锅炉能量平衡计算

出处：按学科分类—工业技术 轻工业出版社《制浆造纸手册：第十二分册供水与供汽》第142页（4589字）

锅炉的能量平衡一般指锅炉的输入热量与输出热量及各项热损失的平衡。

对于固体或液体燃料而言，它们通常以每公斤燃料量为基础来计算，对于气体燃料则以每标准立方米的燃料量为基础计算。

1．能量平衡方框图

图中符号意义：

Q_1y——给水带入热量，kJ／kg；

q₁——蒸汽输出热量，kJ／kg；

Q_r——燃料输入热量，kJ／kg；——燃料应用基低位发热值，kJ／kg；

Q_WL——用外来热量加热燃料或空气时，相应于每公斤燃料所给的热量，kJ／kg；

i_y——燃料的物理热相应于每公斤燃料的热量、kJ／kg；

Q_xy——自用蒸汽带入炉内相应于每公斤燃料的热量，kJ／kg；

g₂——排烟热损失，kJ／kg；

q_s——气体不完全燃烧损失，kJ／kg；

q₄——固体未完全燃烧损失，kJ／kg；

q₅——散热损失，kJ／kg；

q₆——灰渣物理热损失，

Q空——空气预热器回收的热量(对锅炉本体来说在体系内部循环，故不再单独计算)，kJ／kg。

2．能量平衡及设备热效率计算

(1)正平衡(直接法)热效率计算

正平衡热效率(η₁)公式为：

式中：η₁——正平衡热效率，%；

D——锅炉出力，kg／h；

D_zy——锅炉自用蒸汽量，kg／h；

igq——过热蒸汽焓，kJ／kg；

ibq——饱和蒸汽焓，kJ／kg；

igs——给水焓，kJ／kg；

i_xy——自用蒸汽焓，kJ／kg；

r——汽化潜热，kJ／kg；

W——蒸汽湿度，%；

B——燃料消耗量，kg／h；——燃料应用基低位发热值，kJ／kg；

Q_WL——用外来热量加热燃料或空气的相应于每公斤燃料所给的热量，kJ／kg；

i_r——燃料的物理热相应于每公斤燃料的热量，kJ／kg；

Q_zy——自用蒸汽带入炉内相应于每公斤燃料的热量，kJ／kg；

在一般情况下，Q_xy、Q_WL并不存在，可根据具体情况进行计算。这里不定统一的计算方法。i_r在多数情况下也可略而不计，因燃料的温度与环境温度相近。则公式可简化为：

(2)反平衡(间接法)热效率计算反平衡热效率公式为：

式中： η₂——反平衡热效率，%；

q——排烟热损失，%；

q3——气体未完全燃烧热损失，%；

q₄——固体未完全燃烧热损失，%；

q₅——锅炉散热损失，%；

q₆——灰渣物理热损失，%；

①固体未完全燃烧热损失q₄的计算：

式中： Q_r——燃料带入热量，kJ／kg；

若无Q_WL、Q_xy且燃料温度与环境温度相近，则：Q_r=

Ay——燃料应用基灰分，%

a_Lz——炉渣纯灰占燃料灰百分比，(炉渣百分比，%)；

a_Lm——漏煤百分比，%；

a_yh——烟道灰百分比，%；

a_fk——飞灰百分比，%；

a_fh=100—a_Ls—a_Lm—a_yh，%；

以上各式中：

B——燃料消耗量，kg／h；

G_Lz、G_Lm、G_yk——分别为炉渣重量、漏煤重量、烟道灰重量，kg／h；

G_z——炉渣含炭量，%；

C_Lm——漏煤含炭量，%；

G_yk——烟道灰含炭量，%；

C_fk——飞灰含炭量，%；

②、排烟热损失q₂的计算

式中： I_ry——排烟焓(按排烟处过剩空气系数；烟气温度tpy计算)，kJ／kg；——理论冷空气焓，kJ／kg；

α_py——排烟处过剩空气系数；

q₄——燃料的固体不完全燃烧损失，%；

如对计算的精确度要求不高时，可采用下列经验公式计算：

式中： t_ry——排烟温度、℃；

t_k．——送风机入口空气温度，℃；

CO₂——空气预热器出口烟气中含CO₂容量的百分数，%；

λ——系数(可由表14—2—75查得)。

表14—2—75

对蒸发量不大、压力较低、结构简单的小型锅炉、排烟损失q₂可直接按表14—2—76估算。

表14-2-76

③气体不完全燃烧损失q₃的计算：

式中： V_py——排烟处烟气容积，m／kg；

CO——排烟处CO容积百分比，%；

H₂——排烟处H₂容积百分比，%；

CH₄——排烟处CH₄容积百分比，%；

对于煤质资料不全，无法进行燃烧产物V_py计算时，小型锅炉的q₃值也可按下列简化公式近似计算(对烟煤及无烟煤均适用)。

q₃=3．2αpyCO(%)

式中： α_py——排烟处过剩空气系数；

CO——排烟处CO容积百分比。

④散热损失q₅的计算

砖砌组装和散装锅炉的散热损失可参考表14—2—77或查图14-2-28。

表14-2-77

图14-2-28 锅炉本体散热损失图

1—锅炉整体(连周尾部受热面) 2—锅炉本身(无尾部受热面)

出力≤2t／h快装锅炉及火管锅炉按下式计算：

式中：F——散热表面积，m²。

⑤灰渣物理热损失q₆计算：

式中：(Ct)h——灰渣焓，查表14—2—78

表14-2-78

(ct)Lm——漏煤的比热和温度的乘积、煤的比热为0．24～0．4kcal／kg℃，漏煤的温度待实测。

一般小型锅炉烧烟煤、无烟煤等灰分较低的煤时，这部分损失很小，可以忽略不计。但当测定燃烧灰分很高的劣质煤的炉子时(如沸腾炉等)这项损失就不可忽略。

热平衡的允许误差为0．5%，在有连续蒸煮器和连续漂白的情况下，可以按上述方法测试和计算，如系间歇蒸煮锅和间歇漂白池的工厂，则必须按24小时的连续测定值米进行计算，否则将是失实的数据。

3．能量平衡表

表14-2-79