燃煤锅炉热平衡测定方案一 实验目的通过测定燃煤锅炉热效率，初步掌握其方法，对锅炉运行工况有更深入的了解。

二 实验原理锅炉热效率可用热平衡实验方法测定，测定方法有正平衡和反平衡实验两种，实验必须在锅炉稳定工况下进行。

1 正平衡法正平衡按式（1-1）进行，锅炉热效率即有效利用热量占燃料带入锅炉热量的百分数：%10011⨯==rgl Q Q q η （1-1） 有效利用热量1Q 按下式计算：BQ Q gl =1 kJ/kg （1-2）式中 gl Q ——锅炉每小时有效吸热量，kJ/h ；B —— 每小时燃料消耗量,kg/h 。

蒸汽锅炉每小时有效吸热量 gl Q 按下式计算：3310)(10)(⨯-+⨯-=gs ps ps gs q gl i i D i i D Q kJ/h （1-3）式中D ——锅炉蒸发量，t/h ；q i —— 蒸汽焓，kJ/kg ； gs i —— 锅炉给水焓，kJ/kg ；ps i —— 排污水焓，即锅炉压力下的饱和水焓，kJ/kg ； ps D ——锅炉排污水量，t/h ；由于供热锅炉都是定期排污，为简化测试工作，在热平衡测试期间，可不进行排污。

当锅炉生产饱和蒸汽时，蒸汽干度一般都小于1，湿蒸汽的焓可按下式计算： 100rWi i g -''= kJ/kg （1-4） 式中 i ''——干饱和蒸汽的焓，kJ/kg ； r ——蒸汽的汽化潜热，kJ/kg ；W ——蒸汽湿度，%。

供热锅炉生产的饱和蒸汽通常有1～5%的湿度。

热水锅炉每小时吸收热量gl Q 按下式计算：31210)(⨯-=i i G Q gl kJ/h （1-5） 式中 G ——热水锅炉每小时加热水量，t/h ；1i 、2i ——热水锅炉进水和出水焓，kJ/kg 。

供热锅炉常采用正平衡法测定热效率，因为只要测定燃料消耗量、燃料应用基地位发热量、锅炉蒸发量、压力和温度即可算出热效率。

2 反平衡法正平衡法只能求得锅炉的热效率，不可能借以分析影响锅炉热效率的原因，因此需要测出锅炉的各项热损失，用（1-6）式计算锅炉的热效率，称反平衡法。

)%(100654321q q q q q q gl -----==η (1-6)正平衡测试时间为4小时，反平衡测试时间为3小时。

对热平衡测试，在精度上有一定要求，两次热效率实验的测试误差，对正平衡法不得大于4%，反平衡法不得大于6%。

锅炉热效率以两次平均值计算。

同时用正平衡、反平衡法时，两种方法所测得的热效率偏差不得大于5%。

2．1 固体不完全燃烧热损失的测定和计算对于运行中的锅炉，分别收集它每小时的灰渣、漏煤和飞灰重量hz G 、lm G 和fh G （kg/h ），同时分析出它们所含可燃物的质量百分数hz R 、lm R 和fh R （%）和可燃物的发热量hz Q 、lm Q 和fh Q （kJ/kg ），则灰渣、漏煤和飞灰损失hz Q 4、lmQ 4和fh Q 4分别为hz Q 4 BG R Q hzhz hz 100= kJ/kg （1-7） fh Q 4BG R Q fh fh fh100= kJ/kg （1-8）lm Q 4BG R Q lmlm lm100= kJ/kg （1-9） 通常灰渣、漏煤和飞灰中可燃物被认定为碳，其发热量为32657 kJ/kg ，因此固体不完全燃烧热损失可按下式计算：4Q =hz Q 4+fh Q 4+lmQ 4)(10032657fh fh lm lm hz hz R G R G R G B++=kJ/kg （1-10） fh lmhz rq q q Q Q q 44444100++=⨯=% （1-11） 在热平衡测试中，飞灰量难以直接测定，通常用灰平衡法求得。

所谓灰平衡法就是进入炉内的燃料的总灰量等于灰渣、漏煤和飞灰量之和。

即：100yBA =+-100100hz hz R G +-100100lm lm R G 100100fh fhR G - （1-12） 将上式两边分别乘以yBA 100，则变为 1=y hz hz BA R G )100(- +ylm lm BA R G )100(-+y fh fh BA R G )100(- （1-13）将右边三项分别以hz a 、lm a 和fh a 表示，则：1=hz a +lm a +fh a （1-14） 式中hz a 、lm a 和fh a 分别表示灰渣、漏煤和飞灰量占燃料总量的份额 hz a =yhz hz BAR G )100(- （1-15） lm a =ylm lm BAR G )100(- （1-16） fh a =yfh fh BA R G )100(- （1-17）故 hzyhz hz R BA a G -=100 （1-18）lm ylm lm R BA a G -=100 （1-19） fhy fh fh R BA a G -=100 （1-20）将公式（1-18）、（1-19）、（1-20）代入（1-10）和（1-11）中，则：)100100100(100326574fhfh fh lm lm lm hz hz hz y R R a R R a R R a A Q -+-+-= kJ/kg （1-21）)100100100(326574fhfh fh lm lm lm hz hzhz r y R R a R R a R R a Q A q -+-+-= % （1-22）在热平衡实验中，测定hz G 和lm G 后用式（1-15）和（1-16）求得hz a 和lm a ，用（1-14）式可求fh a ，而hz R 、lm R 和fh R 由取样分析求得，最后用式（1-22）求4q 。

2．2 气体不完全燃烧热损失的测定及计算实际上烟气中2H 和4CH 很少，可认为气体不完全燃烧产物只是一氧化碳CO ，并以CO 含量进行3q 计算。

)1001(375.09.235423q CO CO RO S C Q yy -++= kJ/kg （1-23）%100)1001(375.09.235423⨯-++⨯=q CO CO RO S C Q q yy r （1-24）有时煤的元素成分因客观原因无法测试，3q 可由下述经验公式计算： aCO q 2.33= % （1-25） 式中a 和CO ——在烟道同一测点取样测出的过量空气系数a 和一氧化碳CO 的容积百分数。

烟气中一氧化碳CO 的计算：用奥氏烟气分析时，烟气中的一氧化碳含量用下列公式计算： ββ++--=605.0)()21(222O RO RO CO % （1-26）式中β为燃料系数，是一个无因次数，只与燃料的可燃成分有关，可查表一。

各种燃料的特性系数β和烟气中max2RO 表一过量空气系数的计算： )(1005.076.311222CO O RO COO a ++---=（1-27）2．3 排烟热损失 2q烟气离开锅炉时，烟气温度比冷空气温度高很多，烟气所带走的热量损失称排烟热损失。

)1001]()([402q ct V a I Q lk k py py --= kJ/kg （1-28） %10022⨯=rQ Q q （1-29） 式中 py I ——排烟的焓，kJ/kg ，由烟气离开锅炉最后一个受热面处的烟气温度py ϑ和该处的过量空气系数py a 所决定；lk ct )(——每m 3干空气连同带入10g 水蒸汽在温度为t ℃时的焓，可查表1的k c )(ϑ， kJ/m 3；py a ——排烟处过量空气系数。

分析烟气成分，可计算求得； 0k V ——每kg 燃料完全燃烧所须理论空气容积，m 3/kg ； py ϑ——排烟温度，℃；lk t —— 冷空气温度，℃； 有时为了简化计算，也可由下述经验公式计算： 100)1001)((42lkpy py t q na m q --+=ϑ % （1-30） 式中 m 、n ——计算系数，随燃料种类查表二；py ϑ——排烟温度，℃。

计算系数 m 、n 的值 表二2．4 散热损失5q散热损失5q 可以查图一求得。

当锅炉实际蒸发量与额定蒸发量相差超过25%时，实际散热损失由下式计算：D Dq q '='55% （1-31） 式中 D D ,' 为锅炉实际和额定蒸发量，t/h 。

2．5 灰渣物理热损失hzq 6100))(100100100100(6y hzlm lm hz hz hzA c R a R a Q ϑ-+-= kJ/kg （1-32） %10066⨯=rhz hz Q Q q （1-33）式中 hz a 、lm a ——灰渣及漏煤中灰份占燃料总灰份份额； hz c )(ϑ——灰渣的焓，kJ/kg ，查表一； hz ϑ——灰渣温度，℃。

固态排渣取600℃；对本实验锅炉：hz% （1-34）qq6632．6 燃料消耗量及蒸发率锅炉每小时耗用的燃料称为锅炉的燃料消耗量，gl y dwgl Q Q B η=kg/h （1-35）或 glr glQ Q B η=kg/h （1-36）考虑到不完全燃烧热损失的存在，实际参加燃烧反应的燃料量为：)1001(4q B B j -= kg/h （1-37）三．实验仪器 １ 烟气分析器：烟气分析器用于测量烟气容积成分，燃煤锅炉可用奥氏气体分析器测量烟气成分。

２ 烟气温度计专用烟气温度测量仪器，并可以用做镍铬—镍硅（K ）热电偶的显示仪表。

本实验用此表测量烟气和空气的温度。

３ 水银温度计可以测量锅炉给排水温度，在低温时使用，比热电偶方便、精确。

４ 弹簧管式压力表用于测量工质压力。

弹簧管式压力表测量点与表计位置高度差（见图二）会使表计读数偏离实际值，在测量时要修正。

公式为：gH p p x ρ+=1 Pa (1-38)式中p——表计读数，Pa；1——表计连接管内液体密度，kg/m3；g——重力加速度（9.81 m/s2）；H——测量点与表计高度差。

表计位于测量点之下取负值，反之取正值，m；p——工质实际压力，Pa。

x7 流量计：测量工质流量。

8 风速计：可测量空气、烟气速度和流量。

注意：测量的介质温度不能超过70℃，所以测量前应先用温度计测量一下介质温度。

9 烟气、飞灰取样器在锅炉烟气出口处取烟气和飞灰样本用于分析。

四实验方法（一）实验负荷的选择锅炉热平衡实验的实验负荷可选择额定负荷或常用负荷。

若要获得锅炉负荷在变化范围内的运行特性，一般可选择额定负荷、最低负荷，在额定负荷和最低负荷之间再选2个中间负荷，由实验结果绘出锅炉效率与负荷变化特性曲线。

稳定工况：稳定工况是锅炉热平衡实验的必要条件，稳定工况包括以下基本要求： 1.实验前稳定阶段，锅炉启动后带负荷连续工作72小时，实验负荷稳定运行1-3小时才能开始热平衡测试；2.测试期间的稳定工况。