1、第二章第二章 燃料及其燃烧特性燃料及其燃烧特性n第一节第一节 电站锅炉燃料电站锅炉燃料燃料的定义燃料的定义n通过燃烧释放热能的可燃物质称为燃料。通过燃烧释放热能的可燃物质称为燃料。核能燃料可控核裂变与和聚变有机燃料以各种形式在自然界存在的碳氢化合物燃料总类 有机燃料的物理状态分为：有机燃料的物理状态分为：固体燃料、液体燃料和气体燃料固体燃料、液体燃料和气体燃料液体燃料石油及其制品轻油、柴油、重油煤气城市煤气、高炉煤气、焦炉煤气油页岩锅炉燃料气体燃料固体燃料煤无烟煤、烟煤、褐煤等木材，生物质沼气天然气、液化石油气n获得方法：天然燃料获得方法：天然燃料-自然界直接获得；自然界直接获得；人工燃料人工
2、燃料-工艺加工。工艺加工。用途：工艺燃料用途：工艺燃料-炼焦、化工等；炼焦、化工等；动力燃料动力燃料-燃烧用。燃烧用。煤的组成与特性煤的组成与特性n煤是世界上最重要的燃料煤是世界上最重要的燃料 在早期历史的记载中人们对煤的直接燃烧就已在早期历史的记载中人们对煤的直接燃烧就已有了认识。根据有了认识。根据Elliott和和Yoke(1981)的文章，的文章，中国人早在公元前中国人早在公元前1000年就使用了煤，希腊和年就使用了煤，希腊和罗马人在公元前罗马人在公元前200年以前开始利用煤。到公元年以前开始利用煤。到公元1215年，在英格兰开始了煤的贸易活动。从年，在英格兰开始了煤的贸易活动。从16世
3、纪开始，煤的初期利用世纪开始，煤的初期利用(例如：焦炭、煤焦油例如：焦炭、煤焦油和煤气和煤气)就不断得到改进，就不断得到改进，1822年发明了固定床年发明了固定床的给煤系统，的给煤系统，1831年出现粉煤燃烧，年出现粉煤燃烧，1921年发年发明了流化床。明了流化床。n全世界迄今为止已开采和消耗掉的煤合计约全世界迄今为止已开采和消耗掉的煤合计约为为1400亿吨，即占可采储量的亿吨，即占可采储量的20%左右，对左右，对估计储量讲仅占估计储量讲仅占1.3%。所以对主要的产煤国。所以对主要的产煤国来说可开采的煤仍旧很丰富，估计还可继续来说可开采的煤仍旧很丰富，估计还可继续开采开采300年。年。n不断增
4、长的能源需求意味着，所有的现有常不断增长的能源需求意味着，所有的现有常规能源终究会被耗尽，煤也不能例外。不过规能源终究会被耗尽，煤也不能例外。不过在很长时间内，它仍然足发电的主要燃料和在很长时间内，它仍然足发电的主要燃料和生产焦炭与煤气的原料。生产焦炭与煤气的原料。n煤的形成：植物残骸随地壳运动被埋入地下，煤的形成：植物残骸随地壳运动被埋入地下，长期处于地下高温、高压、隔绝空气、细菌长期处于地下高温、高压、隔绝空气、细菌环境，经过数百万年的化学和地质过程而形环境，经过数百万年的化学和地质过程而形成化学特性稳定、含碳量高的固体化合物。成化学特性稳定、含碳量高的固体化合物。把植物残骸变成煤的地质化
5、学过程称为煤化。把植物残骸变成煤的地质化学过程称为煤化。随地质年代等不同，一般分为褐煤、烟煤和随地质年代等不同，一般分为褐煤、烟煤和无烟煤。无烟煤。n在地质历史上，沼泽森林覆在地质历史上，沼泽森林覆盖了大片土地，包括菌类、盖了大片土地，包括菌类、蕨类、蕨类、灌木、乔木等植物。灌木、乔木等植物。但在不同时代海平面常有变但在不同时代海平面常有变化化.n当水面升高时，植物因被淹当水面升高时，植物因被淹而死亡。如果这些死亡的植而死亡。如果这些死亡的植物被沉积物覆盖而不透氧气，物被沉积物覆盖而不透氧气，植物就不会完全分解，而是植物就不会完全分解，而是在地下形成有机地层。随着在地下形成有机地层。随着海平面
6、的升降，会产生多层海平面的升降，会产生多层有机地层。有机地层。n经过漫长的地质作用，在温经过漫长的地质作用，在温度增高、压力变大的还原环度增高、压力变大的还原环境中，这一有机层最后会转境中，这一有机层最后会转变为煤层。因埋深和埋藏时变为煤层。因埋深和埋藏时间的差异，形成的煤也不尽间的差异，形成的煤也不尽相同。相同。n第二节第二节 煤的元素分析和工业分煤的元素分析和工业分析析一、元素分析一、元素分析1、煤的组成特点、煤的组成特点n可燃成分和不可燃成分组成的复杂组合物，可燃成分和不可燃成分组成的复杂组合物，结构非常复杂。结构非常复杂。n各组成元素并不单独游离存在，而是以复杂各组成元素并不单独游离存
7、在，而是以复杂的化合物存在，成分十分不均匀。的化合物存在，成分十分不均匀。2、元素分析、元素分析 ultimate analysisn全面测定煤中所含全部化学成分的分析。其成全面测定煤中所含全部化学成分的分析。其成分分为：分分为：nC，H，O，N，S，A(ash)，M(moisture)可燃成分可燃成分C，H，可燃，可燃S不可燃成分不可燃成分水分，惰性气体，各水分，惰性气体，各种矿物质种矿物质碳碳 Cn最主要的可燃质，煤是富含碳的燃料；最主要的可燃质，煤是富含碳的燃料；n燃烧产物主要是燃烧产物主要是CO2；n碳含量取决于碳富集程度，煤化程度；碳含量取决于碳富集程度，煤化程度；n碳的发热量：碳的
8、发热量：32.7103kJ/kg，4.182系数；系数；n一般含量：一般含量：30%70%，n关于热量单位：关于热量单位：kcal（工程）（工程）,kJ（国际）（国际）,Btu（英热单位）（英热单位）1 cal=4.18 J 1 Btu=0.2520 kcal定义：定义：1 lb水升高水升高 1 F；tc=5/9(tF-32),tF=9/5tc+32氢氢 Hn发热量很高，达发热量很高，达120103kJ/kg，极易燃烧；，极易燃烧；n煤中含量很少，仅为煤中含量很少，仅为3%6%；n液体燃料中可达到液体燃料中可达到14%；n天然气中最多。天然气中最多。硫硫 S 部分部分S属于可燃质，属于可燃质，
9、发热量仅发热量仅9103kJ/kg；对锅炉设备及环境的危害很大；对锅炉设备及环境的危害很大；硫的含量硫的含量0.25%，甚至更高，超过，甚至更高，超过1%，既，既为高硫煤。为高硫煤。元素成分为可燃硫。元素成分为可燃硫。在煤中硫以三种状态存在：在煤中硫以三种状态存在：硫化铁硫化铁全硫全硫硫酸盐硫酸盐不燃烧，含量很少，并入灰分不燃烧，含量很少，并入灰分可燃硫（挥发硫），燃烧生成可燃硫（挥发硫），燃烧生成SO2，有机硫有机硫氧氧 O1.氧不可燃，氧不以游离状态存在于煤中，与氧不可燃，氧不以游离状态存在于煤中，与煤中的氢和碳组成化合物，占据部分可燃质，煤中的氢和碳组成化合物，占据部分可燃质，使煤发热量
10、降低。使煤发热量降低。2.氧的含量氧的含量115%，木柴中的氧含量达到，木柴中的氧含量达到20%25%。氮氮 Nn氮是一种不利的元素，在高温环境下，与氧氮是一种不利的元素，在高温环境下，与氧形成氮氧化物，对环境危害极大。形成氮氧化物，对环境危害极大。n煤中氮的含量煤中氮的含量1%。灰分灰分A A煤中不可燃矿物杂质，成分十分复杂，大多煤中不可燃矿物杂质，成分十分复杂，大多数煤的灰分含量数煤的灰分含量7%40%。灰分灰分内在灰分内在灰分外在灰分外在灰分产生于开采、运输、贮藏过程中产生于开采、运输、贮藏过程中一次灰分一次灰分成煤前植物中含有的矿物质，均匀分布在可燃质中成煤前植物中含有的矿物质，均匀分
11、布在可燃质中二次灰分二次灰分在煤形成过程中，外界带入的杂质，呈粒状分布在煤形成过程中，外界带入的杂质，呈粒状分布水分水分Mn含量一般在含量一般在130%，多在，多在10%左右。左右。内在水分内在水分也称为吸附水分或风干水分，即煤经过风干后的水分也称为吸附水分或风干水分，即煤经过风干后的水分外在水分外在水分经过风干后可以脱除掉的那部分水分，受运输，贮存条经过风干后可以脱除掉的那部分水分，受运输，贮存条件等影响，变化很大。件等影响，变化很大。水分水分二、工业分析（实验）二、工业分析（实验）proximate analysisn在一定实验条件下，经过分析得到水分、挥发分、固定碳和在一定实验条件下，经
12、过分析得到水分、挥发分、固定碳和灰分这四种成分的质量百分数。工业分析在电厂常用（唯一灰分这四种成分的质量百分数。工业分析在电厂常用（唯一的实验内容）的实验内容）n方法方法：自然干燥，：自然干燥，1g煤样，煤样，1055干燥箱干燥箱 1 小时，失去重小时，失去重量为空干基水分；量为空干基水分；n然后隔绝空气，然后隔绝空气，920电炉，电炉，7分钟，干燥箱冷却至室温，失分钟，干燥箱冷却至室温，失去重量为空干基挥发分；去重量为空干基挥发分；n挥发分为有机气体，对锅炉影响很大；挥发分为有机气体，对锅炉影响很大；n剩余为焦炭，为固定碳及灰分组合。在剩余为焦炭，为固定碳及灰分组合。在8155下燃烧下燃烧1
13、小时，小时，剩余为空干基灰分。剩余为空干基灰分。n最后可得固定碳。最后可得固定碳。n煤中主要成分为碳，经过不同的过程，其特性有所煤中主要成分为碳，经过不同的过程，其特性有所变化。一般碳指元素碳，英文单词变化。一般碳指元素碳，英文单词carbon；碳颗粒；碳颗粒泛指含碳物质，泛指含碳物质，carbon particle，强调其颗粒特性，强调其颗粒特性，如粒径、外表面等；炭，特指碳热解后所形成的固如粒径、外表面等；炭，特指碳热解后所形成的固体物质，体物质，char；炭骸，强调热解过程完成所决定的；炭骸，强调热解过程完成所决定的固形残骸的特性，如多孔性、内表面等，固形残骸的特性，如多孔性、内表面等，
14、char residue；固定碳，煤的工业分析挥发分测定实验结；固定碳，煤的工业分析挥发分测定实验结束后剩余的不包括灰分的固体残留物质，涉及燃尽束后剩余的不包括灰分的固体残留物质，涉及燃尽时可与炭骸混用，时可与炭骸混用，fixed carbon；焦炭，固定碳与灰；焦炭，固定碳与灰分的组合物质，分的组合物质，coke。挥发分及其测定挥发分及其测定n挥发分定义挥发分定义：失去水分的煤样在隔绝空气：失去水分的煤样在隔绝空气的条件下加热到一定温度时，煤分解逸出的条件下加热到一定温度时，煤分解逸出的气体物质。的气体物质。n主要成分是主要成分是CO、CO2、CmHn、H2等。等。n收到基挥发分含量在收到基
15、挥发分含量在5%40%之间。之间。n表示方法：表示方法：V，Vdaf，等，也存在换算。等，也存在换算。影响因素：影响因素：l挥发分的多少和组成与煤的年代有关挥发分的多少和组成与煤的年代有关l热解程度随加热速率、加热温度和加热时间热解程度随加热速率、加热温度和加热时间而变，须在统一条件下测定。而变，须在统一条件下测定。l挥发分的发热量取决于挥发分的成分挥发分的发热量取决于挥发分的成分l挥发分的多少与组成影响到着火，是对动力挥发分的多少与组成影响到着火，是对动力用煤进行分类的重要依据。用煤进行分类的重要依据。（煤质分析简介）（煤质分析简介）1煤质分析方法煤质分析方法（1）元素分析）元素分析 全面测
16、定煤的全面测定煤的所有成分所有成分以及挥发分与发热量以及挥发分与发热量等。等。（2）工业分析）工业分析 测定水分、灰分、灰熔融特性、煤粉细度、测定水分、灰分、灰熔融特性、煤粉细度、挥发分以及发热量等。挥发分以及发热量等。工业分析在电厂常用（唯一的实验内容）工业分析在电厂常用（唯一的实验内容）煤质分析的内容煤质分析的内容1.煤元素分析煤元素分析2.煤中水分含量测定煤中水分含量测定3.煤中灰分含量测定煤中灰分含量测定4.煤发热量测定煤发热量测定5.挥发分及其测定挥发分及其测定6.灰的熔融性及测定灰的熔融性及测定 1煤元素分析（专门仪器）煤元素分析（专门仪器）2煤中水分测定煤中水分测定 包括测定外在
17、水分与内在水分。包括测定外在水分与内在水分。3煤中灰分测定煤中灰分测定 将煤粉试样在电炉中灰化。将煤粉试样在电炉中灰化。4.煤发热量测定煤发热量测定 绝热式量热计（注意：扣除生成硫酸和硝绝热式量热计（注意：扣除生成硫酸和硝酸的热量）酸的热量）第三节、煤的成分的计算基准第三节、煤的成分的计算基准n用各个成分的质量百分数来表示用各个成分的质量百分数来表示;n水分和灰分所占质量较大，且随外界条件有水分和灰分所占质量较大，且随外界条件有较大的波动较大的波动;n采用四种不同的采用四种不同的“基基”准的质量成分表示准的质量成分表示:n1.收到基收到基ar；n2.空气干燥基空气干燥基ad；n3.干燥基干燥基
18、d；n4.干燥无灰基干燥无灰基daf.收到基（下标符号为收到基（下标符号为ar）n表示燃料中全部成分的质量百分数总和。表示燃料中全部成分的质量百分数总和。n是锅炉设计、经济性分析及燃料燃烧计算的是锅炉设计、经济性分析及燃料燃烧计算的原始依据。原始依据。Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%空气干燥基（下标符号为空气干燥基（下标符号为ad）n表示在不含外在水分的条件下，燃料各组成表示在不含外在水分的条件下，燃料各组成成分的质量百分数总和。成分的质量百分数总和。n是实验室煤质分析所用煤样的成分组成。是实验室煤质分析所用煤样的成分组成。Cad+Had+Oad+Nad+Sad
19、+Aad+Mad=100%干燥基（下标符号为干燥基（下标符号为d）n表示在不含水分的条件下干燥燃料各组成表示在不含水分的条件下干燥燃料各组成成分的质量百分数总和。成分的质量百分数总和。n干基中各成分不受水分变化的影响。干基中各成分不受水分变化的影响。Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%干燥无灰基（下标符号为干燥无灰基（下标符号为daf）n表示在不含水分和灰分的条件下，干燥无灰表示在不含水分和灰分的条件下，干燥无灰燃料各组成成分的质量百分数总和。燃料各组成成分的质量百分数总和。n干燥无灰基中只包含燃料的可燃成分，各成干燥无灰基中只包含燃料的可燃成分，各成分不受水分和灰分变化的影响。分不受
20、水分和灰分变化的影响。n煤分类、煤炭交易的依据。煤分类、煤炭交易的依据。Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%煤质分析结果（基准）的表示方法：序号 基准 定义 符号（小标）备注 1 收到基 以收到状态的煤为基准 Ar 设计时可将此作为应用状态对待 2 空气干燥基 与空气湿度达到平衡状态的煤为基准 Ad 3 干燥基 以假想无水状态的煤为基准 d 同义词可为干基 4 干燥无灰基 以假想无水、无灰状态的煤为基准 daf 以往概念的可燃基，已经禁用 5 干燥无矿物质基 以假想无水、无矿物质状态的煤为基准 dmmf 6 恒湿无矿物质基 以假想含最高水分、无矿物质状态的煤为基准 mmf
21、 各种基的换算：各种基的换算：x=k x0n该式不能用于水分换算，因为内、外部水该式不能用于水分换算，因为内、外部水分不是成比例的，换算式为书式分不是成比例的，换算式为书式2-7。第四节、煤的发热量及相关概念第四节、煤的发热量及相关概念一、煤的发热量一、煤的发热量两种发热量的定义：两种发热量的定义：1高位发热量高位发热量Qgr（gross calorific value）1kg煤完全燃烧时放出的全部热量，包括烟气中水煤完全燃烧时放出的全部热量，包括烟气中水蒸气凝结时放出的热量。蒸气凝结时放出的热量。2低位发热量低位发热量Qnet（net calorific value）在在1kg煤完全燃烧时放
22、出的全部热量中扣除水蒸气煤完全燃烧时放出的全部热量中扣除水蒸气汽化潜热后所得的热量。即煤中可燃质的一部分燃汽化潜热后所得的热量。即煤中可燃质的一部分燃烧热量被用于水分的汽化，没有得到利用。烧热量被用于水分的汽化，没有得到利用。n单位为单位为kcal/kg，或者，或者kJ/kg，MJ/kg。高位发热量与低位发热量间的换算公式高位发热量与低位发热量间的换算公式 2-8煤的高位发热量减去煤中水和氢燃烧生成水的煤的高位发热量减去煤中水和氢燃烧生成水的气汽化潜热所得到的热量为低位发热量，气汽化潜热所得到的热量为低位发热量，r为水的汽化潜热，取为为水的汽化潜热，取为2510 kJ/kg。几点说明几点说明n
23、实验室所测是全部热量（高位），锅炉排烟实验室所测是全部热量（高位），锅炉排烟温度均较高（温度均较高（110以上），烟气中水蒸气以上），烟气中水蒸气未凝结，将这部分汽化潜热带走。未凝结，将这部分汽化潜热带走。n我国均采用低位发热量。有些国家采用高位我国均采用低位发热量。有些国家采用高位发热量，必要时说明。发热量，必要时说明。n表示煤的发热量同样分为不同的表示煤的发热量同样分为不同的“基基”，因，因此，也存在之间的换算。此，也存在之间的换算。二、发热量的测定二、发热量的测定n氧弹式量热仪测量（有实验）氧弹式量热仪测量（有实验）三、煤的折算成分三、煤的折算成分n硫分、灰分与水分对锅炉工作的影响硫分、
24、灰分与水分对锅炉工作的影响1)降低煤的发热量降低煤的发热量；2)降低燃烧温度，不利于燃料的着火与燃烧降低燃烧温度，不利于燃料的着火与燃烧；3)增加烟气容积，排烟温度升高，排烟损失增增加烟气容积，排烟温度升高，排烟损失增加，锅炉效率下降加，锅炉效率下降；4)加剧锅炉受热面的低温腐蚀与积灰加剧锅炉受热面的低温腐蚀与积灰；5)增加通风电耗。增加通风电耗。n比较锅炉燃烧不同煤时，带入炉内的水、灰和比较锅炉燃烧不同煤时，带入炉内的水、灰和硫的硫的质质量量煤的煤的折算成分折算成分；n定义：定义：每送入炉内每送入炉内1MJ（1000kJ）热量，随燃热量，随燃料带入炉内的某成分的料带入炉内的某成分的质质量量（
25、g）；）；n分别为折算水分、折算灰分和折算硫分分别为折算水分、折算灰分和折算硫分；n过去以每过去以每1000kcal为标准，现在是为标准，现在是1000kJ对应对应的克数；单位的克数；单位g/MJ（SI制）制）n书中定义为送入书中定义为送入1000kcal（4187kJ）热量带入）热量带入的某成分的含量（的某成分的含量（%）。）。采用折算成分的目的采用折算成分的目的n以灰分为例，同一锅炉燃烧不同煤时，采用以灰分为例，同一锅炉燃烧不同煤时，采用折算成分的必要性（此为成分的百分含量折算成分的必要性（此为成分的百分含量%）煤种灰分发热量燃煤量总计带入的灰量折算灰分kg/hkg/h褐煤9.929701
26、000993.3烟煤196137500953.09折算成分的表达式折算成分的表达式n要产生同样的热量，带入锅炉的灰量取决于要产生同样的热量，带入锅炉的灰量取决于煤灰分含量与发热量；煤灰分含量与发热量；n与灰分含量成正比，与发热量成反比；与灰分含量成正比，与发热量成反比；n采用此比例式来代表带入的灰量。采用此比例式来代表带入的灰量。折算水分折算水分g/MJ 折算灰分折算灰分g/MJ 折算硫分折算硫分g/MJ arnetararnetarasarQMQMM,4,10)1000(1001000arnetararnetarasarQAQAA,4,10)1000(1001000arnetararneta
27、rasarQSQSS,4,10)1000(1001000n采用折算成分判断煤中水分、灰分和硫采用折算成分判断煤中水分、灰分和硫分高、中、低的大致范围如表所示。分高、中、低的大致范围如表所示。折算成分（）低中等高折算水分12.0折算灰分17.0折算硫分1.3四、标准煤四、标准煤n单纯以燃煤量的多少来比较不同锅炉的经济单纯以燃煤量的多少来比较不同锅炉的经济性不妥，须折算到统一标准；性不妥，须折算到统一标准；n标 准 煤 的 概 念，规 定 低 位 发 热 量 为标 准 煤 的 概 念，规 定 低 位 发 热 量 为7000kcal/kg（或者（或者29270kJ/kg，29.27MJ/kg）的煤为
28、标准煤；的煤为标准煤；n将发热量不是将发热量不是7000 kcal/kg的煤统一折算到的煤统一折算到7000 kcal/kg来进行比较；来进行比较；n用于计算和比较标准煤耗等。用于计算和比较标准煤耗等。第五节第五节 煤灰的结渣和积灰特性判别煤灰的结渣和积灰特性判别一、煤灰的熔融特性（灰熔点）一、煤灰的熔融特性（灰熔点）n炉膛内温度很高，煤中灰颗粒一般呈熔化或炉膛内温度很高，煤中灰颗粒一般呈熔化或软化状态，对锅炉工作影响极大。软化状态，对锅炉工作影响极大。n对锅炉的主要危害是造成锅炉受热面结渣，对锅炉的主要危害是造成锅炉受热面结渣，传热恶化，掉渣灭火或事故。传热恶化，掉渣灭火或事故。n灰分成分不
29、同，发生熔化的温度也不同。灰分成分不同，发生熔化的温度也不同。n高熔点成分高熔点成分+低熔点成分，无固定的熔点。低熔点成分，无固定的熔点。n温度见表温度见表2-2。壁面距壁面的距离温度高低温度分布趋势灰熔融性的测定灰熔融性的测定n将灰制成特定形状的灰堆，将灰制成特定形状的灰堆，高高20mm，底边长，底边长7mm的的正三角形的三角锥体，锥体的一个棱正三角形的三角锥体，锥体的一个棱面垂直于底面。面垂直于底面。加热升温加热升温1300以上，采用以上，采用三个特征温度来表示灰的熔融特性。三个特征温度来表示灰的熔融特性。nDT开始变形温度开始变形温度(Deformation Temp.)；(t1)nST
30、开始软化温度开始软化温度(Softening Temp.);(t2)nFT开始液化化温度开始液化化温度(Fluid Temp.).(t3)n对灰熔融特性的影响因素对灰熔融特性的影响因素 化学成分：酸性成分（难）、碱性成分化学成分：酸性成分（难）、碱性成分 环境气氛：氧化（难）、还原环境气氛：氧化（难）、还原 二、煤的积灰结渣特性二、煤的积灰结渣特性n结渣：煤灰熔化、软化后粘附水冷壁等受热面结渣：煤灰熔化、软化后粘附水冷壁等受热面形成渣层；形成渣层；n沾污：煤灰中挥发物质在受热面上凝结并粘结沾污：煤灰中挥发物质在受热面上凝结并粘结灰粒。灰粒。n结渣判别方法：结渣判别方法：碱酸比，硅铝比，硅比，铁
31、钙比碱酸比，硅铝比，硅比，铁钙比n沾污判别方法：沾污判别方法：沾污指数，烧结强度沾污指数，烧结强度煤质分析小结：煤质分析小结：1 1煤质分析方法煤质分析方法2 2煤中水分测定煤中水分测定3 3煤中灰分测定煤中灰分测定4.4.煤发热量的测定煤发热量的测定5.5.挥发分及其测定挥发分及其测定6 6灰的熔融性及测定灰的熔融性及测定n第六节第六节 煤的分类煤的分类一、我国煤的分类一、我国煤的分类n以干燥无灰基挥发分为指标，分为：以干燥无灰基挥发分为指标，分为：褐煤、烟煤、无烟煤褐煤、烟煤、无烟煤具体见表具体见表2-4，2-5，2-6二、发电厂用煤质量标准二、发电厂用煤质量标准n根据煤的燃烧特性，根据煤
32、的燃烧特性，n以挥发分、灰分、水分、硫分和灰熔融以挥发分、灰分、水分、硫分和灰熔融特性作为主要的分类指标；特性作为主要的分类指标；n以煤的发热量作为辅助分类指标，表以煤的发热量作为辅助分类指标，表2-7（即（即VAMST分类标准）分类标准）三、发电厂煤的分类及燃烧特性三、发电厂煤的分类及燃烧特性 无烟煤无烟煤 碳化程度高，含碳量很高碳化程度高，含碳量很高，达达95%，杂质很少，发热量很高，杂质很少，发热量很高,约约为为2500032500 kJ/kg；挥发分很少挥发分很少，小于小于10%，Vdaf析出的温度较高（可达析出的温度较高（可达400），），着火和燃尽均较困难着火和燃尽均较困难,储存储
33、存时不易自燃时不易自燃 褐煤褐煤 碳化程度低，含碳量低，碳化程度低，含碳量低，约为约为4050%，水分及灰分很高，发，水分及灰分很高，发热量低热量低,约约1000021000 kJ/kg；挥发分含量高挥发分含量高，约约4050%，甚至，甚至60%，挥发分的析出温度低，挥发分的析出温度低（200），着火及燃烧），着火及燃烧均较容易均较容易 烟煤烟煤 碳化程度次于无烟煤，含碳量较高碳化程度次于无烟煤，含碳量较高，一般为，一般为404060%,60%,杂质少，发杂质少，发热量较高热量较高,约为约为2000030000 kJ/kg；挥发分含量较高挥发分含量较高，约，约10 45%，着火及燃烧均较容易，
34、着火及燃烧均较容易 贫煤贫煤 挥发分含量挥发分含量1020%的烟煤的烟煤 挥发分较少，挥发分较少，性质介于无烟煤与烟煤之间，燃烧性能方面比较接近性质介于无烟煤与烟煤之间，燃烧性能方面比较接近无烟煤；无烟煤；劣质烟煤劣质烟煤 挥发份挥发份2030%；但水分高，灰分更高的烟煤；但水分高，灰分更高的烟煤 发热量发热量低，低，为为1100012500 kJ/kg 这两种烟煤着火及燃烧均较困难这两种烟煤着火及燃烧均较困难 无烟煤年代挥发分含量%贫煤烟煤褐煤短长 挥发分挥发分 V V的含量代表了煤的地质年龄，的含量代表了煤的地质年龄，地质年龄越短，煤的碳化程地质年龄越短，煤的碳化程度越浅，度越浅，V含量越
35、多。含量越多。V含量越多（含量越多（C含量越少），含量越少），V中含中含O量亦多，其中的可燃成量亦多，其中的可燃成分相应减少，这时，分相应减少，这时，V的热值低的热值低 V含量越多，含量越多，煤的着火温度低煤的着火温度低，易着火燃烧，易着火燃烧 V 多，多，V挥发使挥发使煤的孔隙多，反应表面积大煤的孔隙多，反应表面积大，反应速度加快，反应速度加快 V 多，煤中难燃的多，煤中难燃的固定碳含量便少固定碳含量便少，煤易于燃尽，煤易于燃尽 V 多，多，V着火燃烧造成高温着火燃烧造成高温，有利于碳的着火、燃烧，有利于碳的着火、燃烧 水分水分M、灰分、灰分A M、A 高，煤中可燃成分相对减少，高，煤中可燃
36、成分相对减少，煤的热值低煤的热值低 M、A 高，高，M 蒸发、蒸发、A熔融均要吸热，熔融均要吸热，炉膛温度降低炉膛温度降低 M、A 高，高，增加着火热或包裹碳粒增加着火热或包裹碳粒，使煤着火、燃烧，使煤着火、燃烧与燃尽困难；与燃尽困难；M、A 高，高，q2、q3、q4、q6 增加，增加，效率下降效率下降 M、A 高，高，过热器易超温过热器易超温 M、A 高，高，受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重 M、A 高，高，煤粉制备困难或增加能耗煤粉制备困难或增加能耗 灰熔融特性（灰熔融特性（ST）灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣，危及锅炉灰分在熔融状态下粘结在锅炉
37、受热面上造成结渣，危及锅炉 运行的安全性和经济性。运行的安全性和经济性。对于固态排渣炉，对于固态排渣炉，ST 1350 可能结渣可能结渣 含碳量含碳量 C C 高，热值高；但不易着火、燃烧高，热值高；但不易着火、燃烧 硫分硫分 S 可燃硫的热值低，含量少，对煤的着火、燃烧无明显影响可燃硫的热值低，含量少，对煤的着火、燃烧无明显影响 易造成受热面的堵灰；高、低温腐蚀易造成受热面的堵灰；高、低温腐蚀 形成酸雨，污染环境形成酸雨，污染环境 燃料中的硫化铁加剧磨煤部件的磨损燃料中的硫化铁加剧磨煤部件的磨损四、我国电厂常用煤种四、我国电厂常用煤种n表表2-8第七节第七节 煤的燃烧特性煤的燃烧特性一、煤的
38、热分解机理（挥发分析出）一、煤的热分解机理（挥发分析出）n热解温度：快速热解，慢速热解，中速热解；热解温度：快速热解，慢速热解，中速热解；n热解条件：温度、压力、形状、颗粒尺寸、流动条热解条件：温度、压力、形状、颗粒尺寸、流动条件等；件等；n热解过程：热解过程：105以前，主要水分、部分吸附气体；以前，主要水分、部分吸附气体；200300，水分、，水分、CO、CO2及焦油；及焦油；300500，大量焦油、，大量焦油、CH4、CO、CO2等；等；500700，含氢较多的气体；，含氢较多的气体；7591000，少量含氢气体。，少量含氢气体。二、煤的热重分析二、煤的热重分析n燃烧特性研究：热天平、热
39、显微镜、着火指燃烧特性研究：热天平、热显微镜、着火指数炉、管式沉降炉、燃烧实验台等数炉、管式沉降炉、燃烧实验台等n热重分析：热天平热重分析：热天平n热重；热重；TG，物质质量与温度关系，曲线为，物质质量与温度关系，曲线为TG 曲线；曲线；n微商热重：微商热重：DTG，TG曲线对温度（或时间）曲线对温度（或时间）的一阶微商；的一阶微商；n差热分析：差热分析：DTA，热量，热量热天平热天平在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系，在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系，记录质量随温度变化关系得到的曲线称作热重记录质量随温度变化关系得到的曲线称作热重曲线（或曲线（或TG曲线）。微商曲线）。微商DT
40、G曲线。曲线。测量物质和参比物的温度差和温度关系测量物质和参比物的温度差和温度关系DTA1出气口 2样品 3天平 4配重 5进气口 6套筒 第八节第八节 燃油和燃气特性燃油和燃气特性一、燃料油的物理特性一、燃料油的物理特性n石油的形成：低等动、植物遗体中脂肪、蛋白石油的形成：低等动、植物遗体中脂肪、蛋白质和碳水化合物，沉积地下后经长期缺氧、温质和碳水化合物，沉积地下后经长期缺氧、温度、压力、细菌分解等作用，形成粘稠性液体。度、压力、细菌分解等作用，形成粘稠性液体。10004000m，60150，有机质大量生成石，有机质大量生成石油。石油可提炼成汽油、煤油、柴油、重油；油。石油可提炼成汽油、煤油
41、、柴油、重油；残留物为渣油。残留物为渣油。n电站锅炉用燃油为石油炼制产品或尾品，主要电站锅炉用燃油为石油炼制产品或尾品，主要是重油、柴油和渣油。是重油、柴油和渣油。n石油是仅次于煤石油是仅次于煤的化石燃料，它的化石燃料，它是一种天然的黄是一种天然的黄色、褐色或黑色色、褐色或黑色的流动或半流动的流动或半流动的粘稠的可燃液的粘稠的可燃液体烃类混合物。体烃类混合物。我国的石油资源n根据根据2000年资料我国石年资料我国石油资源的地质资源量为油资源的地质资源量为1020亿吨，可采资源量亿吨，可采资源量114.4亿吨。我国石油亿吨。我国石油资源主要分布在东部区，资源主要分布在东部区，约占地质资源量的约占
42、地质资源量的40%，可采资源量的可采资源量的60%左右。左右。石油资源的短缺石油资源的短缺n按目前的开采速度到按目前的开采速度到2050年世界石油的产量年世界石油的产量会缩减至会缩减至1960年的水平。年的水平。n目前专家们比较一致的看法是，在石油资源目前专家们比较一致的看法是，在石油资源严重短缺前，现有的石油资源还可维持严重短缺前，现有的石油资源还可维持43年，年，加上非常规石油加上非常规石油(油页岩，油沙等油页岩，油沙等)，估计石，估计石油资源可持续开发油资源可持续开发70年。年。重油重油n重油是石油各种加工工艺过程中重质蒸馏分和残渣的总称，重油是石油各种加工工艺过程中重质蒸馏分和残渣的总
43、称，是油料中密度最大的油品。石油经过常压、减压蒸馏得到重是油料中密度最大的油品。石油经过常压、减压蒸馏得到重质直流重油；经过各种裂化加工得裂化重油；蒸馏和裂化工质直流重油；经过各种裂化加工得裂化重油；蒸馏和裂化工艺中残留物为渣油。商品重油一般为调制品。艺中残留物为渣油。商品重油一般为调制品。n基本方法为直接蒸馏，分为常、减压蒸馏，属于初加工。从基本方法为直接蒸馏，分为常、减压蒸馏，属于初加工。从塔不同层次出来。塔顶出沸点最低的汽油，塔不同层次出来。塔顶出沸点最低的汽油，35200的馏分的馏分为直流汽油；为直流汽油；175310为煤油和柴油；为煤油和柴油；350以上重馏分为以上重馏分为润滑油原料
44、和裂化原料；塔底为重油。润滑油原料和裂化原料；塔底为重油。n深加工，裂化法。为多得轻质油。初加工只有深加工，裂化法。为多得轻质油。初加工只有25%35%。主要特性主要特性n流动性能流动性能n凝固点：油品在一定条件下完全丧失流动能力时的温度凝固点：油品在一定条件下完全丧失流动能力时的温度称为凝固点。倾斜称为凝固点。倾斜45试管，试管，1分钟，油面不变。汽油分钟，油面不变。汽油-80；重油；重油1536或更高。或更高。n粘度粘度：流体粘性的度量。流体在剪切力作用下，将产生：流体粘性的度量。流体在剪切力作用下，将产生连续不断的变形以抵抗外力，这就是粘性。我国用恩氏连续不断的变形以抵抗外力，这就是粘性
45、。我国用恩氏粘度表示燃油粘度。美国用通用赛氏粘度或赛氏粘度表示燃油粘度。美国用通用赛氏粘度或赛氏-福氏粘福氏粘度（度（SU或或SF），英国用雷氏），英国用雷氏1号（号（R1）或雷氏）或雷氏2号（号（R2）粘度。粘度。n恩氏粘度：恩氏粘度：200ml，t燃油通过恩氏粘度计燃油通过恩氏粘度计标准容器流出的时间与同体积标准容器流出的时间与同体积20蒸馏水流蒸馏水流出同一容器的时间的比值，无量刚，符号为出同一容器的时间的比值，无量刚，符号为条件条件 E。nSU粘度：粘度：60ml燃油从赛氏粘度计流出的时燃油从赛氏粘度计流出的时间，单位间，单位 s。n动力粘度：绝对粘度，相邻两层运动流体之间，动力粘度：
46、绝对粘度，相邻两层运动流体之间，垂直于运动方向的单位速度梯度的流体的切应垂直于运动方向的单位速度梯度的流体的切应力。力。t，Pasn运动粘度：某一恒定温度下，一定体积的流体运动粘度：某一恒定温度下，一定体积的流体在重力作用下流过一个标定好的玻璃毛细管粘在重力作用下流过一个标定好的玻璃毛细管粘度计的时间与毛细管常数的乘积。度计的时间与毛细管常数的乘积。t，m2/s，=t/燃烧及爆炸性能燃烧及爆炸性能n闪点：油蒸汽与空气混合物遇到火源发生瞬间的闪光现象时，油品闪点：油蒸汽与空气混合物遇到火源发生瞬间的闪光现象时，油品的最低温度。的最低温度。n燃点：遇火源持续燃烧不少于燃点：遇火源持续燃烧不少于5秒
47、，最低温度。秒，最低温度。其他特性其他特性n静电特性：产生静电，火花；静电特性：产生静电，火花；n含硫量：产生污染物，大于含硫量：产生污染物，大于2%为高硫油；为高硫油；80%存于重油中；存于重油中；n灰分：很少，低于灰分：很少，低于0.05%，但成分复杂。另外开采、运输等过程混，但成分复杂。另外开采、运输等过程混入机械杂质，约入机械杂质，约0.10.2%。n水分：原油中水分高，需经脱水处理。加工后含量很少，低于水分：原油中水分高，需经脱水处理。加工后含量很少，低于2%。燃烧雾化。燃烧雾化。二、气体燃料二、气体燃料n天然气形成，较简单。可同石油并存，也有单独气天然气形成，较简单。可同石油并存，
48、也有单独气田。高等植物木质纤维腐烂分解、无机质等矿物质田。高等植物木质纤维腐烂分解、无机质等矿物质分解，都可形成天然气。可分为气田气、油田气、分解，都可形成天然气。可分为气田气、油田气、煤田气三种。煤田气三种。n人工气体燃料：煤气（人工气体燃料：煤气（CO、H2）、石油液化气）、石油液化气（烷类）等。（烷类）等。n成分含量为容积百分数。成分含量为容积百分数。n气体燃料特点：气体燃料特点：n使用性能好，易与空气混合，燃烧效率高；使用性能好，易与空气混合，燃烧效率高；n调节灵活；调节灵活；n污染小；污染小；n运输方便，管道，可液化。不需要存放场地、运输方便，管道，可液化。不需要存放场地、灰渣处理系
49、统。灰渣处理系统。n缺点：有毒，有爆炸可能。要求较高的安全缺点：有毒，有爆炸可能。要求较高的安全措施。措施。n主要特性：主要特性：n粘度，远程管道运输需考虑；粘度，远程管道运输需考虑；n爆炸极限，与空气混合达一定比例，易爆。爆炸极限，与空气混合达一定比例，易爆。CH4的爆的爆炸上、下限为炸上、下限为15%和和5%，氢为，氢为75.9%4%、CO为为74.2%12.5%。n临界参数：气体压缩降温，到某温度以下，则液化。临界参数：气体压缩降温，到某温度以下，则液化。相变过程为等压过程。该温度为临界温度。高于该温相变过程为等压过程。该温度为临界温度。高于该温度，无论怎样提高压力，不能液化。度，无论怎样提高压力，不能液化。n当气体温度等于临界温度时，升压可液化，为临界状当气体温度等于临界温度时，升压可液化，为临界状态态C，有临界参数。，有临界参数。CH4的临界参数：的临界参数：TC=-82.5；pC=45.8105 Pa，C=162kg/m3。标态时。标态时=0.7435 kg/m3。
