1、燃煤鍋爐熱平衡測定方案一 實驗目的 通過測定燃煤鍋爐熱效率，初步掌握其方法，對鍋爐運行工況有更深入的了解。二 實驗原理鍋爐熱效率可用熱平衡實驗方法測定，測定方法有正平衡和反平衡實驗兩種，實驗必須在鍋爐穩定工況下進行。 1 正平衡法 正平衡按式（1-1）進行，鍋爐熱效率即有效利用熱量占燃料帶入鍋爐熱量的百分數： （1-1）有效利用熱量按下式計算： kJ/kg （1-2）式中 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 按下式計算： kJ/h （1-3）式中鍋爐蒸發量，t/h； 蒸汽焓，kJ/kg； 鍋爐給水焓，kJ/kg； 排污水焓，即鍋爐壓力下的

2、飽和水焓，kJ/kg；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，可不進行排污。當鍋爐生產飽和蒸汽時，蒸汽干度一般都小于1，濕蒸汽的焓可按下式計算： kJ/kg （1-4）式中 干飽和蒸汽的焓，kJ/kg； 蒸汽的汽化潛熱，kJ/kg； 蒸汽濕度，%。供熱鍋爐生產的飽和蒸汽通常有15%的濕度。熱水鍋爐每小時吸收熱量按下式計算： kJ/h （1-5） 式中 熱水鍋爐每小時加熱水量，t/h；、熱水鍋爐進水和出水焓，kJ/kg。 供熱鍋爐常采用正平衡法測定熱效率，因為只要測定燃料消耗量、燃料應用基地位發熱量、鍋爐蒸發量、壓力和溫度即可算出熱效率。2 反平衡法 正

3、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熱損失，用（1-6）式計算鍋爐的熱效率，稱反平衡法。 (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，兩次熱效率實驗的測試誤差，對正平衡法不得大于4%，反平衡法不得大于6%。鍋爐熱效率以兩次平均值計算。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%。21 固體不完全燃燒熱損失的測定和計算 對于運行中的鍋爐，分別收集它每小時的灰渣、漏煤和飛灰重量 、和（kg/h），同時分析出它們所含可燃物的質量百分數、和（%）和可燃物的發熱量、和（kJ/kg），則灰

4、渣、漏煤和飛灰損失、和分別為 kJ/kg （1-7） kJ/kg （1-8） kJ/kg （1-9） 通常灰渣、漏煤和飛灰中可燃物被認定為碳，其發熱量為32657 kJ/kg，因此固體不完全燃燒熱損失可按下式計算：=+ kJ/kg （1-10） % （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入爐內的燃料的總灰量等于灰渣、漏煤和飛灰量之和。即： = （1-12）將上式兩邊分別乘以，則變為 1= + （1-13） 將右邊三項分別以、和表示，則： 1=+ （1-14）式中、和分別表示灰渣、漏煤和飛灰量占燃料總量的份額 = （1-15）= （1-16）= （

5、1-17）故 （1-18） （1-19） （1-20）將公式（1-18）、（1-19）、（1-20）代入（1-10）和（1-11）中，則： kJ/kg （1-21） % （1-22）在熱平衡實驗中，測定和后用式（1-15）和（1-16）求得和，用（1-14）式可求，而、和由取樣分析求得，最后用式（1-22）求。22 氣體不完全燃燒熱損失的測定及計算實際上煙氣中和很少，可認為氣體不完全燃燒產物只是一氧化碳CO，并以CO含量進行計算。 kJ/kg （1-23） （1-24） 有時煤的元素成分因客觀原因無法測試，可由下述經驗公式計算： % （1-25） 式中和在煙道同一測點取樣測出的過量空氣系數和一

6、氧化碳CO的容積百分數。煙氣中一氧化碳的計算：用奧氏煙氣分析時，煙氣中的一氧化碳含量用下列公式計算： % （1-26）式中為燃料系數，是一個無因次數，只與燃料的可燃成分有關，可查表一。各種燃料的特性系數和煙氣中 表一燃 料無 煙 煤貧 煤煙 煤褐 煤0.0510.10.1350.090.150.0550.125192018.5191819.518.520過量空氣系數的計算： （1-27）23 排煙熱損失 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。 kJ/kg （1-28） （1-29）式中 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和該處

7、的過量空氣系數所決定； 每m3干空氣連同帶入10g水蒸汽在溫度為t時的焓，可查表1的， kJ/m3； 排煙處過量空氣系數。分析煙氣成分，可計算求得； 每kg燃料完全燃燒所須理論空氣容積，m3/kg； 排煙溫度，； 冷空氣溫度，；有時為了簡化計算，也可由下述經驗公式計算： % （1-30）式中 、計算系數，隨燃料種類查表二；排煙溫度，。計算系數 、 的值 表二燃 料 種 類泥煤褐煤 煙煤無 煙 煤1.73.90.63.60.43.550.23.6524 散熱損失 散熱損失可以查圖一求得。當鍋爐實際蒸發量與額定蒸發量相差超過25%時，實際散熱損失由下式計算： % （1-31） 式中 為鍋爐實際和額

8、定蒸發量，t/h。25 灰渣物理熱損失 kJ/kg （1-32） （1-33）式中 、 灰渣及漏煤中灰份占燃料總灰份份額； 灰渣的焓，kJ/kg ，查表一； 灰渣溫度，。固態排渣取600；對本實驗鍋爐： % （1-34） 1 m3氣體空氣及1kg灰的焓 表三溫 度（）CO2焓（kJ/m3）N2焓(kJ/m3)O2焓(kJ/m3)水蒸氣焓(kJ/m3)空氣焓(kJ/m3)灰焓（kJ/kg）100200300400500170357559772994130260392527664132267407551699151304463626795132266403542684811692643604586

9、007008009001000122514621705195222048049481094124213928501004116013181478969114913341526172383097811291282143756066276787598411001200130014001500254827172977323935031544169718532009216616381801196421282294192521322344255927791595175319142076223910971206136115831758160017001800190020003769403643054574

10、4844232524842644280429652460262927972967313830023229345836903926240325672731289930661876206421862386251221002200511553873217328933093483416344023234340226 燃料消耗量及蒸發率 鍋爐每小時耗用的燃料稱為鍋爐的燃料消耗量， kg/h （1-35）或 kg/h （1-36）考慮到不完全燃燒熱損失的存在，實際參加燃燒反應的燃料量為： kg/h （1-37）三實驗儀器 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。

11、 煙氣溫度計專用煙氣溫度測量儀器，并可以用做鎳鉻鎳硅（K）熱電偶的顯示儀表。本實驗用此表測量煙氣和空氣的溫度。 水銀溫度計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。 彈簧管式壓力表用于測量工質壓力。彈簧管式壓力表測量點與表計位置高度差（見圖二）會使表計讀數偏離實際值，在測量時要修正。公式為： Pa (1-38) 式中 表計讀數，Pa； 表計連接管內液體密度，kg/m3； 重力加速度 （9.81 m/s2）； 測量點與表計高度差。表計位于測量點之下取負值，反之取正值，m； 工質實際壓力，Pa。7 流量計： 測量工質流量。8 風速計：可測量空氣、煙氣速度和流量。注意：測量的介質溫度

12、不能超過70，所以測量前應先用溫度計測量一下介質溫度。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。四 實驗方法（一） 實驗負荷的選擇鍋爐熱平衡實驗的實驗負荷可選擇額定負荷或常用負荷。若要獲得鍋爐負荷在變化范圍內的運行特性，一般可選擇額定負荷、最低負荷，在額定負荷和最低負荷之間再選2個中間負荷，由實驗結果繪出鍋爐效率與負荷變化特性曲線。穩定工況： 穩定工況是鍋爐熱平衡實驗的必要條件，穩定工況包括以下基本要求：1.實驗前穩定階段，鍋爐啟動后帶負荷連續工作72小時，實驗負荷穩定運行1-3小時才能開始熱平衡測試；2.測試期間的穩定工況。在測試期間，鍋爐的負荷、蒸汽參數、過量空氣系數和

13、燃料特性應維持穩定，其允許波動范圍可參考如下： 鍋爐負荷 ±5% 蒸汽溫度（或水溫）±5蒸汽壓力 ±0.05MPa 爐膛出口過量空氣系數±0.05 給水溫度，給水流量，汽包水位 穩定 燃料發熱量±620kJ/kg此外在測試期間擾動工況的操作如吹灰、清渣，排污等都應最大限度的避免。層燃爐在實驗期間應該保持火床煤層厚度的不變。3.實驗時間越長，工況擾動對實驗正確影響越小。（二） 測量方法（）燃料消耗量測量根據給煤機的轉速，煤層厚度算出實際燃料消耗量。或者在送料煤斗上畫線，一段時間后，根據煤斗內煤下降高度計算出實際燃料消耗量，則計算燃料消耗量為： （

14、1-39） （）燃料發熱量及燃料工業或元素分析成分測量（見燃料與燃燒分析實驗） （）工質流量測量，在鍋爐熱平衡實驗中，以測定給水流量為基數，在計算蒸汽或熱水流量。給水有三種測量方法，容積法，孔板法，超聲波流量計法。（）工質壓力、溫度測量，用壓力表、溫度表測量。（）在鍋爐煙氣出口，測量煙氣溫度并取煙氣試樣。五 實驗原始數據記錄及處理 鍋爐型號： 規格描述：實驗燃煤特性工業分析（入爐前取樣分析） 表四項目名稱SyAyWy單 位kJ/kg%數 值實驗燃煤特性元素分析（入爐前取樣分析，有條件時做） 表五項目名稱VyCyHyOySyNyAyWy單 位%數 值 實驗期間各工況記錄 表六項目名稱符號單位 測

15、 試 時 間 hh：mm平均空氣溫度汽包壓力MPa給水流量DKg/h給水溫度tgs出水溫度tmcs冷空氣溫度排煙溫度灰渣量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/s。b煤斗煤層下降高度 cm，對應的時間 s。 煤斗的幾何尺寸（厘米，注意有的煤斗的側面是梯形）燃煤量 kg/h 灰中可燃物含量 表七名 稱灰 渣漏 煤飛 灰符 號單 位%數 值煙氣分析取樣為100% 表八項目名 稱單位 測 試 時 間 hh：mm平 均RO2%O2%CO% 數據處理表（做燃料元素分析時用此表） 表九項 目符 號單 位計算公式或數據來源數 據出口水焓kJ/kg由P查水蒸汽

16、表給水焓kJ/kg由P查水蒸汽表鍋爐正平衡效率%鍋爐煤水比kg/kg灰渣中灰份占燃料總灰量的份額漏煤中灰份占燃料總灰量的份額飛灰中灰份占燃料總灰量的份額固體不完全燃燒熱損失%燃料特性煙氣中CO含量CO%過量空氣系數 數據處理表（做燃料元素分析時用此表） 續表九項 目符 號單 位計算公式或數據來源數 據燃料所需的理論空氣量m3/kg煙氣中三原子氣體容積m3/kg理論煙氣中氮氣容積m3/kg理論煙氣中水蒸汽容積m3/kg三原子氣體焓kJ/m3查表三氮氣焓kJ/ m3查表三水蒸汽焓kJ/ m3查表三濕空氣焓kJ/ m3查表三冷空氣焓kJ/ m3查表三排煙焓kJ/kg排煙熱損失%氣體不完全燃燒熱損失%

17、散熱損失%查圖一灰渣焓kJ/kg查表三灰渣物理熱損失%鍋爐反平衡效率%鍋爐正、反平衡效率絕對誤差%數據處理表（不做燃料元素分析時用此表） 表十項 目符 號單 位計算公式或數據來源數 據出口水焓kJ/kg由P查水蒸汽表給水焓kJ/kg由P查水蒸汽表鍋爐正平衡效率%鍋爐煤水比kg/kg灰渣中灰份占燃料總灰量的份額漏煤中灰份占燃料總灰量的份額飛灰中灰份占燃料總灰量的份額固體不完全燃燒熱損失%燃料特性根據煤種查表一煙氣中CO含量CO%過量空氣系數排煙熱損失%氣體不完全燃燒熱損失%散熱損失%查圖一灰渣焓kJ/kg查表三灰渣物理熱損失%鍋爐反平衡效率%鍋爐正、反平衡效率絕對誤差%附錄： 儀器的使用一 風速

18、計的使用 1把儀器探頭插到儀器上，并打開探頭頂部的保護套（向探頭手柄方向移動保護套），按儀器的電源開關 I/O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該與流體流動的方向一致。輕微的轉動探頭,直到儀器顯示出最大值風速值，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 HOLD MAX/MIN 鍵，儀器在屏幕上鎖定測量值。再按 HOLD MAX/MIN儀表顯示最大值，再按 HOLD MAX/MIN 鍵儀器顯示最小值，再按 HOLD MAX/MIN 鍵儀器返回測量狀態。 4平均值測量：按2nd FUNCTION 鍵，再按MEAN 鍵 屏幕下行顯示Mean和 00：00 。每按START STOP 鍵一此，時鐘顯示每次遞增計時，最后再按MEAN 鍵，平均值和時間周期被顯示在屏幕上。 5多點平均值測量：按2nd FUNCTION 鍵，再按MEAN 鍵2次，屏幕下行顯示Mean和 000。此狀態下，每按START STOP