第3章锅炉燃料=西安交通大学-锅炉原理

1、第第3章章 锅炉燃料锅炉燃料3.1 燃料的分类及其组成燃料的分类及其组成3.1.1 燃料的分类燃料的分类什么是燃料？什么是燃料？可以用来获取大量热能的物质。可以用来获取大量热能的物质。燃料是锅炉的燃料是锅炉的“粮食粮食”。地球上有两大类：核燃料和有机燃料。地球上有两大类：核燃料和有机燃料。锅炉大都燃用有机燃料。锅炉大都燃用有机燃料。有机燃料是通过燃烧可以放出大量热量的物质。有机燃料是通过燃烧可以放出大量热量的物质。尽管许多物质的反应都是放热反应，但尽管许多物质的反应都是放热反应，但作为燃料，应该：作为燃料，应该：就单位数量而言，燃烧时能放出大量的就单位数量而言，燃烧时能放出大量的热量；能方便而

2、很好地燃烧；热量；能方便而很好地燃烧；在自然界中蕴藏量丰富，能大量开采，在自然界中蕴藏量丰富，能大量开采，价格低廉；价格低廉；燃烧产物对人体、动植物、环境等有较燃烧产物对人体、动植物、环境等有较小危害或无害。小危害或无害。按物态，有机燃料有：按物态，有机燃料有：按用途：按用途：工艺燃料：指特殊工艺生产过程所需用的燃料，大都工艺燃料：指特殊工艺生产过程所需用的燃料，大都是优质燃料。是优质燃料。动力燃料：指除了其燃烧放热可供利用外，在其他方动力燃料：指除了其燃烧放热可供利用外，在其他方面没有更大经济价值的燃料，这主要是劣质燃料。面没有更大经济价值的燃料，这主要是劣质燃料。锅炉主要燃用劣质燃料，这些

3、劣质燃料燃烧比较困难，锅炉主要燃用劣质燃料，这些劣质燃料燃烧比较困难，而且会给锅炉工作带来许多不利影响。而且会给锅炉工作带来许多不利影响。我国燃料资源算是丰富，但为满足国民经济建设各方我国燃料资源算是丰富，但为满足国民经济建设各方面的要求，要做到能源的合理使用，所以我国的燃料面的要求，要做到能源的合理使用，所以我国的燃料政策规定电站锅炉以燃煤为主，并且主要要燃用劣质政策规定电站锅炉以燃煤为主，并且主要要燃用劣质煤。煤。燃料特性是锅炉设计、运行的基础。燃料特性是锅炉设计、运行的基础。不同燃料，要采用不同的燃烧设备和运行不同燃料，要采用不同的燃烧设备和运行方式。方式。了解燃料的性能、特点，才能设计

4、出好的了解燃料的性能、特点，才能设计出好的锅炉，才能保证锅炉运行的安全性和经济锅炉，才能保证锅炉运行的安全性和经济性。性。3.1.2 燃料的组成燃料的组成固体：固体：碳碳(C)(C)、氢、氢(H)(H)、氧、氧(O)(O)、氮、氮(N)(N)、硫、硫(S)(S)、水分（、水分（M M）、灰分（）、灰分（A A）。）。其中其中C C、H H、S S可燃。可燃。液体液体: :也是碳、氢、氧、氮、硫、水分和也是碳、氢、氧、氮、硫、水分和灰分，但碳和氢含量较高。灰分，但碳和氢含量较高。点评各种成分的含量和作用。点评各种成分的含量和作用。气体燃料有天然气和人造气两类。气体燃料有天然气和人造气两类。天然气

5、分气田气和油田伴生气两种。天然气分气田气和油田伴生气两种。气田气主要成分是甲烷；气田气主要成分是甲烷；油田气除含甲烷外，还有丙、丁烷等烷油田气除含甲烷外，还有丙、丁烷等烷烃类，烃类，CO2含量也比气田气高。含量也比气田气高。3.1.3 燃料成分的基准及其换算燃料成分的基准及其换算固、液体燃料由固、液体燃料由C、H、O、N、S五种元素五种元素及及M、A等组成，都以质量百分数含量计算，等组成，都以质量百分数含量计算，其总和为其总和为100%。水分和灰分的含量易受外界条件的影响而水分和灰分的含量易受外界条件的影响而发生变化，水分或灰分的含量变化了，其发生变化，水分或灰分的含量变化了，其他元素成分的含

6、量也会随之而变化。他元素成分的含量也会随之而变化。所以不能仅用各成分的质量百分数来表示所以不能仅用各成分的质量百分数来表示燃料的成分组成特性。燃料的成分组成特性。计算各成分百分含量时，可将某种成分（例计算各成分百分含量时，可将某种成分（例如水分或灰分）不计算在内。如水分或灰分）不计算在内。这样按不同的这样按不同的“成分组合成分组合”计算出来的各成计算出来的各成分百分数就会有较大的差别。分百分数就会有较大的差别。根据燃料存在的条件或根据需要而规定的根据燃料存在的条件或根据需要而规定的“成分组合成分组合”称为称为基准基准。如果所用的基准不同，同一种煤的同一成分如果所用的基准不同，同一种煤的同一成分

7、的百分含量结果便不一样。的百分含量结果便不一样。常用的基准有以下四种：常用的基准有以下四种：（1）收到基）收到基（旧称应用基）（旧称应用基）以收到状态的煤为基准计算煤中全部成分的以收到状态的煤为基准计算煤中全部成分的组合称为收到组合称为收到基。基。对进厂原煤或炉前煤都应按收到基计算各项对进厂原煤或炉前煤都应按收到基计算各项成分。成分。收到基以下角标收到基以下角标ar表示。表示。 （2）空气干燥基空气干燥基（旧称分析基旧称分析基）以与空气温度达到平衡状态的煤为基准，以与空气温度达到平衡状态的煤为基准，即供分析化验的煤样在实验室一定温度条即供分析化验的煤样在实验室一定温度条件下，自然干燥失去外在水

8、分，其余的成件下，自然干燥失去外在水分，其余的成分组合便是空气干燥基。分组合便是空气干燥基。空气干燥基以下角标空气干燥基以下角标ad表示。表示。 （3）干燥基干燥基以假想无水状态的煤为基准，以下角标以假想无水状态的煤为基准，以下角标d表示。表示。干燥基中因无水分，故灰分不受水分变干燥基中因无水分，故灰分不受水分变动的影响，灰分含量百分数相对比较稳动的影响，灰分含量百分数相对比较稳定。定。 （4）干燥无灰基干燥无灰基（旧称可燃基旧称可燃基）以假想无水、无灰状态的煤为基准，以下以假想无水、无灰状态的煤为基准，以下角标角标daf表示。表示。 干燥无灰基因无水、无灰，故剩下的成分干燥无灰基因无水、无灰

9、，故剩下的成分便不受水分、灰分变动的影响，是表示碳、便不受水分、灰分变动的影响，是表示碳、氢、氧、氮、硫成分百分数最稳定的基准，氢、氧、氮、硫成分百分数最稳定的基准，可作为燃料分类的依据可作为燃料分类的依据 计算基准的换算计算基准的换算煤质分析所使用的煤样是空气干燥基煤样，煤质分析所使用的煤样是空气干燥基煤样，分析结果的计算以空气干燥基为基准。但分析结果的计算以空气干燥基为基准。但锅炉设计、计算，按实际进入锅炉的炉前锅炉设计、计算，按实际进入锅炉的炉前煤，即收到基进行计算的。所以，要测定煤，即收到基进行计算的。所以，要测定炉前煤的收到基水分，同时还要对煤的各炉前煤的收到基水分，同时还要对煤的各

10、种成分进行基准的换算。种成分进行基准的换算。基准换算的基本原理是基准换算的基本原理是物质不灭定律物质不灭定律，即，即煤中任一成分的分析结果采用不同的基准煤中任一成分的分析结果采用不同的基准表示时，可以有不同的相对数值，但该成表示时，可以有不同的相对数值，但该成分的绝对质量不会发生变化。分的绝对质量不会发生变化。 换算通式：换算通式： 换算系数换算系数3.2 固体燃料固体燃料3.2.1 煤炭及其特性煤炭及其特性1. 煤的组成特性煤的组成特性 煤是一种煤是一种植物化石植物化石。古代丰茂的植物随地壳变动而被埋入地下，古代丰茂的植物随地壳变动而被埋入地下，经过长期的细菌、生物、化学作用以及地热经过长期

11、的细菌、生物、化学作用以及地热高温和岩层高压的成岩、变质作用，使植物高温和岩层高压的成岩、变质作用，使植物中的纤维素、木质素发生脱水、脱中的纤维素、木质素发生脱水、脱CO、脱、脱甲烷等反应，而后逐渐成为煤。甲烷等反应，而后逐渐成为煤。组成植物的有机质元素主要是组成植物的有机质元素主要是碳、氢、氧碳、氢、氧和少量的氮、硫和少量的氮、硫，因此也是煤的主要元素。，因此也是煤的主要元素。在煤的形成、开采和运输过程中加入的在煤的形成、开采和运输过程中加入的水水分分和和矿物质矿物质 (燃烧后成为灰分燃烧后成为灰分)，也成为煤，也成为煤的组成成分。的组成成分。煤的化学组成和结构煤的化学组成和结构十分复杂十分

12、复杂，但作为能，但作为能源使用，只要了解它与燃烧有关的组成，源使用，只要了解它与燃烧有关的组成，例如元素分析成分组成和工业分析成分组例如元素分析成分组成和工业分析成分组成，就能满足电厂锅炉燃烧技术和有关热成，就能满足电厂锅炉燃烧技术和有关热力计算等方面的要求。力计算等方面的要求。 （1）煤的元素分析）煤的元素分析煤的煤的元素分析元素分析是指对煤中碳、氢、是指对煤中碳、氢、氧、氮、硫五种元素分析的氧、氮、硫五种元素分析的总称总称。煤的元素分析结果用各种元素的质煤的元素分析结果用各种元素的质量百分数表示。量百分数表示。 （2）煤的工业分析）煤的工业分析基于煤的着火、燃烧过程中，煤的各种成基于煤的着

13、火、燃烧过程中，煤的各种成分变化：分变化：将煤加热到一定温度时，首先水分被蒸发将煤加热到一定温度时，首先水分被蒸发出来；出来；接着再加热，煤中的氢、氧、氮、硫及部接着再加热，煤中的氢、氧、氮、硫及部分碳所组成的有机化合物便分解，变成气分碳所组成的有机化合物便分解，变成气体挥发出来，这些气体称为体挥发出来，这些气体称为挥发分挥发分；挥发分析出后，剩下的是挥发分析出后，剩下的是焦炭焦炭，焦炭就是焦炭就是固定碳和灰分固定碳和灰分。 确定煤中水分、挥发分、固定碳和灰确定煤中水分、挥发分、固定碳和灰分等四种成分的质量百分数，称为煤的分等四种成分的质量百分数，称为煤的工业分析工业分析。 煤的工业分析要在一

14、定条件下进行，煤的工业分析要在一定条件下进行，才能测定各种成分的质量百分数。按照才能测定各种成分的质量百分数。按照国标国标(GB211一一1996煤的全水分测定法煤的全水分测定法及及GB212一一2001煤的工业分析测定煤的工业分析测定法法)的规定，的规定，测定方法有多种测定方法有多种。 煤的工业分析包括水分（煤的工业分析包括水分（M）、灰分（）、灰分（A）、）、挥发分（挥发分（V）和固定碳（）和固定碳（FC）。）。从广义上说，煤的工业分析还应包括全硫和从广义上说，煤的工业分析还应包括全硫和发热量。发热量。M、A和和V是通过测定得到，而是通过测定得到，而FC则由差减法则由差减法计算得到。计算得

15、到。利用工业分析结果可初步判断煤的性质，作利用工业分析结果可初步判断煤的性质，作为煤合理利用的初步依据。为煤合理利用的初步依据。工业分析成分也可用工业分析成分也可用“收到基收到基”、“干燥基干燥基”或或“干燥无灰基干燥无灰基”来表示。来表示。元素分析与工业分析成分间的关系元素分析与工业分析成分间的关系 水分水分 外在水分是指附着于煤粒表面的水和存在于直外在水分是指附着于煤粒表面的水和存在于直径大于径大于0.1m的毛细孔中的水分。这种水分以机械的毛细孔中的水分。这种水分以机械的方式，如附着吸附方式，与煤相结合，在常温下的方式，如附着吸附方式，与煤相结合，在常温下容易失去。在实验室中为制取分析煤样

16、（空气干燥容易失去。在实验室中为制取分析煤样（空气干燥煤样），一般在煤样），一般在4550下放置数小时，使其与大下放置数小时，使其与大气湿度相平衡以除去外在水分。含有外在水分的煤气湿度相平衡以除去外在水分。含有外在水分的煤称为收到基煤称为收到基煤(ar)，失去外在水分的煤称为空气干，失去外在水分的煤称为空气干燥基煤燥基煤(ad)。外在水分多少与外界条件及煤的粒度。外在水分多少与外界条件及煤的粒度有关，而与煤质无关。有关，而与煤质无关。内在水分内在水分是指吸附或凝聚在煤粒内部毛细是指吸附或凝聚在煤粒内部毛细孔（直径小于孔（直径小于0.1m）中的水分。以物理）中的水分。以物理化学方式与煤相结合，较

17、难蒸发除去。化学方式与煤相结合，较难蒸发除去。规定规定: 空气干燥煤在空气干燥煤在105110的条件下，的条件下，干燥干燥1.01.5h所失去的水分称为所失去的水分称为内在水分内在水分。干燥煤干燥煤: 失去内在水分的煤。失去内在水分的煤。煤样在温度为煤样在温度为30，相对湿度为，相对湿度为96的大气气的大气气氛中达到平衡时，即煤颗粒中毛细孔所吸附的氛中达到平衡时，即煤颗粒中毛细孔所吸附的水分达到饱和状态时，内在水分达到最高值，水分达到饱和状态时，内在水分达到最高值，称为称为最高内在水分最高内在水分(MHC, 即即moisture with highest content or moisture

18、 holding capacity)。由于煤的孔隙率与煤化度有一定关系，煤的最由于煤的孔隙率与煤化度有一定关系，煤的最高内在水分也能在一定程度上反映煤化度。高内在水分也能在一定程度上反映煤化度。煤中灰分全部来自煤中的煤中灰分全部来自煤中的矿物质矿物质，但它的组，但它的组成或重量与煤中的矿物不完全相同。成或重量与煤中的矿物不完全相同。煤中矿物质（煤中矿物质（mineral matter）是除水分）是除水分 外外所有无机物质的所有无机物质的总称总称。主要成分有黏土、高。主要成分有黏土、高岭石、黄铁矿和方解石等岭石、黄铁矿和方解石等 。灰分是煤在规定操作下的变化产物，由氧化灰分是煤在规定操作下的变化

19、产物，由氧化物和相应的盐类组成，既不是煤中固有的，物和相应的盐类组成，既不是煤中固有的，更不能看成是矿物质的含量，称为更不能看成是矿物质的含量，称为灰分产率灰分产率更确切一些。更确切一些。但很显然，煤的灰分与煤中矿物质有密切的但很显然，煤的灰分与煤中矿物质有密切的关系。关系。谁多、谁少？谁多、谁少？煤中矿物质以煤中矿物质以氧化物氧化物的形态存在。的形态存在。由原生矿物质、次生矿物质和外来矿物质构成。由原生矿物质、次生矿物质和外来矿物质构成。原生矿物质原生矿物质即原始成煤植物含有的矿物质。它参与即原始成煤植物含有的矿物质。它参与成煤，很难除去。一般不超过成煤，很难除去。一般不超过12。次生矿物质

20、次生矿物质为成煤过程中，由外界为成煤过程中，由外界(如沼泽中的泥如沼泽中的泥砂砂)混入到煤层中的矿物质。通常这类矿物质在煤混入到煤层中的矿物质。通常这类矿物质在煤中的含量在中的含量在10以下，可用机械的方法部分脱除。以下，可用机械的方法部分脱除。外来矿物质外来矿物质为采煤时从煤层顶板、底板和夹石层掉为采煤时从煤层顶板、底板和夹石层掉入煤中的矿物质。含量随煤层结构的复杂程度和采入煤中的矿物质。含量随煤层结构的复杂程度和采煤方法而异，一般煤方法而异，一般510，高达，高达20。这类矿。这类矿物质用重力洗选容易除去。物质用重力洗选容易除去。原生矿物质和次生矿物质合称为原生矿物质和次生矿物质合称为内在

21、矿物质内在矿物质，来自，来自内在矿物质的灰分，称为内在矿物质的灰分，称为内在灰分内在灰分。外来矿物质所。外来矿物质所形成的灰分，称为形成的灰分，称为外在灰分外在灰分。煤样在规定条件下隔绝空气加热，煤中的煤样在规定条件下隔绝空气加热，煤中的有机质受热分解出一部分分子量较小的液有机质受热分解出一部分分子量较小的液态态(此时为蒸汽状态此时为蒸汽状态)和气态产物，这些产和气态产物，这些产物称为挥发物。物称为挥发物。挥发物占煤样重量的百分数，称为挥发分挥发物占煤样重量的百分数，称为挥发分产率或简称为挥发分。产率或简称为挥发分。挥发分的测定结果会受煤中矿物质的影响，挥发分的测定结果会受煤中矿物质的影响，当

22、煤中碳酸盐含量较高时，有必要对测得当煤中碳酸盐含量较高时，有必要对测得的挥发分值加以校正。的挥发分值加以校正。煤的挥发分主要是有机化合物组成的。可根据煤的挥发分主要是有机化合物组成的。可根据挥发分产生率来判断煤中有机物的性质，初步挥发分产生率来判断煤中有机物的性质，初步确定煤的用途。确定煤的用途。挥发分产率及其组成不是固定的，它因煤种和挥发分产率及其组成不是固定的，它因煤种和矿物质含量不同而异，并且还受测定时操作条矿物质含量不同而异，并且还受测定时操作条件的影响。即使是同一种煤，由于加热时间的件的影响。即使是同一种煤，由于加热时间的长短、温度高低、速度的快慢等不同，都会使长短、温度高低、速度的

23、快慢等不同，都会使煤的挥发分产率和组成发生变化。因此，测定煤的挥发分产率和组成发生变化。因此，测定挥发分产率的规范性很强。挥发分产率的规范性很强。2. 煤的发热量煤的发热量定义定义:煤的发热量是指单位质量的煤完全燃烧时煤的发热量是指单位质量的煤完全燃烧时所释放出的热量。单位是所释放出的热量。单位是kJ/kg。煤的发热量常用下列三种规定值表示。煤的发热量常用下列三种规定值表示。 （1）弹筒发热量）弹筒发热量Qb弹筒发热量是在实验室中用氧弹式量热弹筒发热量是在实验室中用氧弹式量热计测定的实测值。计测定的实测值。氧弹式量热计如图氧弹式量热计如图3-2所示，其中的主要所示，其中的主要部件部件- -氧弹

24、见图氧弹见图3-3。 图3-2氧弹式量热计1一 外筒；2一 内筒 ；3一 外筒拭拌器； 4一绝缘支柱； 5一氧弹；6一盖子；7一 内筒搅拌器；8一 普通温度计；9一电动机110一贝克曼温度计；11一放大镜；12一振动器；13一记时指示灯；14一导杆图图3-3 氧弹氧弹1一进气管；一进气管；2一弹筒；一弹筒；3一盖圈；一盖圈；4一弹簧环；一弹簧环；5一一进气阀；进气阀；6一螺帽一螺帽; 7一电一电极柱；极柱； 8一圆孔；一圆孔；9一针一针形阀；形阀； 10一弹头一弹头; 11一金一金属垫圈；属垫圈； 12一橡胶垫圈；一橡胶垫圈；13一金属导杆；一金属导杆； 14一防一防火罩；火罩；15一燃烧皿一

25、燃烧皿 测定方法测定方法: : 将约将约1 g的煤样置于氧弹中，氧弹内充满的煤样置于氧弹中，氧弹内充满压力为压力为2.63MPa的氧气，点火燃烧，然后使燃烧产的氧气，点火燃烧，然后使燃烧产物冷却到煤的原始温度物冷却到煤的原始温度(约约2025)，在此条件下单，在此条件下单位质量的煤所放出的热量即为位质量的煤所放出的热量即为弹筒发热量弹筒发热量。煤样中的煤样中的碳碳完全燃烧生成完全燃烧生成CO2；氢氢燃烧并经冷却生燃烧并经冷却生成液态成液态水水；硫和氮在氧弹内瞬时燃烧温度达；硫和氮在氧弹内瞬时燃烧温度达1500左右，与过剩氧作用生成左右，与过剩氧作用生成SO3和和NOx并溶于氧弹内的并溶于氧弹内

26、的水中而形成硫酸和硝酸。生成酸的反应要水中而形成硫酸和硝酸。生成酸的反应要放热放热，因，因而弹筒发热量要比在锅炉实际燃烧中煤释放出的热而弹筒发热量要比在锅炉实际燃烧中煤释放出的热量要高，故实测出来的弹筒发热量还要换算成下列量要高，故实测出来的弹筒发热量还要换算成下列两种发热量后才能使用。两种发热量后才能使用。实际上在锅炉中所能利用的热量要比高位发实际上在锅炉中所能利用的热量要比高位发热量要低。热量要低。高位发热量减去煤样中水和燃烧时生成的水高位发热量减去煤样中水和燃烧时生成的水的蒸发潜热后的热值，称为低位发热量，这的蒸发潜热后的热值，称为低位发热量，这是在锅炉运行中煤的有效发热量。是在锅炉运行

27、中煤的有效发热量。换算换算:我国锅炉设计和计算，采用低位发热量。我国锅炉设计和计算，采用低位发热量。但煤的发热量又由弹筒式量热计中实测得来，但煤的发热量又由弹筒式量热计中实测得来，测得的是弹筒发热量，因此要经过换算。测得的是弹筒发热量，因此要经过换算。由弹筒发热量换算成高位发热量公式，即由弹筒发热量换算成高位发热量公式，即以收到基低位发热量为基准的其他概念以收到基低位发热量为基准的其他概念（1）标准煤标准煤在工业上为核算企业对能源的消耗量，统一在工业上为核算企业对能源的消耗量，统一计算标准，便于比较和管理，采用标准煤的计算标准，便于比较和管理，采用标准煤的概念。概念。GB3775- -89煤质

28、及煤分析有关名词术语煤质及煤分析有关名词术语中规定以收到基低位发热量为中规定以收到基低位发热量为29270 kJ/kg的的燃料，称为标准煤。即每燃料，称为标准煤。即每29270kJ的热量，可的热量，可换算成换算成l kg的标准煤。的标准煤。火力发电厂的煤耗就是按每发火力发电厂的煤耗就是按每发l kWh的电，的电，所消耗标准煤的所消耗标准煤的kg(或或g)数来计算的。数来计算的。 （2）折算成分折算成分为比较煤中各种有害成分为比较煤中各种有害成分（水分、灰分及水分、灰分及硫分硫分）对锅炉工作的影响，更好地鉴别煤对锅炉工作的影响，更好地鉴别煤的性质，引入折算成分的概念。的性质，引入折算成分的概念。

29、实际中，如果甲、乙两种煤具有相同的水实际中，如果甲、乙两种煤具有相同的水分含量而发热量不同，例如，分含量而发热量不同，例如，A种煤的发种煤的发热量高于热量高于B种煤，那么，需要产生同样多种煤，那么，需要产生同样多的热量时，由的热量时，由A种煤带入锅炉的水分则会种煤带入锅炉的水分则会少于少于B种煤。因此，不应简单地用含量的种煤。因此，不应简单地用含量的百分比来比较，而应该以发出一定热量所百分比来比较，而应该以发出一定热量所对应的这些成分来比较。对应的这些成分来比较。有两种折算的方法有两种折算的方法.第一种第一种: 规定相对于每规定相对于每4182kJ/kg（即（即1000kcal/kg）收到基低

30、位发热量的煤所含的收到基水分、灰分和收到基低位发热量的煤所含的收到基水分、灰分和硫分，分别称为折算水分、折算灰分和折算硫分硫分，分别称为折算水分、折算灰分和折算硫分.3. 高温下煤灰的熔融性高温下煤灰的熔融性（1） 煤灰的熔融性及特征温度的测定煤灰的熔融性及特征温度的测定煤灰不是一种纯净的物质，没有固定的熔点。煤灰不是一种纯净的物质，没有固定的熔点。角锥法角锥法将煤灰制成高将煤灰制成高20 mm、底边长为底边长为7mm的等的等边三角形锥体，放在可以调节温度的、并边三角形锥体，放在可以调节温度的、并充满弱还原性充满弱还原性（或称半还原性或称半还原性）气体的专气体的专用硅碳管高温炉或灰熔点测定仪中

31、，以规用硅碳管高温炉或灰熔点测定仪中，以规定的速度升温。定的速度升温。加热到一定程度后，开始发生变形，随后加热到一定程度后，开始发生变形，随后软化和出现液态，三种形态对应的特征温软化和出现液态，三种形态对应的特征温度来表示煤灰的熔融性。度来表示煤灰的熔融性。 变形温度变形温度DT(旧为旧为t1)。灰锥顶端开始变圆或弯曲时灰锥顶端开始变圆或弯曲时的温度；的温度；软化温度软化温度ST(旧为旧为t2)。灰锥锥体至锥顶触及底板或灰锥锥体至锥顶触及底板或锥体变成球形或高度等于或小于底长的半球形时锥体变成球形或高度等于或小于底长的半球形时所对应的温度；所对应的温度；流动温度流动温度FT(旧为旧为t3)。锥

32、体熔化成液体或展开成厚锥体熔化成液体或展开成厚度在度在1.5mm以下的薄层，或锥体逐渐缩小，最后以下的薄层，或锥体逐渐缩小，最后接近消失时对应的温度。流动温度也称熔化温度接近消失时对应的温度。流动温度也称熔化温度 DT、ST和和FT是液相和固相共存的三个温度，是液相和固相共存的三个温度，不是固相向液相转化的界限温度，仅表示煤灰形不是固相向液相转化的界限温度，仅表示煤灰形态变化过程中的温度间隔。态变化过程中的温度间隔。如果温度间隔很大，意味着固相和液相共存的如果温度间隔很大，意味着固相和液相共存的温度区间很宽，煤灰的粘度随温度变化很慢，这温度区间很宽，煤灰的粘度随温度变化很慢，这样的灰渣称为长渣

33、，长渣在冷却时可长时间保持样的灰渣称为长渣，长渣在冷却时可长时间保持一定的粘度，故在炉膛中易于结渣；一定的粘度，故在炉膛中易于结渣；若间隔很小，灰渣的粘度就随温度急剧变化，若间隔很小，灰渣的粘度就随温度急剧变化，这样的灰渣称为短渣。短渣在冷却对其粘度增加这样的灰渣称为短渣。短渣在冷却对其粘度增加得很快，只会在很短时间内造成结渣。一般认为，得很快，只会在很短时间内造成结渣。一般认为，D T 、 S T 之 差 值 在之 差 值 在 2 0 0 4 0 0 时 为 长 渣 ，时 为 长 渣 ，100200时为短渣。时为短渣。（2）影响煤灰熔融性的因素）影响煤灰熔融性的因素化学组成化学组成 内因内因

34、周围高温的环境介质周围高温的环境介质(气氛气氛)性质性质 外因外因相互影响相互影响煤灰的化学组成煤灰的化学组成比较复杂，通常以各种氧化物的百分含量来表示，比较复杂，通常以各种氧化物的百分含量来表示，有酸性氧化物和碱性氧化物两种。酸性氧化物如有酸性氧化物和碱性氧化物两种。酸性氧化物如SiO2、Al2O3，和和TiO3，碱性氧化物则有碱性氧化物则有Fe2O3、CaO，MgO、Na2O和和K2O等。这些氧化物在纯净等。这些氧化物在纯净状态下，其灰熔点大都很高，而且发生相变的温状态下，其灰熔点大都很高，而且发生相变的温度是恒定不变的。度是恒定不变的。 一般：一般：煤灰中的煤灰中的Al2O3，能提高灰熔

35、点，根据经验，能提高灰熔点，根据经验，Al2O3含量大于含量大于40%时，时，ST一般都超过一般都超过1500，大于，大于30%时，时，ST也在也在1300以上。以上。而煤灰中的碱性氧化物，则会便煤灰的灰而煤灰中的碱性氧化物，则会便煤灰的灰熔点降低。熔点降低。 但，矿物质大都以多种复合化合物的混合物的但，矿物质大都以多种复合化合物的混合物的形式存在。灰分也往往是多种组合成分结合成形式存在。灰分也往往是多种组合成分结合成的共晶体。的共晶体。这些复合物的共晶体的熔化温度要比纯净氧化这些复合物的共晶体的熔化温度要比纯净氧化物的熔化温度要低得多。而且没有明确固定的物的熔化温度要低得多。而且没有明确固定

36、的由固相转变为液相的相变温度。由固相转变为液相的相变温度。煤灰周围高温介质煤灰周围高温介质 (气氛气氛)的性质的性质在锅炉炉膛中，煤灰周围的高温介质主要有两种，在锅炉炉膛中，煤灰周围的高温介质主要有两种，一是氧化性介质，即介质中含有氧和完全燃烧产一是氧化性介质，即介质中含有氧和完全燃烧产物，这种氧化性介质主要产生在燃烧器出口的一物，这种氧化性介质主要产生在燃烧器出口的一段距离以及炉膛出口部位；二是弱还原性介质，段距离以及炉膛出口部位；二是弱还原性介质，即气体中含有氧量很少，主要由完全燃烧产物和即气体中含有氧量很少，主要由完全燃烧产物和不完全燃烧产物组成，这种弱还原性介质主要产不完全燃烧产物组成

37、，这种弱还原性介质主要产生在煤粉炉前部的局部部位。生在煤粉炉前部的局部部位。 介质的性质不同，灰渣中的铁具有不同的形态。介质的性质不同，灰渣中的铁具有不同的形态。例如在氧化介质中，铁呈氧化铁例如在氧化介质中，铁呈氧化铁(Fe2O3)状态，熔状态，熔点较高，在还原性介质中，铁呈金属点较高，在还原性介质中，铁呈金属Fe状态，熔状态，熔点也高，但在弱还原性介质中，铁呈点也高，但在弱还原性介质中，铁呈FeO状态，状态，熔点也有熔点也有1377，但，但FeO最容易与灰渣中的最容易与灰渣中的SiO2形成低熔点的形成低熔点的2FeOSiO2，其熔点很低，仅为其熔点很低，仅为1065。如果在锅炉炉膛中燃烧过程

38、组织得不好，就会出如果在锅炉炉膛中燃烧过程组织得不好，就会出现不完全燃烧产物，炉膛中的介质便是弱还原性现不完全燃烧产物，炉膛中的介质便是弱还原性介质，会使灰熔点下降，而导致炉内结渣。介质，会使灰熔点下降，而导致炉内结渣。 4. 焦炭特性焦炭特性焦炭的外形特征与煤种有关，可作为煤炭焦炭的外形特征与煤种有关，可作为煤炭分类的一项参考指标。一般把焦炭特征分分类的一项参考指标。一般把焦炭特征分为为8类，用来初步鉴定煤的粘结性、熔融性类，用来初步鉴定煤的粘结性、熔融性和膨胀性。和膨胀性。（1）粉状。焦炭全部成粉末状，无粘着和颗粒。）粉状。焦炭全部成粉末状，无粘着和颗粒。（2）粘着状。以手指轻压，即碎成粉

39、状。）粘着状。以手指轻压，即碎成粉状。（3）弱粘结。以手指轻压，即碎成小块。）弱粘结。以手指轻压，即碎成小块。（4）不熔融粘结。以手指用力压，才裂成小块，焦炭的上）不熔融粘结。以手指用力压，才裂成小块，焦炭的上 表面无光泽，下表面稍有银白色光泽。表面无光泽，下表面稍有银白色光泽。（5）不膨胀熔融粘结。焦炭成扁平的饼状，碳粒界限不）不膨胀熔融粘结。焦炭成扁平的饼状，碳粒界限不 清，上表面有明显的银白色金属光泽，下表面尤为明清，上表面有明显的银白色金属光泽，下表面尤为明 显。显。（6）微膨胀熔融粘结。用手指压不碎，在焦炭上、下表面）微膨胀熔融粘结。用手指压不碎，在焦炭上、下表面 均有银白色金属光泽

40、，但在上表面有微小的膨胀泡。均有银白色金属光泽，但在上表面有微小的膨胀泡。（7）膨胀熔融粘结。焦炭上、下表面均有银白色金属光）膨胀熔融粘结。焦炭上、下表面均有银白色金属光 泽，且明显膨胀，但膨胀高度不超过泽，且明显膨胀，但膨胀高度不超过l5mm。（8）强膨胀熔融粘结。焦炭上、下表面均有银白色金属光）强膨胀熔融粘结。焦炭上、下表面均有银白色金属光 泽，膨胀高度大于泽，膨胀高度大于15mm。3.2.2 煤炭的分类煤炭的分类不同的煤炭之间，性质差别很大。为了适应不同的煤炭之间，性质差别很大。为了适应不同用煤部门的需要，做到合理开发、洁净不同用煤部门的需要，做到合理开发、洁净利用、优化资源配置，需要对

41、煤炭进行分类。利用、优化资源配置，需要对煤炭进行分类。煤的分类是按照同一类别煤其基本性质相近煤的分类是按照同一类别煤其基本性质相近的科学原则进行的。的科学原则进行的。制订完整、科学的煤炭分类体系是一项复杂制订完整、科学的煤炭分类体系是一项复杂的系统工程。的系统工程。主要分类有：主要分类有：技术型和科学技术型和科学/成因型成因型我国和其他国家一样，煤炭的分类综合考我国和其他国家一样，煤炭的分类综合考虑了煤的形成以及各种特性、用途等。虑了煤的形成以及各种特性、用途等。除了工业技术分类外，除了工业技术分类外，为了便于选用动力煤，又有为了便于选用动力煤，又有发电用煤发电用煤的分的分类和类和工业锅炉用煤

42、工业锅炉用煤的分类。的分类。1. 煤的技术型分类煤的技术型分类2. 2. 发电用煤等级发电用煤等级 表表3-11 发电厂用煤国家分类标准发电厂用煤国家分类标准VAWST3. 工业锅炉用煤分类工业锅炉用煤分类根据煤的挥发分产率、水分、灰分以及发热量的不根据煤的挥发分产率、水分、灰分以及发热量的不同，工业锅炉用煤可分为石煤及煤矸石、褐煤、无同，工业锅炉用煤可分为石煤及煤矸石、褐煤、无烟煤、贫煤和烟煤烟煤、贫煤和烟煤5大类。其中无烟煤、烟煤和石煤大类。其中无烟煤、烟煤和石煤又各自再分为又各自再分为3小类。小类。3.2.3 其它固体燃料其它固体燃料1. 油页岩油页岩油页岩又称油母页岩油页岩可以磨成粉后

43、直油页岩又称油母页岩油页岩可以磨成粉后直接燃烧。热值较高，约接燃烧。热值较高，约9200kJ/kg，由于灰分，由于灰分高，会在燃烧表面形成沉积层，还有腐蚀问高，会在燃烧表面形成沉积层，还有腐蚀问题。题。 2. 2. 炭沥青炭沥青 炭沥青，又称沥青煤或炭沥青煤，是指炭沥青，又称沥青煤或炭沥青煤，是指充填于断层破碎带或裂隙带中的一种含碳量充填于断层破碎带或裂隙带中的一种含碳量和发热量均较高的固体可燃矿产。我国主要和发热量均较高的固体可燃矿产。我国主要产于南方缺煤省、自治区。与一般煤矿床相产于南方缺煤省、自治区。与一般煤矿床相比，炭沥青的产出形态复杂、变化较大、规比，炭沥青的产出形态复杂、变化较大、

44、规模较小，不具有大规模工业开采价值，但对模较小，不具有大规模工业开采价值，但对南方缺煤地区具有一定现实意义。南方缺煤地区具有一定现实意义。3. 天然焦天然焦 天然焦是在自然界中存在的一种焦炭。那天然焦是在自然界中存在的一种焦炭。那些古代火成岩活动频繁的地区，由放出大量些古代火成岩活动频繁的地区，由放出大量的热液，使附近的煤层受热干馏而变成了焦的热液，使附近的煤层受热干馏而变成了焦炭炭天然焦。天然焦。5. 植物性燃料植物性燃料 植物性燃料又称生物质燃料，包括农作物植物性燃料又称生物质燃料，包括农作物秸秆、薪柴、柴草、牛粪等。一是作为农村秸秆、薪柴、柴草、牛粪等。一是作为农村的生活燃料，二是作为农

45、副产品加工和农村的生活燃料，二是作为农副产品加工和农村工业的燃料。植物性燃料均直接燃烧。热能工业的燃料。植物性燃料均直接燃烧。热能利用率只有利用率只有10左右，浪费极大。使用省柴左右，浪费极大。使用省柴节能灶，可使薪柴热效率从节能灶，可使薪柴热效率从10提高到提高到30。城市生活垃圾城市生活垃圾是城市人类活动的副产品。一般是以无机物和有机是城市人类活动的副产品。一般是以无机物和有机物为基础进行详细划分。物为基础进行详细划分。有机物包括厨余、纸类、橡塑、布类、果皮、竹木有机物包括厨余、纸类、橡塑、布类、果皮、竹木类等；无机物包括玻璃、金属、杂物（煤灰、土、类等；无机物包括玻璃、金属、杂物（煤灰、

46、土、碎石等）。碎石等）。我国城市生活垃圾组成的特点是有机物含量低，不我国城市生活垃圾组成的特点是有机物含量低，不可燃含量高。可燃含量高。 3.3 液体燃料液体燃料3.3.1 油类燃料及其特性油类燃料及其特性1油质燃料的分类与特点油质燃料的分类与特点油质燃料是石油通过一系列加工处理后的部油质燃料是石油通过一系列加工处理后的部分产品。分产品。2锅炉常用燃料油锅炉常用燃料油锅炉常用燃料油有柴油和重油两大类。柴油锅炉常用燃料油有柴油和重油两大类。柴油一般多用于中、小型工业锅炉和生活锅炉，一般多用于中、小型工业锅炉和生活锅炉，重油多用于电厂锅炉的燃料。特别是对燃煤重油多用于电厂锅炉的燃料。特别是对燃煤电

47、站锅炉点火及低负荷运行时，要使用液体电站锅炉点火及低负荷运行时，要使用液体燃料暖炉或助燃。燃料暖炉或助燃。锅炉常用的液体燃料主要是重油和渣油，锅炉常用的液体燃料主要是重油和渣油，都是石油炼制过程的残油。重油是由裂化都是石油炼制过程的残油。重油是由裂化重油、减压重油、常压重油或腊油等按不重油、减压重油、常压重油或腊油等按不同比例调制而成，根据同比例调制而成，根据80时不同的运动时不同的运动粘度而分成粘度而分成20、60、100、200等四种牌号，等四种牌号，其质且指标如表其质且指标如表3-12所示。所示。而石油炼制过程中排出的残余物不经处理，而石油炼制过程中排出的残余物不经处理，直接作为燃料油，

48、习惯地称它为渣油。渣直接作为燃料油，习惯地称它为渣油。渣油可以是减压重油、常压重油或裂化重油，油可以是减压重油、常压重油或裂化重油，没有统一的质量指标。没有统一的质量指标。重油成分和煤一样，也是由碳、氢、氧、重油成分和煤一样，也是由碳、氢、氧、氮、硫以及水分、灰分等组成。但主要成氮、硫以及水分、灰分等组成。但主要成分是碳和氢，且其含量变化不大，一般碳分是碳和氢，且其含量变化不大，一般碳含量在含量在81%84%，氢含量为，氢含量为11%14%，发 热 量 也 变 化 不 大 ， 常 在发 热 量 也 变 化 不 大 ， 常 在3770044000kJ/kg。重油的特性指标有粘度、凝固点、闪点、重

49、油的特性指标有粘度、凝固点、闪点、燃点、含硫量和含灰分量等。燃点、含硫量和含灰分量等。 1. 粘度粘度 粘度是表征液体燃料流动性能的指标。粘度是表征液体燃料流动性能的指标。燃油的粘度常用恩氏粘度计测量，用燃油的粘度常用恩氏粘度计测量，用oE表表示。度愈小，流动性能愈好。重油的粘度示。度愈小，流动性能愈好。重油的粘度随温度升高而减少。重油在常温下粘度过随温度升高而减少。重油在常温下粘度过大，为保证重油的输送和油喷嘴的雾化质大，为保证重油的输送和油喷嘴的雾化质量，重油必须加热，使油喷嘴前的重油粘量，重油必须加热，使油喷嘴前的重油粘度小于度小于4oE，才能正常使用。才能正常使用。 2凝固点凝固点 凝

50、固点是表征燃油丧失流动性能时的温凝固点是表征燃油丧失流动性能时的温度。它是将燃油样品放在倾斜度。它是将燃油样品放在倾斜45o的试管中，的试管中，经过一分钟后，油面保持不变时的温度作经过一分钟后，油面保持不变时的温度作为该油的凝固点。燃油的凝固点高低与燃为该油的凝固点。燃油的凝固点高低与燃油的石蜡含量有关。含石蜡高的油，其凝油的石蜡含量有关。含石蜡高的油，其凝固点高。固点高。 3闪点及燃点闪点及燃点在常压下，随着油温升高，油表面上蒸发在常压下，随着油温升高，油表面上蒸发出的油气增多，当油气和空气的混合物与出的油气增多，当油气和空气的混合物与明火接触而发生短促闪光时的油温称为燃明火接触而发生短促闪

51、光时的油温称为燃油的闪点。闪点可在开口或闭目的仪器中油的闪点。闪点可在开口或闭目的仪器中测定，闭口闪点通常较开口闪点高测定，闭口闪点通常较开口闪点高2040。燃点是油面上的油气和空气的混合物遇到燃点是油面上的油气和空气的混合物遇到明火能着火燃烧并持续明火能着火燃烧并持续5 s以上的最低油温。以上的最低油温。闪点和燃点是燃油防火的重要指标。因此，闪点和燃点是燃油防火的重要指标。因此，储运时的油温，必须使敞口容器中的温度储运时的油温，必须使敞口容器中的温度低于开口闪点低于开口闪点l0以上，在压力容器中则无以上，在压力容器中则无此限制。此限制。 4含硫量含硫量 燃油的含硫量高，会对锅炉低温受热面燃油

52、的含硫量高，会对锅炉低温受热面产生腐蚀。按油中含硫量的多少，燃油可产生腐蚀。按油中含硫量的多少，燃油可分为低硫油分为低硫油 (Sa r0.5%)、中硫油中硫油 (Sa r =0.5%2%)和高硫油和高硫油 (Sar )2)三种。一般三种。一般来说，当燃油的含硫量高于来说，当燃油的含硫量高于0.3%时，就应时，就应注意低温腐蚀问题。注意低温腐蚀问题。 5灰分灰分 重油的灰分虽少，但灰中常含有钒、钠、重油的灰分虽少，但灰中常含有钒、钠、钾、钙等元素的化合物，所生成的燃烧产钾、钙等元素的化合物，所生成的燃烧产物的熔点很低，约物的熔点很低，约600，对壁温高于，对壁温高于610的受热面会产生高温腐蚀。

53、的受热面会产生高温腐蚀。3.3.2 其它液体燃料其它液体燃料1. 煤焦油煤焦油 煤焦油是煤炭干馏时生成的具有刺激性臭煤焦油是煤炭干馏时生成的具有刺激性臭味的黑色或黑褐色粘稠状液体，简称焦油。味的黑色或黑褐色粘稠状液体，简称焦油。 2. 页岩油页岩油 油页岩干馏时，其所含的固体有机物质受油页岩干馏时，其所含的固体有机物质受热分解生成的一种褐色有臭味的粘稠状液体热分解生成的一种褐色有臭味的粘稠状液体产物。产物。 3. 其他合成液体燃料其他合成液体燃料（1）煤液化合成燃料）煤液化合成燃料（2）醇类燃料）醇类燃料4. 煤浆煤浆所谓煤浆就是由煤、水所谓煤浆就是由煤、水(或油、甲醇等或油、甲醇等)和少和少

54、量添加剂按一定比例组成，通过物理加工处量添加剂按一定比例组成，通过物理加工处理，制成类似油一样的新型洁净流体燃料。理，制成类似油一样的新型洁净流体燃料。煤浆具备像燃料油那样易于装、贮、管道输煤浆具备像燃料油那样易于装、贮、管道输送及雾化燃烧等特点。送及雾化燃烧等特点。不同的煤浆产品是根据煤与不同流体的混合不同的煤浆产品是根据煤与不同流体的混合来命名的。主要有：来命名的。主要有：50煤粉和煤粉和50油组成油组成的油煤浆；煤粉、油及的油煤浆；煤粉、油及10以上水组成的煤以上水组成的煤油水浆；油水浆；6070煤粉与煤粉与4030的水的水及少量添加剂组成的水煤浆；及少量添加剂组成的水煤浆；60煤粉和煤粉和40甲醇煤一甲醇混合物。甲醇煤一甲醇混合物。3.4 气体燃料气体燃料3.4.1 天然气体燃料天然气体燃料气体燃料是由多种可燃与不可燃单一气体成分气体燃料是由多种可燃与不可燃单一气体成分组成的混合气体。可燃成分包括碳氢化合物、组成的混合气体。可燃成分包括碳氢化合物、氢气、一氧化碳等，不可燃成分包括氧气、氮氢气、一氧化碳等，不可燃成分包括氧气、氮气、二氧化碳等。气、二氧化碳等。(a) 气田气气田气 气田气通常称为天然气，是储集