锅炉原理 第二章 燃料

1、第二章第二章 燃料及其燃烧特性燃料及其燃烧特性n研究对象研究对象 燃料性质燃料性质描述描述成分成分 1 1发热量发热量 2 2灰的性质灰的性质 3 3种类种类 4 4为什么要研究燃料？n燃料的性质影响锅炉中许多部件和设备的结构n影响设备在锅炉中的布置位置n影响设备中进行某些过程的安全性和经济性n如：风机的选型，燃烧设备，灰熔点的影响，污染物的影响。第二章第二章 燃料及其燃烧特性燃料及其燃烧特性n第一节第一节 电站锅炉燃料电站锅炉燃料燃料的定义n通过燃烧释放热能的可燃物质称为燃料。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燃料总类 有机燃料的物理状态分为： 固体燃料、液

2、体燃料和气体燃料液体燃料石油及其制品轻油、柴油、重油煤气城市煤气、高炉煤气、焦炉煤气油页岩锅炉燃料气体燃料固体燃料煤无烟煤、烟煤、褐煤等木材，生物质沼气天然气、液化石油气第二章第二章 燃料燃料n第二节第二节 煤的元素分析和工业分析煤的元素分析和工业分析 (燃料的成分燃料的成分)一、元素分析成分1. 元素分析的概念及成分分析n分析煤的元素组成成分元素组成成分及其含量的方法2. 元素成分的含量及其换算元素成分的含量及其换算n含量：指燃料中各成分的质量占燃料总质量的百分比，用各个成分的质量百分数来表示。所以水分和灰分所占质量较大，且随外界条件有较大的波动;因此有四种不同“基”准的煤样:1.收到基ar

3、；2.空气干燥基ad；3.干燥基d；4.干燥无灰基daf.某成分的含量=煤样中该成分的质量煤样的总质量100收到基（下标符号为ar）n表示燃料中全部成分的质量百分数总和，特别是包括了全部的水分和灰分，是以锅炉实际燃烧的燃料来测定各成分的含量。n是锅炉燃料燃烧计算的原始依据。 Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%空气干燥基（下标符号为ad）n表示在不含外在水分，只包含内在水分的实验条件下，燃料各组成成分的质量百分数总和，n空气干燥基成分用于实验室分析，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%干燥基（下标符号

4、为d）n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n干基中各成分不受水分变化的影响n可用于准确的表示灰分的含量 Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%干燥无灰基（下标符号为daf）n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，n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，表示了燃料中最本质的部分，可用于区别燃料的种类n煤炭交易。 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%煤质分析结果（基准）的表示方法： 序号 基准 定义 符号（小标） 备注 1 收到基 以收到状态的煤为基准 Ar 设计时可将此作为应用状态对待

5、2 空气干燥基 与空气湿度达到平衡状态的煤为基准 Ad 3 干燥基 以假想无水状态的煤为基准 d 同义词可为干基 4 干燥无灰基 以假想无水、 无灰状态的煤为基准 daf 以往概念的可燃基，已经禁用 5 干燥无矿物质基 以假想无水、 无矿物质状态的煤为基准 dmmf 6 恒湿无矿物质基 以假想含最高水分、 无矿物质状态的煤为基准 mmf 元素分析成分各基准关系2. 元素成分的含量及其换算n换算：不同基准下同类成分间的换算n依据：1）任意两种不同基准下的同类成分的比值都相等；n2）分比定理。n公式：未知成分= 换算系数换算系数K K已知成分各种基的换算：各种基的换算：x=k x0n该式不能用于水

6、分换算，因为内、外部水分不是成比例的，换算式为书式2-7。100100fadfarMMMM二、工业分析n在一定实验条件下，经过分析(干燥、加热、燃烧)得到水分、挥发分、固定碳和灰分这四种成分的质量百分数。工业分析在电厂常用（唯一的实验内容）n方法：自然干燥，1g煤样，1455干燥箱 1 小时，失去重量为空干基水分；n然后隔绝空气，920电炉，7分钟，干燥箱冷却至室温，失去重量为空干基挥发分；n挥发分为有机气体，对锅炉影响很大；n剩余为焦碳，为固定碳及灰分组合。在8155下燃烧1小时，剩余为空干基灰分。n最后可得固定碳。挥发份及其测定n挥发份定义：失去水分的煤样在隔绝空气的条件下加热到一定温度时

7、，煤分解逸出的部分可燃质和矿物质。n主要成分是CO、CO2、CmHn、H2等。n收到基挥发份含量在5%40%之间。n表示方法：V，Vdaf，等，也存在换算。影响因素：l挥发份的多少和组成与煤的年代有关l热解程度随加热速率、加热温度和加热时间加热速率、加热温度和加热时间而变，须在统一条件下测定。l挥发份的发热量取决于挥发份的成分l挥发份的多少与组成影响到着火，是对动力用煤进行分类的重要依据。焦炭=固定炭+灰分：失去水分并放出挥发份后所剩余的残留物称为焦炭。元素分析成分与工业分析成分关系第三节、煤的发热量及相关概念煤的发热量及相关概念 一、煤的发热量n两种发热量的定义：n1高位发热量Qgrn1kg

8、煤完全燃烧时放出的全部热量，包括烟气中水蒸汽凝结时放出的热量。n2低位发热量Qnetn在1kg煤完全燃烧时放出的全部热量中扣除水蒸汽汽化潜热后所得的热量。即煤中可燃质的一部分燃烧热量被用于水分的汽化，没有得到利用。n单位为kcal/kg，或者kJ/kg，MJ/kg。几点说明n实验室所测是全部热量（高位），锅炉排烟温度均较高（110以上），烟气中水未蒸汽凝结，将这部分气化潜热带走。n我国均采用低位发热量。有些国家采用高位发热量，必要时说明。n表示煤的发热量同样分为不同的“基”，因此，也存在之间的换算。二、煤的折算成分n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

9、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n比较锅炉燃烧不同煤时，带入炉内的水、灰和硫的质量煤的折算成分；n定义：每送入炉内1MJ（1000kJ）热量，随燃料带入炉内的某成分的质量；n分别为折算水分、折算灰分和折算硫分；n过去以每1000kcal为标准，现在是1000kJ对应的克数；单位g/MJ（SI制）n 以灰分为例，同一锅炉燃烧不同煤时，采用折算成分的必要性（此为成分的百分含量%）折算成分的表达式n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；n与灰分含量成正比，与发热量成反比；

10、n采用此比例式来代表带入的灰量；折算水分折算水分 MJgQMQMMarVnetararVnetarzsar/10)1000(,4,折算灰分折算灰分 MJgQAQAAarVnetararVnetarzsar/10)1000(,4,MJgQSQSSarVnetararVnetarzsar/10)1000(,4,折算硫分折算硫分 n采用折算成分判断煤中水分、灰分和硫分高、中、低的大致范围如表所示。折算成分（）低中等高折算水分12.0折算灰分17.0折算硫分1.3n折算水分： 8% 高水分煤n折算灰分： 4% 高灰分煤n折算硫分： 0.2% 高硫分煤,%ararzsarQMM,%ararzsarQAA

11、,%ararzsarQSS四、标准煤n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；n标准煤的概念，规定低位发热量为7000kcal/kg（或者29310kJ/kg，29.31MJ/kg）的煤为标准煤；n将发热量不是7000 kcal/kg的煤统一折算到7000 kcal/kg来进行比较；n用于计算和比较标准煤耗等。 第四节 煤灰的结渣和积灰特性判别一、煤灰的熔融特性（灰熔点）n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。n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。n灰分成分不同，发生熔化的温度也不同。n高熔点成分+低熔点成分，无

12、固定的熔点。n温度见表2-2灰熔融性的测定n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。nDT开始变形温度(Deformation Temp.)；(t1)nST开始软化温度(Softening Temp.); (t2)nFT开始液化化温度(Fluid Temp.). (t3)n试验中：ST1390，轻微结渣煤。n ST=1260-1390，为中等易结渣煤。n ST1260，为严重结渣煤。n温度间隔 200-400 长渣n温度间隔 100-200 短渣n200，长渣，用于液态排渣炉n对灰熔融特性的影响因素 化学成分：酸性成分（难）、碱性成分 环境气氛：氧化（

13、难）、还原 n二、煤的积灰结渣特性n结渣：煤灰熔化、软化后粘附水冷壁等受热面形成渣层；n沾污：煤灰中挥发物质在受热面上凝结并粘结灰粒。n结渣判别方法： 碱酸比，硅比n沾污判别方法： 沾污指数，烧结强度结渣判别方法n碱酸比（B/A72不结渣，G40%，水分与灰分高，发热量低，着火 与燃烧容易。无烟煤年代挥发份含量%贫煤烟煤褐煤n四、我国电厂常用煤种n表2-8第六节第六节 煤的燃烧特性煤的燃烧特性n一、煤的分解机理n热解，挥发分析出。n热解温度：快速热解，慢速热解，中速热解；n热解条件：温度、压力、形状、颗粒尺寸、流动条件等；n热解过程： 105以前，主要水分、部分吸附气体； 200300，水分、

14、CO、CO2及焦油； 300500，大量焦油、CH4、CO、CO2等； 500700，含氢较多的气体； 7591000，少量含氢气体。n二、煤的热重分析n燃烧特性研究：热天平、热显微镜、着火指数炉、管式沉降炉、燃烧实验台等n热重分析：热天平n热重；TG，物质质量与温度关系，曲线为TG 曲线；n微商热重：DTG，TG曲线对温度（或时间）的一阶微商；n差热分析：DTA，当给予被测物和参比物同等热量时（以参比物与样品间温度差为纵坐标，以温度为横坐标所得的曲线，称为DTA曲线。）第七节第七节 燃油和燃气特性燃油和燃气特性n一、燃料油的物理特性n石油的形成：低等动、植物遗体中脂肪、蛋白质和碳水化合物，沉

15、积地下后经长期缺氧、温度、压力、细菌分解等作用，形成粘稠性液体。10004000m，60150，有机质大量生成石油。石油可提炼成汽油、煤油、柴油、重油；残留物为渣油。n电站锅炉用燃油为石油炼制产品或尾品，主要是重油、柴油和渣油。 重油n重油是石油各种加工工艺过程中重质蒸馏分和残渣的总称，是油料中密度最大的油品。石油经过常压、减压蒸馏得到重质直流重油；经过各种裂化加工得裂化重油；蒸馏和裂化工艺中残留物为渣油。商品重油一般为调制品。n基本方法为直接蒸馏，分为常、减压蒸馏，属于初加工。从塔不同层次出来。塔顶出沸点最低的汽油，35200的馏分为直流汽油；175310为煤油和柴油； 350以上重馏分为润

16、滑油原料和裂化原料；塔底为重油。n深加工，裂化法。为多得轻质油。初加工只有25%35%。 主要特性n流动性能n凝固点：油品在一定条件下完全丧失流动能力时的温度称为凝固点。倾斜45试管，1分钟，油面不变。汽油-80；重油1536或更高。n粘度：流体粘性的度量。流体在剪切力作用下，将产生连续不断的变形以抵抗外力，这就是粘性。我国用恩氏粘度表示燃油粘度。美国用通用赛氏粘度或赛氏-福氏粘度（SU或SF），英国用雷氏1号（R1）或雷氏2号（R2）粘度。 燃烧及爆炸性能n闪点：提高油温会加速油气的挥发，油蒸汽与空气混合物遇到火源发生瞬间的闪光现象时，油品的最低温度。n燃点：遇火源持续燃烧不少于5秒，最低油

17、温度。 其他特性n静电特性：产生静电，火花；n含硫量：产生污染物，大于2%为高硫油；80%存于重油中；n灰分：很少，低于0.05%，但成分复杂。另外开采、运输等过程混入机械杂质，约0.10.2%。n水分：原油中水分高，需经脱水处理。加工后含量很少，低于2%。燃烧雾化。n二、气体燃料n天然气形成，较简单。可同石油并存，也有单独气田。高等植物木质纤维腐烂分解、无机质等矿物质分解，都可形成天然气。可分为气田气、油田气、煤田气三种。n人工气体燃料：煤气（CO、H2）、石油液化气（烷类）等。n成分含量为容积百分数。n气体燃料特点：n使用性能好，易与空气混合，燃烧效率高；n调节灵活；n污染小；n运输方便，管道，可液化。不需要存放场地、