第二章-燃料教学提纲

1、第二章第二章-燃料燃料燃料的定义燃料的定义燃料是一种由有机可燃质，不可燃无机矿物成分和水分等物质组成的复杂混合物，在燃烧过程中，能够产生大量的热能。燃料的分类燃料的分类按其物态，燃料可分为固体，液体，气体三大类。天然矿物燃料天然矿物燃料 固体燃料固体燃料 煤煤 油页岩油页岩 液体燃料液体燃料 石油石油 气体燃料气体燃料 天然气天然气 人造燃料人造燃料 木炭木炭 焦炭焦炭 粉煤粉煤 型煤等型煤等 汽油汽油 煤油煤油 柴油柴油 重油重油 渣油渣油 煤焦油等煤焦油等 煤气煤气 石油裂化气等石油裂化气等液体燃料液体燃料 目前，液体燃料均取自石油，是石油炼制而得目前，液体燃料均取自石油，是石油炼制而得的

2、各种产品。锅炉燃用的主要是重油，轻柴油的各种产品。锅炉燃用的主要是重油，轻柴油则作为锅炉点火时的用油。则作为锅炉点火时的用油。 石油炼制的基本方法是直接蒸馏法，即根据石石油炼制的基本方法是直接蒸馏法，即根据石油中各种成分沸点不同，利用分馏原理得到不油中各种成分沸点不同，利用分馏原理得到不同的产品。同的产品。 气体燃料气体燃料 气体燃料是比较理想的燃料。气体燃料包括天气体燃料是比较理想的燃料。气体燃料包括天然气与人造煤气两种类型。气体燃料是由多种然气与人造煤气两种类型。气体燃料是由多种可燃与不可燃气体组成的混合气体，除少数低可燃与不可燃气体组成的混合气体，除少数低热值人造煤气外，其绝大部分为可燃

3、气体成分。热值人造煤气外，其绝大部分为可燃气体成分。天然气产生于气田或油田，是发热量很高的优天然气产生于气田或油田，是发热量很高的优质燃料。质燃料。 2.1 燃料的化学成分燃料的化学成分元素分析和工业分析元素分析和工业分析元素分析定义：元素分析一般指分析燃料中的碳元素分析定义：元素分析一般指分析燃料中的碳（C）、氢（）、氢（H）、氧（）、氧（O）、氮（）、氮（N）、硫（）、硫（S）五种元素。这个方法、这个结果叫元素分析。五种元素。这个方法、这个结果叫元素分析。1为什么要用元素分析：现有的分析方法中不能为什么要用元素分析：现有的分析方法中不能直接分析煤中有机物的各种化合物，很多物质在分直接分析煤

4、中有机物的各种化合物，很多物质在分析的过程中分解。所以一般用煤的元素分析表示煤析的过程中分解。所以一般用煤的元素分析表示煤的有机物特性。的有机物特性。2为什么不是完全彻底的元素分析？有一些化合为什么不是完全彻底的元素分析？有一些化合物在煤的燃烧前后没有改变，就是他们不参与燃烧。物在煤的燃烧前后没有改变，就是他们不参与燃烧。分析他们的元素组成对于锅炉燃烧没用。这里指的分析他们的元素组成对于锅炉燃烧没用。这里指的就是煤的水分和煤的灰分。就是煤的水分和煤的灰分。3元素分析成分：碳（元素分析成分：碳（C）、氢（）、氢（H）、氧（）、氧（O）、）、氮（氮（N）、硫（）、硫（S）、灰分、水分。）、灰分、水

5、分。4元素分析方法的简单介绍。有这个方面的元素分析方法的简单介绍。有这个方面的国家标准，可以查阅。简单说来就是把煤制成国家标准，可以查阅。简单说来就是把煤制成煤样（磨成煤粉），在炉子里加热。先失去的煤样（磨成煤粉），在炉子里加热。先失去的是水分。紧接着燃烧煤粉。分析燃烧产物可以是水分。紧接着燃烧煤粉。分析燃烧产物可以知道煤粉的元素分析成分。最后剩下的是灰分。知道煤粉的元素分析成分。最后剩下的是灰分。5为什么在定义中只有碳（为什么在定义中只有碳（C）、氢（）、氢（H）、）、氧（氧（O）、氮（）、氮（N）、硫（）、硫（S）五种成分。因为）五种成分。因为这个五种成分和燃烧有关。其余的灰分和水分这个五

6、种成分和燃烧有关。其余的灰分和水分和燃烧无关（不参与燃烧）。但是灰分和水分和燃烧无关（不参与燃烧）。但是灰分和水分是煤里面都有的，也占一定的百分比，因此元是煤里面都有的，也占一定的百分比，因此元素分析成分包括七种成分。素分析成分包括七种成分。工业分析的定义：分析煤粉中的灰分、水分、工业分析的定义：分析煤粉中的灰分、水分、挥发分和固定碳的分析。挥发分和固定碳的分析。1为什么发电厂要用煤的工业分析。元素分为什么发电厂要用煤的工业分析。元素分析比较复杂，一般发电厂不能做。而煤又要进析比较复杂，一般发电厂不能做。而煤又要进行快速分析，以指导运行。所以用比较简单的行快速分析，以指导运行。所以用比较简单的

7、工业分析。工业分析。2工业分析成分：灰分、水分、挥发分和固工业分析成分：灰分、水分、挥发分和固定碳。定碳。3工业分析简单介绍：和元素分析近似，也工业分析简单介绍：和元素分析近似，也借助于燃烧。把煤样加热，先失去水分，然后借助于燃烧。把煤样加热，先失去水分，然后隔绝空气继续加热，再失去的是挥发分。剩下隔绝空气继续加热，再失去的是挥发分。剩下的是焦碳（固定碳和灰分之和）。把焦碳燃烧，的是焦碳（固定碳和灰分之和）。把焦碳燃烧，失去的是固定碳，余下的是灰分。失去的是固定碳，余下的是灰分。4发电厂每天都要对煤进行工业分析，让运发电厂每天都要对煤进行工业分析，让运行人员掌握煤种的变化情况，有利于锅炉运行。

8、行人员掌握煤种的变化情况，有利于锅炉运行。一.燃料的元素分析成分燃料的元素分析成分 (常将各个成分用常将各个成分用 百分比示百分比示)1碳碳 是煤的各个成分中含量最多的元素，有的高是煤的各个成分中含量最多的元素，有的高达达90%，最少也有，最少也有50%。是煤的发热量的主要来源。是煤的发热量的主要来源。其中一部分与其他元素化合，其余是单质状态，称其中一部分与其他元素化合，其余是单质状态，称为固定碳。固定碳多了不容易着火。所以含碳多的为固定碳。固定碳多了不容易着火。所以含碳多的煤不好着火。煤不好着火。2氢氢 大部分含量在大部分含量在36%的范围内。一部分和氧的范围内。一部分和氧结合成水；另一部分

9、在有机物中，我们在元素分析结合成水；另一部分在有机物中，我们在元素分析中的氢就是这一部分。在加热的时候形成氢气或各中的氢就是这一部分。在加热的时候形成氢气或各种碳氢化合物，容易着火和燃烧。氢的发热量很高。种碳氢化合物，容易着火和燃烧。氢的发热量很高。3氧氧 一部分和氢化合成水，不能燃烧；另一部分一部分和氢化合成水，不能燃烧；另一部分和碳化合成碳氢化合物，可以燃烧。含量差距很大，和碳化合成碳氢化合物，可以燃烧。含量差距很大，最高达最高达40%。随着煤化程度的提高，含量降低。随着煤化程度的提高，含量降低。4氮氮 煤中的氮的含量不多，只有煤中的氮的含量不多，只有0.52.0%。在。在燃烧的时候有很少

10、一部分与氧化合成氧化氮。燃烧的时候有很少一部分与氧化合成氧化氮。5硫硫 煤中的硫有三种形态存在：有机硫、黄铁矿硫煤中的硫有三种形态存在：有机硫、黄铁矿硫（FeS2）和硫酸盐硫（）和硫酸盐硫（CaSO4、MgSO4、FeSO4等）。一般来说，硫酸盐是灰分，不参与燃烧。等）。一般来说，硫酸盐是灰分，不参与燃烧。6水分水分 把煤样在把煤样在102105条件下干燥带恒重，失条件下干燥带恒重，失去的就是水分。一般地质年代增加，水分减少。还和去的就是水分。一般地质年代增加，水分减少。还和运输、贮藏的方法有关。两个概念：内在水分（固有运输、贮藏的方法有关。两个概念：内在水分（固有水分、分析水分）和外在水分（

11、外部水分）。长期放水分、分析水分）和外在水分（外部水分）。长期放在阴凉的地方，使水分的逸出和水分的吸收平衡时的在阴凉的地方，使水分的逸出和水分的吸收平衡时的水分叫内在水分。用自然干燥法失去的水分为外在水水分叫内在水分。用自然干燥法失去的水分为外在水分。两部分之和叫全水分。分。两部分之和叫全水分。7灰分灰分 把煤样加热到把煤样加热到80025，灼烧二小时，余，灼烧二小时，余 下的就是灰分。最少为下的就是灰分。最少为10%，最多可以达到，最多可以达到50%以上。以上。灰分由多种元素组成，和开采方法、运输、贮存方法灰分由多种元素组成，和开采方法、运输、贮存方法有关。有关。二二 燃料成分分析数据的基准

12、与换算燃料成分分析数据的基准与换算 1. 应用基应用基: 上标符号是上标符号是“y” 以应用燃料取样，以其质量作为以应用燃料取样，以其质量作为100%计算其计算其各组成成分的质量百分数含量。各组成成分的质量百分数含量。 Cy+Hy+Oy+Ny+Sy+Ay+Wy=100% 2. 分析基分析基: 上标符号上标符号“f” 以实验条件（以实验条件（20度，度，60%）进行风干后的燃）进行风干后的燃料作为分析基准，分析所得的组成成分的质量料作为分析基准，分析所得的组成成分的质量百分数含量。百分数含量。 Cf+Hf+Of+Nf+Sf+Af+Wf=100% 3. 干燥基干燥基: 上标符号上标符号“g” 以除

13、去全部水分的干燥燃料作为分析基准，以除去全部水分的干燥燃料作为分析基准，分析所得的组成成分的质量百分数含量。分析所得的组成成分的质量百分数含量。 Cg+Hg+Og+Ng+Sg+Ag=100% 4. 可燃基可燃基: 上标符号上标符号“r” 以除去全部水分和灰分的燃料作为分析基准以除去全部水分和灰分的燃料作为分析基准 分析所得的其它组成成分的质量百分数含量。分析所得的其它组成成分的质量百分数含量。 Cr+Hr+Or+Nr+Sr=100% 5. 换算关系换算关系 见书见书13页页2.2 煤的燃烧特性煤的燃烧特性一发热量发热量1. 发热量的定义：单位质量或容积的燃料完全发热量的定义：单位质量或容积的燃

14、料完全 燃烧时所放出的热量。单位是燃烧时所放出的热量。单位是KJ/kg 2. 发热量分发热量分高位发热量高位发热量和和低位发热量低位发热量，两者的，两者的 区别是燃烧产物中全部水分凝结成水放出的区别是燃烧产物中全部水分凝结成水放出的 汽化潜热。汽化潜热。 高位发热量高位发热量:1kg燃料完全燃烧后所放出的热量，燃料完全燃烧后所放出的热量，包括生成的水蒸气的汽化潜热，即水蒸气全部包括生成的水蒸气的汽化潜热，即水蒸气全部凝结为水。凝结为水。 低位发热量低位发热量： 1kg燃料完全燃烧后所放出的不包燃料完全燃烧后所放出的不包括汽化潜热的热量。括汽化潜热的热量。 高位发热量包括高位发热量包括汽化潜热汽

15、化潜热；低位发热量不包括低位发热量不包括汽化潜热汽化潜热，因而高位发因而高位发热量数值大一些。热量数值大一些。低位发热量在热平衡中应用（我国），因低位发热量在热平衡中应用（我国），因为排烟温度比较高（为排烟温度比较高（110160），），烟烟气中的水蒸气通常不会凝结成水。气中的水蒸气通常不会凝结成水。两者的应用基换算公式为：两者的应用基换算公式为： Qgwy=Qdwy+2512（9Hy/100+Wy/100) = Qdwy+226Hy+25Wy二二. 挥发分挥发分 定义：在隔绝空气的条件下加热定义：在隔绝空气的条件下加热85020，使得煤粉中的有机物分解而析出，称为挥发分。使得煤粉中的有机物分

16、解而析出，称为挥发分。主要成分：各种碳氢化合物、氢、一氧化碳、主要成分：各种碳氢化合物、氢、一氧化碳、硫化氢等可燃气体；少量的氧气、二氧化碳、硫化氢等可燃气体；少量的氧气、二氧化碳、氮气等不可燃气体。释放挥发分的温度：煤化氮气等不可燃气体。释放挥发分的温度：煤化程度比较低的煤，程度比较低的煤， 200；煤化程度比较高的；煤化程度比较高的煤，煤，400左右。挥发分的含量：无烟煤左右。挥发分的含量：无烟煤2 210%10%；褐煤；褐煤373760%60%；挥发分多着火容易；挥发；挥发分多着火容易；挥发分少着火困难。对着火温度的影响：褐煤分少着火困难。对着火温度的影响：褐煤370370；无烟煤；无烟

17、煤700700。三三. 焦结性焦结性 煤在隔绝空气加热时，水分蒸发、挥发分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是焦炭。析出后的固体残余物是焦炭。 煤种不同，焦炭的物理性质、外观也各不相煤种不同，焦炭的物理性质、外观也各不相同，有粉末状或焦块等。同，有粉末状或焦块等。焦炭的不同结焦性状，称为煤的焦结性。焦炭的不同结焦性状，称为煤的焦结性。 不粘性和强粘接的煤，不易燃烧。不粘性和强粘接的煤，不易燃烧。四四. 灰熔点灰熔点 当焦炭中的可燃物当焦炭中的可燃物-固定碳燃烧完后，残留下来固定碳燃烧完后，残留下来的就是煤的灰分。的就是煤的灰分。灰分的熔融性，是煤的灰熔点。灰分的熔融性，是煤

18、的灰熔点。 灰熔点低，受热面容易结渣，燃烧恶化。灰熔点低，受热面容易结渣，燃烧恶化。2.3 煤的分类煤的分类一煤的分类方法一煤的分类方法 可以按照很多指标进行分类，分完大类再细分。可以按照很多指标进行分类，分完大类再细分。1. 通常把煤分成三个阶段：褐煤、烟煤和无烟煤。通常把煤分成三个阶段：褐煤、烟煤和无烟煤。2. 在无烟煤中根据挥发分的多少，分为在无烟煤中根据挥发分的多少，分为:1号（号（6.510%),2号号(3.56.5%)和和3号号(3.5%)。3. 在烟煤中根据挥发分和粘结指数分类。分为在烟煤中根据挥发分和粘结指数分类。分为:贫煤、瘦煤、焦煤、亚焦煤、弱焦煤、不粘煤、贫煤、瘦煤、焦煤

19、、亚焦煤、弱焦煤、不粘煤、肥煤、肥气煤、气煤和长焰煤。肥煤、肥气煤、气煤和长焰煤。4. 褐煤用目视透光率来表征年轻煤的煤化程度的褐煤用目视透光率来表征年轻煤的煤化程度的比较好的指标。比较好的指标。二几种主要动力煤的特点二几种主要动力煤的特点1无烟煤有光泽、机械强度高、焦结性差、含无烟煤有光泽、机械强度高、焦结性差、含碳高、发热量高、难点燃、燃尽困难。碳高、发热量高、难点燃、燃尽困难。2贫煤是变质程度最高的烟煤、介于无烟煤和贫煤是变质程度最高的烟煤、介于无烟煤和烟煤之间、挥发分少、燃烧接近无烟煤。烟煤之间、挥发分少、燃烧接近无烟煤。3烟煤挥发分多、水分和灰分少、发热量高容烟煤挥发分多、水分和灰分

20、少、发热量高容易着火和燃尽。易着火和燃尽。4褐煤外表呈褐色，似木质、挥发分高、好着褐煤外表呈褐色，似木质、挥发分高、好着火、发热量低。火、发热量低。5. 在两种煤的分界处，有的烟煤的挥发分比有在两种煤的分界处，有的烟煤的挥发分比有的贫煤低，但是是烟煤。同时有的贫煤挥发分的贫煤低，但是是烟煤。同时有的贫煤挥发分比有的烟煤高，但是是贫煤。这是因为这个贫比有的烟煤高，但是是贫煤。这是因为这个贫煤的着火性质（着火和燃尽）是贫煤的，这个煤的着火性质（着火和燃尽）是贫煤的，这个烟煤的着火性质（着火和燃尽）是烟煤的。烟煤的着火性质（着火和燃尽）是烟煤的。2.5 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算1. 燃烧计算的任

21、务燃烧计算的任务 确定燃料燃烧所需要的空气量、燃烧产确定燃料燃烧所需要的空气量、燃烧产物烟气量、以及他们的热焓。物烟气量、以及他们的热焓。2. 燃烧计算的基本方法燃烧计算的基本方法 在计算时，把空气和烟气均看作理想气在计算时，把空气和烟气均看作理想气体，即每千摩尔气体在标准状况下其容体，即每千摩尔气体在标准状况下其容积为积为22.4标准立方米，以此原则计算空气标准立方米，以此原则计算空气量和烟气量。量和烟气量。 一一. 燃烧所需空气量和过量空气系数燃烧所需空气量和过量空气系数1理论空气量定义：理论空气量定义：1kg应用基燃料完全燃烧应用基燃料完全燃烧 而又没有剩余氧存在，此时所需的空气量称为而

22、又没有剩余氧存在，此时所需的空气量称为理论空气量。理论空气量。2标准状态：标准状态：0、一个物理大气压。在标准状、一个物理大气压。在标准状态下，态下，1kmol气体的容积为气体的容积为22.41Nm3。31kg固体或液体燃料完全燃烧所需的理论空气固体或液体燃料完全燃烧所需的理论空气量为：公式量为：公式 2-184过量空气系数的定义：实际供给的空气量与过量空气系数的定义：实际供给的空气量与理论空气量的比值。理论空气量的比值。5最佳过量空气系数的定义：不完全燃烧热损最佳过量空气系数的定义：不完全燃烧热损失最小，燃烧效率最高的过量空气系数。失最小，燃烧效率最高的过量空气系数。6漏风系数的定义：漏入的空气量与理论空气漏风系数的定义：漏入的空气量与理论空气量的比值。排烟的过量空气系数等于炉膛出口量的比值。排烟的过量空气系数等于炉膛出口的过量空气系数加上烟道漏风系数之和。的过量空气系数加上烟道漏风系数之和。7漏风的害处，炉膛漏风使得炉膛温度降