第二章燃料及其燃烧特性

1、教师：高教师：高 攀攀 锅炉原理锅炉原理 2第二章 燃料及其燃烧特性 第一节 电站锅炉燃料 第二节 煤的元素分析和工业分析 第三节 煤的成分的计算基准 第四节 煤的发热量及相关概念 第五节 煤灰的结渣和积灰特性判别 第六节 煤的分类 第七节 煤的燃烧特性 第八节 燃油和燃气的特性 3重要性设计：炉型、整体结构与布置运行：燃烧的稳定性、汽温、效率、结渣、积灰等经济安全问题辅机选型污染 4第一节电站锅炉燃料液体燃料石油及其制品轻油、柴油、重油煤气城市煤气、高炉煤气、焦炉煤气油页岩锅炉燃料气体燃料固体燃料煤无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤、泥煤等木材，生物质沼气天然气、液化石油气 5我国燃料政策尽量不烧油、

2、气，以煤为主；尽量不使用工艺燃料；尽量采用当地的煤坑口电站；使用中尽量减少污染。 6第二节煤的元素分析和工业分析一、成分（元素分析与工业分析）1、元素分析 Ultimate Analysis指对煤中碳、氢、氧、氮、硫五种元素分析的总称，用质量百分数表示。 1）碳（C）：含量最多(50-90%)；是发热量的主要来源（32.7MJ/kgCO2 9.27MJ/kgCO）；随煤化程度而增加。存在于挥发分中；易燃固定碳：单质状态难燃元素分析繁元素分析仪科研机构工业分析易加热干燥电厂 7 2）氢（H）：含量少（16%）；主要存在于挥发分（CmHn）中；发热量很大120MJ/kg，影响整个煤的发热量，并影响

3、着火。随煤化程度加深而减少。 3）氧（O）和氮（N）：不可燃成分，含量较少。随煤化程度加深而减少，燃料中的氮是煤粉锅炉NOx生成的主要来源。l NOx的三种生成机理（快速型、热力型、燃料型）l 低污染燃烧技术 84）硫（S）：含量少，有害物质。低温腐蚀、高温腐蚀、大气污染酸雨有机硫30-40%、无机硫60-70%（黄铁矿、硫酸盐硫）、单质硫（少）黄铁矿是煤中主要的硫成分，比重4.9-5.2，比煤矸石和煤都要重的多本身无磁性，但在强磁场下能转变为顺磁性物质选煤洗煤硫化铁全硫硫酸盐不燃烧，含量很少，并入灰分可燃硫（挥发硫），燃烧生成SO2有机硫 92、工业分析 Proximate Analysis

4、按照煤的着火、燃烧过程中各成分的变化，分析煤中水分、挥发分、固定碳、灰分这四种成分的质量百分数，即煤的工业分析（GB/T 212-2008）。 自然干燥外部水分 加热干燥水分 隔绝空气加热至90010 挥发分 焦炭燃烧灰分 余下的固定碳燃烧掉的 101）水分Moisture (M)外部水分：自然干燥失去 (free moisture)内部水分：须加热干燥失去（也称分析水分）外部水分(Mf)内部水分(Mad)全水分(Mar)外部水分容易受季节、湿度的影响含量一般在130%，多在10%左右 黑山生物质电厂的例子 11将失去水分的煤，隔绝空气，加热至920，使燃料中的有机物分解而释放出的气体主要成份

5、：CmHn、H2、CO、H2S等可燃气体；O2、CO2、N2等不可燃气体挥发分一般用干燥无灰基表示Vdaf失去水分、挥发分后所余即焦炭（固定碳灰分）加热燃烧2）挥发分Volatile (V) 123）灰分Ash (A)来源于：形成煤的植物本身的矿物质和成煤过程中进入的外来矿物质；开采、运输过程中掺杂进来的杂质大多数煤的灰分含量7%40%灰分内在灰分外在灰分产生于开采、运输、贮藏过程中一次灰分成煤前植物中含有的矿物质，均匀分布在可燃质中二次灰分在煤形成过程中，外界带入的杂质，呈粒状分布 13灰分中的主要矿物成分成分含量成分含量SiO220-60MgO0.3-4Al2O310-35TiO20.5-

6、2.5Fe2O35-35Na2O,K2O1-4CaO1-20SO30.1-124）固定碳Fixed Carbon (FC) 14第三节 煤成分的计算基准1、收到基as received basis （入炉煤） 下标ar2、空气干燥基(空干基)air-dried basis 下标ad3、干燥基dry basis 下标d4、干燥无灰基dry ash-free basis 下标daf 同一煤矿、煤层所采煤的可燃质成分变化很小，而水分、灰分变化会很大收到基收到基A C HONSrMad Mf空气干燥基空气干燥基干燥基干燥基干燥无灰基干燥无灰基焦炭焦炭挥发分挥发分水分水分灰分灰分固定碳固定碳Sly 15

7、三、煤成分的表示方法及其换算三、煤成分的表示方法及其换算收到基（下标符号为ar）表示燃料中全部成分的质量百分数总和是锅炉燃料燃烧计算的原始依据。 Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%空气干燥基（下标符号为ad）表示在不含外在水分的条件下，燃料各组成成分的质量百分数总和，是实验室煤质分析所用煤样的成分组成。Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100% 16干燥基（下标符号为d） 表示在不含水分的条件下干燥燃料各组成成分的质量百分数总和 干基中各成分不受水分变化的影响 Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100% 17干燥无灰基（下标符号为daf）

8、表示在不含水分和灰分的条件下，干燥无灰燃料各组成成分的质量百分数总和， 干燥无灰基中只包含燃料的可燃成分，各成分不受水分和灰分变化的影响， 煤炭交易。 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100% 18不同基准之间的换算 19水分的换算公式：水分的换算公式： xx0 20第四节煤的发热量及相关概念一、发热量燃料的重要特性Q (kJ/kg、kcal/kg)2、高位发热量 Qgr ： 当发热量中包含煤燃烧后产生的水蒸气凝结放出的汽化潜热时，称为高位发热量。Qb 减去生成酸的放热量1、弹筒发热量 Qb ：实验室用氧弹实测1）正压氧气，充分反应；冷却到原始温度2）水凝结放热；形成硫酸、硝

9、酸的放热反应 3、低位发热量 Qnet ：当发热量中不包含水蒸气凝结放出的汽化潜热时，称为低位发热量。 Qgr 减去煤中水和氢燃烧生成水的蒸发潜热 锅炉设计、计算时常用Qar,net 21干燥基干燥基高位发热量和弹筒发热量之间的换算高位发热量和弹筒发热量之间的换算 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 ,20623ar netar grararQQHM,.,(95)ad grad bad bad bQQSaQ 22煤的折算成分.4187,%arar zsar netMMQ.4190,%arar zsar netAAQ.4190,%arar zsar netSSQMar,

10、zs8%，高水分煤，高水分煤Aar,zs4%，高灰分煤，高灰分煤Sar,zs0.2%，高硫分煤，高硫分煤 23 以灰分为例，同一锅炉燃烧三种不同煤时，采用折算成分的必要性。煤种灰分发热量燃煤量总计带入的灰量折算灰分kg/hkg/h褐煤9.929701000993.3烟煤196137500953.09 24标准煤标准煤：Qar,net=29310 kJ/kg 7000 kcal/kg 单纯以燃煤量的多少来比较不同锅炉的经济性不妥，须折算到统一标准， 标准煤的概念，规定低位发热量为7000kcal/kg（或者kJ/kg，MJ/kg）的煤为标准煤， 将发热量不是7000 kcal/kg的煤统一折算到

11、7000 kcal/kg来进行比较。 用于计算和比较标准煤耗等。 25第五节煤灰的结渣和积灰特性判别对于固态排渣煤粉炉来说，在运行中，应使灰粒在接触水冷壁、炉膛出口受热面以及落入冷灰斗之前得到充分冷却，并形成固态或基本上没有黏性，以避免结渣沾污问题。1、灰熔点的测定 26 通常用软化温度DT、ST表示灰的熔融特性 DT、ST、FT是液相和固相共存的三个温度，而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的温度间隔； DT-ST温度间隔200-400，称为长渣，适合液态排渣 DT-ST温度间隔100-200，称为短渣，适合固态排渣 272、影响灰熔融性的因素（1）灰的化学组成酸性氧化物：

12、SiO2、Al2O3 灰熔点上升碱性氧化物：Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O 灰熔点降低 28（2）炉内气氛还原性气氛 灰熔点降低氧化性气氛 防止灰熔点降低还与铁含量有关: 灰的熔化温度随灰中含铁量增加而下降 铁对灰熔点的影响还和周围气氛有关 当含铁量很小时(小于5%)，炉内气氛对灰熔点没有明显的影响 但当含铁量较大时，炉内气氛的影响就非常显著。 29 根据煤灰特性的预测方法1、根据灰渣单一成分含量来预测 灰中碱金属氧化物的含量Na2O 活性钠化合物 Fe2O3含量2、灰成分综合比值 硅比 硅铝比（SiO2/Al2O3） 铁钙比（Fe2O3/CaO） 碱酸比B/A 沾污指数Rt 3

13、03、灰熔点温度（分辨率5060%） DTDT1289 ，不结渣DT1108-1288 ，中等结渣DT1107 ，严重结渣 STST1390 ，不结渣ST1260-1390 ，中等结渣ST1260 ，严重结渣 由灰熔融特性决定的结渣指数RT（综合考虑氧化、还原性气氛） 灰熔点温差：美国ASMEFTDT149 不易清除，相反时疏松容易吹掉 31准确性 美国EPRI曾对130台300MW以上容量锅炉调研了各常规结渣指标的分辩率情况，结果显示，没有任何一项单一常规结渣指标可以完全正确地预报燃煤结渣倾向，但任何一项指标又都有一定的准确性。 西安热工院采用美国B&W公司结渣指标对我国24个电厂入

14、炉煤质的结渣性与现场运行情况对照研究后发现，灰熔点型结渣指标的分辩率为50%60%，而灰成分型结渣指标的分辩率为20%40%。 32不准确的原因1、煤质中矿物质的分布不均匀2、煤灰成分在高温下可能发生反应3、炉内加热速率、气氛的影响与实验条件不同4、煤的结渣倾向除了自身的原因外，还与锅炉的设计、结构、运行工况、炉内空气动力工况等有关根据多项指标的综合预测方法模糊判别法加权平均法基于模糊神经网络的方法 33第六节动力用煤的分类采用表征煤化程度的干燥无灰基挥发分Vdaf作为分类指标无烟煤Vdaf10 %烟煤10%Vdaf37 %褐煤Vdaf37 %还可附加其它指标细分一、煤的分类方法 34发电厂用

15、煤的质量标准根据对锅炉设计、运行有较大影响的煤质特性制定如某电厂用煤标号为V4A1M1S2ST1 35我国发电厂用煤质量标准GB 75621998 36 37二、几种动力煤的特性二、几种动力煤的特性 煤化程度最深 明亮的黑色光泽 硬度高不易研磨 含碳量很高 杂质少而发热量较高，大致为21一25MJ/kg 挥发分含量较低，难以点燃，燃烧特性差 为保证着火和稳燃，在锅炉设计中常需要采取一些特殊措施（W型炉），对低灰熔点的无烟煤还须同时解决着火稳定性和结渣之间的矛盾 无烟煤的着火需要较高温度，燃烧时火焰较短，燃尽也较困难。但在贮存时不易自燃。1、无烟煤2贫煤 它的挥发量含量稍高于无烟煤，其着火、燃尽

16、特性优于无烟煤，但仍属于燃烧特性差的煤种。 38 中等的煤化程度，挥发分含量较高 水分和灰分也较少，发热量高 烟煤燃点低，容易着火和燃尽 但某些含灰量较高的劣质烟煤则燃烧特性较差 对挥发分超过25%的烟煤，贮存时应防止其自燃;制粉系统应考虑防爆措施 对劣质烟煤还应考虑受热面积灰、结渣和磨损问题。3烟煤 39 外观呈褐色，少数为黑褐色甚至黑色 挥发分含量较高，有利于着火 但其灰分和水分较高，发热量低，一般小于16750kJ/kg。 含水分较高的年轻褐煤则燃烧性能较差，而且灰熔点较低 褐煤的化学反应性强，在空气中存放易风化成碎块，容易发生自燃。4褐煤 40第七节 煤的燃烧特性 煤粉燃烧特性对锅炉设

17、计和运行有着重要影响仅用元素分析、工业分析等常规方法还不能完全反映煤在着火和燃尽这两重大环节中的表现微分热重曲线热重分析仪（热天平） 41第八节燃油和燃气的特性重油：粘度大加热重油：粘度大加热输运、雾化输运、雾化比轻油闪点低、不易挥发，安全性好比轻油闪点低、不易挥发，安全性好 42 431、凝固点混合物，无固定值 石油工业规定：试样油在一定的试管内冷却，将试管倾斜 45度，试管中油面在1min中内保持不变，对应的油温2、粘度 国内电厂采用恩氏粘度E。 当压力较高时，粘度随之变大; 当温度升高时，油的粘度降低。 对燃用粘度较大的重油，输送前应加热。为保证油喷嘴前粘度小于4E，以保证雾化质量，油温

18、应在100以上。 443、闪点提高油温会加速油气的挥发。当油面上的油气达到一定浓度时，如有火源，则会发出短暂的闪光，此时的油温叫该油的闪点。闪点是安全防火的重要指标。油库中的油温至少应比闪点低10，但压力容器和管道内没有自由液面，可不受此限制。4、燃点油温达闪点后遇明火即可闪燃，但要使油连续燃烧下去，必须使油温更高一些。当油面上的油气与空气的混合物遇明火能着火连续燃烧，持续时间不少于5s时，此时的最低油温为其燃点。 455、静电特性油是不良导体，它与空气、钢铁、布等摩擦容易产生静电。电荷在油面上积聚能产生很高的电压。一旦放电，就会产生火花，使油发生燃烧甚至爆炸。产生静电的强弱与油的流动速度、管道材料和粗