锅炉的燃料及其特性.ppt

锅炉的燃料及其特性,固体燃料：煤（无烟煤、烟煤、褐煤等）、油页岩、木柴、垃圾、煤矸石等 各地的固体燃料成分很不相同，运输困难、运行劳动量大，产生的烟尘和有害气体污染严重，在许多大中城市已限制使用。 产生相同热值的 几种燃料的比较 450kg热值为2100kWh的 落叶树木材相当于385kg 褐煤饼、425kg木颗粒、 或210L燃油,锅炉的燃料及其特性,液体燃料：燃油（轻柴油、重油等） 黏度：燃油的粘度与分子量和温度成正比，燃油雾化前需要预热。 恩氏粘度（E）：在一定温度下，200ml液体从恩氏粘度计中流出的时间与与20时同体积蒸馏水流出时间的比值，牌号有20、60、100、200号。 运动黏度：液体的动力粘度与同温度下该流体密度之比，单位/s。 密度：燃油的密度与温度有关，20时的密度为标准密度 凝固点：燃油丧失流动性开始凝固时的温度，与含蜡量有关 闪点：燃油和空气的混合物与明火接触时发生短暂闪光，一闪即灭时的温度。燃油的预热温度必须低于其闪点（80130 ）。 燃点：燃油和空气的混合物与明火接触时能着火，连续燃烧时的最低温度。燃油的燃点比其闪点高2030。 含硫量（质量分数）：优质燃油含硫应低于0.2%。 浑浊点：燃油刚开始产生浑浊时的温度，这时会堵塞油管。轻柴油浑浊点为3 。,锅炉的燃料及其特性,气体燃料：天然气、液化气、人工煤气、水煤气、城市煤气等 燃气燃烧产生的烟尘几乎为零，燃烧干净。 燃气体积与当时的气体状态（压力和温度）有关，分为标准状态（0,101.3kPa)和运行状态。 相对密度：在标准状况下，燃气密度与空气密度之比。,煤的成分与分析,煤的元素分析：分析煤中的C、H、O、S、N、水分（M）、灰分（A） 煤的工业分析：分析煤中的水分（M）、挥发分（V ）、固定碳（FC）和灰分（A） 水分（M）：燃烧时，水分蒸发、吸收热量，降低炉膛温度、使燃料燃烧困难、增大排烟热损失；但水分汽化时，体积增大几百倍，使煤疏松、孔隙增大、煤易完全燃烧，煤太干易烧坏炉排。煤中水分应适量。 内水分（固有水分）：是来自形成煤的植物，只有将煤加热到105145时，才能除去。 外水分：是在煤炭的开采、贮运过程中受外界因素影响而吸附或凝聚在煤炭颗粒表面的水分，可以通过自然风干除去。,煤的成分与分析煤的工业分析（续）,挥发分（V ）：是煤在加热到500600时释放出来的气态可燃物质，它主要是C、H、O的化合物。含挥发分多的煤容易着火（即着火点低），燃烧速度快，易于完全燃烧；挥发分低的煤，着火温度高，不易点燃，也不易完全燃烧。 固定碳（FC）：可燃固体成分 不焦结性煤：焦炭呈粉末状，燃烧层密实，通风不良易从炉排漏下或随烟气进入大气，造成燃料不完全燃烧。 弱焦结性煤：焦炭呈松散状。 强焦结性煤：焦炭呈坚硬块状，在炉排上结成焦块，阻碍通风，不易烧透，排渣也困难。 灰分（A）：不可燃 固体成分。灰分太大，煤不易燃烧，排渣与除尘量也大，造成受热面和引风机磨损，还污染环境；但 灰分太少，炉排容易烧坏。,燃料成分分析数据的基准,收到基（as received basis，缩写ar） 对炉前应用燃料取样作为分析基准 Car + Har + Oar + Nar + Sar + Aar + Mar =100% 空气干燥基（air dried basis, 缩写ad） 以在实验室条件下（温度为20，相对湿度为60%）进行风干后的燃料作为分析基准 Cad + Had + Oad + Nad + Sad + Aad + Mad =100% 干燥基（dried basis, 缩写d） 以除去全部水分的干燥燃料作为分析基准 Cd + Hd + Od + Nd + Sd + Ad = 100%,燃料成分分析数据的基准(续）,干燥无灰基(dry ash-free basis,缩写daf) 以除去全部水分和灰分的燃料作为分析基准 Cdaf + Hdaf + Odaf + Ndaf + Sdaf = 100% 燃料的各种分析基准的关系,燃料的发热量,燃料的发热量：1kg燃料（气体燃料用1m）完全燃烧时所发出的热量，单位kJ/kg（或kJ/m） 高位发热量Qgr ：如果燃烧产物中的水呈液态（即烟气中的水蒸气凝结成水，放出它的汽化潜热）时的发热量 ，用于冷凝水锅炉。 低位发热量Qnet ：如果燃烧产物中的水呈汽态（即由于烟气的温度还很高，其中的水蒸气不可能凝结成水而放出汽化潜热）时的发热量，用于一般锅炉。 相同基燃料的高、低位发热量的差别：是烟气中水蒸气吸收的汽化潜热 煤的发热量：P.14 表2-5 部分燃料发热量：P.15 表2-6、P.16表2-7,燃料燃烧所需的空气量,1收到基燃料完全燃烧时所需的理论氧气量： 1收到基燃料完全燃烧时所需的理论空气量： 过量空气系数：,燃料燃烧理论空气消耗量经验公式,燃油： 挥发分大于15%的烟煤： 贫煤和无烟煤： 气体燃料： 燃料理论空气消耗量参考值：P.18 表2-10,烟气的成分与危害,不完全燃烧时产生的一氧化碳和炭黑烟灰：污染环境 含硫燃料产生的二氧化硫：与水结合生成亚硫酸（酸雨成分） 产生氮的氧化物：与水结合生成酸性很强的硝酸 产生的二氧化碳：是形成地球温室效应的重要因素 在不完全燃烧时产生的碳氢化合物：也是形成地球温室效应的重要因素 要减少对环境产生的负担，应该： 使燃料在锅炉中完全燃烧、使用不含硫或低含硫的燃料、采取特别的措施减少氮的氧化物以及节能措施等。,燃料燃烧产生的理论烟气量,烟煤、无烟煤、贫煤： 燃油： 烃烷类燃气： （天然气：k=2；油田伴生气：k=2.2；液化石油气：k=4.5） 的燃气： 焦炉煤气：,燃料实际产生烟气量,燃料实际产生烟气量应为理论烟气量和过量空气之和： 燃气锅炉实际烟气量也可用下式： 锅炉每生成1t蒸汽所产生的烟气量估算值：P.21表2-12,露点温度,在使用含硫燃料时，水蒸气冷凝，与二氧化硫形成亚硫酸，它与烟气中其他成分形成的酸一起会侵蚀烟道和锅炉设备。 露点的温度与燃料的种类和空气的过量情况有关，一般在40-65。主要发生在燃烟煤炉、燃油炉和燃木柴炉中。 在烟煤、燃油和木柴燃烧时会产生水蒸气和二氧化硫 天然气基本不含硫 无烟煤只产生很少量的水 露点温度与空气过量系数的关系（P.21图2-3） 当燃料含硫量高时，燃烧形成的SO2有一部分会进一步被氧化成SO3，与烟气中的水蒸气结合成硫酸蒸气。硫酸蒸气的凝结温度称为酸露点，一般在140-160 。露点温度越高，腐蚀范围越广、腐蚀也越严重。 所以，锅炉设备中的烟气温度不能低于露点。,烟气中的水蒸气露点与空气过量系数关系,奥氏烟气分析仪与电子式烟气分析仪,烟气的测量与分析,烟气量的计算 烟气中的CO含量 完全燃烧时，CO=0，则 若烟气中CO=O2=0，RO2达到最大值,烟气的测量与分析（续）,过量空气系数的计算 在锅炉实际运行中，CO含量不高，视为完全燃烧，则,锅炉的热平衡方程,Qr = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 式中Qr单位质量固体及液体燃料的低位发热量，kJ/kg； Q1锅炉的有效吸热量，kJ/kg； Q2排烟热损失，kJ/kg； Q3化学(或气体)不完全燃烧热损失，kJ/kg； Q4机械(或固体)不完全燃烧热损失，kJ/kg； Q5炉体散热损失，kJ/kg； Q6灰渣物理热损失及其他热损失，kJ/kg。 100% = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 = q1 = 1 (q2 + q3 + q4 + q5 + q6),锅炉的排烟热损失,排烟热损失q2：烟气离开锅炉排入大气中所带走的热量。是锅炉热损失中最大的一项，约6%11% 。 影响排烟热损失的因素： 排烟温度：若烟气温度每升高1K，排烟热损失就增加约1%，燃料多消耗1.5%；但烟气温度下降过多也不合理，因为需要增加锅炉尾部受热面积，增加钢材消耗量；另外烟气温度不能低于露点，一般在160180。 排烟容积：若炉膛出口过量空气系数偏高、炉墙与烟道漏风严重、燃料水分含量大，则排烟容积增大，排烟热损失增大。所以要注意炉墙与烟道的严密性，在运行中注意控制炉膛的空气过量系数。,锅炉的排烟热损失,排烟热损失也可根据测量结果计算： 排烟热损失的计算系数：P.28 表3-2，P.29 表3-3 燃油和燃气锅炉允许排烟热损失： P.29 表3-4,锅炉化学不完全燃烧热损失,化学不完全燃烧热损失q3 ：由于一部分可燃气体未能燃烧放热而碎烟气排出造成的热损失，也称为气体不完全燃烧热损失。 影响化学不完全燃烧热损失的因素： 空气量不足 燃料与空气混合不好 炉膛容积小或炉膛温度太低 空气不足会产生CO，所以必须测量CO含量 化学不完全燃烧热损失推荐值：P.30 表3-5 化学不完全燃烧热损失计算：,锅炉机械不完全燃烧热损失,机械不完全燃烧热损失q4 ：由于部分固体可燃物在炉内没有完全燃烧，随飞灰和炉渣排出炉外而造成的热损失，也称为固体不完全燃烧热损失。 影响机械不完全燃烧热损失的因素 燃料特性： 灰分含量高、灰熔点低、挥发分低而焦接性强、煤的粒径过大时灰渣损失增大 燃料中水分少、焦接性弱而细末多时飞灰损失增加 锅炉运行情况： 煤层过厚、链条炉排的速度过快、炉膛的温度过低时灰渣损失增大 各风室的风量分配不均、流经燃料层和炉膛的风速过大飞灰损失增加 机械不完全燃烧热损失是固体燃料锅炉热损失中较大的一项（约6%12%（P.30表3-5），燃油和燃气锅炉，可认为q4为0,锅炉机械不完全燃烧热损失计算,炉体散热损失,炉体散热损失q4 ：锅炉在运行时，由于炉墙、锅筒、构架、管道及其他附件等表面温度高于周围空气温度，向外界散热形成的损失。 影响炉体散热损失的因素： 锅炉散热表面积的大小 外表面温度和周围空气的温度 炉体散热损失q4 ：参见P.32表3-6,灰渣物理热损失和其他热损失,灰渣物理热损失 ：灰渣排出炉外时具有较高的温度而带走的热量。 影响灰渣物理热损失的因素： 燃料中灰分的含量 灰渣占总灰量的比例 炉渣排出时的温度 冷却热损失 ：锅炉的某些部件采用水冷却，而此冷却水未接入锅炉水系统中，冷却水吸收的热量而形成的热损失。,锅炉的热效率,锅炉的热效率：锅炉的有效利用热量占单位时间内消耗燃料的输入热量的百分数。 正平衡法： 蒸汽锅炉 热水锅炉 正平衡法试验简单易行，一般适用于小型锅炉。,锅炉的热效率（续）,反平衡法：测定锅炉的各项热损失，用下式计算锅炉热效率。 反平衡法不仅能确定运行锅炉的效率，而且有助于了解锅炉各项热损失产生的原因，以便提高锅炉的效率。,锅炉的燃料消耗量,锅炉的燃料消耗量B： 锅炉每小时燃用的燃料。 计算燃料消耗量Bj： 锅炉实际参加燃烧反应的燃料量。由于燃煤锅炉存在机械不完全燃烧热损失q4，使燃料燃烧所需的空气量和生成的烟气量减少，要相应减少送风量。,锅炉能耗,吨蒸汽综合能耗：锅炉房每生成1吨蒸汽实际消耗各种能源的综合消耗量锅炉的技术装备水平和技术管理水平 一次能源消耗量：燃料消耗量 二次能源消耗量： 电消耗量：换算1kWh=0.407kg标煤 自来水消耗量：换算1m3=0.257kg标煤 载能体：蒸汽等，换算1吨标汽=85.3kg标煤,燃料的燃烧方式,层燃炉：固体燃料被铺在炉排上进行燃烧的炉子。如链条炉排炉，往复炉排炉、振动炉排炉、风力-机械抛煤机炉等。 室燃炉（悬燃炉）：燃料随空气进入炉室呈悬浮状燃烧的炉子。如燃油炉、燃气炉、燃煤粉炉等。 沸腾炉：燃料在炉室中被由下而上送入的空气流托起，并上下翻腾而进行燃烧的炉子。,煤的燃烧过程,燃料的准备阶段：进入炉膛的低温燃料被高温烟气、炉墙和已燃的燃料进行预热、干燥随着燃料温度的升高，挥发分开始逸出、形成多孔的焦炭。 影响燃料预热干燥所需的热量大小和时间长短的因素：燃料的特性、所含水分、炉内温度等 燃料的燃烧阶段：随着燃料的温度继续加热升温、易燃的挥发物达到一定的温度和浓度后，开始着火燃烧、放出大量的热热量的一部分被锅炉受热面吸收，另一部分则用来提高燃料自身温度挥发物燃烧后期，焦炭颗粒被加热至高温、表面开始着火燃烧。 影响燃料燃烧完全的因素：供给充足适量的空气、及时地破坏惰性燃烧层空气与燃料良好地混合与接触。 燃料的燃尽阶段：燃料中可燃成分减少、灰壳层增厚燃烧速度减慢、放热不多，所需空气量也不多,手烧燃煤炉结构简图,手烧燃煤炉燃烧层结构,手烧燃煤炉的特性,双面引火：新煤下方被灼热焦炭层烘烤，上方被炉膛高温烟气和炉墙的辐射热加热。 对煤种适应性广。 周期冒黑烟：间歇加煤，燃料层厚度与燃烧过程呈周期性变化。,旧式燃木材炉结构与燃烧过程,自动加料燃木材颗粒锅炉燃烧室结构,链条炉结构简图,链条炉的主要构件和燃烧过程,给煤机构： 煤斗：加煤装置 煤闸门：调节其高度可控制链条炉排上煤层的厚度 传动装置： 电动机 减速箱或液压传动装置 链条炉排：2 20 m/h速度自前向后缓慢移动 挡渣装置（老鹰铁）：形成的灰渣经它排入落闸口 燃烧过程：在链条炉排上形成4个区段，预热、干燥，着火燃烧（挥发物逸出、燃烧和焦炭燃烧）及燃尽,燃用烟煤和褐煤链条炉的炉拱示意图,鳞片式链条炉排总图,鳞片式链条炉排结构,轻型链带式链条炉排,横梁式链条炉排与接触式侧密封装置,链条炉燃烧过程与烟气成分示意图 及链条炉空气分配情况,链条炉的燃烧过程及特性,链条炉的燃烧过程： 在区：煤预热、干燥，基本不需要空气 在区：挥发物逸出并燃烧，需要较多的空气 在区：焦炭燃烧，主要燃烧阶段，需要大量的空气 在区：燃烧的煤移动到炉排后端形成灰渣 链条炉的特性： 燃烧沿炉排长度按顺序连续完成，避免了燃烧周期性 燃烧效率较高 单面引火 对煤种有选择性,倾斜式往复推动炉排炉示意图,水平往复推动炉排炉示意图,往复推动炉的燃烧特性,燃烧过程沿长度分布：分区送风 单面引火、着火性能差：炉内应配置拱和二次风 炉排冷却性能差：易烧坏，不宜燃用优质煤 炉排有倾斜度、又作水平运动：密封处理困难易产生漏煤、漏风。 噪声较大 倾斜式往复推动炉排炉炉体较高：增加锅炉房的高度,抛煤机炉：抛煤机 + 链条炉排,按抛煤方式分类： 机械抛煤 风力抛煤 风力机械抛煤,抛煤机炉燃烧特性,双面引火：着火和燃烧条件都较好 负荷适用性强、调节灵敏 燃料适应性广 调节和控制不当时，抛入的煤粒往往未燃尽而自炉膛飞出热效率降低、磨损锅炉尾部受热面，冒黑烟、污染环境 结构复杂、制造质量要求高 对原煤的粒径要求较高：max 30-40mm，小于6mm的不得超过60%，小于3mm的不得超过30% 对原煤的水分要求较高：max 12%,煤粉炉竖井磨煤机和风扇式磨煤机,煤粉炉和轴向可调式旋流燃烧器示意图,煤粉炉