1、第二章 燃料第一节燃煤的成分及其特性第二节点火及助燃用燃料第三节燃料的燃烧计算第四节锅炉机组热平衡燃料通常是指在燃烧时能够放出大量热量的物质燃料通常是指在燃烧时能够放出大量热量的物质第二章 燃料第一节燃煤的成分及其特性第二节点火及助燃用燃料第三节燃料的燃烧计算第四节锅炉机组热平衡燃料通常是指在燃烧时能够放出大量热量的物质燃料通常是指在燃烧时能够放出大量热量的物质第一节 燃煤的成分及其特性 一、 煤的元素分析成分及性质 二、 煤的工业分析 三、 煤的成分分析基准 四、 煤的发热量 五、煤灰的熔融特性及影响煤灰熔融性的因素 六、 煤的分类一.煤的元素分析成分及性质40%95%3%6%1%40%1%
2、40%0.5%8%10%50%3%60%二.煤的工业分析煤的工业分析是利用煤在加热燃烧过程中的失重进行定量分析煤的工业分析是利用煤在加热燃烧过程中的失重进行定量分析,以测定煤中的以测定煤中的水分水分(M)、挥发分、挥发分(V)、固定碳、固定碳(FC)和灰分和灰分(A)的质量分数。的质量分数。煤恒温箱去除表面水分加热1.52h马弗炉水分含量隔绝空气加热焦炭挥发分含量电炉空气充分灼烧固定碳含量灰分含量图2.煤的工业定量分析流程图二.煤的工业分析1.挥发分挥发分 把失去水分的煤样在隔绝空气的条件下加热到一定温度时,煤中的有机物质会分解成气体析出,这些析出的气体称为挥发分。2.焦炭焦炭 煤中水分和挥发
3、分析出后剩下的固体物质称为焦炭。玉米秸秆之所以没有煤禁烧，原因就在于秸秆的挥发分含量远高于煤焦结性是煤的一个重要特性,它对锅炉工作有一定影响。三.煤的成分分析基准 要确切地反映煤的特性以及使各种煤的分析结果具有可比性,不仅需要知道煤的各种成分含量,而且还需要知道各成分含量的基准(即所处状态和条件)图3 煤的成分与分析基准之间的关系1.收到基 以收到状态的煤为基准2.空气干燥基 以经自然干燥除去外在水分的煤为基准3.干燥基 以假想无水状态的煤为基准4.干燥无灰基 以假想无水、无灰状态的煤为基准基准基准元素分析元素分析工业分析工业分析收到基Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=1
4、00%FCar+Var+Aar+Mar=100%空气干燥基Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%FCad+Vad+Aad+Mad=100%干燥基Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%FCd+Vd+Ad=100%干燥无灰基Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%FCdaf+Vdaf=100%式中C、H、O、N等为碳氢氧氮等成分在各基准中的质量分数，元素下标为基准代号四.煤的发热量1.煤的高位发热量Qgr 煤的高位发热量是指单位质量的煤完全燃烧时所放出的热量,其中包括煤完全燃烧所生成的水蒸气全部凝结成水时放出的汽化潜热,用Qgr表示,单位为kJ/k
5、g2.煤的低位发热量Qnet 煤的低位发热量是指单位质量的煤完全燃烧时所放出的热量,其中不包括煤完全燃烧所生成的水蒸气凝结成水时放出的汽化潜热,用Qnet表示,单位为kJ/kg。 现代大容量锅炉为防止尾部受热面低温腐蚀,排烟温度一般在110以上,烟气中的水蒸气不会凝结,汽化潜热未被利用。因此,在锅炉的有关热力计算中采用低位发热量。标准煤即收到基低位发热量为29270kJ/kg的煤五.煤灰成分及煤灰熔融特性 煤燃烧后生成的灰分是由各种矿物成分组成的混合物,灰的成分主要有二氧化硅(SiO2)、氧化铝 (Al2O3)、各种氧化铁 (FeO、Fe2O3、Fe3O4)、钙(镁)氧化物 (CaO、MgO)
6、及碱金属氧化物 (K2O、Na2O)等。目前普遍采用的煤灰熔融温度测定方法主要有角锥法角锥法和柱体法柱体法两种。由于角锥法锥体尖端变形容易观测,我国和其他大多数国家都采用此法测量灰熔点。角锥法测定煤灰熔融温度图4.灰的熔融特性示意DT变形温度ST软化温度FT熔化温度变形温度：灰锥顶端开始变圆或弯曲软化温度：灰锥锥体顶点弯曲至锥底面或锥体变成球形或高度等于或小于底面边长熔化温度：灰锥锥体熔化成液体并能在底面流动或厚度在1.5mm以下在锅炉技术中多用软化温度ST作为熔融特性指标,或称为灰熔点。通常把ST1200的煤灰称为易熔灰,ST1400的煤灰称为难熔灰影响煤灰熔融性的因素1.煤灰的化学成分煤灰
7、的化学成分 一般来说,煤灰中高熔点成分(SiO2、Al2O3、CaO、MgO)含量越多,煤灰的熔点越高;相反,低熔点成分 (FeO、Na2O、K2O)含量越多,则煤灰的熔点越低。灰分中的各种成分在单一存在状态下本身熔点较高,但煤灰成分结合为共晶体或共晶体混合物时,会使煤灰熔点降低2.煤灰周围高温介质的性质煤灰周围高温介质的性质 当介质中存在还原性气体(如CO)时，会是使煤灰熔点降低，煤灰熔点随含铁量的增加而迅速下降,煤灰在还原性介质气氛中比在氧化性气氛中,其熔点会降低2003003.煤中灰分含量煤中灰分含量 煤灰量越多,煤灰中各种成分相互接触就越频繁,在高温下产生化合、分解、助熔作用的机会也会
8、增多,从而使煤灰的熔点降低。六.煤的分类分类分类发热量发热量特点特点无烟煤2093025120kJ/kg含碳量很高,挥发分含量很小。煤表面具有黑色光泽,密度较大,且质硬不易研磨,储存时不易风化和自燃贫煤较难点燃、燃尽,燃烧时火焰短,焦炭无焦结性烟煤1885027210kJ/kg含碳量较无烟煤低,挥发分含量较多。表面呈灰黑色,有光泽,质松易碎,储存时会自燃褐煤1050014700kJ/kg含碳量不高,挥发分含量很高。褐煤外表多呈棕褐色,褐煤质脆易风化,储存时极易发生自燃表3.煤的分类及各自特点第二节 点火及助燃用燃料一、 燃油的化学成分二、 燃油的物理特性三、 气体燃料的化学成分及特性一、 燃油
9、的化学成分特点：发热量Qar,net=3770044000kJ/kg。燃油含碳、氢量较高,杂质含量较少,发热量较高,很容易点燃与燃烧;灰分含量极少;由于燃油含氢量高,燃烧后生成的水蒸气多,因此油中硫分和灰分对受热面的腐蚀和积灰比较严重。此外,对燃油的管理必须注意防火二、 燃油的物理特性1.粘度：粘度：粘度反映燃油的流动性能，油的粘度越小,流动性能越好,雾化的质量也越好,便于输送；在110以下,重油的粘度随油温的升高而降低,因此常用加热的办法降低油的粘度2.凝固点：凝固点：重油丧失流动性,开始发生凝固时的温度称为凝固点。油中石蜡含量越多,凝固点越高。凝固点高的重油,低温时流动性差,将增加运输和管
10、理的难度。3.闪点和燃点：闪点和燃点：油在加热时首先蒸发为油气,随着油温的升高,油蒸发为油气的数量增多,当油气和空气混合物达到某一浓度时,如有明火接触,发生短暂闪光的最低温度称为闪点。闪点是燃油安全防火的指标；油气与空气混合物遇到明火能点燃,且燃烧时间持续5s以上的最低温度称为燃点。4.密度：密度：密度大的燃油,其碳及杂质的含量较高,而氢的含量相对小些,以至粘度较大、闪点较高、发热量较低,因此,密度是检验和评价燃油的指标。由于燃油密度与温度有关,因而在石油工业中,规定以油温为20时的密度作为燃油产品的标准密度。三、 气体燃料的化学成分及特性气体燃料有天然气体燃料和人工气体燃料两种。电厂锅炉使用
11、的气体燃料主要有天然气、高炉煤气和焦炉煤气等。气体燃料气体燃料化学成分化学成分特性特性天然气气田煤气主要为甲烷；油田煤气甲烷的容积分数一般为75%87%, 重碳氢化合物约占10%以上,二氧化碳约占5%10%天然气的发热量很高,标准状态下可达3350037700kJ/m3高炉煤气CO的质量分数为20%30%,H2的容积分数为5%15%高炉煤气含有大量的不可燃气体(CO2、N2)和灰粒,发热量较低,标准状态下约为38004200kJ/m3焦炉煤气H2的质量分数约为50%60%,CH4的容积分数为20%30%焦炉煤气的发热量较高,标准状态下约为17000kJ/m3,焦炉煤气属于优质动力燃料第三节燃料
12、的燃烧计算一、 理论空气量二、 实际供给空气量及过量空气系数三、 烟气成分四、 根据燃烧化学反应计算烟气容积五、 烟气分析仪(器) 1kg(或1m3)收到基燃料完全燃烧而又没有剩余氧存在时所需要的空气量称为理论空气量,一般用符号V0表示,其单位为m3/kg(或m3/m3)。 理论空气量以1kg(1m3)收到基燃料为基础,根据燃料的燃烧方程式推导出1kg燃料完全燃烧所需的空气量,即 V0=(2-10)一、 理论空气量二、 实际供给空气量及过量空气系数 为了使燃料在炉内能够燃烧完全,减少不完全燃烧热损失,实际送入炉内的空气量要比理论空气量大些,这一空气量称为实际空气量,用符号Vk表示,单位为m3/
13、kg(或m3/m3)。实际空气量Vk与理论空气量V0之比,称为过量空气系数,用符号表示,即 炉膛出口的过量空气系数l是锅炉运行的重要指标,其值太大会使排烟损失增加,太小则不能保证燃料完全燃烧。运行中炉膛出口过量空气系数的最佳值是通过燃烧调整试验来确定的。一般煤粉炉为1.151.25。燃烧室型式燃烧室型式燃料燃料炉膛出口过量空气炉膛出口过量空气系数系数炉膛出口氧量炉膛出口氧量(%)煤粉炉煤粉炉固态排渣无烟煤、贫煤烟煤、褐煤1.201.251.203.54.23.5液态排渣(开式、半开式)无烟煤、烟煤褐煤1.201.251.203.54.23.5重油、煤气炉重油、煤气炉 重油、焦炉煤气、天然气、高
14、炉煤气1.101.9表 .炉膛出口过量空气系数l和氧量的推荐值注: 在热风送粉时,取较大值。 在采用气密炉墙和正压送风时,烧煤气时可取炉膛出口过量空气系数为1.05;采用自动调节油量与气量,且炉膛漏风系数小于0.5时,可取燃油炉炉膛出口过量空气系数为1.021.03。三、 烟气成分(1)当=1且完全燃烧时,烟气是由CO2、SO2、 H2O和N2四种气体成分组成的。故烟气容积为上述四种气体成分分容积之和,即 Vy=+(2)当1,完全燃烧时,烟气是由CO2、SO2、 H2O、O2和N2五种气体成分组成的。故烟气容积为上述五种气体成分分容积之和,即 Vy=+(3)当1且不完全燃烧时,烟气中除上述五种
15、气体成分外还有CO、H2及CH4等可燃气体。通常烟气中的H2及CH4等可燃气体的含量极少,可以忽略不计,而只考虑CO成分,故烟气可认为是由CO2、SO2、H2O、N2、O2和CO六种气体成分组成的。烟气容积为上述六种气体分容积之和,即 Vy=+VCO+四、 根据燃烧化学反应计算烟气容积1.理论烟气容积V 当=1且完全燃烧时,生成的烟气容积称为理论烟气容积,用符号V表示,其单位为m3/kg。 计算燃料各组分燃烧所产生的烟气量及理论空气带入的水蒸气量,理论烟气容积的计算公式为 V=1.886+0.8+0.79V0+0.111Har+0.0124Mar+0.0161V02.实际烟气容积Vy 燃料的实
16、际燃烧过程是在1的情况下进行的。过量空气不参与燃烧化学反应而全部进入烟气中,随同这部分过量空气还带入一部分水蒸气。所以实际烟气容积Vy为理论烟气容积、过量空气容积和过量空气带入的水蒸气容积三部分之和五、 烟气分析仪(器)图5.奥氏烟气分析仪13吸收瓶4梳形管57旋阀8过滤器9三通旋阀10量筒11水准瓶12水套管1315缓冲瓶脱脂棉脱脂棉和无水和无水氯化钙氯化钙（水）（水）氯化亚铜氯化亚铜氨溶液氨溶液（CO）焦性没食焦性没食子酸子酸（氧气）（氧气）氢氧化钾氢氧化钾溶液溶液（RO2）五、 烟气分析仪(器) 烟气中的各种气体成分含量是用烟气分析仪测定的,发电厂较为普遍使用的是奥氏烟气分析仪。工作原理
17、： 奥氏烟气分析仪是利用选择性吸收的方法来测定烟气中各种气体成分含量的。选择性吸收就是用某种化学吸收剂和烟气接触,选择吸收烟气中的某种气体成分,根据其容积的减少可确定其容积分数。分析步骤： 首先,利用水准瓶向量筒中抽取100cm3烟气;让这一定量的烟气依次进入吸收瓶1、吸收瓶2和吸收瓶3。烟气多次反复通过吸收瓶1后,烟气中的RO2被吸收尽,利用量筒可以测出烟气减少的容积,即为干烟气中三原子气体容积分数。按同样的方法用吸收瓶2测出O2的容积分数,用吸收瓶3测出CO的容积分数,最后在量筒中剩余的气体即为N2。上述吸收程序不能颠倒。每次读数时,需将水准瓶水位面与量筒中的水位面对齐。 由于RO2、O2
18、、CO的容积分数均已测出,N2的容积分数也可由下式求出: V=100%-(+CO)(2-20)第四节锅炉机组热平衡一、 锅炉热平衡方程二、 锅炉正平衡求效率三、 锅炉反平衡求效率及各项热损失四、 锅炉燃料消耗量一、 锅炉热平衡方程图6.锅炉热平衡示意图Q1锅炉的有效利用热量,单位为kJ/kg;Q2排烟损失的热量,单位为kJ/kg;Q3气体未完全燃烧损失的热量,单位为kJ/kg;Q4固体未完全燃烧损失的热量,单位为kJ/kg;Q5散热损失的热量,单位为kJ/kg;一、 锅炉热平衡方程 锅炉热平衡是按1kg固体或液体燃料(对气体燃料则是1m3标准状态下)为基础进行计算的。在稳定工况下,锅炉热平衡方
19、程式可写为 Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 式中Qr锅炉的输入热量,单位为kJ/kg; 将上式两边都除以Qr,并乘以100%,则可建立以百分数表示的热平衡方程式: 100%=q1+q2+q3+q4+q5+q6二、 锅炉正平衡求效率测定输入热量Qr和有效利用热量Q1来计算锅炉热效率的方法,称为正平衡求效率法 =q1=100%1.锅炉的输入热量Qr 对于燃煤锅炉,如燃煤和空气都未利用外部热源进行预热,且燃煤水分Mar%,则锅炉输入热量就近似等于煤的收到基低位发热量,即 Qr=Qar,net 2.锅炉有效利用热量Q1 锅炉有效利用热量包括过热蒸汽的吸热、再热蒸汽的吸热、饱和蒸汽的吸热和排污
20、水的吸热。当锅炉不对外供饱和蒸汽时,对于1kg燃料的有效利用热量可用下式计算: Q1=Dgq(hgq-hgs)+Dzq(hzq-hzq)+Dpw(hpw-hgs)式中 Dgq、Dzq、Dpw过热蒸汽、再热蒸汽、排污水的流量,单位为kg/h; hgq、hgs过热器出口蒸汽和锅炉给水的焓,单位为kJ/kg; hzq、hzq再热器出、入口蒸汽焓,单位为kJ/kg; hpw排污水的焓,它等于汽包压力下饱和水的焓,单位为kJ/kg; B每小时的燃料消耗量,单位为kg/h。三、 锅炉反平衡求效率及各项热损失测定锅炉的各项热损失来计算锅炉热效率的方法,称为反平衡求效率法。 =q1=100%-(q2+q3+q
21、4+q5+q6)各项热损失：1.固体未完全燃烧热损失2.气体未完全燃烧热损失3.排烟热损失4.散热损失5.灰渣物理热损失 1.固体未完全燃烧热损失(1)固体未完全燃烧热损失的计算对于采用球磨机的煤粉锅炉,一般采用式(2-27)来计算固体未完全燃烧热损失,即 q4=(2-27)式中 Cfh、Clz飞灰、炉渣中碳的质量分数; 328661kg碳的发热量,单位为kJ/kg; fh飞灰份额,是飞灰中的灰占燃料总灰分的份额; lz炉渣份额,是指炉渣中的灰占燃料总灰分的份额。(2)影响固体未完全燃烧热损失的因素及分析 固体未完全燃烧热损失是锅炉热损失中的一个主要项目,通常仅次于排烟热损失。影响此项损失的因
22、素有:燃料的种类和性质、煤粉细度、燃烧方式、燃烧设备和炉膛结构、负荷、炉内空气动力工况以及运行操作情况等。2.气体未完全燃烧热损失气体未完全燃烧热损失是指排烟中含有未燃尽的CO、H2、CH4等可燃气体所造成的热损失(1)气体未完全燃烧损失的计算 对于煤粉锅炉,正常燃烧时q3值很小,可忽略不计。层燃炉q3=0.5%1.0%;卧式旋风炉、燃油炉、燃气炉q3=0.5%;烧高炉煤气的锅炉q3=1.5%。(2)影响气体未完全燃烧热损失的因素及分析 影响气体未完全燃烧热损失的主要因素是燃料的挥发分、炉内过量空气系数、炉膛温度、炉膛结构以及炉内空气动力工况等。3.排烟热损失(1)排烟热损失的计算排烟热损失是
23、指离开锅炉机组最后受热面的烟气温度高于外界空气温度所造成的热损失。 q2=100%=(100-q4) 式中Hpy排烟焓,指1kg固体或液体燃料燃烧生成的烟气容积 py排烟处过量空气系数 理论空气焓,指1kg固体或液体燃料燃烧所需的理论空气量在定压(通常为大气压)下从0加热到温度t所需要的热量,单位为kJ/kg。(2)影响排烟热损失的因素及分析由式可知,影响排烟热损失的主要因素是排烟容积和排烟温度。排烟容积越大,排烟温度越高,则排烟热损失也越大。一般排烟温度每升高1520,q2约增加1%。4.散热损失(1)散热损失的计算散热损失是指锅炉在运行中,由于汽包、联箱、汽水管道、炉墙等的温度均高于外界空
24、气温度而散失到空气中去的那部分热量。(2)影响散热损失的因素及分析影响散热损失的主要因素有锅炉额定蒸发量(即锅炉容量)、锅炉实际蒸发量(即锅炉负荷)、外表面积、水冷壁和炉墙结构、管道保温以及周围环境情况等。随着锅炉容量的增加,燃料消耗量大致成正比地增加,而锅炉的外表面积和炉膛温度却增加得慢些,这样对应于单位燃料消耗量的锅炉外表面积是减少的,散热损失q5就减小。图7.锅炉额定蒸发量下的散热损失5.灰渣物理热损失 (1)灰渣物理热损失的计算 灰渣物理热损失是指高温炉渣排出炉外所造成的热量损失,可按下式计算: q6=100%=100%式中lz炉渣份额,可由表2-2查出; clz1kg炉渣的比热容,单位为kJ/(kg); tlz炉渣温度,固态排渣时取600;液态排渣时比灰液化温度FT高100。(2)影响灰渣物理热损失的因素及分析 影响灰渣物理热损失的因素有:燃料灰分、炉渣份额以及炉渣温度。p 经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量p Study Constantly, And You Will Know Everything. The More You Know, The More Powerful You Will Be写在最后谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way
