燃烧器设计讲义.

2 煤的成分分析基准和换算 2.1 煤的成分分析基准 煤的成分通常用质量百分比来表示： C + H + O + N + S + A + M = 100%
（1）收到基 包括全部水分和灰分在内的煤的各种成分之和为100％， 表示进入锅炉的炉前实际燃用的煤成分，用下标“ar” （as received的简写）表示，其表达式为： Car + Har + Oar + Nar + Sar + Aar + Mar = 100% 在进行煤的燃烧计算和热力计算时均采用收到基 （ar）。
二、煤的认识 在我国,电站锅炉用燃料主要是煤,但煤的种类繁 多,从高水分褐煤、高灰份劣质烟煤、烟煤到低 挥发份的贫煤和极低挥发份的无烟煤都有使用。 所以在进行燃烧器设计之前，首先要对锅炉燃用 煤种进行分析，同时尽可能了解燃用相同或类似 煤种锅炉的运行情况，从而对燃用煤种的特性有 一个比较全面的认识。
1.2 氢（H） 氢也是燃料中的可燃元素，多以碳氢化合物状态存 在，水分中的氢不计入氢的含量。氢的发热量最高，每 千克氢完全燃烧可以放出120370KJ的热量，约为纯碳 的3.6倍。煤中氢的含量较少，约在2～10％范围内，存 在于挥发分气体中。碳化程度越深，氢的含量越少。另 外，含氢量高的煤在储存时易于风化，含氢量将逐渐减 少。
（3）干燥基 表示去掉全部水分的煤的成份。它是将除去水分外的煤 的各种成份之和当作100％，用下标“d” （dry的简写） 表示，其表达式为： Cd + Hd + Od + Nd+ Sd + Ad = 100% 干燥基成份不受水分的影响，常用以表示灰份的含量。
（4）干燥无灰基 表示去掉全部水分和灰份的煤的成份。它是将全部 水分和灰份两种含量不稳定的成份去掉，其余的组成 成份之和当作100％，用下标“daf” （dry ash free 的 简写）表示，其表达式为： Cdaf + Hdaf + Odaf + Ndaf+ Sdaf = 100% 干燥无灰基组成不受水分、灰分变化的影响，可以 比较准确地表示出煤的实质。常用它来表示挥发份的 含量。煤的挥发份是煤在加热过程中分解出来的气态 物质，其主要组成元素为碳、氢、氧，主要组成气体 为氢气、各类碳氢化合物、一氧化碳，以及少量的二 氧化碳、水蒸汽、氮气等惰性气体。挥发份受热很容 易达到着火温度而燃烧，因此挥发份的干燥无灰基含 量常常用来判别煤种及其属性。
（2）空气干燥基 表示在实验室经过自然干燥，去掉外在水分后煤的 成份。它是将去掉外在水分后其余成份之和当作100％， 用下标“ad” (air dry 的简写)表示，其表达式为： Cad + Had + Oad + Nad+ Sad + Aad + Mad = 100% 空气干燥基常在实验室内作煤的分析时采用。
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1.5 灰分（A） 灰分不仅降低燃料的发热量，影响燃料的着火与稳 燃，而且容易导致锅炉受热面的结渣、沾污、积灰、磨 损、腐蚀等一系列问题，直接影响锅炉的安全经济运行。 因此灰分含量的多少也是评价燃料质量优劣的指标之一。 另外灰中还含有一些重金属，如砷As、镉Cd、铬Cr、 汞Hg、铅Pb、硒Se等，如果排入大气，会对环境产生 污染。 灰份的含量在各种煤中变化很大，少的只有4～5％， 多的可达60～70％。
四角切圆煤粉锅炉燃烧器设计方法
一、前言 燃烧器是锅炉机组的重要组成部分，是合理组织 燃烧、提高燃料利用率所必须的装置。燃烧器性 能设计的优劣直接关系到电厂运行的安全性和经 济性。因在锅炉燃烧过程中产生的氮氧化物 （NOx）对人体健康有害，严重污染环境，故燃 烧设备的设计应同时考虑如何减少NOx的排放， 满足业主及国家环保标准的要求。
1.3 氧（O）和氮（N） 氧和氮都是煤中的不可燃元素，因此氧氮元素的存 在会使燃料中可燃元素相对减少，发热量有所下降。燃 料中含氧量变化很大，煤中的含氧量随碳化程度加深而 减少。煤种不同含量变化很大，含量少的只有1～2％ (如无烟煤),多的可达40％左右（如泥煤）。煤中氮的含 量一般很少，约为0.5～2.5％。 在煤的燃烧过程中，氮的一部分会与氧化合生成 NOx，排入大气后会造成环境污染，因此在进行锅炉及 其燃烧设备设计时，应重视NOx的排放指标。
1.4 硫（S） 煤中的硫以三种形态存在，即有机硫、黄铁矿硫和硫 酸盐硫。前两种参与燃烧，放出少量的热，每千克可燃 硫的发热量仅为9100KJ，第三种不参与燃烧，只转化 成灰份。我国大部分动力用煤含硫量一般在0.3～2％， 有的高达3～5％。 硫也是有害元素，燃烧后生成的SO2和少量SO3， 排入大气后也会造成环境污染。不仅如此，SO3还会使 露点大大升高，同时SO2和SO3能溶解于水中变成H2SO3 （亚硫酸）和H2SO4（硫酸）,会造成锅炉低温受热面 （如空气预热器）堵灰和金属腐蚀（即低温腐蚀）。另 外硫的燃烧产物H2S（硫化氢）会对锅炉水冷壁产生高 温腐蚀（生成硫化铁和氧化铁），存在于过热器和再热 器结灰层中的复合硫酸盐（Na3Fe(SO4)3和K3Fe(SO4)3） 会对过热器和再热器产生高温腐蚀。
1.6 水分（M） 水分也是煤中的不可燃成分。煤中水分以三种不同 的形态存在，即外在水分、内在水分（吸附和凝聚在煤 块内部毛细孔中的水分）和结晶水分（存在于煤的矿物 质中的结晶水）。外在水分易于蒸发，变化很大；内在 水分不易蒸发，在一定温度下（105～110℃）可以风干； 结晶水分需在200℃以上才能析出，通常工业分析时不 予测定。煤中水分含量变化极大，少则百分之几，如无 烟煤约2％～9％；多则可达40％～60％，如高水分褐煤。
1、煤的成分及其特性 煤的主要成分是碳（C）、氢（H）、氧（O）、 氮（N）、硫（S），以及灰分（A）和水分 （M）。其中碳、氢、可燃硫为可燃成分，水 分和灰分为不可燃成分。灰的主要成份为各种 矿物质，如SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、 MgO、K2O、Na2O、P2O5、TiO2等。
1.1 碳（C） 碳是煤中的主要可燃元素，以各种碳氢化合物和 碳氧化合物的状态存在，含量一般占煤成分的15～90 ％。碳元素包括固定碳和挥发分中的碳。埋藏年代越 久的煤，其碳化程度越深，含碳量也越高，而氢、氧、 氮等的含量由于挥发则减少。 通常，含碳量愈多，发热量愈高。碳在完全燃烧时 生成二氧化碳（CO2），每千克纯碳可放出33727KJ的 热量；碳在不完全燃烧时生成一氧化碳（CO），每千 克纯碳仅放出9270KJ的热量。由于纯碳的着火与燃尽 都较困难，因此，含碳量愈高的煤，着火与燃尽愈难。