各项热损失

4.4.2　各项热损失

1.固体不完全燃烧热损失

这是燃料中未燃烧或未燃尽碳造成的热损失，这些碳残留在灰渣中，也称为机械未完全燃烧损失或未燃碳损失。针对不同燃烧方式，燃料燃烧生成不同形式的灰渣，固体不完全燃烧热损失q₄的计算公式如下：

（1）对于火床炉有

（2）对于流化床锅炉有

（3）对于煤粉炉有

以上各式中的a_lz、a_lm、a_yh、a_fh、a_yl、a_lh分别为炉渣、漏煤、烟道灰、飞灰、溢流灰、冷灰或冷炉斗灰渣中的灰量占入炉燃料总灰分的质量份额，C_lz、C_lm、C_yh、C_fh、C_yl、C_lh分别为炉渣、漏煤、烟道灰、溢流灰、冷灰或冷炉斗灰渣中可燃物含量的百分数，32700为每kg纯碳的发热量（kJ）。

式（4.85）、式（4.87）、式（4.89）称为灰平衡方程式，即锅炉燃料中的总灰分等于排出锅炉各种灰渣的总和。在锅炉热效率试验中，就是用灰平衡测定法测出各种灰渣的质量份额和其中的可燃物含量，然后用上述公式计算出q₄的。

在设计锅炉时，q₄可按燃料种类和燃烧方式选用，热力计算方法中有推荐值。对固态除渣煤粉炉，可粗略地选取如下：褐煤q₄＝1%，烟煤q₄＝2%，贫煤q₄＝3%，无烟煤q₄＝4%；燃油和燃气炉q₄＝0。

影响q₄的主要因素有：燃料的性质、燃烧方式、炉膛型式和结构、燃烧器设计和布置、炉膛温度、锅炉负荷、运行水平、燃料在炉内的停留时间和与空气的混合情况等。

2.可燃气体不完全燃烧热损失

这是由于CO、H₂、CH₄等可燃气体未燃烧放热就随烟气离开锅炉而造成的热损失，也称化学不完全燃烧损失。锅炉运行中可用下式计算：

式中：CO、H₂、CH₄为干烟气中一氧化碳、氢气、甲烷的容积百分数，可从烟气分析测得；RO₂为干烟气中三原子气体容积百分比。

正常燃烧时，q₃值很小。在进行锅炉设计时，q₃值可按燃料种类和燃烧方式选取：煤粉炉，q₃＝0；燃油和燃气炉，q₃＝0.5%；火床炉，q₃＝（0.5～1.0）%。

影响q₃的主要因素有：燃料的挥发分、炉膛过量空气系数、燃烧器结构和布置、炉膛温度和炉内空气动力工况等。

3.排烟热损失q₂

这是由于锅炉排烟带走的热量所造成的损失，等于排烟焓与入炉空气焓之差，即

式中：I_py为排烟焓，kJ/kg；为进入锅炉的冷空气焓，按冷空气温度t_lk＝30℃计算，kJ/kg；α_py为排烟处的过量空气系数，α_py＝α″₁＋∑Δα。

设计时I_py按选取的排烟温度θ_py和α_py查焓温表得到。锅炉运行时，α_py按测得的烟气成分计算得出，θ_py实测得到，I_py则可按式（4.71）计算得到。

q₂损失是锅炉热损失中最主要的一项，对大中型锅炉，约为（4～8）%，小型锅炉的这一数值可能更高。影响q₂的主要因素为排烟温度和烟气容积。通常θ_py每升高12℃左右，可使q₂约增加1%。故要经常吹灰和减少漏风。

4.散热损失

这是由于锅炉本体及锅炉范围内各种管道、附件的温度高于环境温度而散失的热量。影响散热损失的主要因素有：锅炉外表面积的大小、外表面温度、炉墙结构、保温隔热性能及环境温度等。它的测量及计算方法比较复杂，目前常用的方法是按锅炉容量选一经验值，设计锅炉时可查图4.2或按下式求额定蒸发量时的散热损失：

式中：D_ed为额定蒸发量，t/h。

图4.2　锅炉散热损失q₅

1—锅炉整体（连同尾部受热面）；2—锅炉本身（无尾部受热面）；3—我国电站锅炉性能验收规程中的曲线（连同尾部受热面）

由图可见，散热损失随锅炉的容量的增大而减小。这是因为当锅炉容量增大时，燃料消耗量基本上也按比例增加，而锅炉的外表面积却增加稍慢，因此，相应于单位燃料的炉墙外表面积便减小，散热损失减小了。当锅炉在其他蒸发量运行时，应换算成实际散热损失q₅。

这个结论简单地说明如下：

假定炉膛的长宽高比例不变，即L：W：H＝const，由于

式中：Q_yx为总的有效利用热，kJ/s。

由上式可见，锅炉燃料消耗量与锅炉容量基本成正比，而锅炉为保持良好的燃烧与传热及保证安全，必须维持基本上是一定的锅炉容积热负荷，这样炉膛容积也随锅炉负荷基本成比例变化（对于中等以上容量的锅炉，炉膛容积增大得比锅炉负荷大些），，则锅炉表面积与负荷的关系为，即锅炉面积增长倍数只是锅炉负荷的2/3次方。

对于锅炉在非额定工况下运行时的散热损失，通常乘以一个负荷修正系数计算：

式中：D为实际蒸发量，kg/s；q_5，ed为额定蒸发量时的散热损失，%。

由此可见，当锅炉运行在50%负荷时，散热损失将增大一倍，这对于锅炉的变工况性能是非常不利的。

为计算简便，各段烟道所占q₅的份额，可以当作是与各段烟道中烟气放出的热量成比例，故在烟气放给受热面热量的公式中乘以一个保温系数φ。保温系数φ的意义是：烟气通过受热面能传给工质的热量占烟气放热量的份额（φ＜1.0）。也就是说，烟气放出的热量主要一部分传给工质，少量通过炉墙散热而损失掉了。也就是说，烟气在烟道中的放热量和保热系数的乘积等于该烟道受热面的吸热量。

假定各段烟道和整台锅炉的保热系数是相等的，保热系数可按整台锅炉的情况求出。即

式中：Q_ky为空气预热器吸热量，kJ/kg。当锅炉没有空气预热器或有空气预热器但它的吸热量与锅炉有效利用热量Q₁相比很小时，保热系数为

锅炉热力计算中一般认为采用φ＝1－来计算保温系数足够准确，而不论锅炉是否有空气预热器。

5.其它热损失q₆

锅炉的其他热损失q₆主要指灰渣物理显热损失，另外，在大容量锅炉中，由于某些部件（如尾部受热面的支撑梁等）要用水或空气冷却，而水或空气所吸收的热量又不能送回锅炉系统中应用时，就造成冷却热损失。故q₆＝。

对固态排渣煤粉炉，只有当燃料中灰分满足A_ar≥时才需计算。

灰渣物理显热损失用下式计算：

式中：a_hz为排灰渣量占入炉燃料总灰分的质量份额。当各部分灰渣温度不等时，应分别计算，然后相加。

灰渣温度：对固态排渣炉和火床炉，取θ_hz＝600℃；液态排渣炉θ_hz＝FT＋100℃；流化床锅炉溢流灰温度等于床温，冷渣管排出的冷灰温度比床温低50℃。