燃料及燃料燃烧计算

烟煤 15～4 8～1
无烟煤 4～2 2～1
在空气中风干之后 40～10
灰分(A)：
煤中所含的矿物杂质 燃烧后的固体残留物
灰分对锅炉运行的影响：
煤中的不可燃成分，降低煤的发热量，灰份每增加1％，燃料 消耗即增加1％ 使受热面受污染影响传热，导致排烟温度升高，降低热效率 使受热面磨损 易产生炉内结渣，并会腐蚀金属管壁 除灰渣系统任务重
硫(S) 是煤中可燃成分之一，但也是有害的成分。发热量9100 kJ/kg，燃烧产物为SO2、SO3气体。煤中硫可以分为有机 硫和无机硫，我国煤中大约60～70％的硫为无机硫， 30～40％为有机硫
还有磷(P)（含量不超过1％）和其它稀有元素，如汞（Hg）、 砷（As）、硒（Se）、锗(Ge)、镓(Ga)、铍(Be)、锂(Li)、钒 (V)及放射性元素铀(U)等，一般含量甚微。
发 生 炉 煤 气
空气煤气：煤在空气不足的条件下燃烧，所生成的CO， 主要成分30%CO，56%N2，<10%H2，热值小于6000kJ/Nm3
水煤气：用水蒸汽与炽热的煤反应，可生成水煤气，主 要成分40～50%CO，45～55%H2，其余为少量的CO2和N2， 热值为8300～10500kJ/Nm3
化合结晶水分：石膏CaSO4•2H2O，高岭土Al2O3 •2SiO2 •2H2O 水分对锅炉运行的影响 • 煤中的不可燃成分，降低煤的发热量 • 推迟着火，在燃烧过程中汽化吸热，降低炉膛温度， 使着火困难 • 降低锅炉效率 • 易引起低温受热面腐蚀
煤中的水分含量(%)
煤种 在地下自然状态
褐煤 60～30
项目 20 5.0
重油牌号
恩氏粘度（°E）（80℃不大 于） 恩氏粘度（°E） （100℃不 大于） 闪点（开口）（℃） 不低于 80 凝固点（℃）不高于 灰分（％）不大于 水分（％）不大于 硫含量（％）不大于 机械杂质（％）不大于
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60 11.0
100 200 15.5 5.5～ 9.5 130 36 0.3 3.0 3.0 2.5
可燃质 惰性质
炭(C)是燃料的主要成分，以煤中可燃性成分重量为100％， 炭占煤成分的50～98％，则植物纤维含炭44～55％，泥 煤含炭50～60％，褐煤含炭60～77％，无烟煤含炭90～ 98％，1kg炭完全燃烧约可放出热量32700kJ/kg，不完 全燃烧（生成CO）可放出热量9270kJ/kg。
§2－4
煤的工业分析和燃烧特性
水分Mad(%)－测定值 气态物质 煤的工业分析 固态物质 固定炭FCad（%）－求定值 挥发分Vad（%）－测定值 灰分Aad（%）－测定值
还包括发热量Q、焦渣特性、灰熔点、颗粒度
煤的挥发分：
煤在隔绝空气的情况下加热至一定温度时，煤中的部分有机 物和矿物质便发生分解，析出的气态产物。 实验室测试:900±10°C加热7min 主要成分：H、CmHn、CO、CO2、少量O和N。 挥发分开始析出的温度随煤的种类而变化 煤的种类 泥煤 褐煤 烟煤 贫煤 无烟煤 析出温度 100～110℃ 130～170℃ ～190℃ ～390℃ 380～400℃
注：一般煤的元素分析、工业分析以及发热量等测定都要求煤的分 析基试样。
不同基之间的换算关系(以C元素为例)：
已知收到基，计算分析基成份：
1kg收到基：
100 − M ar 100 − M ad 1× = x× 100 100
x=
100 − M ar 100 − M ad
Car Car 100 − M ad 100 Cad = 100 = ×100% = Car × 100 − M ar 100 − M ar x 100 − M ad
第二章 燃料及燃料燃烧计算
燃料：能用来燃烧以取得热量的物质，是锅炉 的基本能源
表 3－1 天然燃料 固体燃料 木材、煤、页岩 液体燃料 石油 气体燃料 天然气 燃料的分类 人工燃料 木炭、焦碳、煤粉 汽油、煤油、柴油、重油 高炉煤气、发生炉煤气、 焦炉煤气、气化煤气、沼 气等
§2－1 气体燃料和液体燃料
天 然 气
优点：点火容易，易与空气混合达到完全燃烧，调节方便 用途：制取合成氨、炭黑、乙炔等化工产品的原料气，优 质的燃料气
液化石油气：开采和炼制石油过程中而获得的一部分炭氢化合 物，主要成分为C3H8，C3H6，C4H10，C4H8，习惯上称C3,C4 ， 热值为91960～121220kJ/Nm3
100 100 − M ar
100 100 − M ad
100 100 − M ar − Aar
100 100 − M ad − Aad
100 − M ar 100 − M ad
100 − M ar 100
100 − M ad 100
100 − Ad 100
100 100 − Ad
100 − Mar − Aar 100 − M ad − Aad 100 100
炭、氢、氧、氮四种元素在不同煤中的含量（％） 元素
煤种
炭
褐煤(lignite or brown coal)
氢
氧 30～10 10～2 2
氮 3～1 3～1 3～1
60～75 6～5
烟煤 75～90 5～4 bituminous coal 无烟煤 anthracite
90～98 <4
水分(M)： 外部水分 内部水分 煤样置于105～110℃的烘箱中使干燥至恒重， 失去的水分
沼气：60% CH4，35%CO2，还有少量的H2和CO，热值为 14630 kJ/Nm3
高炉煤气：炼铁时的副产品，主要成分CO，其余为惰性气 体CO2和N2，热值为 3360～4200 kJ/Nm3
炼焦炉煤气：冶金工业炼焦炉的副产品，是煤受热所析出 的挥发分，主要成分50～60％ H2，20% CH4，其余为少量 CO2和N2，热值为15000～20000 kJ/Nm3
锅炉燃用的油主要是重油和柴油 液体燃料：
重油：由不同成分的炭氢化合物组成的复杂混合物，由碳、 氢、氧、氮、硫、灰份、水分等组成，Car＝81～87％，Har ＝11～14％，Sar，Oar，Nar总量约为1～3％，Mar=1～3%， Aar<1%，Qar,net,p= 37.6～42 MJ/kg
粘度：温度对粘度的影响最大，影响流动和雾化 主 要 性 质 燃点和闪点：鉴别油着火、燃烧性能的重要指标 凝固点：凝固点的高低与石蜡的含量有关，含石蜡多 的凝固点高 硫分和杂质：硫将引起锅炉受热面的腐蚀和积灰，机 械杂质可能堵塞磨损喷嘴
气体燃料：天然气，液化石油气，沼气，焦炉煤气， 高炉煤气及发生炉煤气等。 气田煤气： 94～98％ CH4 ，压力高，热值36000kJ/Nm3 油田煤气：75～87％ CH4，>10％的C2H6和C3H8，5~10% CO2，热值45000kJ/Nm3 煤矿矿井气： 52～60％ CH4 ，>35％ N2，热值18800kJ/Nm3 凝析气田气：含有石油的轻质馏分
灰熔点—表示了灰的熔化特性，一般在1000～1600℃之间， 变形温度DT（Deformation Temperature) 开始软化温度ST（Softening Temperature） 熔化温度FT(Fluid Temperature)
易熔灰：ST<1200°C，适于液态排渣炉 难熔灰：ST>1400°C，适于固态排渣炉
发电用煤的分类：VAMSST及Q分类方法 例如：V4A1M1S2ST1
焦结性：
煤受热析出挥发分后余下产物的焦结程度。一般炼焦煤 （Vdaf=18～26%）的焦结性最大，适于炼焦炭。 对层燃炉燃烧的影响： • 结焦性过强，导致通风不均，难于燃尽； • 结焦性过弱，易受热而松散，落到炉排下面，而损失掉。
[%]
已知收到基，求干燥无灰基的成份：
1×
100 − M ar − Aar =x 100
Cdaf
Car Car 100 100 = 100 = ×100% = Car × [%] 100 − M ar − Aar x 100 − M ar − Aar 100
100 − M ad 100 − M ar
100 20 0.3 1.5 1.5 2.0
120 25 0.3 2.0 2.0 2.5
15 0.3 1.0 1.0 1.5
§2－2
煤的成分及性质
煤是远古植物在地质变化中形成的，因此，它含有 一般植物所含的形成有机物的炭、氢、氧、氮、硫等元 素，以及灰份和水份等惰性物质。
煤的分类 过去煤分类多沿用煤的气化、炼焦、煤化工等分类方法 分类（包括褐煤、长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、 不粘煤、无烟煤），根据锅炉设计、运行的经验，发现该法 不适于动力用煤的分类，于是按干燥无灰基挥发份的含量分 类为无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤等种类
元素分析与工业分析间的关系：
煤的发热量 煤单位质量完全燃烧时所放出的热量 高位发热量Qgr ：计入燃烧后水蒸汽的潜热 低位发热量Qnet：不计入燃烧后水蒸汽的潜热
注：我国在有关的锅炉计算中以低位发热量为准
高位发热量与低位发热量间的换算关系：
Qar ,net , p = Qar , gr − 25.1(9 H ar + M ar ) Qar ,net , p = Qad , gr − 25.1(9 H ad + M ad ) Qd ,net , p = Qd , gr − 226 H d Qdaf ,net , p = Qdaf , gr − 226 H daf
不同煤种的挥发分（％） 煤种 褐煤 烟煤 贫煤 无烟煤
挥发分Vdaf 40～60 20～40 10～20 <10 挥发分对燃烧的影响： Vdaf高，容易着火和燃烧完全。 原因： Vdaf高，难燃的固定炭少，煤炭易于燃烧完全 大量挥发分析出并燃烧后，可放出大量的热量，有助于固定 炭的着火和燃烧 挥发分析出造成煤中孔隙增大，使煤和空气的接触面积增大， 加快了煤的燃烧反应速度
动力燃料用煤的分类方法 煤种 无烟煤 贫煤 干燥无灰基挥 燃烧特性 发份含量Vdaf[%] 难着火及燃烧完全 ≤8 >8-19 较难着火及燃烧完全 易着火及燃烧完全 易着火及燃烧完全 易着火及燃烧完全
低挥发份烟煤 20-30 高挥发份烟煤 30-40 褐煤 40-50
用百分比表示煤的成份：
C + H + O + N + S + A + M = 100%
煤的元素分析成份不同基准的表达： 收到基：Car + Har + Oar + Nar + Sar + Aar + Mar = 100[%] 空干基：Cad + Had + Oad + Nad + Sad + Aad + Mad = 100[%] 干燥基：Cd + Hd + Od + Nd + Sd + Ad = 100[%] 干燥无灰基：Cdaf + Hdaf + Odaf + Ndaf + Sdaf = 100[%] 煤的工业分析成份不同基准的表达： 收到基：Mar + Var + FCar + Aar = 100 [%] 空干基：Mad + Vad + FCad + Aad = 100 [%] 干燥基：Md + Vd + FCd + Ad = 100 [%] 干燥无灰基：Mdaf + Vdaf + FCdaf + Adaf = 100 [%]
注：同一煤质，在还原性气氛中要比在非还原性气氛中的熔化温度低，是 由于Fe2O3被还原为FeO，形成了低熔点的2FeO·SiO2物质
§2－3
煤的成分基准及换算
煤的成分通常用质量百分数表示，由于灰份和水份因外界 条件而变化，为了实际应用的需要通常采用如下四种基准：
收到基（as received）：即应用基，以包含水分、灰分和可 燃质为100% 空干基（air dry）：即分析基，煤样在试验室中放置，在室温 20℃相对湿度60％（颗粒<0.2mm）的一般正常条件下，它会失 去一些水份，以这种空气干燥过的分析用试样为100% 干燥基(dry)：以除去水分之外的可燃质和灰份为100% 干燥无灰基(dry and ash free):即可燃基，以可燃质的成 份作为100%
氢(H)是燃料中仅次于炭的可燃成分，发热量120370kJ/kg， 煤中可燃质含氢2～8％，重油含氢12～13％，炭氢化合 物多的燃料易着火。
氮(N)主要由成煤植物中蛋白质转化而来，含量1～3％，在煤 燃烧时氮常呈游离状态逸出，不产生热量。
氧(O) 不能产生热量，形式上为有机成分，实为燃料内部杂质， 地质年代高的煤含氧量低，相反则高。