh )kJ/kg100 B(1-10)Q 4hz lmq4100 =q4- q4Qrfh-q4(1-11)在熱平衡測試中，飛灰量難以直接測定,通常用灰平衡法求得。所謂灰平衡法就是進(jìn)入爐內(nèi)的燃料的總灰量等于灰渣、漏煤和飛灰量之和即:ba y100 - RG hz100hz - Glm100100 - Rlm100 -Rfh+ G fh100 100(1-12)將上式兩邊分別乘以100ba y

6、則變?yōu)镚hz (100 Rhz)yBA+ G lm (100 -Rlm) +Gfh(100 -Rfh)yyBABAIm(1-13)將右邊三項(xiàng)分別以ahz、alm和afh表示，則:hza hz + a lm + a fh(1-14)式中ahz、a和a血分別表示灰渣、漏煤和飛灰量占燃料總量的份額Ghz (100 Rhz)a hzalmBA yG lm (100- Rlm )(1-15)ba y(1-16)G fh (100 Rm)a fhyBA(1-17)hzfhahz BA100 _Raim BAhz100- Rlma fh BA(1-18)(1-19)(1-20)100 - Rfh將公式（1-

7、18 ）、（1-19 ）、（1-20）代入（1-10 ）和（1-11 ）中，則:Q4y32657 A100a hz R hz100 - Rhza lm R lm100- Rlma fh R fh100 - R fh)kJ/kg(1-21 )y_32657 A a hz Rhza lm Rlma fh R fhq4(-) %Qr100 -Rhz100 -Rlm100 -Rm(1-22)在熱平衡實(shí)驗(yàn)中，測定Ghz和Glm后用式（1-15 ）和（1-16）求得ahz和a ,用（1-14 ）式可求afh，而Rhz、Rlm和Rfh由取樣分析求得，最后用式（1-22 ）求q4 o2. 2氣體不完全燃燒熱損

8、失的測定及計(jì)算實(shí)際上煙氣中H2和CH 4很少，可認(rèn)為氣體不完全燃燒產(chǎn)物只是CO并以CO含量進(jìn)行q3計(jì)算。yyC +0.375 Sq4 x .q3 =235.9co(1)kJ/kgROz+CO100(1-23)yy235 .9 C 0.375 Sq3CO (1-)100 %QrRO 2+CO100(1-24)有時煤的元素成分因客觀原因無法測試，q3可由下述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:q3 =3.2aCO %(1-25)式中a和CO在煙道同一測點(diǎn)取樣測出的過量空氣系數(shù)a和一氧化碳CO勺容積百分?jǐn)?shù)。煙氣中一氧化碳CO的計(jì)算：用奧氏煙氣分析時，煙氣中的一氧化碳含量用下列公式計(jì)算:CO(21 'RO 2) (

9、RO2 O2) °,%0.605 J(1-26)式中一：為燃料系數(shù)，是一個無因次數(shù)，只與燃料的可燃成分有關(guān)，可查表各種燃料的特性系數(shù)和煙氣中ro max表燃料無煙煤貧煤煙煤褐煤0.05 10.1 0.1350.09 0.150.055 0.125maxRO 219 2018.5 1918 19.518.5 20過量空氣系數(shù)的計(jì)算:(1-27)ia 二02 0.5CO13.76100 - (RO 2 O2 CO )2. 3排煙熱損失q 2煙氣離開鍋爐時，煙氣溫度比冷空氣溫度高很多，煙氣所帶走的熱量損失 稱排煙熱損失。Q2 二I py _apyVk°(ct)ik(1 理)kJ/

10、kg(1-28 )100Q 2q2- 100 %(1-29 )Q r式中Ipy排煙的焓，kJ/kg，由煙氣離開鍋爐最后一個受熱面處的煙氣溫度二py和該處的過量空氣系數(shù)a py所決定；(ct),每m3干空氣連同帶入10g水蒸汽在溫度為t C時的焓，可查表 1 的(c：)k， kJ/m ;a py排煙處過量空氣系數(shù)。分析煙氣成分，可計(jì)算求得;Vk°每kg燃料完全燃燒所須理論空氣容積，nVkg ；-py 排煙溫度，C；tik 冷空氣溫度，c；有時為了簡化計(jì)算，也可由下述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：q2 =(m na py )(1 巴)%( 1-30)100 100式中 m、n計(jì)算系數(shù)，隨燃料種類查表二；

11、排煙溫度，C。計(jì)算系數(shù)m、n的值表二燃料種類泥煤yW & 45 %褐煤yW & 20 %yA a： 30%煙煤rV r=30 _50%無煙煤m1.70.60.40.2n3.93.63.553.652. 4散熱損失q 5散熱損失q5可以查圖一求得。當(dāng)鍋爐實(shí)際蒸發(fā)量與額定蒸發(fā)量相差超過 25%寸，實(shí)際散熱損失由下式計(jì)算：q = q 5%( 1-31 )D "式中 D,D為鍋爐實(shí)際和額定蒸發(fā)量，t/h。2. 5灰渣物理熱損失q,yhz100100. AQ6=2hzalm)c：)hz kJ/kg(1-32)100 -Rhz100 -Rlm100hzq6z100 %(1-33)

12、Qr式中ahz、alm 灰渣及漏煤中灰份占燃料總灰份份額；C：)hz 灰渣的焓，kJ/kg，查表一；-hz 灰渣溫度，°C。固態(tài)排渣取 600C;對本實(shí)驗(yàn)鍋爐:hzq 6 =q 6(1-34)1 m3氣體空氣及1kg灰的焓表三溫度C)CO焓(kJ/m 6燃料消耗量及蒸發(fā)率 鍋爐每小時耗用的燃料稱為鍋爐的燃料消耗量,N焓3(kJ/m )Q焓3(kJ/m )水蒸氣焓(kJ/m 3)空氣焓3(kJ/m )灰焓(kJ/kg )100170130132151132812003572602673042661693005593924074634032644007725275516265423605

13、009946646997956844586001225804850969830560700146294810041149978662800170510941160133411297679001952124213181526128287510002204139214781723143798411002548154416381925159510971200271716971801213217531206130029771853196423441914136114003239200921282559207615831500350321662294277922391758160037692325246

14、03002240318761700403624842629322925672064180043052644279734582731218619004574280429673690289923862000484429653138392630662512210051153217330941633234220053873289348344023402Q giydwglQr glkg/hkg/h(1-35)(1-36)考慮到不完全燃燒熱損失的存在，實(shí)際參加燃燒反應(yīng)的燃料量為:Bj®盒kg/h(1-37).無尾部受熱面TT.3/有尾部受熱面亠、N、*Sm%r1.1.1.q用2 3 4 5 6

15、7 E 5 1012 14 16 IS 20D t/h 圖-鍋爐散熱損失蒸汽鍋爐三實(shí)驗(yàn)儀器1煙氣分析器：煙氣分析器用于測量煙氣容積成分，燃煤鍋爐可用奧氏氣體分析器測量煙氣 成分。2煙氣溫度計(jì)專用煙氣溫度測量儀器，并可以用做鎳鉻一鎳硅（K熱電偶的顯示儀表。本 實(shí)驗(yàn)用此表測量煙氣和空氣的溫度。3水銀溫度計(jì)可以測量鍋爐給排水溫度，在低溫時使用，比熱電偶方便、精確。4彈簧管式壓力表用于測量工質(zhì)壓力。彈簧管式壓力表測量點(diǎn)與表計(jì)位置高度差（見圖二）會 使表計(jì)讀數(shù)偏離實(shí)際值，在測量時要修正。公式為：Px =Pi gHPa(1-38)式中pi表計(jì)讀數(shù)，Pa；r表計(jì)連接管內(nèi)液體密度，kg/m3；g重力加速度 (

16、9.81 m/s 2);H 測量點(diǎn)與表計(jì)高度差。表計(jì)位于測量點(diǎn)之下取負(fù)值，反之 取正值，mPx工質(zhì)實(shí)際壓力，Pa。7流量計(jì)：測量工質(zhì)流量。8風(fēng)速計(jì)：可測量空氣、煙氣速度和流量。注意：測量的介質(zhì)溫度不能超過 70C，所以測量前應(yīng)先用溫度計(jì)測量一下介質(zhì)溫度。9煙氣、飛灰取樣器在鍋爐煙氣出口處取煙氣和飛灰樣本用于分析。圖二壓力表與測量點(diǎn)高度H對測量的影響四實(shí)驗(yàn)方法(一)實(shí)驗(yàn)負(fù)荷的選擇鍋爐熱平衡實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)負(fù)荷可選擇額定負(fù)荷或常用負(fù)荷。若要獲得鍋爐負(fù)荷在變化范圍內(nèi)的運(yùn)行特性，一般可選擇額定負(fù)荷、最低負(fù)荷，在額定負(fù)荷和最低負(fù)荷之間再選2個中間負(fù)荷，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪出鍋爐效率與負(fù)荷變化特性曲線。穩(wěn)定工況：穩(wěn)定工

17、況是鍋爐熱平衡實(shí)驗(yàn)的必要條件，穩(wěn)定工況包括以下基本要求：1. 實(shí)驗(yàn)前穩(wěn)定階段，鍋爐啟動后帶負(fù)荷連續(xù)工作72小時，實(shí)驗(yàn)負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行 1-3小時才能開始熱平衡測試；2. 測試期間的穩(wěn)定工況。在測試期間，鍋爐的負(fù)荷、蒸汽參數(shù)、過量空氣系 數(shù)和燃料特性應(yīng)維持穩(wěn)定，其允許波動范圍可參考如下：鍋爐負(fù)荷土 5%蒸汽溫度(或水溫)土 5C蒸汽壓力土 0.05MPa爐膛出口過量空氣系數(shù)土 0.05給水溫度，給水流量，汽包水位穩(wěn)定燃料發(fā)熱量w± 620kJ/kg此外在測試期間擾動工況的操作如吹灰、清渣，排污等都應(yīng)最大限度的避免。 層燃爐在實(shí)驗(yàn)期間應(yīng)該保持火床煤層厚度的不變。3. 實(shí)驗(yàn)時間越長，工況擾動對

18、實(shí)驗(yàn)正確影響越小。(二)測量方法(1) 燃料消耗量測量根據(jù)給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速，煤層厚度算出實(shí)際燃料消耗量B?；蛘咴谒土厦憾飞袭?線，一段時間后，根據(jù)煤斗內(nèi)煤下降高度計(jì)算出實(shí)際燃料消耗量 B，則計(jì)算燃料 消耗量為：B j 二 B(1(1-39)100(2) 燃料發(fā)熱量及燃料工業(yè)或元素分析成分測量(見燃料與燃燒分析實(shí)驗(yàn))(3) 工質(zhì)流量測量，在鍋爐熱平衡實(shí)驗(yàn)中，以測定給水流量為基數(shù)，在計(jì) 算蒸汽或熱水流量。給水有三種測量方法，容積法，孔板法，超聲波流量計(jì)法。(4) 工質(zhì)壓力、溫度測量，用壓力表、溫度表測量。(5) 在鍋爐煙氣出口，測量煙氣溫度并取煙氣試樣。五實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄及處理鍋爐型號：規(guī)格描述：實(shí)驗(yàn)

19、燃煤特性工業(yè)分析（入爐前取樣分析）表四項(xiàng)目名稱yQ dwsyAyw單位kJ/kg%數(shù)值實(shí)驗(yàn)燃煤特性元素分析（入爐前取樣分析，有條件時做）表五項(xiàng)目名稱7COsyAWW單位%數(shù)值實(shí)驗(yàn)期間各工況記錄表六項(xiàng)目名稱符號單位測試時間hh : mm平均空氣溫度tlkc汽包壓力pMPa給水流量DKg/h給水溫度t gsc出水溫度t mcsc冷空氣溫度tlkc排煙溫度9pyc灰渣量kg漏煤量kg燃煤消耗量：（下列記錄a b二選一）a 爐排上煤層厚度cm ，爐排速度m/sb 煤斗煤層下降高度cm ，對應(yīng)的時間s煤斗的幾何尺寸（厘米，注意有的煤斗的側(cè)面是梯形）燃煤量 kg/h灰中可燃物含量表七名稱灰渣漏煤飛灰符號R

20、hzRlmR fh單 位%數(shù)值煙氣分析取樣為100%表八項(xiàng)目 名稱單位測試時間 hh : mm平均RO%Q%CO%數(shù)據(jù)處理表（做燃料元素分析時用此表）表九項(xiàng) 目符號單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來源數(shù)據(jù)出口水焓i 2kJ/kg由P查水蒸汽表給水焓1 gskJ/kg由P查水蒸汽表鍋爐正平衡效率巾%D(i2 igs)yX100BQ dw鍋爐煤水比DBkg/kgDB灰渣中灰份占燃 料總灰量的份額a hzGhz(100 Rhz)ba y漏煤中灰份占燃 料總灰量的份額a ImG lm (100 Rlm )ba y飛灰中灰份占燃 料總灰量的份額a fh1 a hz a lm固體不完全燃燒 熱損失q4%32657 A

21、( a hzRhz十 a lm Rlm十 a fh R fh )Qr100 hz 100 -R,m100 -Rfh燃料特性PyyH -0.126 O2.35yy-C +0.375 S煙氣中CO含量CO%(21 _0RO 2) _(RO2 +O2)0.605 +P過量空氣系數(shù)a py1O2 O.5CO13.76100 -(RO 2 +O2 +CO )數(shù)據(jù)處理表（做燃料元素分析時用此表）續(xù)表九項(xiàng) 目符號單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來源數(shù)據(jù)燃料所需的理論 空氣量0VkmVkgyy0.0889 (C +0.375 S )yy+ 0.265 H -0.0333 O煙氣中三原子 氣體容積Vr°2mVkg0

22、.01866 (C y +0.375 s')理論煙氣中 氮?dú)馊莘e0m/kg0y0.79Vk +0.008 N理論煙氣中 水蒸汽容積0Vh2onn/kgyy00.111 H =0.0124 W +0.0161 Vk三原子氣體焓(c 9 ) RO 2kJ/m3查表三氮?dú)忪?C) N 23kJ/ m查表三水蒸汽焓(C 9 ) H 2。kJ/ m 3查表三濕空氣焓(c»3kJ/ m查表三冷空氣焓(ct)ikkJ/ m 3查表三排煙焓1 pykJ/kg0V RO (CH)ro+V N (CH)n2 2 2 2Or+VH2 0(ce)H2。+(a -1)Vk (c日)K排煙熱損失q2%0

23、1 py aoy V k ( ct ) LKq 4y(l 100Qdw100氣體不完全 燃燒熱損失q3%yy235 .9 C +0.375 Sy*COQdwROz+C。q4X(1 )X100100散熱損失q5%查圖一灰渣焓(C)hzkJ/kg查表三灰渣物理熱損失q6%100 100(ahz* aim)100Rhz100 Rimy件A"C9)hz 漢yQ dw鍋爐反平衡效率n2%100 (q2 +q3 +q4 +q5 5)鍋爐正、反平衡效率絕對誤差A(yù)n%5數(shù)據(jù)處理表（不做燃料元素分析時用此表）表十項(xiàng)目符號單位計(jì)算公式或數(shù)據(jù)來源數(shù)據(jù)出口水焓i 2kJ/kg由P查水蒸汽表給水焓1 gskJ

24、/kg由P查水蒸汽表鍋爐正平衡效率q%D(i2 igs)yX100BQ dw鍋爐煤水比DBkg/kgDB灰渣中灰份占燃 料總灰量的份額a hzG hz (100 Rhz )yBA漏煤中灰份占燃 料總灰量的份額a ImG 愉(100 Rlm )BA y飛灰中灰份占燃 料總灰量的份額a fh1 a hz a lm固體不完全燃燒 熱損失q4%32657 AahzR hza Rlma fh R fhQ(100 R 魚飛-七礦飛r hz lm fh燃料特性P:根據(jù)煤種查表一煙氣中co含量CO%(21 _0RO 2) _(RO2 +O2)0.605 +P過量空氣系數(shù)a py1O2 0.5CO13.76 1

25、00 -(RO 2 +O2 +CO )排煙熱損失q2%q 4* py t lk(m napy)(1)100 100氣體不完全燃燒 熱損失q3%3.2aCO散熱損失q5%查圖一灰渣焓(C0)hzkJ/kg查表三灰渣物理熱損失q6%,100丄100、(a hz十 a lm)100-Rhz100-RlmGAy"C®hz 工yQ dw鍋爐反平衡效率5%100 -(qqqqq6)鍋爐正、反平衡效率絕對誤差A(yù)n%5附錄:儀器的使用一風(fēng)速計(jì)的使用1 把儀器探頭插到儀器上，并打開探頭頂部的保護(hù)套（向探頭手柄方向移動保護(hù)套），按儀器的電源開關(guān)I叵鍵打開儀器的電源，把探頭放入被測的氣體 中，使探頭頂部的箭頭與氣體流動方向一致。儀表分2行顯示，上面的是風(fēng)速，下面的是流體溫度。2 .流體方向的確定：測量時測試探頭上的箭頭方向應(yīng)該與流體流動的方向 一致。輕微的轉(zhuǎn)動探頭，直到儀器顯示出最大值風(fēng)速值，就可確定流體的流動方 向。3 .最大最小值的測量：按 2nd FUNCTION鍵，再按 叵DMAX/MN鍵， 儀器在屏幕上鎖定測量值。再按 Hold max/m刑儀表顯示最大值，再按 Hold Ma