第二节 锅炉的热平衡

一、锅炉的热平衡组成及热效率

锅炉的热效率是一项重要的技术指标，它表明锅炉设备的完善程度和运行管理水平。锅炉热效率是通过研究锅炉热平衡获得的。燃料在锅炉中不可能完全燃烧，其中可燃成分未燃烧所构成的热损失成为锅炉未完全燃烧损失；另外，燃料燃烧所放出的热量也不可能完全被有效利用，它们中的一部分通过排烟散入环境，另一部分由灰渣带走或由炉墙散热而损失。

（一）热平衡方程

锅炉热量的收支关系称为热平衡。热平衡以1kg燃料（燃煤、燃油锅炉）或1m3（标准状态）燃气（燃气锅炉）为基准组成热平衡关系，下面的叙述中，以1kg燃料为基准介绍热平衡方程。热平衡方程见式（2-1）

Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 （2-1）

式中 Qr——每kg燃料带入锅炉的热量（kJ/kg）；

Q1——锅炉有效利用的热量（kJ/kg）；

Q2——锅炉排烟所带走的热量，称锅炉排烟热损失（kJ/kg）；

Q3——未燃烧可燃气体具有的化学热，称为气体不完全燃烧损失（化学不完全燃烧损失）（kJ/kg）；

Q4——未燃烧固体燃料具有的化学热，称为固体不完全燃烧损失（机械不完全燃烧损失）（kJ/kg）；

Q5——锅炉散热损失（kJ/kg）；

Q6——灰渣物理热损失（kJ/kg）。

若以送入锅炉热量的百分率表示，则热平衡方程为式（2-2）

100=q1+q2+q3+q4+q5+q6 （2-2）

其中 ，，以此类推。

（二）锅炉的热效率

锅炉热效率可以从两个角度表达：若以锅炉的有效利用热Q1为基准，则称为正平衡效率，定义为式（2-3）

若以各项热损失为基准，则称反平衡效率，见式（2-4）

η=100-（q2+q3+q4+q5+q6） （2-4）

式中 q2——排烟损失占每1kg燃料带入锅炉的热量百分率（%）；

q3——化学不完全燃烧损失占每1kg燃料带入锅炉的热量百分率（%）；

q4——机械不完全燃烧损失占每1kg燃料带入锅炉的热量百分率（%）；

q5——散热损失占每1kg燃料带入锅炉的热量百分率（%）；

q6——灰渣物理热损失占每1kg燃料带入锅炉的热量百分率（%）。

二、带入锅炉的热量Qr

带入锅炉的热量指每kg燃料带入锅炉的热量Qr，包含燃料拥有的化学热和物理热，燃烧所需空气拥有的热量以及锅炉外部热源加热空气带入炉内的热量和雾化燃油的蒸汽带入炉内的热量等见式（2-5）。计算锅炉热平衡时从空气预热器中接受的热量不计算在内。

Qr=Qar，net+Qrx+Qwl+Qwh （2-5）

式中 Qar，net——燃料收到基低位发热量（kJ/kg）；

Qrx——燃料的物理显热（kJ/kg）；

Qwl——当用蒸汽或其他外来热源加热空气时而带入锅炉内的热量（kJ/kg）；

Qwh——雾化重油所用蒸汽带入炉内的热量（kJ/kg）。

上述各项热量的计算如下：

燃料的物理显热按式（2-6）计算：

Qrx=carrtr （2-6）

式中 carr——燃料的收到基平均比热容[kJ/（kg·℃）]；

tr——燃料的温度（℃）。

对于依靠外来热源加热燃料以及用开式系统使燃料干燥时，燃料的物理显热必须计算。如果没有外界加热，则只有当水分时，此项才予以计算。

燃料的收到基比热容按式（2-7）计算：

式中 carr——燃料的收到基平均比热容[kJ/（kg·℃）]；

cdr——燃料的干燥基平均比热容[kJ/（kg·℃）]，其数值可取：

无烟煤、贫煤 0.92kJ/（kg·℃）

烟煤 1.09kJ/（kg·℃）

褐煤 1.13kJ/（kg·℃）

油页岩 0.88kJ/（kg·℃）

对于液体燃料，重油的比热容按式（2-8）计算

carr=1.738+0.0025tr （2-8）

用外来热源加热空气时带入锅炉的热量按式（2-9）计算

Qwl=β（H0k-H0lk） （2-9）

式中 β——外热源空气加热器出口的过量空气系数；

H0k——外热源空气加热器出口的理论空气焓（kJ/kg）；

H0lk——理论冷空气焓（kJ/kg）；

燃油雾化时所用外来蒸汽带入的热量按式（2-10）计算

Qwh=Gwh（hwh-2500） （2-10）

式中 Gwh——燃油雾化所用的蒸汽量（kg/kg）；

hwh——雾化蒸汽的质量焓（kJ/kg）；

2500——排烟中蒸汽质量焓的近似值（kJ/kg）。

燃料中水分及氢燃烧所生成的水蒸气在锅炉排烟中均处于蒸汽状态，这部分汽化热无法利用。因此计算锅炉送入热量时，采用燃料的低位发热量，雾化燃油的蒸汽所带入的热量也需要扣除汽化热。

三、锅炉的有效利用热Q1

Q1指与每kg（或标准状态1m3）燃料对应的锅炉工质所吸收的热量（kJ/kg）。

电站锅炉的有效利用热可用式（2-11）计算：

生产饱和蒸汽的工业锅炉的有效利用热由式（2-12）计算：

热水锅炉的有效利用热由式（2-13）计算：

式中 B——锅炉的燃料输入量（kg/s）；

Dgq、Dzq、Dbq、Drs——锅炉的过热蒸汽、再热蒸汽、饱和蒸汽、热水产出量（kg/s）；

Dpw——锅炉排污水量（kg/s）；

hgq——过热蒸汽质量焓（kJ/kg）；

hzq，c、hzq，r——再热蒸汽出口、入口质量焓（kJ/kg）；

hgs——给水质量焓（kJ/kg）；

hpw——排污水质量焓（kJ/kg）；

hbq——干饱和蒸汽质量焓（kJ/kg）；

hrs，c、hrs，r——热水锅炉出口、入口水质量焓（kJ/kg）；

ω——蒸汽湿度（%），在设计时按ω=1%～3%确定；

r——汽化热（kJ/kg）。

四、锅炉的热损失

锅炉热损失计算可分为设计计算和运行试验计算两种。设计计算是根据给定的燃料特性进行计算或按规定选取，而运行试验计算则按实测数据进行计算，两种方法有所不同。

（一）机械不完全燃烧损失Q4或q4（固体不完全燃烧损失）

进入炉膛的燃料中，有一部分没有参与燃烧或未燃尽就被排出炉外，从而引起热量损失，通常由三部分组成：炉渣损失（炉渣中未燃尽的炭粒）、漏煤损失（层燃炉中部分燃料经由炉排落入灰坑，室燃炉无此项）及飞灰损失（未燃尽的炭粒随烟气排出炉膛），见式（2-14）

式中 mlz、mfh、mlm——单位时间内炉渣、飞灰和漏煤量（kg/s）；

clz、cfh、clm——炉渣、飞灰和漏煤中碳的质量分数（%）；

32700——每kg炭完全燃烧的发热量（kJ/kg）。

一般褐煤的cfh在0.5%～2.5%之间，烟煤的cfh在4%～9%之间，贫煤的cfh在10%～20%之间，无烟煤的cfh可达20%以上。

炉渣、飞灰和漏煤量按下式计算：

式中 alz、afh、alm——煤中的灰在炉渣、飞灰和漏煤中分布的质量分数，且alz+afh+alm=1。手烧炉和链条炉的afh在0.15～0.25之间，抛煤机炉的afh在0.25～0.40之间，振动炉的afh在0.15～0.3之间，流化床炉的afh在0.6～0.7之间，煤粉炉的afh在0.9～0.95之间。

燃用固体燃料的锅炉，机械不完全燃烧损失是锅炉热损失中的一个重要项目，它与燃料特性、燃烧方式、炉膛结构以及运行情况等相关。

不同的燃烧方式，机械不完全燃烧损失相差很大。大容量的固态排渣煤粉炉，此项损失一般可控制小于0.5%；小型煤粉炉，一般应小于2%。但对层燃炉，该项损失往往可达15%，当运行管理不善时，其数值更大。循环流化床炉的q4为0.5%～2.0%。锅炉设计时q4值的推荐值见表2-9。

锅炉的运行工况，如负荷，当负荷增大，炉内烟气量增加，相应的飞灰损失加大。层燃炉运行时煤层的厚度、链条炉排的速度、风量的分配等都会对q4产生影响。过量空气系数的大小对机械不完全燃烧损失也有影响，过量空气系数太小此损失会增大。

（二）化学不完全燃烧损失Q3或q3

化学不完全燃烧损失是由于部分一氧化碳、氢、甲烷等可燃气体未参与燃烧就随烟气排出所产生的损失。燃料的挥发分、炉膛过量空气系数、炉膛温度和炉内气流的配合等都是重要的影响因素。一般挥发分大的燃料，q3损失相对大些。应该重视一次与二次风的配合、火焰在炉膛内的充满度以及炉膛内的空气动力情况。若可燃气体能及时获得充分的氧，可减少q3损失；炉内的烟气温度和过量空气系数控制适当，可保证CO燃尽（一般烟气温度低于800℃时，CO很难燃尽）；层燃炉的煤层不能过厚，减少还原区生成的CO气体。每kg燃料所损失的Q3热量为烟气中未参与燃烧的可燃气体容积与它们的容积发热量乘积之和，见式（2-15）

或

式中 Vgy——标准状态下1kg燃料完全燃烧产生的标准状态干烟气体积（m3/kg）；126.4、108及358.2——与一氧化碳、氢和甲烷的发热量有关的乘数（kJ/m3）；

CO、H2、CH4——干烟气中一氧化碳、氢和甲烷的体积分数（%），由烟气分析测得；

——考虑到有固体不完全燃烧损失而对所生成的干烟气容积的修正。

通常，在燃烧正常的情况下，化学不完全燃烧损失值很小。推荐数值如下：煤粉炉q3=0，气体或液体燃料炉q3=0.5%、层燃炉q3=0.5%～1.0%。各种情况下q3设计值推荐见表2-8。

（三）排烟热损失Q2或q2

烟气离开锅炉时，其焓值高于进入锅炉的空气焓值，这样形成了排烟热损失q2。此项损失是锅炉热损失中的主要项目之一，计算见式（2-16）

或

式中 Hpy——燃烧1kg燃料的排烟焓值（kJ/kg）。由相应的过量空气系数和排烟温度确定，设计过程中，在锅炉热力计算时先计算出各部分烟道不同过量空气系数下在不同温度时的烟气焓温表，从该表中查取；

H0lk——完全燃烧1kg燃料进入锅炉的理论冷空气焓，即过量空气系数为1时冷空气在温度θ（一般取30℃）下的焓（kJ/kg）；

αpy——排烟处的过量空气系数，由空气平衡计算得出；

——考虑到有固体不完全燃烧损失而作的修正。

排烟损失的主要影响因素是排烟温度和排烟容积。排烟温度提高，则q2损失加大，一般排烟温度提高10～15℃，q2约增加1%。但低的排烟温度可能造成锅炉尾部受热面的低温腐蚀，同时又需要布置更多的尾部受热面，增加金属耗量和烟气流动阻力。合理的排烟温度是需要通过对锅炉的技术经济核算才能确定的，通常对小型锅炉，燃用高硫分煤时，排烟温度定得比较高，在180～220℃范围；大、中型锅炉，排烟温度在110～180℃。但锅炉在运行过程中，受热面上的积灰或结渣会使传热恶化，导致排烟温度升高，所以运行中须经常性地吹灰以保持受热面清洁。

排烟容积与燃料中的水分和炉膛出口过量空气系数、烟道各处的漏风系数相关，烟气容积大，q2随之增加。通常过量空气系数和排烟温度受最佳值和推荐值的限制，因此减少各处的漏风量是降低排烟损失的有效途径。

（四）过量空气系数与漏风系数

在计算排烟热损失Q2或q2时，排烟处的过量空气系数αpy是指烟气离开锅炉本体处，即最下级空气预热器烟气出口处的过量空气系数，计算见式（2-17）

式中 α″l——炉膛出口的过量空气系数；

Δαi——烟气从炉膛出口依次经各部分受热面或烟道处的烟道漏风系数，漏风系数指漏入空气量与理论空气量的比值。

对第i烟道，其出入口烟气的过量空气系数的关系见式（2-18）

α″i=α′i+Δαi （2-18）

需要指出，炉膛出口过量空气系数不仅与鼓风机送入炉膛的风量有关，还与炉膛的漏风系数及制粉系统的漏风系数有关。对空气预热器而言，空气侧的压力比烟气侧的压力高，所以当空气流经空气预热器时，会有一部分空气漏入烟气侧，计算见式（2-19）

α″l=α′ky-Δαky+Δαl+Δαzf （2-19）

式中 α′ky——最下级空气预热器入口的空气侧过量空气系数；

Δαky——整个空气预热器的漏风系数；

Δαl——炉膛漏风系数；

Δαzf——制粉系统漏风系数。

额定负荷下锅炉各段烟道的漏风系数、各种制粉系统的漏风系数及炉膛出口过量空气系数的推荐值见表2-10～表2-12。

（五）散热损失Q5或q5

散热损失是由锅炉炉墙、锅筒、集箱、汽水管道、烟风管道等其他部件的温度高于周围空气温度而产生。对层燃炉而言，还有在拨火、清炉或投煤过程中打开炉门产生的散热损失。

散热损失可按传热公式计算，见式（2-20）

式中 Fs——锅炉的散热表面积（m2）；

αs——锅炉散热表面的传热系数[W/（m2·K）]；

ts、tk——散热表面温度和周围空气温度（℃）；

B——燃料消耗量（kg/s）。

实际上，因某些参数的测量较繁杂且不易准确，目前常用的方法是按照锅炉的额定容量选一经验值，其值见表2-13。一般额定蒸发量小的锅炉，q5较大；蒸发量大的锅炉，q5较小。

（六）灰渣物理热损失Q6或q6

灰渣热损失是指排出锅炉时灰渣所带走的热量，灰渣温度通常高达600～800℃。层燃炉或沸腾炉需要将漏煤的热物理损失一并考虑，计算见式（2-21）

无漏煤损失及多点灰沉降的情况下计算见式（2-22）

式中 （cθ）lz、（cθ）lm、（cθ）cjh——每kg炉渣、漏煤和沉降灰在温度为θlz、θlm和θcjh时的质量焓（kJ/kg）。每kg灰渣的质量焓从灰的焓温表查取。灰渣温度取值如下：液态排渣炉θlz为灰熔点温度加上100℃；固态排渣煤粉炉和层燃炉为600℃；循环流化床炉为800℃。

固态排渣煤粉炉，只有燃料中的灰分含量大时，才考虑q6损失。液态排渣炉、循环流化床炉和层燃炉的q6损失较大，必须计算。

（七）燃料消耗量

锅炉单位时间内耗用的燃料量称锅炉的燃料消耗量（kg/s）。由锅炉在单位时间内的总有效吸热量和每kg燃料带入炉膛的热量及锅炉热效率确定，计算见式（2-23）

式中 Q1——单位时间内工质在锅炉内的有效吸热量（kJ/s），其计算方法见式（2-11）～式（2-13）；

η——锅炉热效率（%）。

实际参加燃烧反应的燃料量中应该扣除未参与燃烧的部分，即机械不完全燃烧损失。所以，计算每小时燃料燃烧所需要的空气量和生成的烟气量时，用式（2-24）计算才合适

式中 Bj——计算燃料消耗量（kg/s）。

五、锅炉热平衡测试

锅炉热平衡测试的目的是测定锅炉的蒸发量、燃料消耗量、热效率以及各项热损失。同时，也可测定蒸汽品质和有关的辅机参数及工作特性等，以此了解和掌握锅炉性能及运行工况，确定最佳运行工况，为新装锅炉的验收、改装锅炉的鉴定等提供必要的技术依据。下面仅介绍《工业锅炉热工性能试验规程》（详见GB/T 10180—2017），而对电站锅炉的性能测试，读者可参考GB/T 10184—2015。

（一）热平衡测试方法

锅炉热平衡试验有两种方法：正平衡法和反平衡法。

正平衡法直接测定锅炉的输入热量（燃料带入的热量）和输出热量（锅炉的有效利用热量和各项热损失），从而确定锅炉热效率。正平衡法适用于中、小型锅炉。

正平衡法锅炉的热效率见式（2-25）

式中 Q1——在测试时间内，工质的平均有效吸热量（kJ/s）；

锅炉输入热量的计算公式见式（2-26）

Qrr=BQar，net （2-26）

对不同情况下，锅炉有效吸热量计算为

（1）用给水流量计测供汽量时见式（2-27）

（2）用蒸汽流量计测供汽量时见式（2-28）

（3）过热蒸汽锅炉见式（2-29）

（4）热水锅炉见式（2-30）

Q1=Gxh（hcs-hjs） （2-30）

在测试期间，为维持运行工况稳定，尽量不进行排污；若有排污，则上面各式中，应计入排污水带走的热量，其计算公式见式（2-31）

Qps=Dpw（hpw-hgs） （2-31）

式中 Dsc——蒸汽锅炉向用户的供汽量（kg/s）；

Dzy——锅炉自用蒸汽量（kg/s）；

Dgs——蒸汽锅炉的给水量（kg/s）；

Dpw——排污水的流量（kg/s）；

Gxh——热水锅炉的循环水量（kg/s）；

Gs——测定蒸汽湿度时的锅水取样量（kg/s）；

Gq——测定蒸汽湿度时的蒸汽取样量（kg/s）；

hbq——饱和蒸汽的质量焓（kJ/kg）；

hgs——蒸汽锅炉的给水质量焓（kJ/kg）；

hzy——自用蒸汽质量焓（kJ/kg）；

hcs——热水锅炉的出水质量焓（kJ/kg）；

hjs——热水锅炉的进水质量焓（kJ/kg）；

hpw——排污水的质量焓（kJ/kg）；

r——汽化热（kJ/kg）；

ω——蒸汽的湿度（%）。

根据上述公式，正平衡法需要测定下面各量：

蒸汽锅炉的蒸发量可直接测量蒸汽流量，也可根据给水量的测定确定，锅炉的蒸发量与外供蒸汽量和锅炉自用蒸汽量平衡。在没有排污量的情况下，测得的给水量就是锅炉的蒸发量。对于容量大的锅炉，可以采用节流装置流量计对蒸汽量直接测定。热水锅炉的循环水量，通过实测确定。测定时间内，蒸汽或循环水流量的波动，应控制在锅炉设计值的10%以内。

蒸汽、热水与给水的质量焓测定需要测量两个参数：温度和压力。

测定时蒸汽锅炉的压力应保持下述水平：设计压力小于1MPa的锅炉，试验压力不小于其80%；设计压力在1～1.6MPa时，试验压力不小于其85%；当设计压力大于1.6MPa时，试验压力不小于其90%。热水锅炉的试验压力不应低于其设计值的70%。采用的压力表精度不低于1.5级。

蒸汽湿度的测定有很多方法，如热平衡法、氯根法、碱度法、钠度法、电导率法等。

热平衡法：通过热平衡测定湿蒸汽的质量焓，与同温度（压力）下的干饱和蒸汽的质量焓比较，以确定蒸汽的干度，从而计算出蒸汽的湿度。但此法所需求的仪器精度较高，质量及温度的测量误差须小于1%，否则蒸汽湿度的准确性将受到影响。

氯根法：又称硝酸银容量法，对工业锅炉，蒸汽压力较低，含氯根的盐基本上都溶在锅水中，因此蒸汽中的氯根含量可以看成是它所携带的锅水中溶解的氯根，从而蒸汽中的氯根和锅水中的氯根比值就是蒸汽的湿度。此法所测出的蒸汽湿度较准，故在工业锅炉试验中应用较多。

碱度法：同氯根法的工作原理相同，即蒸汽的碱度与锅水的碱度比值为蒸汽的湿度。由于滴定终点的观察有两次，读数及视觉误差较大，所以碱度法测蒸汽湿度不如氯根法准确。

钠度法：采用钠度计测定蒸汽的钠浓度和锅水的钠浓度，两者的比值为所测蒸汽的湿度。

电导率法：用电导率仪测定蒸汽的电导率和锅水的电导率，通过比较得出蒸汽的湿度。

燃料消耗量的测定：测定试验期间的平均值，为保证准确性，试验时锅炉的运行工况应保持稳定，试验起始和终了时炉内煤层的厚度、燃烧面积与燃烧程度应尽量一致，以减少测量误差。燃料发热量可送往实验室测出，计算时用低位发热量。

上述测定出的锅炉效率称毛效率，即没有考虑锅炉自用蒸汽和辅机设备消耗的动力。但在试验期间应该记录锅炉的自用蒸汽和辅机的动力消耗，这样在必要时，可以计算出锅炉的净效率。

反平衡测试需要测量锅炉的各项热损失q2～q6，需要有燃料分析、烟气分析、飞灰和炉渣化验等数据。反平衡提供的数据不仅可以计算锅炉的热效率，而且对锅炉运行工况的改进以及制造、设计和研究等工作都有借鉴价值。

反平衡热效率见式（2-32）

η=100-（q2+q3+q4+q5+q6） （2-32）

各项损失的计算由前面介绍过的计算公式确定。

排烟损失需要测量排烟温度和冷空气温度，排烟处的过量空气系数通过烟气成分测量分析得出，主要通过测定三原子气体、过量氧和一氧化碳的体积分数后确定。有时候，还要测定排烟处的甲烷体积分数和氢的体积分数，以使计算更为精确。

对应于q3的计算公式，可燃气体的体积分数用烟气分析测定值计算。

确定q4必须作灰平衡测试，即对入炉煤的含灰量与炉渣、漏煤、烟道灰及飞灰中的纯灰量进行平衡测定。为此对以上各项都必须称质量并取样化验，测定各自的含碳量，从而得出各部分的含灰量占入炉煤含灰量的质量分数。

炉渣中的含灰率见式（2-33）

漏煤中的含灰率见式（2-34）

烟道灰中的含灰率见式（2-35）

如此可得飞灰的含灰率见式（2-36）

afh=1-alz-alm-ayh （2-36）

式中 mlz、mlm、myh——炉渣、漏煤、烟道灰的质量（kg/s）；

Clz、Clm、Cyh——炉渣、漏煤、烟道灰的含碳量（%）；

Aar——燃料的收到基灰分（%）；

B——燃料消耗量（kg/s）。

散热损失根据锅炉容量可由设计推荐值确定，有条件的由热流计测定。

灰渣的物理热损失中，炉渣和漏煤的温度可测定，也可按经验选取；炉渣和漏煤的含灰率按上面的测定值确定。

（二）燃料与灰渣的分析

燃料分析项目有元素分析、工业分析和发热量的测定。对于煤粉炉，还应测定煤粉细度及煤的灰熔点；对层燃炉，有必要时测定燃料的粒度；对液体燃料，应测定其密度、含水量、黏度、闪点与凝固点；对气体燃料，应测定其组成成分。

灰渣分析项目主要测定含碳量以及各部分炉渣和烟灰所占燃料总灰量的比例。

燃料、灰渣和飞灰的取样必须要具有代表性。燃料取样量比较大，要缩制成试样进行化验。试样必须分成相同的两份，一份化验，另一份保存备查或备用，样品均应密封装存。

煤的分析：在测定锅炉反平衡效率时，需要测定煤的各种元素成分、水分及挥发分等。煤的元素分析要求比较高，所用设备也比较复杂，可由专门的研究单位代为分析；工业分析主要测定煤的水分、灰分、挥发分和固定碳。

水分，包括煤的收到基外在水分War，w、空气干燥基水分Mad和收到基全水分War，测定方法比较简单。煤的收到基外在水分测定试样为粒度在13mm以下，测试过程为：在45～50℃的干燥箱内干燥8h，然后接着在相对湿度65%条件下经8h干燥，失去质量的百分率为收到基外在水分（风干水分）。煤的空气干燥基水分测定，取1g左右粒度为0.2mm以下的风干试样，置于干燥箱内。烟煤和无烟煤的干燥温度定为105～110℃，箱内干燥时间1～1.5h；褐煤的干燥温度定为145℃左右，干燥1h。然后取出试样瓶在空气中冷却2～3min，放入干燥器中冷却到室温称质量，干燥过程中失去的质量的百分率为空气干燥基水分。煤的收到基全水分见式（2-37）

煤中灰分的测定，通常采用缓慢灰化。分析时先称取1g粒度为0.2mm以下的风干试样，放入到灰皿中，置于温度在（815±10）℃下的马弗炉中灼烧至恒质量（约1h）取出后冷却15min，然后在干燥器中继续冷却至室温，测出其质量。空气干燥基的灰含量见式（2-38）

式中 m1——灰分质量（g）；

m0——风干试样的质量（g）。

挥发分的测定，风干试样在与空气隔绝条件下置于（900±10）℃的马弗炉加热7min，然后从炉中取出冷却5min，再入干燥器继续冷却至室温，测质量。空气干燥基的挥发分计算见式（2-39）

式中 m1——余下质量（g）；

m0——风干试样的质量（g）；

Mad——试样的空气干燥基水分（%）。

空气干燥基固定碳计算，见式（2-40）

Cad=100-（Mad+Aad+Vad） （2-40）

煤的粘结性分析，利用挥发分分析的残余焦炭鉴定，可以分为如下类别：

粉状：全部呈粉状，无粘着颗粒；粘着：手指轻压即成粉状；弱粘结：手指轻压即成碎块；不熔融粘结：焦渣呈饼状，手指用力压才成碎块；不膨胀熔融粘结：焦渣呈饼状，炭粒界线不易分清，表面有银白色金属光泽；微膨胀熔融粘结：手指压不碎，表面有银白色金属光泽及小膨胀泡；膨胀熔融粘结：表面有银白色金属光泽，焦炭高度不超过15mm；强膨胀熔融粘结：表面有银白色金属光泽，但焦炭高度在15mm以上。

煤的发热量用氧弹测热计测定。根据氧弹测热计测得的煤样空气干燥基弹筒发热量，再依次换算得到煤样空气干燥基的高位发热量和收到基的低位发热量。把一定质量的煤样置于充有过量氧气的氧弹中，氧弹浸没在盛满水的容器中，弹筒发热量借助于容器中水温的升高确定。容器中的水温由贝克曼温度计测定。

弹筒的发热量由式（2-41）计算：

式中 Qad，dt——弹筒发热量（kJ/kg）；

K——热量计的水当量（kJ/℃）；

T——实验主要阶段的最终温度（℃）；

h——T温度时，温度计刻度的校正值（℃）；

T0——实验主要阶段的初始温度（℃）；

h0——T0温度时温度计刻度的校正值（℃）；

Δt——测热计热交换校正值（℃）；

g——点火金属丝的燃烧热（kJ/kg）；

b——已燃烧的金属丝质量（kg）；

m——空气干燥基煤样的质量（kg）。

弹筒发热量可由自动量热控制仪直接测得，也可用普通氧弹测热计手工测量，然后进行计算而得到。

由弹筒发热量进一步计算空气干燥基高位发热量（kJ/kg），见式（2-42）

Qad，gr=Qad，dt-94.2Sad-0.0063Qad，dt （2-42）

进一步由空气干燥基高位发热量计算收到基低位发热量（kJ/kg），见式（2-43）

炉渣、漏煤、烟道灰及飞灰中的可燃物测定方法相同。量取试样，置于预先加热到（850±20）℃的马弗炉中灼烧2h，取出放置于石棉板上冷却5min，再放置于干燥器中冷却到室温后测定其质量。试样中所失去质量与试样质量的比即为试样的含碳量，见式（2-44）

式中 Ci——炉渣、漏煤、烟道灰或飞灰的含碳量（%）；

m1——炉渣、漏煤、烟道灰或飞灰所失去的质量（g）；

m0——炉渣、漏煤、烟道灰或飞灰的试样质量（g）。

（三）燃料燃烧产物的分析

燃烧产物即烟气，需要测定烟气中各种成分的含量。烟气中的三原子气体、氧气和一氧化碳，通过奥氏气体分析仪测定，也可用气相色谱仪、比色检测仪和比长检测管等测定。

奥氏气体分析仪的工作原理是根据化学吸收的方法，按容积测定烟气的成分。

各种烟气的体积分数见式（2-45）～式（2-48）

N2=100%-（RO2+O2+CO） （2-48）

（四）锅炉的烟尘排放浓度测定

锅炉烟尘排放有两方面的限定，烟尘浓度和烟气浓度。

烟尘浓度采用烟尘浓度测定仪测定，用等速取样法在排放的烟气中取样，分析其中的含尘量。取样的烟尘浓度应尽量取得与烟道中的烟尘浓度相同。在取样和分析时应测量烟气流量q（L/min）、大气压力pd（Pa）、烟气表压力py（Pa）、烟气温度θy（℃），查θ下饱和水蒸气分压及测排烟中的烟尘质量m（g/min），然后按式（2-49）计算标准状态下锅炉排烟的含尘浓度μ（mg/m3）。

烟气浓度是根据烟尘的颜色确定，利用光线的透过率测定，常用标准林格曼烟气浓度表为基准作对比的方法确定，称林格曼黑度。标准林格曼烟气浓度图用白底黑线方格图把烟气浓度区分为6个等级，第一张图为全白，第六张图为全黑，其余为不同深浅色调的黑线方格。林格曼黑度的测定以视觉为依据，观察者站在距离烟囱约40m处，在人和烟囱之间（距人约16m）竖立林格曼浓度表板，将观察到的烟气黑度与浓度板的黑度进行比较，烟气的浓度为与之比较相一致的那块浓度板所示的级别。

烟气无色为0级，浅灰色为1级，灰色为2级，淡黑为3级，黑色为4级，深黑为5级。