燃料及燃料燃烧计算

1、图IT锅炉及其辅助设备系统简图一煤卑,®一给煤机$一購煤机,空汽51器髀,燃挠器1 ®一炉*!*«一霹式过熾臨高趙琏建器丿©低湿过該嚣）番煤th » »i一瓏凤机$ 尿囱，送與葫4 ® *h下阵管1 頂棚过撫Sh 排淹室第二章燃料及燃料燃烧计算燃料：能用来燃烧以取得热量的物质，是锅炉 的基本能源表3-1 燃料的分类天然燃料人工燃料固体燃料木材、煤、页岩木炭、焦碳、煤粉液体燃料石油汽油、煤油、柴油、重油气体燃料天然气高炉煤气、发生炉煤气、 焦炉煤气、气化煤气、沼 气等§2-1气体燃料和液体燃料气体燃料：天然气，液化石

2、油气，沼气，焦炉煤气，高炉煤气及发生炉煤气等。天然气（气田煤气：9498% CH4 ,压力高，热值36000kJ/Nm3 油田煤气：7587% CH4, >10%的C2H6和C3H8, 5-10%< CO2,热值45000kJ/Nm3煤矿矿井气：5260% CH4 , >35% N2,热值 18800kJ/Nm3 凝析气田气：含有石油的轻质f留分优点：点火容易，易与空气混合达到完全燃烧，调节方便 用途：制取合成氨、炭黑、乙快等化工产品的原料气，优 质的燃料气液化石油气：开采和炼制石油过程中而获得的一部分炭氢化合 黑值勰驚盎牖叽，輕，习惯上称輕，沼气：60% CH4, 35%C

3、02,还有少量的出和CO,热值为14630 kJ/Nm3高炉煤气：炼铁时的副产品，主要成分C0,其余为惰性气 体CO?和,热值为 33604200 kJ/Nm3发生炉煤气炼焦炉煤气：冶金工业炼焦炉的副产品，是煤受热所析出 的挥发分，主要成分5060% H2, 20% CH4,其余为少量 CO?和热值为 1500020000 kJ/Nm3r空气煤气：煤在空气不足的条件下燃烧，所生成的C0,热值小于6000kJ/Nm3主要成分30%C0, 56%N2, < 10%H2,水煤气：用水蒸汽与炽热的煤反应，可生成水煤气，主 1要成分4050%CO, 4555%H2,其余为少量的C02?0N2,热值

4、为 830010500kJ/Nm3液体燃料：锅炉燃用的油主要是重油和柴油重油：由不同成分的炭氢化合物组成的复杂混合物，由碳、 氢、氧、氮、硫、灰份、水分等组成，87%, Har =11 14%, Sar, Oar,陽总量约为 1 3%, Mar 二1 3%, A/% Q#net,p=37642 MJ/kgr粘度：温度对粘度的影响最大，影响流动和雾化主要性质燃点和闪点:鉴别油着火、燃烧性能的重要指标凝固点：凝固点的高低与石蜡的含量有关，含石蜡多的凝固点高J硫分和杂质：硫将引起锅炉受热面的腐蚀和积灰，机械杂质可能堵塞磨损喷嘴项目重油牌号2060100200恩氏粘度（° E） （80

5、76;C不大 于）5. 011. 015. 5恩氏粘度（° E）（ 100°C不大于）5. 5 9. 5闪点（开口）（°C） 不低于80100120130凝固点（°C ）不高于15202536灰分（%）不大于0. 30. 30. 30. 3水分（%）不大于1. 01. 52. 03. 0硫含量（%）不大于1. 01. 52. 03. 0机械杂质（%）不大于1. 52. 02. 52. 5§2-2煤的成分及性质煤是远古植物在地质变化中形成的，因此，它含有 一般植物所含的形成有机物的炭、氢、氧、氮、硫等元 素，以及灰份和水份等惰性物质。煤的分类过去

6、煤分类多沿用煤的气化、炼焦、煤化工等分类方法 分类（包括褐煤、长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、 不粘煤、无烟煤），根据锅炉设计、运行的经验，发现该法 不适于动力用煤的分类，于是按干燥无灰基挥发份的含量分 类为无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤等种类动力燃料用煤的分类方法煤种干燥无灰基挥 发份含量Vdaf %燃烧特性无烟煤< 8难着火及燃烧完全贫煤>8-19较难着火及燃烧完全低挥发份烟煤20-30易着火及燃烧完全高挥发份烟煤30-40易着火及燃烧完全褐煤40-50易着火及燃烧完全用百分比表示煤的成份:C+H + O + N +可燃质S + A + M 二 100%惰性质全燃烧（生成CO）

7、可放出热里9270kJ/Kg。氢翳瞬蠶鶴燃壽鏗就沁 物多的磁疵易着火。氮蟻譜觀鬆蠶瞬蠹 "氧(0)不能产生热量，形式上为有机成分，实为燃料内部杂质， 地质年代高的煤含氧量低，相反则高。硫(S)是煤中可燃成分之一，但也是有害的成分。发热量9100 kJ/kg,燃烧产物为SO?、SO?气体。煤中硫可以分为有机 硫和无机硫，我国煤中大约6070%的硫为无机硫， 3040%为有机硫还有磷(P)(含量不超过1 %)和其它稀有元素，如汞(Hg)、 碑(As)、硒(Se)、错(Ge)、掾(Ga)、披(Be)、锂(Li)、M (V)及放射性元素铀(U)等，一般含量甚微。炭、氢、氧、氮四种元素在不同煤

8、中的含量（ ）煤种元素炭氢氧氮褐煤(lignite or brown coal)60 756530 1031烟煤bituminous coal75 905410231无烟煤anthracite90 98<4231水分(M):'外部水分煤样置于105110°C的烘箱中使干燥至恒重, 内部水分J失去的水分1化合结晶水分：石膏CaS04>2H20,高岭土AI203 >2Si 02 >2H20水分对锅炉运行的影响煤中的不可燃成分，降低煤的发热量推迟着火,在燃烧过程中汽化吸热,降低炉膛温度,使着火困难降低锅炉效率J 易引起低温受热面腐蚀煤中的水分含量（）煤种褐煤

9、烟煤无烟煤在地下自然状态60 3015442在空气中风干之后40 108121表1-31煤的次分含量分级« 1 30煤中灰分的组成（）成分含量么成分含量SiO220 60MgO0.34Al 2O310 35TiO20525Fe2（）3535NaO K2O1 4CaO120SO30112灰分（A）:煤中所含的矿物杂质_燃烧后的固体残留物级别原煤灰分AH%）特低灰煤M10低灰煤>10 15 .中灰煤>15 25富灰煤>25 40高灰煤>40灰分对锅炉运行的影响:煤中的不可燃成分，降低煤的发热量，灰份每增加1 %,燃料 消耗即增加1 %使受热面受污染影响传热，导致排

10、烟温度升高，降低热效率使受热面磨损易产生炉内结渣，并会腐蚀金属管壁除灰渣系统任务重灰熔点一表示了灰的熔化特性，一般在10001600°C之间,厂变形温度DT (Deformation Temperature)y 开始软化温度ST (Softening Temperature)I 熔化温度FT (FI u i d Temperature)3-2角锥法测定灰熔点时的灰锥状态易熔灰：ST<1200°C,适于液态排渣炉难熔灰：ST>1400°C,适于固态排渣炉爭 同一曙质，在还原性气氛中要比在非还原性气氛中的熔化温度低，是 由于Fe2()3被还原为FeO,形成

11、了低熔点的2FeOSi()2输质§2-3煤的成分基准及换算煤的成分通常用质量百分数表示，由于灰份和水份因外界条件而变化，为了实际应用的需要通常采用如下四种基准: 收到基(as received):即应用基，以包含水分、灰分和可 燃质为100%空干基(air dry):即分析基，煤样在试验室中放置，在室温 20°C相对湿度60% (颗粒0. 2mm)的一般正常条件下，它会失 去一些水份，以这种空气干燥过的分析用试样为100% 干燥基(dry):以除去水分之外的可燃质和灰份为100% 干燥无灰基(dry and ash free):即可燃基，以可燃质的成份作为100%煤的元素分

12、析成份不同基准的表达:收到基：Car + Har + Oar + Nar + Sar + Aar + Mar = 100% 空干基：Cad + Had + Oad + ad + Sad + Aad + Mad = 1 00% 干燥基：Cd+Hd + Od + Nd + Sd + Ad =100% 干燥无灰基:Cdaf + Hdaf + Odaf + Ndaf + Sdaf = 100%煤的工业分桥成份不同基准的表达:收到基:Mar + Var + FCar + Aar = 100 % 空干基:Mad + Vad + FCad + Aad = 100 % 干燥基：Md + Vd + FCd +

13、Ad = 100 % 干煉无灰基:Mdaf + Vdaf + FCdaf + Adaf = 100 %注审建元素顾场肿发热量等阿要柯分« 1-33煤的不同基准成分的换算因子不同基之间的换算关系（以c元素为例）: 已知收到基,廿算分林基成份：1kg收到基:100JOO"100100100 - Mx =竺100 - M ad« 1-33煤的不同基准成分的换算因子« 1-33煤的不同基准成分的换算因子100100 - M ad100100 _100已如收到基，求干燥无灰基的成份:car100Car5厂 ¥00_厂“伽7八arar100100X%100

14、 -M - Aarar1严"-J已知成分脚码所求成分收到基空干基干燥基干燥无灰基收到基100 M ,ad100100ar1100 Mar100 Mar100 M - Aarar空干基100 Mar100100ad100 1100 - M “d100-M ,-A,adad干燥基d100- Mar100 M ,ad1100100100100 - A,a干燥无灰基daf100 M - Aarar100- M - A .adad100-打1100100100气态物质水分鸣愆测定值煤的工业分析§ 2-4煤的工业分析和燃烧特性挥发分£d(1%)测定值 固态物质灰分Aad(%/

15、 测定值 定炭FCa/ (%) 一求定值还包括发热量Q、焦渣特性、灰熔点、颗粒度煤的挥发分：煤在隔绝空气的情况下加热至一定温度时，煤中的部分有机 物和矿物质便发生分解，析出的气态产物。实验室测试:900 ± 10弋加热7min主要成分：H、4%、CO、CO?、少量0和N。挥发分开始析出的温度随煤的种类而变化煤的种类析出温度泥煤100 110°C褐煤130 170°C烟煤190°C贫煤390°C无烟煤380400°C不同煤种的挥发分（）煤种褐煤烟煤贫煤无烟煤挥发分Vdaf40 6020 4010 20<10挥发分对燃烧的影响：Vd

16、af高，容易着火和燃烧完全。原因： Vdaf高，难燃的固定炭少，煤炭易于燃烧完全大量挥发分析出并燃烧后，可放出大量的热量，有助于固定 炭的着火和燃烧 口挥发分析出造成煤中孔隙增大，使煤和空气的接触面积增大, 加快了煤的燃烧反应速度发电用煤的分类：VAMSST及Q分类方法 例如：V4AMS2ST1焦结性：煤受热析出挥发分后余下产物的焦结程度。一般炼焦煤 %二1826%）的焦结性最大，适于炼焦炭。对层燃炉燃烧的影响：结焦性过强，导致通风不均，难于燃尽；结焦性过弱，易受热而松散，落到炉排下面，而损失掉。元素分析与工业分析间的关系:工业_元素分柝灰份水份（AOAF1£NS挥发份（卩）干燥无灰

17、基（滋/）干燥基0）空干基（彳0收到基SR图2-1煤的成份图解煤的发热量煤单位质量完全燃烧时所放出的热量f高位发热量Qr ：计入燃烧后水蒸汽的潜热 1低位发热量0険：不计入燃烧后水蒸汽的潜热注：我国在有关的锅炉计算中以低位发热量为准高位发热量与低位发热量间的换算关系：= 0w25.1(9町 + MRQs,p = Q”_25.(9Had+Ma"Qd,net,p = Qd,gr _226 H 门Qdaf ,net,p = Qdaf ,gr W daf注：高位发热 量之间才能乘 换算因子氧弹所测发热量换算为分析基低位发热量Qad,net,p=厂 94 2S - 0.0063 % 小一 25

18、 （M 加 + 9孔孑）闪 / kg 在缺少氧弹测热器的测试数据时，可用下式近似地求出可燃基低位发热量：= 339 C 切 + 1030 Hdaf 109（0 脅 一 S则）KJ /kg该式的精确度与煤的折算灰份含量有关：当折算灰份£6%时，误差V±630 KJ/kg当折算灰份6%时，误差±840 KJ/kg煤的折算成份科学地比较不同煤种的水份、灰份、硫份，以1兆焦为基准时所含成份的克数(SI)0过去以发热1000大卡为标准M/1000 x /M折算水份：M =100 Z /= 10000 g/MJ / 1/1000 丿ar .net ,p折算灰份：AA = 10

19、000 x - g / MJ /Q=ar net, p折算硫份：sS = 10000 X - g/MJ ”Q t匚 ar .net标准煤：便于比较不同燃煤装置耗煤量或效率，以标准煤为 比较基准，假定发热量7000 kcal/kg,无具体成分。固体燃料干燥基成份比较项目杨树大同烟煤元宝山褐煤蔗渣挥发份（）82. 3221. 7231.6873. 78固定炭（）16. 3566. 2240. 3214. 95灰份（）1. 3312. 0628.011. 27炭（）48. 4572. 9951.7244. 8氢（）5. 854. 643. 555. 35氧（）43. 897. 3214. 7638.

20、 19氮（）0. 470. 720. 790. 38硫（）0. 012. 271. 180.01灰份（）1. 3312. 0628.011. 27高位发热量（kJ/kg）19380297812077617330§ 2-5燃烧所需的理论空气量空气性质：标准条件下空气密度1.293 kg/m3,空气中也含有 水蒸汽，一般假定每标准立方米干空气带来0. 0161标准立 方米的水蒸汽，或者是10 g/（kg干空气）。空气容枳组成：02 - 20.95%, N2 - 78.09%, Ar - 0.93%, C02 - 0.03% 工程廿算中近做为：02 - 21 % , N2-79%理论空气量

21、每1kg燃料中可燃质完全燃烧，且空气中的氧完 全用完情况下所需的空气量，Vo以C为例:c + o2CO?12 3244因此，1kg C完全燃烧需氧32/12=8/3 kg同理，1kg硫完全燃烧需1kg氧；1kg氢完全燃烧需 要8kg氧，因此，1kg燃料所需氧的容积为:18 CXPa 3100* C/ c Sar100HO+ 8x 100100Nm 3其中，P 02=1-4286 kg/Nm3理论空气量为:V°=V°O2 X 1/0.21即 V0 二 0.0889 (Car + 0375Sar) + 0.265Har - 0.03330ar在缺少元素分析成份时，可根据燃料的低

22、位发热量 近似地估算理论空气量液体燃料QV0 = 263x 心"卩10000Nm3 / kg贫煤及无烟煤（怙<15% ）烟煤（f >15%劣质烟煤©w V 12500和/呛）V° = 0.241+0.61 Nm3/kg1000V ° = 0.253 x+ 0.278 Nm / kg1000V。=0241x + 045 Nm /kg1000过量空气系数实际空气量（V。）与理论空气量（V。）之比值称为过量空 气系数，以a表示a = V a/V°烟道中任一截面处的过量空气系数：空燃比：混合气中的空气与燃料的质量比空燃比=空气质量/燃油质量

23、如，1kg汽油约需要14. 8kg空气，空燃比为14.8,此时称为汽 油机的理论混合气(fi) ® few® Tj®©o图IT锅炉及其辅助设备系统简图一煤斗,®给煤机$一購煤机,空751譏瞬排粉凤®h器，®炉水他Sb一霹式过熾臨低湿过該嚣$番处th ft ± »i瞰凤机）烟囱， 送风机、® *hT»«j IM棚过撫排淹室§2-6燃料燃烧产物燃料完全燃烧时燃烧产物：C02, SOx，出0蒸汽，N0x, %和O2在燃烧不完全时，还会有未燃尽的CO, ch4及H2等, 一

24、般洲4，出很少，可忽略，只分析CO即可。一、理论烟气量理论烟气量：燃料在供给理论空气量的情况（即d = l） 下完全燃烧后所产生的烟气量0003匕=%+%2+7。"/畑C + O212 32CO?44c孟鏡碳产生的C02为cir22 41kg碳完全燃烧产生IW的叫,1xS. = L866£.12 100 1001kg硫完全燃烧产生竺IW的叫，kg硫产生的SO?为32 10022.4 S“X32100100于是= Vco2CSK=1.866 亠 + 0.7 亠=1866亠100100100其中Kar+ 0.375S “氮气的来源燃料氮L空气中的氮气必 =3xl + o.79V

25、° =O.8 + O.79Vo2 28 100 100水蒸汽有四个来源(1) 燃料中水份带来的水蒸汽容积竺且=124%18 100 100ar(2) 燃料中氢燃烧生成的水蒸汽容积arcir2 x 1.008100100(3) 理论空气量带入的水蒸汽容积00.0161V注：一般认为1kg干空气中含有10g水蒸汽(4) 在燃油炉中，当采用蒸汽雾化重油时，则喷入的水 蒸汽容积22.4whxG i = 1.24G18我其中G心为雾化用蒸汽消耗率，单位为kg/kg于是，蒸汽雾化重油时的理论水蒸汽容积为MHo= 1.24- + 11.1- + 0.0161V +1.24G/100 100 u?当

26、没有蒸汽雾化时，就不考虑最后一项二、实际烟气量Vv燃烧是在过量的空气条件（° 烟气量为1）下进行的，于是实际匕=+G1）宀（唤。-%）烟气中水蒸汽的总量为%。=喷。+001616 1)V°烟气的总体积为 V. = vy +乙卫其中，Vy为干烟气的容积乙=% +% +乙=% +<+Gl）b三原子气体容积分数和分压力为Vy ro2VyPro, = Gq P水蒸汽容积分数及分压力Vh2oVyPh2o = rH2oP烟气中飞灰浓度A" af/t» =100G（kg/kg）烟气质量G三、根据烟气分析结果推算烟气体积已知1kg当量炭Kar燃烧后产生22. 4/

27、12=1.867Nm3的RO?和CO,即 02 + Vco = 1.867 語= 0.01867 Kar Nm3/kg从烟气分析知道干烟气中（RO2+CO）的容积百分比, 因此干烟气的总体积Vgy为ro2 + cox 100 %1.867 KarRO 2 + CONm 3 / kgV已知燃料的水份Map氢也厂再计入空气带来的水 蒸汽，则可求出水蒸汽的总体积Vh2°，于是求出烟 气的体积根据烟气分析结果推算过量空气系数0 79 V NN已知円则有"躺=兹=于詁式中一1为与过量氧对应的过量氮，该式忽略了燃料中的Na”现烟气分析中RO2 + 02 + CO + N2 = 100%

28、, co完全燃 烧还要体积为05C0的氧，因此过量的氧为。2 - 0. 5XC0, 已知空气中氧氮比例为21/79,故与过量氧对应的氮为79=x (O? -0.5CO ) “ 21E®n2-=n279N.(O.-0.5CO)一 21 2121 -79(O2-0.5CO)/V2E®N2 = 100 - ( ro2 + 02-a =21-79100 -无co时，该式为21 -卜CO），代入上式得,21O, -0.5CO（RO2 + CO +。2）21100 -（ro2 + o2）279奥氏烟气分析方法E 2. 3吸收瓶* 4 -梳形管；5. 6、7旋塞$ 8过滤器：9一三通旌塞

29、;10fi管.11平衡瓶,空一水套管；13. U. 15缓冲瓶；16抽汽五、干烟气的成分与燃料元素成分的关系自由氢：燃料中的氢假定已与燃料中的氧化合，余下的未 与氧化合的氢Har', Har' = Har - Oar/8 = Har - 0.125Oar %假如燃料中没有自由氢，只有当量炭，则R02 +O2 二 21 %若燃料中Ha,>0, 部分氧与自由氢化合生成水蒸汽，则RO2 +O2 v21 %在过量空气系数大于1时，燃料完全燃烧，其干烟气成分应为RO2 + O2 + N2 二 100 %若计入与自由氢结合的氧，则%RO2 + O2 + O2°_ 21RO2 + O2 + O2° + N2 100"七称燃料特性系数/八、 料