锅炉原理-第二章-燃料及燃烧计算

1、1 v第一节第一节 燃料的成分及其主要特性燃料的成分及其主要特性 v第二节第二节 燃料燃烧计算燃料燃烧计算 v第三节第三节 烟气分析方法烟气分析方法 v第四节第四节 空气和烟气焓的计算空气和烟气焓的计算 第二章燃料及燃烧计算第二章燃料及燃烧计算 2 第一节燃料的成分及其主要特性第一节燃料的成分及其主要特性 有关燃料的知识是贯穿有关燃料的知识是贯穿锅炉原理锅炉原理课程的一条主线！课程的一条主线！ 燃料包括核燃料燃料包括核燃料 和和 有机燃料。本课程研究的是有机燃料。有机燃料。本课程研究的是有机燃料。 有机燃料主要包括：有机燃料主要包括： 1、固体燃料煤、油页岩、木柴、植物秸秆等、固体燃料煤、油页

2、岩、木柴、植物秸秆等 2、液体燃料柴油、重油、渣油、炼焦油、液体燃料柴油、重油、渣油、炼焦油 3、气体燃料天然气、高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气、气体燃料天然气、高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气 3 一、煤的成分及分析标准一、煤的成分及分析标准 常用的煤成分分析标准组成有元素分析组成和工业分析组成。常用的煤成分分析标准组成有元素分析组成和工业分析组成。 （一）煤的元素分析组成成分及其性质（一）煤的元素分析组成成分及其性质 将煤中所有成分按照组成元素分成以下七类：将煤中所有成分按照组成元素分成以下七类： 碳碳(C)、氢、氢(H)、氧、氧(O)、氮、氮(N)、硫、硫(S)、灰（、灰（A) 、水（、水

3、（M） 1. 碳（碳（C） 含量含量: 20%- 70%, 是煤中最主要的可燃成分。是煤中最主要的可燃成分。 完全燃烧所释放的能量完全燃烧所释放的能量: 32988kJ/kg 4 2. 2. 氢（氢（H H） 含量含量: 2%- 6%: 2%- 6% 完全燃烧所释放的能量完全燃烧所释放的能量: 120370kJ/kg : 120370kJ/kg 3. 氧和氮（氧和氮（O , N） O 含量含量: 12%- 40%; N 含量含量: 0.5%-2.5% 。二者均为燃料的内杂质。二者均为燃料的内杂质。 燃烧后产生有害气体燃烧后产生有害气体 NOx 4. 硫（硫（S ） 含量含量: 一般一般 140

4、0ST 1400： 难熔灰分难熔灰分 ST 1200ST 1.7 1.7 ，STST、FT FT 高高 2.8 40% -90%, A = 6-25%, M = 1-5%, Q = 25000 32500 C 40% -90%, A = 6-25%, M = 1-5%, Q = 25000 32500 kJ/kgkJ/kg 贫煤：贫煤：V Vdaf daf = 10-20%; = 10-20%; 烟煤：烟煤：V Vdaf daf = 20-40%; = 20-40%; 一般一般 C = 40% -60% -75%, A = 7-30% - 50%, M = 3-16%, Q = 20000 C

5、 = 40% -60% -75%, A = 7-30% - 50%, M = 3-16%, Q = 20000 30000 kJ/kg 30000 kJ/kg 劣质烟煤劣质烟煤 Q = 11000 20000 kJ/kgQ = 11000 20000 kJ/kg 褐煤：褐煤：V Vdaf daf 40%; 40%; A = 15-50% A = 15-50%， Q = 10000 21000 kJ/kgQ = 10000 21000 kJ/kg (一一) 发电厂用煤的质量标准发电厂用煤的质量标准 16 (二二) 各类煤质的燃烧特性各类煤质的燃烧特性 1、无烟煤、无烟煤 含碳量高，含碳量高，V含

6、量低且析出温度高，着火困难、不易燃尽。便含量低且析出温度高，着火困难、不易燃尽。便 于输运、不易自燃。于输运、不易自燃。 2、烟煤、烟煤 含碳量较无烟煤低，含碳量较无烟煤低， V含量高，着火容易、燃烧快、易燃尽。含量高，着火容易、燃烧快、易燃尽。 但大部分具有结焦性。但大部分具有结焦性。 3、贫煤、贫煤 介于无烟煤和烟煤间。着火燃尽困难，不易结焦。介于无烟煤和烟煤间。着火燃尽困难，不易结焦。 4、褐煤、褐煤 V含量高且析出温度低，着火燃烧容易；含碳量低，故发热含量高且析出温度低，着火燃烧容易；含碳量低，故发热 量低。易自燃。量低。易自燃。 17 q重油、渣油重油、渣油 四、液体燃料和气体燃料四

7、、液体燃料和气体燃料 成份：成份：C 81% -87%, O = 11-14%, S,N = 1-2%, H20 4%, A 81% -87%, O = 11-14%, S,N = 1-2%, H20 4%, A1%, Q = 37700 44000 kJ/kgQ = 37700 44000 kJ/kg 粘度：粘度： 恩氏粘度恩氏粘度 o oE E：某温度下：某温度下 200mL 200mL 油流出粘度计的时间与油流出粘度计的时间与2020时，时， 200mL 200mL 蒸馏水流出时间之比。蒸馏水流出时间之比。 闪点和燃点闪点和燃点 凝固点凝固点 硫分：高硫硫分：高硫2%2%、中硫、中硫0.

8、5-2%0.5-2%、低硫、低硫 0.5% 0.5% 灰分，一般灰分，一般0.3%0.3% 18 q天然气、人工煤气天然气、人工煤气 气体燃料气体燃料 天然气：气田气、油田气天然气：气田气、油田气 人工煤气：液化石油气、焦炉煤气、高炉煤气、发生人工煤气：液化石油气、焦炉煤气、高炉煤气、发生 炉煤气炉煤气 19 第二节燃料燃烧计算第二节燃料燃烧计算 l完全燃烧完全燃烧 生成物生成物COCO2 2 l不完全燃烧不完全燃烧 生成物生成物COCO 理想气体理想气体 1kmol1kmol体积为体积为22.4 Nm22.4 Nm3 3 ( (标准状态标准状态) ) 20 v（一）理论空气量（干空气）（一）

9、理论空气量（干空气） 一、燃烧所需一、燃烧所需空气量空气量及及过量空气系数过量空气系数 1. C1. C 1kg(Nm3)1kg(Nm3)燃料完全燃烧，且无剩余氧气，所燃料完全燃烧，且无剩余氧气，所 需空气量。需空气量。 可燃元素有可燃元素有 C C、 H H、 S S。分别计算其需氧量。分别计算其需氧量 0 V 22 COOC 2 3 2 3 4 .224 .2212CONmONmkgC 2 3 2 3 866. 1866. 11CONmONmkgC 3 100 866. 1Nm Car 21 2. H2. H 3. S3. S OHOH 222 22 OHNmONmkgH 2 3 2 3

10、2 8 .444 .22032. 4 OHNmONmkgH 2 3 2 3 2 1 .1156. 51 3 100 56. 5Nm H ar 22 SOOS 2 3 2 3 4 .224 .2232SONmONmkgS 2 3 2 3 7 . 07 . 01SONmONmkgS 22 4. 1kg4. 1kg燃料本身含燃料本身含O O 理论氧气量理论氧气量 kg Oar 100 3 100 7 . 0 10032 4 .22 Nm OO arar 100 7 . 0 100 56. 5 100 7 . 0 100 866. 1 0 2 arararar O OHSC V 理论空气量理论空气量

11、) 100 7 . 0 100 56. 5 100 7 . 0 100 866. 1 ( 21. 0 1 0 arararar OHSC V arararar OHSC0333. 0265. 0)375. 0(0889. 0 00 293. 1Vm 23 l （二）实际供给空气量及过量空气系数（二）实际供给空气量及过量空气系数 实际空气量要比理论空气量多出一部分，多出的部分叫过量实际空气量要比理论空气量多出一部分，多出的部分叫过量 空气。过量空气系数是实际空气量与理论值之比。空气。过量空气系数是实际空气量与理论值之比。 空气为何要过量？空气为何要过量？ 过量多少适宜？过量多少适宜？ （三）锅炉

12、漏风系数（三）锅炉漏风系数 漏入空气量与理论空气量比值漏入空气量与理论空气量比值 or V Vk 0 0 V V l kyky 24 v（一）理论烟气容积（一）理论烟气容积 二、燃烧产生的烟气容积计算二、燃烧产生的烟气容积计算 1. CO1. CO2 2 COCO2 2, SO, SO2 2, N, N2 2, H, H2 2O O 100 866. 1 2 ar CO C V 2. SO2. SO2 2 100 7 . 0 2 ar SO S V 3. N3. N2 2 100 8 . 0 10028 4 .22 79. 0 00 2 arar N NN VV 100 375. 0 866.

13、 1 222 arar SOCORO SC VVV 25 4. H4. H2 2O O (1) H(1) H2 2 燃烧生成燃烧生成 100 111. 0 100 1 .11 arar HH (2) (2) 燃料中燃料中H H2 2O O ar ar M M 0124. 0 10018 4 .22 (3) (3) 空气代入空气代入 0 100018 4 .22 V d k 0 016. 0V (4) (4) 燃油雾化带入燃油雾化带入 whwh GG24. 1 18 4 .22 wharar OHGVMHV24. 1016. 00124. 0111. 0 00 2 wharar ararar y

14、 GVMH N V SC V 24. 1016. 00124. 0111. 0 100 8 . 079. 0 100 375. 0 866. 1 0 0 0 干烟气干烟气 湿烟气湿烟气 00 22 NROgy VVV 000 2O Hgyy VVV 26 （二）实际烟气容积（二）实际烟气容积 由于由于 所以所以 y V 00 ) 1(79. 0 2 2 VVVN N 1 00 0 ) 1(0161. 0) 1(VVVV yy 222 ONROgy VVVV 0 ) 1(21. 0 2 VVO 00 ) 1( 22 VVVV NROgy 00 ) 1(VVV gygy OHgyy VVV 2 2

15、7 不完全燃烧时：不完全燃烧时： OHNOSOCOCOy VVVVVVV 22222 100 866. 1 2 ar CO C V 100 866. 1 2 ar COCO C VV 完全燃烧完全燃烧 不完全燃烧不完全燃烧 对于气体燃料，公式对于气体燃料，公式2-472-47，4848，4949 烟气量采用质量来计算烟气量采用质量来计算 0 293. 1) 1000 1 ( 100 1V d G A m wh ar y 28 第三节烟气分析方法第三节烟气分析方法 （一）目的（一）目的 炉膛空气供给量炉膛空气供给量 一、烟气分析一、烟气分析 l py 排烟热损失排烟热损失 CO, HCO, H2

16、 2, CH, CH4 4不完全燃烧热损失不完全燃烧热损失 化学吸收法，电气测量法，红外吸收法，色谱分析法化学吸收法，电气测量法，红外吸收法，色谱分析法 29 （二）奥氏烟气分析仪（二）奥氏烟气分析仪 吸收吸收RO2RO2 吸收吸收O2O2吸收吸收COCO 30 烟气中主要含有烟气中主要含有RO2, O2, CO, N2 100 222 NCOORO 100 100 100 100 2 2 2 2 2 2 gy N gy CO gy O gy RO V V N V V CO V V O V V RO 31 （一）根据烟气分析结果计算烟气容积（一）根据烟气分析结果计算烟气容积 二、运行时烟气容积

17、和二、运行时烟气容积和CO含量计算含量计算 100 22 2 gy COSOCO V VVV CORO 100 375. 0 866. 1 22 arar COSOCO SC VVV CORO SC V arar gy 2 )375. 0(866. 1 00 00 ) 1(0161. 024. 10161. 00124. 0111. 0 ) 1(0161. 0 2 2 VGVMH VVV wharar OH OH wharar GVMH24. 10161. 00124. 0111. 0 0 wharar arar y GVMH CORO SC V24. 10161. 00124. 0111.

18、0 )375. 0(866. 1 0 2 32 若不完全燃烧产物只有若不完全燃烧产物只有COCO （二）烟气中（二）烟气中COCO含量的计算含量的计算 100 866. 15 . 0) 1(21. 0 ,0 2 COar O C VV CO COar V C 100 866. 1 , COO VVV5 . 0) 1(21. 0 0 2 00 ) 1(79. 0 2 2 VVVN N )5 . 0( 21. 0 79. 0 2 2 2 0 COO N N VVVV )5 . 0( 21. 0 79. 0 2 2 22 0 COO N OCOROgy VVVVVVV 33 除以除以 21)(605

19、. 0 222 COROOCORO 22 SOOS )5 . 0( 21. 0 79. 0 2 2 22 0 COO N OCOROgy VVVVVVV 100 gy V )5 . 0( 21. 0 79. 0 /100 222 0 2 COOVVOCORO gy N gy N V VOCORO 100 21. 0185. 021. 021 0 2 22 100 22 2 gy COSOCO V VVV CORO 22 2 0 222 21. 0185. 021. 021 SOCOCO VVV CORO NOCORO )(79. 021. 0(605. 021 222 22 0 2 CORO

20、VVV V OCORO SOCOCO N 34 令令 21)(605. 0 222 COROOCORO )(79. 021. 0(605. 021 222 22 0 2 CORO VVV V OCORO SOCOCO N 100 8 . 079. 0 00 2 ar N N VV 100 7 . 0 2 ar SO S V 100 866. 1 2 ar COCO C VV )( 375. 0 38. 0126. 0 35. 2(605. 021 222 CORO SC NOH OCORO arar ararar arararar OHSCV0333. 0265. 0)375. 0(0889.

21、 0 0 arar ararar SC NOH 375. 0 38. 0126. 0 35. 2 不完全燃烧方程式不完全燃烧方程式 35 即即 605. 0 )1 (21 22 ROO CO 若若 1 （三）完全燃烧方程式及（三）完全燃烧方程式及RO2最大值最大值 21)(605. 0 222 COROOCORO 21 222 ROORO 22 )1 (21ROO 1 21 2 2 O RO 1 21 max 2 RO 表表2-92-9 36 1.1.过量空气系数计算过量空气系数计算 k k kk V V VV V V V 1 1 0 （四）运行时过量空气系数和漏风系数的计算（四）运行时过量空

22、气系数和漏风系数的计算 79. 0 100 8 . 0 2 ar N k N V V 37 另另 2 2 5 . 0 21 79 1 1 N COO 完全燃烧完全燃烧 )(100 5 . 0 7921 21 22 2 COORO COO )(100 7921 21 22 2 ORO O 1 21 2 2 O RO若若 022 21ORO 2 21 21 O 或或 2 max 2 2 1 21 1 21 RO RO O 不完全燃烧时不完全燃烧时 38 磁性氧量计，氧化镐氧量计磁性氧量计，氧化镐氧量计 2.2.运行时过量空气系数和漏风系数的测定运行时过量空气系数和漏风系数的测定 2 max 2 2 21 21 RO RO O ) 21 1 21 1 (21 22 OO 39 第四节空气和烟气焓计算第四节空气和烟气焓计算 （一）理论空气焓的计