发电厂概论-第二章+燃料和锅炉热平衡

1、12 煤的工业分析成分煤的工业分析成分 水分水分(M)(M)、灰分、灰分(A)(A)、挥发分、挥发分(V)(V)、固定碳、固定碳(FC)(FC) 煤的元素分析成分煤的元素分析成分 碳碳(C)(C)、氢、氢(H)(H)、硫、硫(S)(S)、氧、氧(0)(0)、氮、氮(N)(N)、灰分、灰分（A A）、水分（）、水分（M M） 可燃元素可燃元素 C C（固定碳和挥发分中的（固定碳和挥发分中的C C）、）、H H、S S（可燃硫（可燃硫 和硫和硫 酸盐硫酸盐硫 ） 不可燃元素不可燃元素（内部杂质）（内部杂质） O O、N N 不可燃成分不可燃成分（外部杂质）（外部杂质） M M（内、外）、（内、外）

2、、A A 可燃气体挥发份可燃气体挥发份 煤中的氢、氧、氮、硫与部分碳所组成的有机化合物加热后分解煤中的氢、氧、氮、硫与部分碳所组成的有机化合物加热后分解, , 形成气体挥发出来形成气体挥发出来rSlyS1/123 收到基（收到基（arar）（原应用基（原应用基y y） 以收到状态的煤（包括煤的全部以收到状态的煤（包括煤的全部成分）为基准成分）为基准 空气干燥基（空气干燥基（ad ad ）（原分析基（原分析基f f） 以风干状态煤（除外部水分）为以风干状态煤（除外部水分）为基准基准 干燥基（干燥基（d d）（原干燥基（原干燥基g g） 以去掉全部水分煤为基准以去掉全部水分煤为基准 干燥无灰基（干

3、燥无灰基（dafdaf）（原可燃基（原可燃基r r） 以去掉全部水分及灰分煤为基准以去掉全部水分及灰分煤为基准2/124)12(%100AMSNOHCararararararar )22(%100AMSNOHCadadadadadadad )32(%100ASNOHCdddddd )42(%100SNOHCdafdafdafdafdaf 3/125 煤的发热量（煤的发热量（kJ/kg) kJ/kg) 单位质量的煤完全燃烧时所释放的热量单位质量的煤完全燃烧时所释放的热量 低位发热量（低位发热量（Q Qnetnet） 烟气中的水蒸汽在锅炉中一般不会凝结，形成水烟气中的水蒸汽在锅炉中一般不会凝结，形

4、成水蒸汽所吸收的汽化潜热无法被利用，使煤的发热量降低，降低后的发热蒸汽所吸收的汽化潜热无法被利用，使煤的发热量降低，降低后的发热量称为低位发热量。量称为低位发热量。低位发热量（燃料在锅炉中的实际发热量）小于高低位发热量（燃料在锅炉中的实际发热量）小于高位发热量位发热量 高位发热量高位发热量( (Q Qgrgr) ) 煤的理论发热量，由实验测得的煤的理论发热量，由实验测得的弹筒发热量（弹筒发热量（Q Qb b）减去校正值确定减去校正值确定5/126 干燥基干燥基高、低位发热量之间的换算高、低位发热量之间的换算 式中式中 r r水的汽化潜热，通常取水的汽化潜热，通常取r = 2510 kJ/kg

5、r = 2510 kJ/kg dgrddgrdnetdHQHrQQ2061009. 收到基收到基高、低位发热量之间的换算高、低位发热量之间的换算 )52(232061001009.arargrararargrarnetarMHQMHrQQ6/127 8/12 标准煤标准煤 收到基低位发热量为收到基低位发热量为29270 kJ/kg29270 kJ/kg的燃料为标准煤的燃料为标准煤 标准煤耗量标准煤耗量 式中式中 、 分别为标准煤耗量与实际煤耗量分别为标准煤耗量与实际煤耗量 29270QBBnet.arsb bBsB 折算成分折算成分 相对于每相对于每4182 kJ/kg4182 kJ/kg收到

6、基低位发热量的煤中所含的收到基低位发热量的煤中所含的收到基水分、灰分和硫分，称为折算水分、折算灰分和折算硫分收到基水分、灰分和硫分，称为折算水分、折算灰分和折算硫分 )62(,%ararzsarQMM)72(,%ararzsarQAA)82(,%ararzsarQSS8 煤的灰分特性煤的灰分特性9/12用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定 灰的变形温度灰的变形温度 DT（原（原t1） 灰的软化温度灰的软化温度 ST（原（原t2） 灰的流动温度灰的流动温度 FT（原（原t3）灰的性质主要指它的熔融性和烧结性灰的性质主要指它的熔融性和烧结性前者影响炉内运行工况，后者影响对前

7、者影响炉内运行工况，后者影响对流受热面的积灰和腐蚀。流受热面的积灰和腐蚀。这三个温度均称为灰熔点，对大部分煤，其这三个温度均称为灰熔点，对大部分煤，其灰分的这三个温度范围为灰分的这三个温度范围为10001600，当当ST1430 ，称为具有难熔灰分的煤；，称为具有难熔灰分的煤； 当当ST1200 ，称为具有易熔灰分的煤。，称为具有易熔灰分的煤。9 灰分特性影响因素灰分特性影响因素( (灰熔点的影响因素）灰熔点的影响因素） 煤灰的化学组成煤灰的化学组成 煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高；碱性氧化物使灰熔点降低煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高；碱性氧化物使灰熔点降低 煤灰周围高温介质的性质煤灰周围高温介质

8、的性质 氧化性介质中，灰熔点较高；还原性介质中，灰熔点较低氧化性介质中，灰熔点较高；还原性介质中，灰熔点较低 煤的灰熔点越低，越容易结渣煤的灰熔点越低，越容易结渣（锅炉运行中常利用这一特点分析和解决锅炉内结焦问题）（锅炉运行中常利用这一特点分析和解决锅炉内结焦问题）10 挥发分挥发分 V V V V的含量代表了煤的地质年龄，的含量代表了煤的地质年龄，地质年龄越短，煤的碳化程度地质年龄越短，煤的碳化程度越浅，煤中的气体挥发越少越浅，煤中的气体挥发越少 V V含量越多，含量越多，煤的着火温度低，煤的着火温度低，易着火燃烧易着火燃烧 V V 多，多，V V挥发使挥发使煤的孔隙多，反应表面积大，煤的孔

9、隙多，反应表面积大，反应速度加快反应速度加快 V V 多，煤中难燃的多，煤中难燃的固定碳含量便少，固定碳含量便少，煤易于燃尽煤易于燃尽 V V 多，多， V V着火燃烧造成高温，着火燃烧造成高温，有利于碳的着火、燃烧有利于碳的着火、燃烧10/1211 水分水分M M、灰分、灰分A A M M、A A 高，煤中可燃成分相对减少，高，煤中可燃成分相对减少，煤的热值低煤的热值低 M M、A A 高，高，M M 蒸发、蒸发、A A熔融均要吸热，熔融均要吸热，炉膛温度降低炉膛温度降低 M M、A A 高，高，增加着火热或包裹碳粒，增加着火热或包裹碳粒，使煤着火、燃烧使煤着火、燃烧与燃尽困难；与燃尽困难；

10、 M M、A A 高，高，q q2 2、q q3 3、q q4 4、q q6 6 增加，增加，效率下降效率下降 M M、A A 高，高，过热器易超温过热器易超温 M M、A A 高，高，受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重 M M、A A 高，高，煤粉制备困难或增加能耗煤粉制备困难或增加能耗 A A 高，高，造成大气和环境的污染造成大气和环境的污染11/1212 灰熔点（灰熔点（STST） 灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣，危及锅灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣，危及锅炉炉运行的安全性和经济性运行的安全性和经济性 含碳量含碳量 C C C C 高

11、，热值高；但不易着火、燃烧高，热值高；但不易着火、燃烧 硫分硫分 S S 可燃硫的热值低，含量少，对煤的着火、燃烧无明显影响可燃硫的热值低，含量少，对煤的着火、燃烧无明显影响 易造成受热面的堵灰；腐蚀易造成受热面的堵灰；腐蚀 形成酸雨，污染环境形成酸雨，污染环境 燃料中的硫化铁加剧磨煤部件的磨损燃料中的硫化铁加剧磨煤部件的磨损12/12 实践表明：对于固态排渣炉，实践表明：对于固态排渣炉， ST1350 ，造成炉内结渣，造成炉内结渣可能性不大，为避免炉膛出口处结渣，炉膛出口烟温应至少比可能性不大，为避免炉膛出口处结渣，炉膛出口烟温应至少比ST低低50100 。13 我国煤的主要分类指标我国煤的

12、主要分类指标 干燥无灰基挥发分干燥无灰基挥发分V Vdafdaf含量含量 可分为四大类：褐煤可分为四大类：褐煤（ V Vdafdaf含量含量37% 37% ）、烟煤烟煤（ V Vdafdaf含量含量=20% -37%=20% -37%）、贫煤贫煤（ V Vdaf含量含量=10% -20%）无烟煤无烟煤（ V Vdafdaf含量含量10% 10% ）为反映煤的燃烧特性，为反映煤的燃烧特性，电厂煤粉锅炉用煤还以电厂煤粉锅炉用煤还以收到基低位发热量收到基低位发热量Q Qar,netar,net 、收到基水分、干燥基灰分、干燥基硫分及和灰的熔融特性收到基水分、干燥基灰分、干燥基硫分及和灰的熔融特性DT

13、DT、STST、FTFT作为参作为参考指标，分为五大类和十小类考指标，分为五大类和十小类 其中其中低（劣）质煤低（劣）质煤单独燃烧有困难，或燃烧不稳定，或燃烧经济性差，或单独燃烧有困难，或燃烧不稳定，或燃烧经济性差，或煤中有害杂质含量高的煤，煤中有害杂质含量高的煤，可分为五小类可分为五小类1/514大类别大类别 小类别小类别分分 类类 指指 标标挥发份挥发份V Vdafdaf(%)(%)灰分灰分 (%)(%)水分水分 (%)(%)硫分硫分 (%)(%)发热量发热量Q Qar,netar,net(MJ/kg)(MJ/kg)灰融灰融特性特性ST(ST(0 0C)C)无烟煤无烟煤 超低挥发超低挥发

14、份煤份煤6.56.5101021.021.0贫煤贫煤 低挥发份煤低挥发份煤1010191918.518.5烟煤烟煤 中挥发份煤中挥发份煤 高挥发份煤高挥发份煤191927272727404016.516.515.515.5褐煤褐煤 超高挥发份超高挥发份 煤煤404011.511.5dAarMdS2/515大类别大类别 小类别小类别分分 类类 指指 标标挥发份挥发份V Vdafdaf(%)(%)灰灰 分分 (%)(%)水水 分分 (%)(%)硫硫 分分 (%)(%)发热量发热量Q Qar,netar,net(MJ/kg)(MJ/kg)灰融灰融特性特性ST(ST(0 0C)C)低质煤低质煤 低发热

15、量煤低发热量煤 超高灰分煤超高灰分煤 超高水分煤超高水分煤 高硫煤高硫煤 易结渣煤易结渣煤10101010191919192727272740404040 404040404646404012123312.512.521.021.018.518.516.516.515.515.511.511.513501350dAarMdS3/5164/5 无烟煤无烟煤 碳化程度高，含碳量很高碳化程度高，含碳量很高，达，达90%90%，杂质很少，发热量很高，杂质很少，发热量很高, ,约约为为209032090332500 kJ/kg32500 kJ/kg； 挥发份很少挥发份很少，小于，小于10%10%，V V

16、dafdaf析出的温度较高，着火和燃尽均较析出的温度较高，着火和燃尽均较困难困难, ,储存时不易自燃储存时不易自燃 褐煤褐煤 碳化程度低，含碳量低碳化程度低，含碳量低，约为约为404050%50%，水分及灰分很高，发热，水分及灰分很高，发热量低量低, , 约约100001000017300 kJ/kg17300 kJ/kg； 挥发分含量高挥发分含量高，约，约373750%50%，甚至，甚至60%60%，挥发分的析出温度低，挥发分的析出温度低，着火及燃烧均较容易着火及燃烧均较容易 17 烟煤烟煤 碳化程度次于无烟煤，含碳量较高碳化程度次于无烟煤，含碳量较高，一般为，一般为404060%,60%,

17、杂质少，发杂质少，发热量较高热量较高, , 约为约为200002000030000 kJ/kg30000 kJ/kg； 挥发分含量较高挥发分含量较高，约，约2020 37%37%，着火及燃烧均较容易，着火及燃烧均较容易 l 贫煤贫煤 挥发份较少，挥发份较少，含量含量101020%20%的烟煤，性质介于无烟煤与烟煤之间，的烟煤，性质介于无烟煤与烟煤之间，燃烧性能方面比较接近无烟煤；燃烧性能方面比较接近无烟煤； l劣质烟煤劣质烟煤 挥发份挥发份202030%30%；但水分高，灰分更高的烟煤；但水分高，灰分更高的烟煤 发热发热量低量低，为为110001100012500 kJ/kg12500 kJ/

18、kg 5/518 煤粉的自燃煤粉的自燃 煤粉在氧化性介质中，当煤粉散热不良或周围介质煤粉在氧化性介质中，当煤粉散热不良或周围介质温度升高时，会发生自燃温度升高时，会发生自燃 煤粉的爆炸煤粉的爆炸 发生自燃的煤粉遇到明火会发生爆炸发生自燃的煤粉遇到明火会发生爆炸 影响煤粉爆炸的因素主要有影响煤粉爆炸的因素主要有：煤的挥发分含量、煤粉细度、煤粉：煤的挥发分含量、煤粉细度、煤粉的浓度和温度、煤粉的水分的浓度和温度、煤粉的水分 制粉系统需采用一定的防爆措施，如设置防爆门等制粉系统需采用一定的防爆措施，如设置防爆门等1/4192/4 煤粉的细度煤粉的细度R Rx x（D Dx x） 用来表示煤粉的粗细程

19、度用来表示煤粉的粗细程度 用标准筛子筛分一定量的煤粉试样，筛子上煤粉的剩余量或通过量占煤用标准筛子筛分一定量的煤粉试样，筛子上煤粉的剩余量或通过量占煤样总重量的质量百分比，样总重量的质量百分比，用用 R R x x或或 D D x x表示表示 X X 为筛孔边长，为筛孔边长，m m R Rx x 越小或越小或 D Dx x 越大，则煤粉越细越大，则煤粉越细,%100baaRx,%100babDx或或 煤粉的颗粒组成特性煤粉的颗粒组成特性nbxeR 100 x其中其中 b b是细度系数，是细度系数，b b越大，越大，RxRx越大，煤粉越细越大，煤粉越细 n n 是表示煤粉颗粒分布的均匀性系数，是

20、表示煤粉颗粒分布的均匀性系数，n n越大，煤粉越均匀越大，煤粉越均匀2021锅炉热平衡方程式锅炉热平衡方程式) 33 (654321QQQQQQQr) 43 (100654321qqqqqq q q1 1 = = Q Qi i / / Q Qr r 100 100 式中式中 输入热量输入热量 Q Q1 1 有效利用热有效利用热 Q Q2 2 排烟损失排烟损失 Q Q3 3 可燃气体不完全燃烧热可燃气体不完全燃烧热损失损失 Q Q4 4 固体不完全燃烧热损失固体不完全燃烧热损失 Q Q5 5 散热损失散热损失 Q Q6 6 其他热损失其他热损失rQ1/722 对于燃煤锅炉，对于燃煤锅炉，若燃料和

21、空气没有利用外界热量进若燃料和空气没有利用外界热量进行预热，且燃煤水分满足行预热，且燃煤水分满足则则 628/.netararQMnet.arrQQ 2/7)53(/,.kgkJQQhQQwhwrrnetarr式中式中 whwrrQQh燃料的物理显热；燃料的物理显热；外来热源加热空气时带入的热量；外来热源加热空气时带入的热量；雾化燃油所用蒸汽带入的热量雾化燃油所用蒸汽带入的热量233/7式中式中Q工质总吸热量，工质总吸热量，kJ/sB燃料消耗量，燃料消耗量，kg/sDgr、Dzr、DPw过热蒸汽量、再热蒸汽量和排污量，过热蒸汽量、再热蒸汽量和排污量，kg/s、hgs过热蒸汽焓、饱和蒸汽焓和给水

22、焓，过热蒸汽焓、饱和蒸汽焓和给水焓，kJ/kg、再热蒸汽出口和进口焓，再热蒸汽出口和进口焓，kJ/kgzrh zrh grh bsh )hh(DhhDhhDB1Qgsbspwzrzrzrgsgrgr1 6)-(3kJ/kg,BQ 空气在空气预热器中吸收的热量又返回炉膛，属锅炉内部热量空气在空气预热器中吸收的热量又返回炉膛，属锅炉内部热量循环，锅炉热平衡中不予考虑循环，锅炉热平衡中不予考虑24 固体未完全燃烧热损失固体未完全燃烧热损失 q q4 4 q q4 4 此项热损失是飞灰和冷灰中未燃尽的可燃物造成的热损此项热损失是飞灰和冷灰中未燃尽的可燃物造成的热损失，失，锅炉主要热损之一。取决于燃料种

23、类、燃烧方式、炉膛锅炉主要热损之一。取决于燃料种类、燃烧方式、炉膛型式与结构、燃烧器设计与布置、锅炉运行工况型式与结构、燃烧器设计与布置、锅炉运行工况 V Vdafdaf小；（小；（M Marar、A Aarar ）大，）大，q q4 4 大；大； R R9090大，大， q q4 4 大；大； 过大或过小，过大或过小，q q4 4 大大 煤粉在炉膛停留时间煤粉在炉膛停留时间过小，过小， q q4 4 大大 4/7对固态排渣煤粉炉取对固态排渣煤粉炉取 q q4 4 =0.5=0.55 %5 % 未完全燃烧热损失未完全燃烧热损失包括包括 q q4 4、q q3 3 25 排烟热损失排烟热损失 q

24、 q2 2式中式中 - - 排烟焓排烟焓, , 取决于取决于 与与 ，kJ/kgkJ/kg - - 进入锅炉的冷空气焓进入锅炉的冷空气焓, , kJ/kgkJ/kg - - 排烟处过剩空气系数排烟处过剩空气系数 ）（572,%Qq100)HH(qr40lkpypy2 0lkHpy pyHpy py 由由q2、受热面低温腐蚀及金属耗量综合确定。、受热面低温腐蚀及金属耗量综合确定。电站锅炉电站锅炉约在约在110110160160之间。之间。取决于取决于及烟道漏风及烟道漏风，后者同时影响，后者同时影响 py py py py 5/7对大中型锅炉对大中型锅炉 q q2 2 约为约为4 48%8%未被完全利用热损失未被完全利用热损失 包括包括 q q2 2、q q5 5、q q6 626图图3-3 3-3 额定容量下锅炉的散热损失额定容量下锅炉的散热损失 散热损失散热损失 q q5 5额定负荷下的散热损失是外部冷却损失