循环流化床锅炉原理-第五章-燃烧系统

C ＋ H 2O

CO
＋
H
－
2
118628
J/m
ol
C O ＋ H 2O

CO
＋
2
H
＋
2
43514
J/m
ol
1 H 2 + 2 O 2 H 2O (l)+ 2 8 5 7 4 5 J/m o l
H
2+
1 2
O
2

H 2O (g )+ 2 4 1 6 4 6 J/m o l
C H 4 + 2 O 2 C O 2 + 2 H 2O (l)+ 8 8 9 4 9 6 J/m o l
烟煤较易着火，自燃着火温度约400一500℃。最重要的用途是炼制冶 金焦炭，它也可作燃科和低温干馏与气化用原料，在工业上具有重耍的 地位。
D 无烟煤 无烟煤也称“白煤”，色黑质坚，有半金属似的
光泽。其煤化程度最深，它是由烟煤在炭化过程中 进一步逸出挥发分与水分，相应增高碳分而形成的。 可燃基中碳分一般高达90％以上(90一97％)，氢与 氧均约1—4％，挥发分在10％以下。无烟煤的内在 水分多在3％以下，灰分和烟煤的相近，低发热设 在33453kJ／kg左右(可燃基)。 无烟煤燃烧时几乎不产生煤烟，火焰很弱成无火 焰，不粘结，自燃着火温度在700℃左右，无烟煤 通常用作动力和生活用燃料，也用于制取化工用气。
时给设备维护和操作带来困难。对于炼焦用煤来说，一般规定入炉前的灰分不超过10％。
（7）水分(W) 水分也是燃料中的杂质，它的存在降低了燃料中可燃质的含量，而且在燃
烧时，它变成水蒸气，而水蒸气还要被加热，这都要额外消耗部分热量。
固体燃料中的水分包括外在水分和内在水分两部分。外在水分指的是附着在燃料表面的
煤的化学成分为有机质、矿物质灰分及水分。 有机质主要包括碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)元素的化合物。
上述元素在与氧气发生燃烧反应时放出热量，故C，H，O，N，S及 其化合物又称可燃质。 矿物质灰分主要包括钙、镁、铁等金属盐，金属氧化物，微量氯化 物以及微量氯元素。如硫酸钙，硫酸亚铁．硫酸镁，碳酸钙，碳酸镁， 氧化硅，氧化铝，氧化钙，氧化亚铁，氧化铁；稀有金属氧化物如氧 化钛，氧化锰，氧化钒；碱土金属氧化物如氧化钾，氧化钠等。 水分分为化合结晶水及游离水。化合结晶水在低于100℃时不析出； 游离水吸附于煤的表面或毛细孔中，吸收热量时可析出。 矿物质灰分及水分不发生化学反应，不产生热量，故对作为燃料的 煤而言皆为杂质。 可燃质并非以元素形式存在，而是复杂的化合物，与氧发生燃烧反 应时产生一系列的化合、分解反应，伴随热量的释放。其值可通过化 学计量方程式表示．它仅表示反向物与生成物之间的数量变化关系， 而与反应的实际历程无关。
示。
Cd十Hd十Sd十Od十Nd十Ad＝100 (％) 为了获得干燥基组分，必须将燃料加热到超过100℃的温度，这样才能
将内在水分除去。燃料中的灰分也容易受到开采、运输和存放等条件的 影响。为了更确切地表示煤的化学组成特点，人们又引入干燥无灰基组 分。
(4)干燥无灰基组分(Xdaf)
干燥无灰基组分是指除去水分和灰分之后剩下的燃料成分， 使用五种元素在燃料中的质量百分数来表示的成分，即
C H 4 + 2 O 2 C O 2 + 2 H 2O (g )+ 8 0 1 5 5 3 J/m o l
C 2H 4 + 3 O 2 2 C O 2 + 2 H 2O (l)+1 4 0 9 6 3 8 J/m o l
水分，其含量与大气的温度和燃料的存放条件有关。当把燃料磨碎并在大气中风干后，外 在水分即可消除。内在水分指的是燃料达到风干状态后仍然残留的水分。它包括被燃料吸 收并均匀分布在可燃质中的化学吸附水和存在于矿物杂质中的结晶水。内在水分只有在高 温下才能除去。
元素组成的表示基准
(1)收到基组分(Xar) 收到基组分以包括全部组分在内的燃料成分总量作计算基
B 褐煤
褐煤是植物炭化的第二期产物，但煤化程度仍较低。其颜 色一般为褐色或深褐色，无光泽，含木质构造。
褐煤的水分与挥发分含量较泥煤的低，碳分则增高。新开 采的褐煤含水在35—50％左右。可燃基中含碳约65—75％， 氢4.5一6.5％，氧15—25%，其余为氮和硫，挥发分在40% 以上。灰分在干燥基中的含量约为11—33%。应用基发热量 通常只有12545一16726kJ／kg。褐煤易燃，在空气中自燃 着火温度为250—450℃。
Cdaf十Hdaf十Sdaf十Odaf＋Ndaf＝100 (％)
干燥无灰基组分不受水分和灰分的影响，可以较真实地反映 照料的燃烧性能。因而在煤矿的煤质资料一般用干燥无灰基 组分表示，并用此来区分煤种及其属性。在元素分析中，习 惯上把氧和氮都归为燃料的干燥无灰基组分，但按氧和氮的 化学性质来说，它们并不是可燃元素。干燥无灰基中的S是 由有机硫和黄铁矿硫两部分组成。在干燥无灰基中除了黄铁 矿硫之外，其它都是有机物。实际上黄铁矿硫也是在燃料形 成过程中由外部带来的，其含量并不稳定。因此只有有机可 燃物才是燃料中最基本的可燃成分，于是又提出了更能反映 燃料性质的干燥无矿物质基组分。
数，有的资料称之为应用基组分或工作基组分。各组分在收 到基燃料中的质量百分数称为收到基组分，它们的关系为： Car十Har十Sar十Oar十Nar十A ar十War＝100(％) 式中的各项依次为碳、氢、硫、氧、氮、灰分和水分在收到 基中的质量百分数。其中Sar是可燃性硫的质量百分数，煤 中的全水分(War)包括外在水分(Mf)和内在水分(Min）两部务。 煤中的外在水分很容易受到气候、运输和存放条件的影响， 故收到基组分经常因水分的波动而不能准确反映燃料的基本 燃烧性质，为此引入空气干燥基组分。
循环流化床锅炉燃烧系统
第一章 煤粒的燃烧
煤的介绍 煤的成分 煤的燃烧反应
第一节 煤的介绍
煤是埋藏于地层内已炭化的可燃物。根据埋藏年 代及煤化程度的差异，煤可分为泥煤、褐煤、烟煤、 无烟煤四类。
A 泥煤 泥煤的煤化程度最低，有的可隐见木质纤维。泥
煤多是由沼泽地带的植物沉积构在空气量不足和存 在大量水分的条件下生成的。其含水量高达80一90 ％左右，因而泥煤干燥以后方可用于燃烧。 泥煤质软、强度低，运输损失大，并且容易氧化， 不宜长期储存，多就近用作民用燃料或用于气化和 制作肥料。
பைடு நூலகம்
（3）硫(S) 硫是燃料中最有害的可燃元素。它在燃烧时可以放出少量热量，其 热值为9210 kJ／kg，约为碳的热值的1／3。但其产物为SO2和SO：，这些气 体与烟气中的水蒸气结合，生成腐蚀性很强的硫酸和亚硫酸，司严重危害人体健 康、污染环境、腐蚀燃烧设备和金属表面，有时还会影响加热产品的质量。我国 的大部分煤中含琉量一般在0.5％—3％范围内，亦有少数煤种超过3％。虽然硫 在固体燃料中的含量不太大，但由于其危害性大，因此使用中应严格控制其含量。
（5）干燥无矿物质基组分(Xdmmf)
干燥无矿物质基组分以燃料中再除去黄铁矿硫后所剩的有 机质总量作为计算基数，燃料的干燥无矿物质基组分可写成：
Cdmmf十Hdmmf十Sdmmf＋Odmmf十Ndmmf ＝100(％)
干燥无矿物质基组分是研究燃料的形成、判定燃料类别以 及分析燃料性质时最有用的表示方法。不过在动力设备的一 般设计和运行中的应用并不广，这是由于黄铁矿琉在燃料中 的含量不大，且普通的分析实验室多半只能测出燃料中的含 硫量。因此在应用中大多采用干燥无灰基作为判断鉴定燃料 特征的主要数据。
(2)空气干燥基组分(Xad) 空气干燥基以60℃空气风干后的燃料成分总量作为计算基数，此时燃
料中的外在水分已经退出，剩留在燃料中的仅为其内在水分。燃料的空 干基组分可以写为：
Cad十Had十Sad十Oad十Nad十Aad十Wad＝l00％ 式中的Wad是空干基水分 (3)干燥基组分(Xd) 干燥基组分指的是除去所有水分后而剩下的燃料组分，可用下式表
在燃烧中经过高温分解和氧化而生成的固体残留物，其成分分布大致为；SiO2，

4M0g％O－，600％.5％；－Al28O％3，：N1a52％O十—K325O％，；
Fe2O3， 5％—25％： 1％一4％。
CaO，
1％－15％；
灰分含量高不仅降低煤的热值，而且还容易造成着火困难、燃烧结渣、燃烧不完全，同
第二节 煤的燃烧反应
C + O 2 C O 2 + 4 0 8 1 7 7 J/m o l
C
+
1 2
O
2

C O +1 2 3 0 1 7 J/m o l
C
O
+
1 2
O
2

C O 2 + 2 8 5 1 6 0 J/m o l
C O 2 + C C O － 1 6 2 1 4 2 J/m o l
褐煤可用作工业或生活燃料，也可用作气化与低温干馏用 原料。因褐煤易裂散和氧化，故它仍多被就近利用。
C 烟煤 烟煤是煤化程度较高的煤，其中已完全看不见木质构造。其外观为黑
色或灰黑色，有沥青似的光泽。烟煤质硬，有较高的强度，燃烧时出现 红黄色火焰和棕黄色浓烟，含有沥青气味。
同褐煤相比，烟煤含水显进一步减少(内在水分在10％以下)，氧和挥 发分亦减少，碳分与发热量则增高。其可燃基碳含量约80一90％，氢 4—6.5％，含氧量一般在3—15％之间，氮与硫含量同褐煤的相近，挥 发分为10—40％，发热量达31780—36380kJ／kg。应用基烟煤低发热 量在20908—33453k J／kg之间。供应状态的烟煤原煤一般含内在水分 2—5％，灰分在20一30％左右。
硫在煤中有下述三种存在形态： ①有机硫：它们是燃料的原始动植物体中的S，均匀地分布在煤体中，与煤中
其它元素[C、H、O)结合成复杂的有机化合物，是煤体的一部分，这种硫是可燃 烧的。 ②黄铁矿硫： 它们是煤形成过程中从外部夹杂而来的，通常与铁、铜等金属 化合，以金属硫化物的形式存在(如FeS，，CuS、ZnS，其中最常见的FeS2)。 这种硫也可以燃烧，它们与有机硫合在一起总称可燃硫，元素分析给出的含硫量 指的是可燃硫的含量。 ②硫酸盐硫： 它们也是无机硫的一部分，然而是以金属盐形式存在的，如 CaSO4， MgSO4，FeSO4等。由于这种形态的硫已经充分氧化，不再参与燃 烧反应。燃烧后，它们几乎不分解地转入灰渣中去。硫酸盐硫是由地下水和周围 的矿石带到煤中来的，我国煤中的硫酸盐含量大部低于0.1％，仅有少数煤种超 过0.3％，因而当煤质分析资料中仅给出硫的总含量时，有时可用其全硫含量作 为可燃硫来进行热工计算。
第二节 煤的成分
（1）碳(C) 碳是燃料中主要可燃元索，单质的热值为 32800 kJ/kg。在燃料中。碳基本上不以自由碳形式存在， 而是与氧、氮和硫等结合在一起，形成复杂的有机化合物。
（2）氢[H) 氢是燃料中另一种主要的可燃元素，其热值很 高，为142000 kJ/kg ，约相当于碳的热值的四倍半。但它在 煤中的含量比碳少得多，其质量含量为2％。6％。氢在燃料 中有两种存在形式，一种是与碳、硫、氮等元素结合在一起 的氢，它对燃烧放热有贡献，通常称可燃氢，或有效氢；另 一种是与氧化合生成为水的氢，通常称为化合氢，燃料燃烧 时，化合氢不再参加反应。在计算燃料的热值和理论空气需 要量时，应以有效氢含量为准。
（5）氮（N） 氮是燃料的内部杂质。固体煤中含氮不高，通常仅约0.5％—2.5％。一般 情况下，氮不参加燃烧反应。燃烧后，它以游离状态转入燃烧烟气中。氮的存在也相对减 少了燃料中可燃物质的含量，对燃烧没有帮助。在高温条件下，氮可与氧反应生成NO， 这也是严重污染环境的有害气体。
（6)灰分(A) 灰分指的是煤中所含的矿物杂质(主要是碳酸盐、粘土矿物以及微量稀土元素)

（4）氧(O) 固体燃料中的氧是以化合状态存在的，它的存在对燃烧没有任何帮助，相反 由于它已经与可燃元素碳、氢结合，相对减少了这些元素的可燃组分含量，从而使燃料的 热值降低。煤中的氧含量一般根据其它成分的测定值间接算出来
木材和泥炭的氧含量较高，甚至可高达40％。随着煤的炭化程度的加深出，氧含量逐渐 降低，一般无烟煤的氧含量只有2％－4％。