第08课时单元_电厂热力设备及运行_第03章_辅机系统【课件】

1、华北电力大学环境科学与工程学院电厂热力设备及运行任课教师：杨官平二一一年一月封面燃料特性煤粉制备锅炉通风第三章 辅 机 系 统第一节 燃料特性燃料：指通过燃烧可放出大量热能的物质。动力燃料也称锅炉用燃料类型：固体燃料：包括煤、油页岩、木材等。液体燃料：包括重油、各种渣油、炼焦油等。气体燃料：包括天然气、高炉煤气、发生炉煤气、炼焦煤气等。我国的燃料政策：电站锅炉以燃煤为主，并且尽量燃用劣质煤。煤的组成成分煤的分析基准煤的基准之间的换算煤的发热量挥发分灰熔融性动力煤的分类主要内容：一、煤的组成成分煤的元素分析成分：测定煤中的碳、氢、氧、氮、硫、水分、灰分质量百分数含量。比较复杂，主要用于锅炉的设计

2、、燃烧计算电力设计院、锅炉制造厂使用。煤的工业分析成分：测定煤中水分、挥发分、固定碳、灰分质量百分数含量以及煤的发热量。简单，主要用于了解煤的燃烧特性电厂使用。 方法:把煤样加热,先失去水分,然后隔绝空气继续加热,再失去挥发分,剩下的是焦碳固定碳和灰分之和。将焦碳燃烧,失去的是固定碳,余下的是灰分。1.煤的元素分析成分碳(C)含量:5090%。是主要可燃元素,含量多少与地质年龄有关。煤的含碳量随地质年代增长而增加。无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤、泥煤、煤矸石形式:固定碳(单质状态)和挥发分碳。对运行的影响:含碳量高的煤，发热量高，但碳的着火点也高，所以含碳量高的煤着火和燃烧均较困难，含碳高的煤不易着

3、火和燃尽。发热量: 1kg纯碳完全燃烧生成CO2，放热32866kJ，1kg纯碳不完全燃烧时生成CO，仅放热9270kJ。 氢(H)含量：36%。随地质年龄升高而降低。地质年代愈久的煤，含氢量愈少。形式：与氧结合生成水,或成为有机物。运行：含量越高，发热量高，而且容易着火燃烧。发热量：1kg氢完全燃烧时可释放120370kJ的低位热量。硫(S)含量:一般为11.5%。无烟煤、贫煤、劣质烟煤可达38%。形式:可燃硫:有机硫、黄铁矿硫FeS2) 不可燃硫灰分中硫:硫酸盐硫运行:生成二氧化硫,三氧化硫，对锅炉设备和环境危害很大。所以燃料中的硫是一种有害成分。对水冷壁、过热器的高温腐蚀；在尾部烟道对空

4、气预热器的低温腐蚀和堵灰。大气中SO2会氧化成SO3并最终形成酸雨，酸雨对工业、农业都有十分不利的影响。发热量: 低,9040kj/kg。氧(O)含量:140%。氧的含量随燃料地质年代的增长而降低，无烟煤12%，泥煤40%。形式:O与H或C结合,使可燃成分下降。运行:除游离氧可助燃外，化合氧是不可助燃。可视为杂质。氮(N)含量:0.52%。形式:主要以有机氮形态存在。运行:在高温下形成NOx，它与碳氢化合物一起在紫外线照射下，会产生一种雾状光化学烟雾破坏大气臭氧层。所以燃料中的氮是一种有害成分。灰份()定义：燃料完全燃烧后形成的固态剩余物的统称。含量:535%。运行：使燃料发热量下降,阻碍可燃

5、物质与氧气的接触，影响燃料的着火和燃尽。当炉膛温度上升时，炉内受热面易结渣，严重时传热恶化，使蒸发量下降；过热器管易结渣爆管。烟气速度高时会引起飞灰对受热面的磨损。烟气速度低时会引起积灰。排入大气污染环境。灰分是影响燃煤质量的主要成分，影响锅炉运行的经济性和平安性。 水分(W)含量 :250%。形式:外部水分(外表水分)-煤由于自然枯燥所失去的水分；内部水分(固有水分或分析水分)-空气风干状态下仍残留煤中的水分。运行：降低可燃成分及热值；吸收热量，降低炉内温度，对燃烧不利；增大锅炉排烟容积、排烟热损失和电耗；引起低温受热面的积灰和腐蚀，煤粉制备困难。煤中元素分析成分小结可燃成分：碳(C)、氢(

6、H)和硫(S)。不可燃成分：氧(O)、氮(N)、灰份()和水分(W)。有害成分：硫(S)、氮(N)、灰份()和水分(W)。2.煤的工业分析成分工业分析成分:水分Moisture挥发分Volatile固定碳Fixed Carbon灰分Ash分析标准：GB/T 212-2021煤的工业分析方法。水分的测定外在水分的测定：原煤试样在温度为201、相对湿度为651%的空气中自然风干后失去的水分Mf。内在水分的测定：称取粒度为0.2mm以下的空气枯燥煤样10.1g置于预先通入枯燥氮气并已加热到105110枯燥箱中，烟煤枯燥1.5h，褐煤、无烟煤、烟煤枯燥2h，然后根据煤样的质量损失计算出水分的百分含量M

7、ad。全水分的测定：原煤试样在温度为105110褐煤相应的温度为145的烘箱内约2h，使之枯燥至恒重，其所失去的水分即为全水分Mar 。灰分的测定称取一定质量的空气枯燥煤样，放入马弗炉内，然后以一定速度加热到81510，灼烧到恒重，并冷却至室温后称重，以残留物质占煤样原质量的百分数作为灰分Aad。挥发分的测定定义：失去水分的枯燥煤样，在隔绝空气的条件下，加热到一定温度时，析出的气态物质的百分含量。测定方法：称取10.1g空气枯燥煤样，放入带盖的瓷坩锅中，在90010的温度下，隔绝空气加热7min，以所失去的质量占煤样原质量的百分数减去该煤样的水分Mad即为挥发分Vad。固定碳的计算挥发分析出后

8、，剩下的是焦炭，焦炭就是固定碳和灰分。固定碳可以按下式计算： FCad=100-(Mad+Aad+Vad) (3-1)二、煤的分析基准煤中水分和灰分的含量会随外界条件而变化，其他成分的百分量也随之变化，所以，在说明煤中各种成分的百分含量时，必须同时注明百分数的基准，常用的基准有以下四种：收到基空气枯燥基枯燥基枯燥无灰基1.收到基ar以收到状态的煤为基准，计算煤中全部成分质量百分数的组合称为收到基。收到基以下角标ar(as received)表示。 元素分析：Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100% (3-2) 工业分析：FCar+Var+Aar+Mar=100% (3-

9、3)收到基包括全部水分和灰分。燃料的收到基成分是锅炉燃用燃料的实际应用成分，用于煤炭销售及锅炉的燃烧、传热、通风和热工试验的计算。 2.空气枯燥基ad煤样在实验室规定的温度下自然枯燥失去外部水分后，其余的成分质量百分数的组合便是空气枯燥基，并以下角称ad(air dry)表示。 元素分析：Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100% (3-4) 工业分析：FCad+Vad+Aad+Mad=100% (3-5)空气枯燥基包括内部水分和灰分，即不包括外部水分。多为试验室分析工作的根底。3.枯燥基d除去全部水分后的煤作为分析基准，计算其余的成分质量百分数的组合便是枯燥基，并以下角

10、称d(dry)表示。 元素分析：Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100% (3-6) 工业分析：FCd+Vd+Ad=100% (3-7)枯燥基包括灰分，即不包括内部水分和外部水分。枯燥基中各成分不受水分变化的影响。用于比较煤炭质量，为计算灰分、硫分等含量用。4.枯燥无灰基daf以去掉全部水分及灰分煤为基准，计算其余的成分质量百分数的组合便是枯燥无灰基，并以下角称daf(dry and ash free)表示。 元素分析：Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100% (3-8) 工业分析：FCdaf+Vdaf=100% (3-9)枯燥无灰基不包括内部水分、外部水分和灰分。枯燥无

11、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。用于了解和研究煤中的有机质，常用于表示挥发分含量。5.煤的成分及各基准之间的关系图3-1 煤的成分及各基准之间的关系 三、煤的基准之间的换算1.基准之间换算系数表所求基已知基收到基（ar）空气干燥基（ad）干燥基（d）干燥无灰基（daf）收到基（ar）1空气干燥基（ad）1干燥基（d）1干燥无灰基（daf）1表3-1 煤的成分基准之间换算系数表2.基准之间换算公式换算依据：同种煤，任意两基准下同类成分的比值相等。同种煤在不同基准下，绝对质量不变的成分其含量成比例变化。换算公式：X = k X0 (3-10)X0 某成分原基准质量百分比

12、，%X 某成分新基准质量百分比，%k 换算系数例:3.基准之间换算公式的数学根底基准之间换算公式的数学根底是等比定理：等比定理为：如果:那么:4.收到基，求枯燥基由式3-2和3-6可得：Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar=100-Mar (3-15)Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100 (3-16)将式3-15和3-16代入式3-14，得5.收到基，求空气枯燥基由式3-2和3-4可得：Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar=100-Mar (3-15)Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad=100-Mad (3-20)将式3-15和3-20代入式3-19，得6

13、.收到基，求枯燥无灰基由式3-2和3-8可得：Car+Har+Oar+Nar+Sar=100-Mar-Aar (3-24)Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100 (3-25)将式3-24和3-25代入式3-23，得7.水分之间的换算关系表3-1中的换算系数不能用于水分之间的换算。Mf和Mad，求Mar。由式3-2和3-8可得：Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Minh=100-Mf (3-28)Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100 (3-29)8.例1：枯燥无灰基，求枯燥基元素分析成分煤的枯燥无灰基成份为Cdaf=85.00%，Hdaf

14、=4.64%，Odaf=5.11%，Ndaf=1.32%，Sdaf=3.93%，同时枯燥基灰分Ad=30.05% 。求: 煤的枯燥基成份。说明：中间计算结果保存所有小数位，最后计算结果保存两位小数9.例2：枯燥基，求枯燥无灰基工业分析成分某煤空气枯燥基工业分析结果：Mad=2.0%，Vad=18%, FCad=62%，Aad=18%。试求枯燥无灰基挥发分和固定碳。10.例3:空气枯燥基，求应用基水分之间的换算煤的空干基成分Cad60.50%,Had=4.20%,Sad=0.80%, Aad=25.50%，Mad=2.10%，Mf=3.50%。试计算上述各成分的收到基含量。四、煤的发热量 1.定

15、义煤的发热量Q：单位质量的煤在完全燃烧时所放出的热量(kJ/kg)。 煤的发热量根据生成烟气中的水蒸气状态不同分为高位发热量和低位发热量。高位发热量Qgr：指单位质量的煤完全燃烧后其烟气中的水蒸气以凝结水状态存在时所放出的热量(kJ/kg)。高位发热量包括烟气中水蒸汽凝结时放出的热量。低位发热量Qnet：指单位质量的煤完全燃烧后其烟气中的水仍保持蒸汽状态时所放出的热量(kJ/kg)。低位发热量不包括烟气中水蒸汽凝结时放出的热量。 锅炉排烟的温度一般在120160之间，烟气中的水蒸汽分压力很低通常都不会凝结成水而释放出汽化潜热，所以实际利用的是低位发热量Qnet。2.同一基准上下位发热量的换算式

16、中r水的汽化潜热，通常取r = 2500 kJ/kg 3.不同基准高位发热量的换算采用表3-1中煤的成分基准之间换算系数进行换算。例：Qd,gr ，求Qar,gr 。4.不同基准低位发热量的换算基低位发热量先化成基高位发热量；基高位发热量通过煤的成分基准之间换算系数转换为所求基高位发热量；所求基高位发热量再转换为所求基低位发热量。例：Qdaf,net ，求Qar,net 。收到基ar枯燥基d5.低位发热量基准之间换算系数表枯燥无灰基daf枯燥基d空气枯燥基ad收到基ar枯燥无灰基daf空气枯燥基ad所求基基表3-2 煤的低位发热量基准之间换算系数表注：k为煤的成分基准之间换算系数表6.例4：枯燥无灰基，求收到基低位发热量煤的收到基成份为Car=54.20%,Har=3.50%,Oar=6.70%,Nar=0.80%,Sar=0.70%,Aar=22.50%,Mar=11.60%,燃料枯燥无灰基低位发热量Qdaf,net=35000kJ/kg。求:枯燥无灰基高位发热量Qdaf,gr和收到基低位发热量Qar,