燃料及燃料燃烧计算

Kkm 1.6 为易磨煤
K km

Eb Es
Kkm 1.2 为难磨煤
煤的磨损指数
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三、发电用煤的分类 根据煤的燃烧特性， 以挥发份、灰分、水分、硫分和灰熔融特性作为主要的 分类指标， 以煤的发热量作为辅助分类指标
无烟煤：Vdaf≤10%，含碳最多，发热量高，难以 点燃；
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第二章 燃料及燃料燃烧计算
2-1 燃料的成分及其主要特性 2-2 燃料燃烧计算 2-3 烟气分析方法 2-4 空气和烟气焓的计算
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2-1 燃料的成分及其主要特性
燃料总类 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 一、煤的成分及分析基准 可燃成分和不可燃成分组成的复杂组合物，结构非常复杂。 各组成元素并不单独游离存在，而是以复杂的化合物存在， 成分十分不均匀。
煤的化学分析（元素分析）成分分为： C，H，O，N，S，A(ash)，M(moisture)
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可燃成分—C，H，部分S 不可燃成分—N，水分，灰分 C： 最主要的可燃质，煤是富含碳的燃料 一般含量：20%~70% 碳含量取决于碳富集程度，炭化及年龄。 燃烧产物主要是CO2 碳的发热量：7800 kcal/kg，4.182×7800 kJ/kg 关于热量单位：
焦炭的性质——焦结性 焦炭——煤在隔绝空气加热时，水分蒸发、挥发分析出 后固体残余物质。 焦结性——由于煤种不同，焦炭的物理性质、外观等各 不相同焦结性状
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焦炭结构特征
1） 粉状 3） 弱粘结 5） 不膨胀熔融粘结 7） 膨胀熔融粘结
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2） 粘结 4） 不熔融粘结 6） 微膨胀熔融粘结 8） 强膨胀熔融粘结
1） 水分进入炉内吸热汽化成水蒸气，对燃烧不利；
M Qdw l
2） 在烟气露点时，水蒸气与SO2、SO3生成亚硫酸和硫 酸，造成低温腐蚀；
3） M Vy Vpy q2
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挥发份： 失去水分的煤样在隔绝空气的条件下加热到一定温度时， 煤分解逸出的部分可燃质和矿物质。 主要成分是CO、CO2、CmHn、H2等。 收到基挥发份含量在5%~40%之间。 挥发份的测定 挥发份对煤的着火、燃烧的影响
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标准煤 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， 标准煤的概念，规定低位发热量为7000kcal/kg（或者 kJ/kg，MJ/kg）的煤为标准煤， 将发热量不是7000 kcal/kg的煤统一折算到7000 kcal/kg来 进行比较。 用于计算和比较标准煤耗等
焦结性对层燃炉燃烧过程的影响 1）粉状焦炭——堆积紧密，妨碍空气流动 ① 烟气流速过大，易被气流携带，形成火床火口； ② 烟气流速过小，燃烧通风不畅，易从通风孔隙中漏入 灰坑 2）强焦结性煤——挥发分逸出后，焦炭呈熔融状态，粘 结成片 ① 内部固定碳难于空气接触而燃尽； ② 燃烧层通风不畅
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对流受热面磨损严重 对流受热面积灰、堵灰，传热系数K
,
D

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水分(Water、Moisture)： 燃料中的主要杂质，约占5~60%。
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内部水分（固有水分）105~110 ℃ 外部水分（表面水分）45~50 ℃ 化合水分（结晶水）灰分的一部分
—瓷土Ａｌ２Ｏ３．２ＳｉＯ２．２Ｈ２Ｏ
重油的成分与煤一样，也是由碳、氢、氧、氮、硫和灰 分、水分组成。它的主要元素成分是碳和氢，其含量甚 高(Car=81~87%，Har=11~14%)，而灰分、水分的含量很
少，其发热量高而稳定,通常 Qdw = 40600~43100kJ/kg。
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燃料油的特性指标 1）粘度 粘度是液体对其自身流动具有的阻力，是表征流动性能 的特性指标。粘度大，流动性能差，在管内输送时阻力 就大，装卸和雾化都会发生困难。 恩氏粘度——是以200ml试验重油在温度为t℃时，从恩 氏粘度计中流出的时间与 200ml温度为20℃的蒸馏水从同 一粘度计中流出的时间之比。 （1）重油的粘度和它的成分、温度、压力有关。加热温 度愈高，重油的粘度愈小。因此，重油在运输、装卸和 燃用时都需要预热。 （2）通常要求油喷嘴前的重油温度在100℃以上，粘度 不大于4。
Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%
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图2-1
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二、煤 的主要特性 1．燃料的发热量Q：单位质量的固体、液体燃料，在完 全燃烧时所放出的热量(kJ/kg)；单位容积的气体燃料在 完全燃烧时所发出的热量（kJ/Nm3）
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2）闪点和燃点 闪点——在大气压下，重油表面油气和空气的混合物在 标准条件下接触明火时，发生短暂的闪光（一闪即灭） 现象的最低油温。 燃点——当油面上的油气与空气的混合物遇明火能着火 持续燃烧（持续时间不少于5s）的最低油温。 重油的上闪点为80~130℃，燃点比闪点高10～30℃。 闪点是防止油发生火灾的一个重要指标，因此燃料油的 预热温度必须低于闪点。对于敞口容器中的油温至少应 比闪点低10℃，对于封闭的压力容器和管道内的油温则 可不受此限。
kcal（工程），kJ（国际）， BTU（英制）…
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H： 发热量很高，达28600 kcal/kg，极易燃烧， 煤中含量很少，仅为2%~5%， 液体燃料中可达到14%， 天然气中最多。 O： 1.氧不可燃，且不助燃，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，使煤发热 量降低。 2.氧的含量1~15%，木柴中的氧含量达到20%~25%。
2． 高位发热量 Qgw ：每公斤燃料完全燃烧后所放出的热
量，含所生产水蒸汽汽化潜热，(kJ/kg)
3．低位发热量 Qdw ：每公斤燃料完全燃烧后所放出的热
量，扣除随烟气带走的水蒸汽的汽化潜热的热量，(kJ/kg) 水分来自：①H与氧的反应；②燃料中的含水量Mar 4．各成分分析的高、低位发热量间的关系 5．发热量的测定：采用氧弹测热仪 6．发热量的计算
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变形温度：测试角锥开始变园或弯曲时的温度
软化温度：灰锥顶弯曲道平盘上或呈半球形时的温度
流动温度：灰锥熔融倒在平盘上，并开始流动时的温度
煤的可磨性——衡量煤的机械强度的特性
可磨性系数：以风干状态下的硬质标准煤（一般以难磨 的无烟煤Kkm=1为基准）与待磨煤在相同颗粒度的情况下， 磨制成相同细度的煤粉，各自电耗量之比。
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折算成分的表达式
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， 与灰分含量成正比，与发热量成反比。 采用此比例式来代表带入的灰量， 因该比值很小，故乘1000。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
折算水分
M zs ar
M ar 104 M ar
( Qnet,V ,ar )
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折算水分、折算灰分与折算硫分的概念 硫分、灰分与水分对锅炉工作的影响
1）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 3）增加烟气容积，排烟温度升高，排烟损失增加，
锅炉效率下降 4）加剧锅炉受热面的低温腐蚀与积灰 5）增加通风电耗。
采用折算成分的目的 比较锅炉燃烧不同煤时，带入炉内的水、灰和硫的质量。 定义：每送入炉内1MJ热量，随燃料带入炉内的某成分 的质量。
贫煤： Vdaf =10~20%，灰分较多； 烟煤： Vdaf =20~40%，含碳多，灰、水少，发热量高 褐煤： Vdaf >40%，水分与灰分高，发热量低，着火
与燃烧容易。
VAMST分类标准
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四、液体燃料和气体燃料 锅炉燃用的液体燃料主要是重油和渣油。 重油——是石油提炼汽油、煤油和柴油后的剩余物， 渣油——是进一步提炼后的剩余物。 重油



干馏煤气 — —利用焦炉、炭化炉等对煤进行干馏而得到
人工燃气高油气制炉化气煤煤气气—和——转用—炉石煤煤油在气系高—原温料—下经冶与热金气加企化业工剂炼制反铁成应、的所炼燃生钢气产的总的称副燃产。气气采。用如重水油煤或气渣、油发，生作炉掺煤混气气、或压缓力冲气气化
液化石油气 — —从油、气开采或石油加工过程中获得。炼油厂催化裂化气中提取。
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3. 干燥基d； 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 干基中各成分不受水分变化的影响
Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100% 4. 干燥无灰基daf； 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， 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， 煤炭交易。
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灰分（Ash）： 煤中不可燃矿物杂质，成分十分复杂，大多数煤的灰分 含量7%~40%。
1）A 可燃物减少，Qdw ，着火困难，灰渣量增加，运行 操作繁重；
2）A 且ST ，炉内易结渣，使受热面传热恶化， D
3）A

，烟气流速wy
wy wy
煤的成分分析基准及其换算
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用各个成分的质量百分数来表示; 水分和灰分所占质量较大，且随外界条件有较大的波动; 采用四种不同的“基”准的质量成分表示: 1.收到基ar； 2.空气干燥基ad； 3.干燥基d； 4.干燥无灰基daf.
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1.收到基ar；
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N： 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。 煤中氮的含量~1%。
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S: 部分S属于可燃质， 发热量仅2160 kcal/kg， 对锅炉设备及环境的危害很大， 硫的含量0.2~5%，甚至更高，超过2%，既为高硫煤。
有机硫 全硫St 无机硫硫 硫酸 铁盐 矿中 中硫 硫SSsp
灰的熔融特性 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。 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。 灰分成分不同，发生熔化的温度也不同。 高熔点成分+低熔点成分，无固定的熔点，
灰分的组成：SiO2、Al2O3、各种氧化铁、CaO、MgO、 K2O、Na2O等，不是单一物质，无固定熔点，采用角锥 法测定特征温度 将灰制成特定形状的灰堆，加热升温1300℃以上，采用 三个特征温度来表示灰的熔融特性。 变形温度DT，软化温度ST，流动温度FT 灰的熔融特性判别 长渣，短渣
表示燃料中全部成分的质量百分数总和 是锅炉燃料燃烧计算的原始依据。
Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100% 2.空气干燥基ad； 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， 是实验室煤质分析所用煤样的成分组成。
Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%
Qnet,V ,ar
1000
g / MJ
折算灰分
Azs ar

Aar ( Qnet,V ,ar
)
104
Aar Qnet,V ,ar
1000
g / MJ
折算硫分
S zs ar

Sar
( Qnet,V ,ar )
104 Sar Qnet,V ,ar
1000
g / MJ
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3）凝固点——重油在倾斜45º的试管中，经过1min不发 生流动变化的最低温度。 重油凝固点与所含石蜡含量有关,含蜡量越高,油的凝固点 越高。
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气体燃料 气体燃料的种类
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气田气(纯天然气) — —从气井开采出来
天然气
石油气(石油伴生气) — —伴随石油一起开采出来 凝析气田气 — —含石油轻质馏分 煤矿矿井气 — —从井下煤层抽出