集输高工操作技能与相关知识第二单元

第二单元 计算加热炉效率

一、学习目标：学会用正平衡法计算加热炉效率，掌握调整提高加热炉的基本方法：了解燃烧传热等相关知识。

二、使用工具：

活动扳手375毫米一把，管钳450毫米一把，梅花搬手一套，螺丝刀、手钳一把。 三、操作步骤：

（一）测试前的准备工作

1、测试前组织好人员，制定测试内容、方法，布置测试点等，对参加测试的人员工作进行合理分工。

2、检查和校验测试时所需要的仪器、仪表，测度过程中使用的工具是否准备好。 3、检查加热炉的工作状况，燃料系统的压力、流量稳定性，炉出入口阀门是否灵活好用。

4、检查炉人孔、手孔、探测孔及各连接部位是否有泄漏，排除各种不正常情况。 5、为了更好地熟悉测试内容、操作要求和人员配合，可在正式测前做1-2次预备性试验，把存在的问题找出来，加以解决。

（二）测试项目操作

1、测试燃料的组合，液体燃料的粘度和密度

2、用22-20罗茨流量计计量燃油用量，用涡轮流量计计量天然气用量。 3、用专用仪器测量出介质出入炉的流量。

4、用玻璃棒温度计测试出入口介质的温度，炉体表面温度，燃烧空气入炉温度。 5、用热电偶温度计测量出排烟温度。

6、对烟气成分进行分析，一般分析烟气中CO2、O2和CO的百分含量。 7、用蒸馏法测试原油中含水。 8、从表中查出燃料的低发热值。 9、记录测试数据，整体并计算。

（三）计算热效率的有关参数和计算方法 1、燃料的低发热值

一般采用燃料的低发热值，其计算公式为： 气体燃料：QL=ΣqLiYi

液体燃料：QL=81C+246H+26（S-O）-6W 式中：

QL 一一 液燃料低发热值，kJ/m3

qli —— 气体燃料各组分低发热值kJ/m3 Yi —— 气体燃料各组分的体积百分数； C、H、O、S —— 燃料各重量百分数； W —— 燃料油中所含水分重量百分数。 常见各种气、液体燃料的发热值见下表4-2-1

表4-2-1 液体燃料热值表 可燃物元素的组成重量，% 热值 名称 KJ/kg C H O+S 83-84 11-14 0.5-2 43540-46050 石油 84-88 11-12 0.5-0.8 40610-45010 重油 86 14 43125-46055 煤油

表4-2-2 气体燃料热值表 密度低发热分子沸点 分子名称 名称 ρ 值式 ℃ 式 kg/m3 kJ/m3 甲烷 CH4 0.7168 -161.5 35818 异烷 C4H10 63748 C4H8 乙烷 C2H6 1.356 -88.6 丁烯 乙烯 C2H4 1.2605 -103.5 59063 戊烷 C5H12 乙炔 C2H2 硫化氢 H2S H2 丙炔 C3H3 氢 丙烯 C3H6 氧化碳 CO 丁烷 C4H10 2、燃料燃烧发热量计算公式 气体燃料：

密度ρ kg/m3 2.668 2.50 3.457 1.5392 0.08987 1.2500 低发热值kJ/m3 -10.2 118068 -6 113508 36.1 146077 -60.4 23383 -252.78 10798 -191.5 12636 沸点 ℃ QR?BG?QL液体燃料：

QR?BL?QL

式中：QR —— 气、液燃料燃烧时发热值量，kJ/h；

BG —— 气体燃料耗量，m3/h； BL —— 液体燃料耗量，kg/h。

3、加热炉热负荷计算公式

Q?G?C?T2?T1?式中：Q —— 加热炉热负荷，kJ/h；

G —— 介质流量，kJ/h；

C —— 介质比热，kJ(kg·k)； T2 —— 介质出炉温度，℃或k； T1 —— 介质进炉温度，℃或k。 4、比热计算公式

C?1??1.68?3.39?10t??3式中：ρ—— 介质密度，kg/m3

t —— 平均温度，t=(T2+T1)/2，℃或k；

5、加热炉热效率计算公式

??GC?T2?T1??100%BQL式中：η —— 加热炉热效率，%；

B —— 燃料耗量，kg/h；

QL —— 燃料低发热值，kJ/kg或kJ/m3 6、其它计算公式

1）理论空气量计算公式 气体燃料：

??n??V0?0.0476?0.5CO?0.5H2?1.5H2S???m???CmHn?O2?4????液体燃料：

V0?0.0889C?0.265H?0.0333(O?S)式中：V0 —— 气、液燃料所需理论空气量，m3/h或m3/kg

CmHn、CO、H2、H2S、O2 —— 天然气中各可燃物成分及氧的体积百分数，%； C、H、O、S —— 燃料油中各可燃成分及氧的体积百分数，%；

2）空气过剩计算公式

a?21O2??0.5CO?0.5H2O?2CH4?21?79100??RO2?O2?CO?H2?CH4?式中：

CO、H2、CH4、RO2、O2 —— 烟气中可燃成分之原子气体及氧的体积百分数，%； 3）排烟处烟气容积流量计算公式

Vy?aV0?1式中：Vy —— 烟气容积流量，m3/h；

a —— 空气过程系数；

V0 —— 气、液燃料所需理论空气流量，m3/h或m3/kg。

4）化学不完全燃烧损失q3计算公式

q3?VyQL?3020CO?2580H2?8560CH4?% 5）炉壁散热损失q5计算

除要求作全面热工测试外，一般可假定火筒炉、水套炉、合一设备炉壁散热损失在3%左右管式炉壁热损失在4%左右。

6）反平衡法测加热炉效率公式

???1??q2?q3?q5???100%式中：q2是排烟损失的百分数。 四、技术要求

1、测试前要对加炉燃料燃烧情况和生产运行情况调整好。

2、加热炉达到工况稳定所需时间最少规定为，对火筒炉、水套炉、合一设备不少于2小时，对管式炉不少于24小时，均指冷态点火为止。

3、用于燃油、燃气介质计量的流量仪表，精度要高，必须在检定期内工作。 4、用于测量温度的仪器仪表其测量精度不得小于0.1。 5、正式测试时加热炉达到热 工况稳定1小时进行。 6、测定应在额定负荷下进行两次，每次测得热负荷不得低于额定负荷97%，要进行11%以上超负荷，80%低负荷各测试一次。

7、额定热负荷下，两次测试效率之差，正平衡法小于4%，反平衡法小于6%。

8、加热炉热效率取两次测试所得的平均值，当同时用正反平衡法测定热效率时，两种方法所得热效率偏差应小于5%，此时加热炉热效率应以正平衡法测定值为准。

9、测试期间负荷波动要保持相对平衡，不得超过±20%。

10、测试期间，介质流量、燃料用量、空气过剩系数不得任意改变，应保持相对稳定。 11、测试中应取燃料油试样，化验含水、密度、粘度。

12、做烟气成分分析时，取样管应用8-12毫米的不锈钢管，碳钢管或紫铜管制作。试样取出后用化分析器或气相层析仪进行分析。

13、对测试的数据，每15-20分钟记录一次，取全，取准各项数据资料，做准各种分析化验结果，应用公式查阅图表进行计算。

五、相关知识

（一）调整锅炉运行时所用名词：

1、锅炉热效率：是指锅炉吸收的热负荷与燃料完全燃烧所放出热量的百分比，用符号η表示。

2、过剩空气系数：实际上供给的空气量与理论计算的空气量的比值。

3、二次风：送到油雾周围，起强烈混合扰劝作用，促使油雾完全燃料的风。

4、热焓：工质的内能和压力能之和称为热焓。用符号“I”表示。法定单位“焦耳/公斤”，J/kg。

5、烟道尾部二次燃烧：锅炉运行中，燃烧不完全时，部分可燃物随着烟气进入尾部烟道，积存于烟道内粘附在尾部受热面上，在一定的条件下这些可燃物质能够自行着火燃烧的现象。

6、脱火：气流速度大于火焰传播速度。回火：气流速度小于火焰传播速度。 7、混合燃烧：从燃烧器喷出的燃料和空气在着火前已预先混合好的燃烧方式。 8、排烟损失：排入大气的废气温度高于周围空气温度所造成的损失。

9、化学不完全燃烧热损失：指排出炉外的烟气中含有可燃气体所造成的热损失。 （二）奥氏烟气分析器

1、烟报分析：是以一公斤燃料燃烧生成的干烟气容积为基础，测出烟气中各种成分容积占干烟气容积的百分数，如果以SO2、CO2、O2、N2和CO分别表示干烟气中二氧化碳、二氧化硫、氧、氮和一氧化碳的成分含量百分数则有：

CO2+ SO2+ O2+CO+ N2=100% 其中：CO2+ SO2=RO2

则有：RO2+ O2+ CO+ N2=100%

2、奥氏烟气分析器：是利用选择性吸收的方法来测定烟气中各成分含量的百分数，选择性吸收就是用某种化学药品和烟气接触，选择吸收烟气中的某些成分，根据某容积的减少，即可确定其容积含量百分数。

3、烟气分析在锅炉中应用

由于分析器可测出烟气中的CO2、O2，则炉内过剩空气系数就可确定，而过剩空气系数直接影响炉内燃烧的好坏及热损失的大小，因此必须做到心中有数，及时调整。另外锅炉一般为强制给风，在炉膛及烟道结构不十分严密的情况下，会有空气漏出炉外，使烟气在流动中过剩空气系数发生变化，因此，只要测出某受热面进、出口烟气中的O2量和CO2量，即可知道漏风系数的大小，此外从烟气分析的结果，可以知道烟气中CO的含量，从而判断炉内燃烧的好坏，可以及时调整燃烧的各项参数达到完全燃烧。

（三）锅炉各项热损失及影响因素

1、排烟损失q2：是指排入大气的废烟气温度高于周围空气的温度所造成的热损失。 影响排烟损失的主要因素是排烟温度和排烟量，排烟温度越高排烟量越大，则排烟热损失就越大。通常冬季以烟囱均匀冒白烟为准，夏季以烟囱看不见冒烟为准，这时排烟温度和排烟量合适。

2、化学不完全燃烧热损失q3：是指排出炉外的烟气中含有可燃气体而造成热损失 影响化学不完全燃烧热损失的主要因素是燃料的性质、炉膛的结构、过剩空气系数、炉膛温度以及炉内燃料与空气的混合情况。

3、机械不完全燃烧热损失q4：是指炉烟带出的飞灰和炉膛内存在部分未燃尽燃料所造成的损失。