锅炉原理-第二章燃料及燃烧计算

4190 ,%
0.2%
煤的常规特性
相关概念
标准煤 收到基低位发热量为29310 kJ/kg 的燃料为标准煤
标准煤耗量
Bb
Bs
29310
式中 B、b B—s —分别为标准煤耗量与实际煤耗量
煤的常规特性
煤灰的熔融性
高温下煤灰的熔融性 ➢ 用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定
变形温度 DT（原t1） 软化温度 ST（原t2） 流动温度 FT（原t3）
煤的分类
我国煤的主要分类指标 干燥无灰基挥发分Vdaf含量
可分为三大类：褐煤（ Vdaf含量＞37% ）、烟煤 （ Vdaf含量＞10% ）、无烟煤（ Vdaf含量≤10% ）
为实现能源的综合利用，考虑各种工艺（炼焦、 燃烧、气化或液化等）对煤质的要求，每一类煤 还要进一步划分为小类
煤的分类
为反映煤的燃烧特性，电厂用煤还以收到基低 位发热量Qar,net 、收到基水分、干燥基灰分、干 燥基硫分及灰的熔融特性DT、ST、FT作为参考 指标，分为五大类和十小类
不同基准之间的换算公式：X = KX0 式中 X0 、 X — 某成分原基准及新基准质量百分 比，%
K — 换算系数（见表1-1）
对于水分:
Mar
Mf
Mad
100 Mf 100
煤的常规特性
煤的发热量
煤的发热量（kJ/kg) 单位质量的煤完全燃烧 时所释放的热量
高位发热量(Qgr) 煤的理论发热量。由实验测得 的弹筒发热量（Qb）减去硫和氮生成酸的放热量校 正值确定。
燃油和燃气的特性
气体燃料
通常以各种气体的容积百分数来表示其成分
➢ 天然气：气田煤气和油田伴生煤气。主要成分 都是甲烷(CH4)，气田煤气的甲烷含量高达75％98％，油田伴生煤气的甲烷含量为30％一70％， 而CO含量达5%。两者的发热量均很高，可达 35000-54400kJ／m3。
➢ 高炉煤气：CO与H2，发热量38004200kJ/m3
r 9H d 100
煤的常规特性
发热量各基准间的换算
高位发热量(Qgr)各基准间的换算采用换算 系数
低位发热量(Qnet)各基准间的换算分三步进行 1. 已知基准的 Qnet → 已知基准的 Qgr 2. 已知基准的 Qgr → 所求基准的 Qgr 3. 所求基准的 Qgr →所求基准的 Qnet
煤的常规特性
煤的常规特性对锅炉工作的影响
水分M、灰分A ➢ M、A 高，煤中可燃成分相对减少，煤的热值低 ➢ M、A 高，M 蒸发、A熔融均要吸热，炉膛温度降低 ➢ M、A 高，增加着火热或包裹碳粒，使煤着火、燃烧 与燃尽困难； ➢ M、A 高，锅炉热损失增加，热效率下降 ➢ M、A 高，过热器易超温 ➢ M、A 高，受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重 ➢ M、A 高，煤粉制备困难或增加能耗
煤的常规特性
煤的常规特性对锅炉工作的影响
硫分 S ➢ 高（H2S）、低(SO2)温腐蚀；易造成受热面的堵灰 ➢ 形成酸雨，污染环境 ➢ 燃料中的硫化铁加剧磨煤部件的磨损
灰熔点（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 炉运行的安全性和经济性。 对于固态排渣炉， ST< 1350℃ 可能结渣;为避免炉膛出口 结渣，炉膛出口温度应该至少比ST低50-100℃
Vy
CO2、SO2、N2、H2O
燃料的燃烧计算
燃料的燃烧工况
实际工况 实际送入的空气量大于理论空气量，但 为不完全燃烧
燃烧产物（烟气）组成成分 CO2、SO2、N2 、 H2O、剩余O2 和未完全燃烧气体CO
实际烟气量
Vy
燃料的燃烧计算
燃烧过程的化学反应
燃烧计算的物理模型 ➢ 以1kg燃料为计算基础 ➢ 所有气体均视为理想气体（22.4Nm3/kmol） ➢ 假定完全燃烧 ➢ 略去空气中的稀有成分，认为空气只由N2和 O2组成，且二者容积比为79：21
>18.5
烟煤 中挥发份煤 >19～27 高挥发份煤 >27～40
褐煤 超高挥发份 >40 煤
>16.5 >15.5
>11.5
灰融 特性 ST(0C)
煤的分类
大类别 小类别
低质煤 低发热 量煤
超高灰分煤 超高水分煤 高硫煤 易结渣煤
电厂锅炉用煤分类
挥发份 Vdaf(%)
灰分
A(d%)
分类
水分 M(a%r )
➢ 焦炉煤气:H 与CH ，发热量17000kJ/m3
燃料的燃烧计算
燃料的燃烧工况
理论工况 燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧
燃烧产物（烟气）组成成分 CO2、SO2、N2和H2O
理论烟气量
Vy0
设计工况 实际送入的空气量大于理论空气量，以保
证燃料完全燃烧
燃烧产物（烟气）组成成分
和剩余O2
实际烟气量
第二章 燃料及燃烧计算
❖ 锅炉燃料 ❖ 煤的常规特性 ❖ 煤的分类 ❖ 液体和气体燃料 ❖ 燃料的燃烧计算 ❖ 烟气分析 ❖ 习题
锅炉燃料
通过燃烧释放热能的可燃物质
燃料分类 ➢ 在自然界所处的状态：固体（煤）；液体（原 油、重油和渣油）；气体（煤气和天然气） ➢ 获得方法：天然燃料（未加工）；人工燃料 （木炭、焦炭和石油制品） ➢ 用途：工艺燃料（炼焦、锻造和化工，焦结性 好，杂质少）；动力燃料
指标
硫分
S d(%)
发热量 灰 熔 融
Qar,net
特性
(MJ/kg) ST(0C)
≤9 >9～19 >19～27 >27～40 >40
>40 ≤40
>46
>40 >12
<21.0 <18.5 <16.5 <15.5 <11.5
>3 >12.5
<1350
煤的分类
发电厂煤的分类及燃烧特性
无烟煤
➢ 碳化程度高，含碳量很高，达95%，杂质很 少，发热量很高,约为21000～25000 kJ/kg；
➢ 挥发分很少，小于10%，Vdaf析出的温度较高 （可达400℃），着火和燃尽均较困难,储存时不 易自燃
煤的分类
发电厂煤的分类及燃烧特性
烟煤 碳化程度次于无烟煤，含碳量较高，一般为 40～60%,杂质少，发热量较高, 约为20000～ 30000 kJ/kg； 挥发分含量较高，约10～45%，着火及燃烧均 较容易
燃油和燃气的特性
燃料油的物理特性 ➢ 凝固点：油温逐渐降低，直至发生凝固时的温 度。含石蜡高，燃油凝固点高。 ➢ 粘度：恩氏粘度°E。 ➢ 闪点：油气和空气的混合物与明火接触而发生 短促闪光时的油温称为燃油的闪点。 ➢ 燃点：油气和空气的混合物遇到明火能着火燃 烧并持续5s以上的最低油温。
燃油和燃气的特性
煤的常规特性
相关概念
折算成分 相对于每4190(4187)kJ/kg收到基低 位发热量的煤中所含的收到基水分、灰分和硫分， 称为折算水分、折算灰分和折算硫分
M ar.zs
M ar
4190 ,%
8%
Aar . zs
Aar
4190 ,%
4%
Sar . zs
Sar
➢ 温度间隔200-400℃，称为长渣 温度间隔100-200℃，称为短渣
判断锅炉运行中是否会结渣的主要因素之一。
煤的常规特性
影响因素
煤灰的熔融性
煤灰的化学组成
煤灰中酸性氧化物（SiO2、Al2O3等）使灰熔点提高； 碱性氧化物（Fe2O3、CaO、MgO等）使灰熔点降低
煤灰周围高温介质的性质
氧化性介质中，灰熔点较高；弱还原性介质中，灰 熔点较低
低位发热量（Qnet） 高位发热量减去水蒸气凝结 放出的汽化潜热后，称为低位发热量（燃料在锅炉 中的实际发热量）。
煤的常规特性
高、低位发热量间的换算
收到基高、低位发热量之间的换算

Qar.gr
r 9Har 100
M ar 100
干燥基高、低位发热量之间的换算
Qd .net
Qd .gr
煤的常规特性对锅炉工作的影响
挥发分 V V的含量代表了煤的地质年龄，地质年龄越短，煤的碳化程 度越浅,V含量越多
➢ V含量越多（C含量越少），V中含O量亦多，其中的可燃 成分相应减少，这时，煤的热值低
➢ V含量越多，煤的着火温度低，易着火燃烧
➢ V 多，V着火燃烧造成高温，有利于碳的着火、燃烧
➢V 多，煤中难燃的固定碳含量少，煤易于燃尽
煤的常规特性
煤的元素分析与工业分析
煤的元素 碳(C)、氢(H)、氧(0)、氮(N)、硫(S) 分析成分 水分(M)、灰分(A)
煤的工业 水分(M)、挥发分(V)、灰分(A)、
分析成分 固定碳(FC)
煤中的氢、氧、氮、硫
➢ 可燃元素 C（固定碳和挥发分中与的部C分）碳、所H组、成的有机
S（可燃硫 Sr和硫酸盐硫 ）Sly
动力燃料锅炉燃料通过燃烧释放热能的可燃物质?可燃元素cc固定碳和挥发分中的cchhss可燃硫和硫酸盐硫?不可燃元素内部杂质oonn?不可燃成分外部杂质mm内外aa?可燃气体挥发分rslys煤的常规特性煤中的氢氧氮硫与部分碳所组成的有机化合物加热后分解形成气体挥发出来煤的元素分析成分碳c氢h氧00氮n硫s水分m灰分a煤的工业分析成分水分m挥发分v灰分a固定碳fc煤的元素分析与工业分析收到基ar原应用基yy以入炉煤包括煤的全部成分为基准空气干燥基ad原分析基ff以风干状态煤除外部水分为基准干燥基dd原干燥基gg以去掉全部水分煤为基准干燥无灰基daf原可燃基rr以去掉全部水分及灰分煤为基准煤的常规特性煤的成分计算基准100???????arararararararamsnohc100???????adadadadadadadamsnohc100??????ddddddasnohc100?????dafdafdafdafdafsnohc例题
A ar
100
Car 100 Mar
100
Cd
Cad
Had
Cad Oad
Nad
Sad
A ad
100
Cad 100 Mad
100
Car
Cad
100 Mar 100 Mad
∴ K 100 M ar 100 M ad
即
Car
100 100
Mar Mad
Cad
煤的常规特性
煤成分基准间的换算
这两种烟煤着火及燃烧均较困难 ➢ 另外：泥煤、油页岩、煤矸石等
燃油和燃气的特性
燃料油
以轻柴油为主，重油和轻柴油常作为锅炉点火和 稳燃用油。
➢ 重油：根据80℃时不同的运动粘度而分成20、60、100、 200四种牌号。 ➢ 渣油：石油炼制过程中排出的残余物不经处理，直接作为 燃料油时称为渣油。
燃料油成分和煤一样，也是由碳、氢、氧、氮、 硫以及水分、灰分等组成。但主要成分是碳和氢，一 般碳含量在84％一87％，氢含量为11％一14％．发 热量常在37700—44000kJ／kg，且变化不大。
➢ 含硫量：石油中的硫以硫化氢、单质硫和各种 硫化物的形式存在。按含硫量的多少，分为低硫 油(Sar＜0.5%)、中硫油(Sar＝0.5-2%)和高硫 油(Sar＞2％)三种，当含硫量高于0.3％时，就应 注意低温腐蚀问题。
➢ 灰分：重油的灰分很少，但含有钒、钠、钾、 钙等元素的化合物。钒酸钠的熔点约为600℃， 对壁温高于610℃的受热面会产生高温腐蚀。
煤的常规特性
煤成分基准间的换算
Car Har Oar Nar Sar M ar Aar 100 % Cad Had Oad Nad Sad M ad Aad 100 %
Cd Hd Od Nd Sd Ad 100 % Cdaf H daf Odaf Ndaf Sdaf 100 %
煤的常规特性
煤灰的烧结性
煤灰的烧结性 灰分在高温对流受热面生成高温烧结性积灰的能力 影响因素 煤灰的成分 煤灰中碱性氧化物（主要是Na2O、K2O）越多，灰 的烧结性越强；烟气中SO2是生成烧结性积灰的重要 条件。 熔融性影响炉膛内的运行工况；烧结性影响对流受 热面，特别是过热器的积灰特性。
煤的常规特性
化合物加热后分解,形成
➢ 不可燃元素（内部杂质） O、N气体挥发出来
➢ 不可燃成分（外部杂质） M（内、外）、A
➢ 可燃气体 挥发分
煤的常规特性
煤的成分计算基准
收到基（ar） （原应用基y） 以入炉煤（包括煤的全部成分）为基 准 空气干燥基（ad）（原分析基f） 以风干状态煤（除外部水分）为基准 干燥基（d） （原干燥基g） 以去掉全部水分煤为基准 干燥无灰基（daf）（原可燃基r） 以去掉全部水分及灰分煤为基准
例题:已知Mar、Mad,试将空气干燥基的各种成 分换算成收到基。即推导换算系数K。
煤的常规特性
例题
解：∵同种燃料去除全部水分其干燥基成分不变
∴可以分别用收到基和空气干燥基表示干燥基, 也就是说用干燥基将收到基和空气干燥基联系起来。
煤的常规特性
例题ห้องสมุดไป่ตู้
∵
Cd
Car
Har
Car Oar
Nar
Sar
煤的分类
发电厂煤的分类及燃烧特性
褐煤
➢ 碳化程度低，含碳量低，约为40～50%，水 分及灰分很高，发热量低, 一般小于 16750kJ/kg；
➢ 挥发分含量高，约40～50%，甚至60%，挥 发分的析出温度低（＜200℃），着火及燃烧均 较容易
煤的分类
发电厂煤的分类及燃烧特性
➢ 贫煤 挥发分含量10～20%的烟煤 挥发份较少，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； ➢ 劣质烟煤 挥发份20～30%；但水分高，灰分 更高的烟煤 发热量低，为11000～12500 kJ/kg
其中低（劣）质煤单独燃烧有困难，或燃烧不 稳定，或燃烧经济性差，或煤中有害杂质含量高 的煤，可分为五小类
煤的分类
电厂锅炉用煤分类
大类别 小类别
无烟煤 超低挥发 份煤
贫煤 低挥发份煤
挥发份 Vdaf(%) >6.5～9
>9～19
分类 指 灰分 水分 硫分
Ad(%) M a(r%) S(d%)
标
发热量 Qar,net (MJ/kg) >21.0