第二章 燃料与燃烧计算

1、第二章 燃料与燃烧计算能源与燃料 能源是自然环境中存在的，通过人类开发能够能源是自然环境中存在的，通过人类开发能够产生各种能量的物质资源，是人类赖以生存的产生各种能量的物质资源，是人类赖以生存的基础和国民经济发展的动力基础和国民经济发展的动力 根据能量的利用形式和性质分类根据能量的利用形式和性质分类 燃料能源燃料能源以化学能或原子能形式储存于物质中，以化学能或原子能形式储存于物质中，通过燃烧或原子裂、聚变后释放出热能的自然资源。通过燃烧或原子裂、聚变后释放出热能的自然资源。如化石燃料、草木、沼气、核燃料如化石燃料、草木、沼气、核燃料 非燃料能源非燃料能源以光能、机械能或热能形式存在，以光能、机

2、械能或热能形式存在，可以直接利用的能量资源。如太阳能、水能、风能、可以直接利用的能量资源。如太阳能、水能、风能、地热能地热能能源与燃料 一次能源一次能源自然界中不需加工，可直接应用的能自然界中不需加工，可直接应用的能源。煤、原油、天然气、水能、风能、太阳能等源。煤、原油、天然气、水能、风能、太阳能等 非再生能源非再生能源其中矿物燃料和核燃料的生成速度极慢，其中矿物燃料和核燃料的生成速度极慢，而消费速度不断增长，最终会枯竭而消费速度不断增长，最终会枯竭 再生能源再生能源在自然界的物质和能量循环中能够重复生产在自然界的物质和能量循环中能够重复生产的能源，如水能、风能、海洋能、生物质能、太阳能等，的

3、能源，如水能、风能、海洋能、生物质能、太阳能等，能量的消耗速度可与再生速度持平，经久使用而不会枯竭能量的消耗速度可与再生速度持平，经久使用而不会枯竭 二次能源二次能源经由一次能源处理和能量形式转换而经由一次能源处理和能量形式转换而得到的能源。焦炭、重油、煤气、电力、蒸汽等得到的能源。焦炭、重油、煤气、电力、蒸汽等 常规能源常规能源在工农业生产和人类生活消费中在工农业生产和人类生活消费中得到广泛应用的部分得到广泛应用的部分 煤炭、石油、天然气、水力、核裂变等煤炭、石油、天然气、水力、核裂变等 新能源新能源其余的部分其余的部分 太阳能、风能、地热能、海洋能、核聚变能等，受太阳能、风能、地热能、海洋

4、能、核聚变能等，受到现阶段科学技术水平的限制，尚未大规模开发和到现阶段科学技术水平的限制，尚未大规模开发和广泛使用广泛使用能源与燃料中国化石燃料储量及消费结构项目项目煤煤100Mt石油石油100Mt天然气天然气108m3截至截至94年底探明可年底探明可 采储采储量量(中国世界总量）中国世界总量）114510438.63313731700141000探明可采储量探明可采储量在世界的排位在世界的排位3101194年一次能源中化石燃年一次能源中化石燃料的消费结构）料的消费结构）75.015.71.9 根据中国化石燃料的储量及开采利用的情况，在相当长根据中国化石燃料的储量及开采利用的情况，在相当长的时

5、间内，煤不仅是中国，也是世界上最重要的一次能的时间内，煤不仅是中国，也是世界上最重要的一次能源源第一节 燃料的化学成分 锅炉常用燃料的组成锅炉常用燃料的组成 可燃质可燃质高分子有机化合物高分子有机化合物 惰性质惰性质多种矿物质多种矿物质 燃料的化学成分及含量，可通过两种方法测得燃料的化学成分及含量，可通过两种方法测得 元素分析法元素分析法C H O N S A M 工业分析法工业分析法固定碳固定碳Cgd、挥发分、挥发分V、水分、灰分。、水分、灰分。碳碳(C)氢氢(H)硫硫(S)氧氧(O)氮氮(N)水分水分(W)灰分灰分(A)基本基本成分成分一、燃料的元素分析成分一、燃料的元素分析成分吸附和凝聚

6、在颗粒内部吸附和凝聚在颗粒内部毛细孔。不易蒸发，毛细孔。不易蒸发，105105110110可烘干可烘干机械附着和润湿在燃机械附着和润湿在燃料颗粒表面及大毛细料颗粒表面及大毛细孔中。易于蒸发孔中。易于蒸发外在水分外在水分(Mf)内在水分内在水分(Minh)对于既定燃料，对于既定燃料，绝对含量不变绝对含量不变随开采、运输、贮存、随开采、运输、贮存、气候等条件变化气候等条件变化碳碳 燃料的主要可燃元素，决定煤的发热量的主要元素，燃料的主要可燃元素，决定煤的发热量的主要元素，含量最多含量最多; 煤的含碳量随煤化程度增高而增加；煤的含碳量随煤化程度增高而增加； 纯碳不易着火，含碳量高，着火燃烧都较困难。

7、纯碳不易着火，含碳量高，着火燃烧都较困难。煤化程度越高，发热量越高，越不易着火煤化程度越高，发热量越高，越不易着火氢 燃料另一重要可燃元素，发热量比碳高，十分燃料另一重要可燃元素，发热量比碳高，十分容易着火燃烧，燃料中最有利的元素容易着火燃烧，燃料中最有利的元素 煤化程度愈高，氢含量愈小煤化程度愈高，氢含量愈小 燃烧过程容易析出炭黑而冒黑烟、污染大气燃烧过程容易析出炭黑而冒黑烟、污染大气 煤中含量不多，液体含量较高煤中含量不多，液体含量较高氧、氮 不可燃，习惯作为可燃成分，使燃料可燃成分不可燃，习惯作为可燃成分，使燃料可燃成分相对减少，发热量降低相对减少，发热量降低 氧随煤化程度加深而减少氧随

8、煤化程度加深而减少 煤中氮含量很少，属于有害元素煤中氮含量很少，属于有害元素 高温条件下，氧化生成高温条件下，氧化生成NOx，排入大气，破坏生态，排入大气，破坏生态平衡平衡 液体燃料中含量很少，气体燃料氮气含量随气液体燃料中含量很少，气体燃料氮气含量随气种差异很大种差异很大硫 可燃，发热量不大可燃，发热量不大 9050 kJkg 有机硫有机硫 硫铁矿硫硫铁矿硫 无机硫无机硫 硫酸盐硫硫酸盐硫 通常说的全硫含量就是可燃硫含量通常说的全硫含量就是可燃硫含量 有害元素有害元素 生成物腐蚀锅炉尾部受热面生成物腐蚀锅炉尾部受热面 污染环境污染环境可燃成分可燃成分不可燃，灰分，不可燃，灰分，含量低含量低灰

9、分 夹杂在燃料中的不可燃矿物质，燃料的主要杂夹杂在燃料中的不可燃矿物质，燃料的主要杂质、有害成分。质、有害成分。 灰分含量多：灰分含量多： 着火燃烧困难着火燃烧困难 容易积灰，如提高烟速加剧受热面磨损容易积灰，如提高烟速加剧受热面磨损 污染环境污染环境 若灰熔点低，炉排和炉内受热面容易结渣，破若灰熔点低，炉排和炉内受热面容易结渣，破坏燃烧、恶化传热坏燃烧、恶化传热 液体和气体燃料灰分含量少液体和气体燃料灰分含量少水分 主要杂质主要杂质 随煤化程度增高而减少随煤化程度增高而减少煤中哪些元素随煤化程度增高而增加 如水分多如水分多 煤发热量降低煤发热量降低 汽化吸热导致炉膛温度下降，影响煤汽化吸热导

10、致炉膛温度下降，影响煤着火燃烧着火燃烧 增大烟气体积，排烟热损失增加增大烟气体积，排烟热损失增加 加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰 燃料油一般需进行脱水处理燃料油一般需进行脱水处理二、燃料成分分析数据的基准与换算二、燃料成分分析数据的基准与换算 燃料各成分百分数经常变化，提供或应用燃料成燃料各成分百分数经常变化，提供或应用燃料成分分析数据，须表明其分析基准（计算基数）分分析数据，须表明其分析基准（计算基数） 元素分析和工业分析，常采用四种分析基准元素分析和工业分析，常采用四种分析基准燃料的实际应用成分，燃料的实际应用成分，实验室条件下风干后，除去外在水分的成分实验室条件下风

11、干后，除去外在水分的成分不受水分影响，用干燥基灰分反应灰分的影响不受水分影响，用干燥基灰分反应灰分的影响稳定成分，用于判断煤的燃烧特性和分类稳定成分，用于判断煤的燃烧特性和分类各种基换算各种基换算 已知已知Cdaf，求，求Car%100100arardafarWACC 换算公式换算公式 xKx0换算基相换算基相应成分应成分已知基相已知基相应成分应成分换算换算系数系数例题自学例题自学第二节 煤的燃烧特性一、发热量 燃料的发热量燃料的发热量单位质量单位质量 (单位容积单位容积) 燃料完全燃烧所燃料完全燃烧所放出的热量。放出的热量。kJkg或或kJNm3 高位发热量高位发热量Qgr每每kg燃料完全燃

12、烧后所产生的热燃料完全燃烧后所产生的热量，包括燃料燃烧时所生成的水蒸气的汽化潜热，量，包括燃料燃烧时所生成的水蒸气的汽化潜热，水蒸气全部凝结成水水蒸气全部凝结成水 低位发热量低位发热量Qnet从高位发热量中扣除水蒸气的汽从高位发热量中扣除水蒸气的汽化潜热化潜热 在锅炉设计、热工试验等计算中，均以在锅炉设计、热工试验等计算中，均以Qnet此作为计此作为计算依据算依据 排烟温度在排烟温度在110200，汽化潜热随烟气带走，汽化潜热随烟气带走发热量间的换算 高低位发热量间关系高低位发热量间关系kJ/kg 25H226100100H92512arararnet,arararnet,argr,MQMQQ

13、kJ/kg H226kJ/kg H226kJ/kg 25H226dafdafnet,dafgr,ddnet,dgr,adaradnet,adgr,QQQQMQQ 计算发热量时，各种基计算发热量时，各种基Qgr间可用表间可用表2-1的换算系的换算系数进行换算。而数进行换算。而Qnet 必须考虑水分的汽化潜热必须考虑水分的汽化潜热？ 对于高位发热量来说，水分含量不同，造成发热量不对于高位发热量来说，水分含量不同，造成发热量不同；对于低位发热量，除了水分比例不同造成发热量同；对于低位发热量，除了水分比例不同造成发热量不同，还附带水分吸收的汽化潜热不同，还附带水分吸收的汽化潜热将Qnet,ad换算成Q

14、net,aradaradaradnet,arararnet,10010025H22625H226MMMQMQadaradgr,argr,100100MMQQaradaradadnet,arnet,25100100)25(MMMMQQ 25H226arararnet,argr,MQQ 25H226adaradnet,adgr,MQQ发热量近似计算 取决于燃料中可燃成分的多少。取决于燃料中可燃成分的多少。 不等于所含各可燃元素的发热量算术和，难以不等于所含各可燃元素的发热量算术和，难以准确计算准确计算 由氧弹发热量计算由氧弹发热量计算kJ/kg 1 .94 adb,adb,adb,adgr,QSQ

15、Q 门捷列夫公式门捷列夫公式kJ/kg 25M-O109H1030339ararararararnet,SCQ 煤科院煤科院kJ/kg 25M-10M100A100100AM100OHararararar5ar4ar3ar2ar1arnet,kkSkkCkQ计算值与实测值的误差计算值与实测值的误差 当当 Ad 25%时，不超过时，不超过600kJ/kg 当当Ad 25%时，不超过时，不超过800kJ/kg标准煤标准煤 锅炉燃用煤不同时，难以根据它耗煤量的多少来判断其锅炉燃用煤不同时，难以根据它耗煤量的多少来判断其运行的经济性运行的经济性 假想煤，规定标准煤收到基低位发热量为假想煤，规定标准煤收

16、到基低位发热量为29308kJkgkg/h 29308arnet,bBQB 标准煤标准煤消耗量消耗量燃煤实际燃煤实际消耗量消耗量.4190,%.arar zsar netMMQ.4190,%.arar zsar netAAQ.4190,%.arar zsar netSSQ .4190,%.arar zsar netMMQ.4190,%.arar zsar netAAQ.4190,%.arar zsar netSSQ二、挥发分 失去水分的干燥煤样在隔绝空气下失去水分的干燥煤样在隔绝空气下加热加热至一定至一定温度时，所析出的气态物质温度时，所析出的气态物质 其百分数含量即为其百分数含量即为挥发分挥

17、发分 由各种碳氢化合物、由各种碳氢化合物、H2、CO、H2S等可燃气体和少等可燃气体和少量量O2、CO2、N2不可燃气体等组成不可燃气体等组成不是现成状态存在于燃不是现成状态存在于燃料中，在加热中形成料中，在加热中形成挥发分挥发分煤分类的重要依据之一煤分类的重要依据之一 煤的挥发分大小，大致代表煤的煤化程度煤的挥发分大小，大致代表煤的煤化程度 一般煤的挥发分随煤化程度加深而减少一般煤的挥发分随煤化程度加深而减少 不同煤种挥发分析出的温度与煤化程度有关不同煤种挥发分析出的温度与煤化程度有关 煤化程度越浅，挥发分开始析出的温度愈低。煤化程度越浅，挥发分开始析出的温度愈低。130400 挥发分含量对

18、燃烧过程的发生和发展有较大影响挥发分含量对燃烧过程的发生和发展有较大影响 含量高的煤，着火迅速，燃烧稳定，易于燃烧完全含量高的煤，着火迅速，燃烧稳定，易于燃烧完全 锅炉炉膛结构和锅炉运行方法与挥发分有关锅炉炉膛结构和锅炉运行方法与挥发分有关 高高大炉膛空间大炉膛空间 低低加强炉排冷却加强炉排冷却三、焦结性 焦炭焦炭 煤在隔绝空气加热时，水分蒸发、挥发分析出后的固体残余煤在隔绝空气加热时，水分蒸发、挥发分析出后的固体残余物物 煤的焦结性煤的焦结性 焦炭的性状随煤种变化，呈粉末状、焦块等焦炭的性状随煤种变化，呈粉末状、焦块等 煤的焦结性对煤在炉内的燃烧过程和燃烧效率有很大煤的焦结性对煤在炉内的燃烧

19、过程和燃烧效率有很大影响影响 粉状不粘结，被空气带走，燃烧不充分粉状不粘结，被空气带走，燃烧不充分 强粘结块状，块内质点燃烧不充分，失去多孔性，燃烧恶化强粘结块状，块内质点燃烧不充分，失去多孔性，燃烧恶化 层燃炉不宜燃用不粘结或强粘结的煤层燃炉不宜燃用不粘结或强粘结的煤四、灰熔点 灰分灰分 焦炭中的可燃物（固焦炭中的可燃物（固定碳）燃尽的残留物定碳）燃尽的残留物 灰熔点灰熔点 反映灰分的熔融性。反映灰分的熔融性。灰分没有固定熔点，灰分没有固定熔点，只有融化温度范围只有融化温度范围 角锥法测灰熔点角锥法测灰熔点 灰熔点低，容易引起灰熔点低，容易引起受热面结渣受热面结渣 一般以软化温度一般以软化温

20、度t2作为衡量作为衡量熔融性主要指标熔融性主要指标 难熔融性，难熔融性，t2 1425 可熔融性，可熔融性，12001425 易熔融性，易熔融性，t2 1200第三节 煤的分类 埋藏在地层深处的古代植物残骸，在地壳压力、地热和埋藏在地层深处的古代植物残骸，在地壳压力、地热和隔绝空气等条件作用下，经过几千万年乃至上亿年逐渐隔绝空气等条件作用下，经过几千万年乃至上亿年逐渐碳化而形成的有机生物岩碳化而形成的有机生物岩 煤化程度逐年加深，所含水分和挥发物随之减少，碳含量相应煤化程度逐年加深，所含水分和挥发物随之减少，碳含量相应增大增大 形成各类不同品种的煤，表现出不同的特性形成各类不同品种的煤，表现出

21、不同的特性 按干燥无灰基挥发分按干燥无灰基挥发分 （煤化程度）多少，对煤分类（煤化程度）多少，对煤分类 第四节 液体燃料一、燃料油及其分类一、燃料油及其分类 石油经过蒸馏、裂化等一系列加工处理后的部分产品，石油经过蒸馏、裂化等一系列加工处理后的部分产品，如汽油、煤油、柴油和重油等如汽油、煤油、柴油和重油等 利用石油中不同成分具有不同沸点的原理，进行加热蒸馏，利用石油中不同成分具有不同沸点的原理，进行加热蒸馏，将石油分成不同沸点范围（馏程）的蒸馏产物将石油分成不同沸点范围（馏程）的蒸馏产物二、燃料油的物理特性二、燃料油的物理特性特性指标特性指标影响输运、贮存和燃烧使用的影响输运、贮存和燃烧使用的

22、正常和安全正常和安全密度密度粘度粘度凝固点凝固点比热容比热容闪点和燃点闪点和燃点爆炸极限爆炸极限1.密度 420 柴油：柴油：0.8310.862 重油：重油：0.940.98 4t= 420-(t-20) 密度越小，含氢量越多，含碳量越小，发热量密度越小，含氢量越多，含碳量越小，发热量越高越高2.粘度 表征流动性能的特性指标表征流动性能的特性指标 粘度大，流动性差，在管道内输送阻力大，装卸和雾化困难粘度大，流动性差，在管道内输送阻力大，装卸和雾化困难 燃料油在燃料油在t时的恩氏粘度时的恩氏粘度 Et t20 oE 换算：换算：运动粘度运动粘度(40)恩氏粘度恩氏粘度 相对分子量越小，沸点越低

23、，粘度就越小。相对分子量越小，沸点越低，粘度就越小。 在运输、装卸和燃用时需预热，通常要求喷在运输、装卸和燃用时需预热，通常要求喷嘴前油温在嘴前油温在100以上，粘度不大于以上，粘度不大于4 oE200ml试验油在温度试验油在温度为为t时从恩氏粘度时从恩氏粘度计中流出的时间计中流出的时间粘度计常数：粘度计常数：200ml、20的的蒸馏水从同一粘度计中流出蒸馏水从同一粘度计中流出的时间（的时间（511s）3.凝点 燃料油由液态变为固态时的温度燃料油由液态变为固态时的温度 复杂的混合物，没有一定的凝固点：随温度逐渐降复杂的混合物，没有一定的凝固点：随温度逐渐降低时，变得越来越稠，直到完全丧失流动性

24、低时，变得越来越稠，直到完全丧失流动性 测定方法测定方法 将试样油放在试管中冷却，倾斜将试样油放在试管中冷却，倾斜450，试管中的油面，试管中的油面经过经过510s保持不变时的油温保持不变时的油温 汽油：汽油：1)含过量O2 理论烟气量与过量空气之和理论烟气量与过量空气之和OHONROkykkkyyVVVVVVVVVVV2222000000) 1(0161. 1) 1(0161. 0) 1(79. 0) 1(21. 0气体燃料 理论烟气量理论烟气量三原子三原子理论水蒸气理论水蒸气理论氮气理论氮气3322/)(01. 0222mmSHHmCCOCOVVVnmSOCORO33022/)(12020

25、1. 02mmdVdHCnSHHVkkrnmoOH3320/01. 079. 02mmNVVkoN3300/222mmVVVVNOHROoy3300/222mmVVVVNOHROoy 实际烟气量实际烟气量三原子三原子水蒸气水蒸气氮气氮气过量氧气过量氧气3322/)(01. 0222mmSHHmCCOCOVVVnmSOCORO33022/)(120201. 02mmdVdHCnSHHVkkrnmOH201. 079. 02NVVokN33/) 1(21. 02mmVVokO33/2222mmVVVVVONOHROy三、烟气和空气的焓 单位燃料（单位燃料（1kg固体、液体或固体、液体或1Nm3气体

26、）燃烧生气体）燃烧生成的烟气和所需的成的烟气和所需的理论理论空气量，在等压下从空气量，在等压下从0加加热到热到所需的热量所需的热量 理论空气的焓理论空气的焓 理论烟气的焓理论烟气的焓 实际烟气的焓实际烟气的焓K00)(cVIkkOHOHNNROROycVcVcVI222222)()()(000000) 1(kykyyIIIII温 焓 表yIyIyI 烟气的焓值烟气的焓值 取决于取决于燃料种类、过剩空气系数及烟气温度燃料种类、过剩空气系数及烟气温度 由（由（ 、）查焓温表可很快确定烟气温度）查焓温表可很快确定烟气温度 ； 由（由（ 、）查表可很快确定烟气焓）查表可很快确定烟气焓 yH 焓温表焓温

27、表 对给定的燃料和各受热面前、后的过剩空气系数对给定的燃料和各受热面前、后的过剩空气系数计计算出该受热面估计的烟气温度算出该受热面估计的烟气温度 范围内的烟气焓范围内的烟气焓 ，制成的烟，制成的烟气（气（ ）表）表 yIyI 注：过量空气系数的取值对于各具体受热面，计算烟气量和烟气的平均特性时，采用该受热面中平均过量空气系数；计算烟气焓时，采用该受热面出口的过量空气系数。 1、烟气分析 2、不完全燃烧方程式及烟气中CO含量的计算 3、RO2和RO2max的计算 4、运行中过剩空气系数及烟气容积的确定 5、漏风系数 烟气分析的目的烟气分析的目的: :测锅炉反平衡效率、测量过量空气系数、监督测锅炉

28、反平衡效率、测量过量空气系数、监督RORO2 2 O O2 2的含量、检查的含量、检查锅炉漏风情况等。锅炉漏风情况等。( (锅炉运行监督、测试锅炉运行监督、测试) ) 奥氏烟气分析仪的工作原理奥氏烟气分析仪的工作原理: :利用不同的吸收剂吸收不同的气体成分利用不同的吸收剂吸收不同的气体成分 氢氧化钾溶液氢氧化钾溶液 (KOH)(KOH)RORO2 2 焦性没食子酸溶液焦性没食子酸溶液 C C6 6H H3 3(OH)(OH)3 3O O2 2 氯化亚铜氨溶液氯化亚铜氨溶液 Cu(NHCu(NH3 3) )2 2ClCOClCOl由分析仪测得的是干烟气中各组成气体的体积分数（由分析仪测得的是干烟气中各组成气体的体积分数（? ?）222100,%ROOCON二 烟气分析结果的应用 1烟气量的计算烟气量的计算 m3/kg COR