第二章.燃料及燃烧计算

第二章.燃料及燃烧计算沙鹏2/2/20231第二章、燃料第一节、燃料的成分及其主要特性

燃料分为：固体燃料、液体燃料和气体燃料。固体燃料主要以煤为主，锅炉燃用的燃料亦称为动力燃料。煤是由多种有机物质和无机物质混合组成的复杂的固体碳氢燃料。由于埋入地下的深度和时间不同，就会形成不同的煤种。其主要分为：褐煤、烟煤和无烟煤三大类。2/2/20232第二章、燃料一、煤的成分及分析基准：（一）煤的组成成分及其性质煤的元素分析的成分包括：碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分，各化学元素成分用质量百分数表示表示，即：Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%1．碳是煤中含量最多的可燃元素，发热量较大。每kg纯碳的发热量为32.7×10³KJ/kg。煤中的碳一部分与氢、氧、氮和硫结合成有机化合物，称为挥发性碳，其燃点较低。2/2/20233第二章、燃料而其余呈单质状态的称为固定碳，其燃点较高，不容易着火和燃尽。2.氢是煤中发热量最高的物质，但煤中氢的含量较少，一般约3-6%左右。完全燃烧时纯氢的发热量120×103KJ/kg，氢的燃点低，容易着火。3．煤中的氧是不可燃物质，虽可助燃，但其含量较少,可视为杂质。4．煤中的氮是不可燃物质，其含量也较少。煤中的氮在高温条件下易生成污染大气的NOx，被视为有害元素。5．硫虽然在燃烧时也放出热量，但其燃烧产物SO2和SO3会造成锅炉金属的腐蚀并污染大气，也是有害元素。2/2/20234第二章、燃料煤中的硫常以三种形式存在，即有机硫、硫化铁硫、硫酸盐硫，前两种可燃称为可燃硫，后一种归入灰分称为固定硫。6．煤中的灰分为不可燃物质。灰分的存在不仅使单位燃料量的发热量减少，而且影响燃料的着火和燃尽，也是造成锅炉受热面积灰、结渣、磨损的主要因素。7．水分会使炉内温度下降，影响燃料的着火，并增大排烟热损失，也会加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰。在自然干燥条件下失去的水分部分称为外部水分，而剩余部分称为内部水分，两部分之和称为全水分也就是收到基水分。2/2/20235第二章、燃料（二）、煤的工业分析在实验室条件下的煤样，通过分析得出水分、挥发分、固定碳和灰分这四种成分的质量百分数称为工业分析。将自然干燥后的煤粉样取1g左右放入预先加热至145±5℃的干燥箱中干燥1小时后，试样质量减轻的量占原质量的百分数即为空气干燥基水分。将失去水分的煤样在隔绝空气条件下放入920℃电炉中加热7分钟后，放入干燥器内冷却至室温后称重可得出空气干燥基挥发分，即：(2-1)2/2/20236第二章、燃料式中：G——原煤样质量，g；G1——加热以后剩余质量，g；Mad——空气干燥基水分，%。挥发分是煤在加热过程中有机质分解而析出的气体物质。它主要是由各种CmHn、H2、CO、H2S等可燃气体组成，还有少量的O2、CO2、N2等不可燃气体。随着煤的碳化程度的不同，挥发分的析出温度不相同，挥发分的成分及含量也不同。由于挥发分对锅炉的工作影响较大，其含量的多少常做为煤的分类的重要依据。2/2/20237第二章、燃料煤在失去水分和挥发分后剩余部分即为焦碳，它包括固定碳和灰分。将煤粉样放在高温炉中，按规定方法升温至815±10℃，并加热1小时，冷却至室温后称重，剩余质量占原煤样质量的质量百分数即为空气干燥基灰分的含量。将原煤粉样中水分、灰分、挥发分扣除后即为空气干燥基固定碳的质量百分数。（三）、煤的成分分析基准及其换算根据煤存在的条件和根据需要而规定的“成分组合”称为分析基准，常用下列四种基准来表示：2/2/20238第二章、燃料1、收到基（原应用基）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基，其中包括全部水分，收到基以下角标ar(asreceive)表示。Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%（2-2）2、空气干燥基（原分析基）煤样在实验室规定的温度下自然干燥失去外部水分后，其余的成分组合便是空气干燥基，并以下角称ad(airdry)表示。Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%（2-3）2/2/20239第二章、燃料3、干燥基以假想无水状态煤为基准，以下角称d(dry)表示。由于已不受水分的影响，灰分含量百分数相比较稳定，可用于比较两种煤的含灰量。Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%

（2-4）4、干燥无灰基（原可燃基）以假想无水、无灰状态的煤为基准，以下角称daf(dryashfree)表示。由于不受水分、灰分影响，常用于比较两种煤中的碳、氢、氧、氮、硫成分含量的多少。Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%

（2-5）元素分析成分和工业分析成分的关系如图2-1所示。2/2/202310第二章、燃料元素分析成分和工业分析成分的关系

收到基

空气干燥基

干燥基

干燥无灰基CMfMadSrNOHSlyAChfCgd

水分挥发分固定碳灰分

焦炭2/2/202311第二章、燃料基准换算各基准间可进行换算，其换算系数K如表2-1所示，换算公式为：x=Kx0（2-6）

2/2/202312第二章、燃料表2-1中换算系数K不仅可以用于各基准间百分数的换算，也可以用于各基准的高位发热量和挥发分之间的换算。但是，不能用于水分间的换算。而水分之间换算可用下式：

（2—7）式中：Mf——外部水分，%。二、煤的主要特性2/2/202313第二章、燃料（一）、煤的发热量：煤的发热量是指单位质量的煤在完全燃烧时放出的全部热量。1、高位发热量和低位发热量高位发热量：当发热量中包括煤燃烧后所产生的水蒸汽凝结放出的汽化潜热时，称为高位发热量，用Qgr表示。低位发热量：当发热量中不包括水蒸汽凝结放出的汽化潜热时，称为低位发热量，用Qnet表示。我国在锅炉的有关计算中采用低位发热量。高位发热量与低位发热量之间的关系为：Qar，net=Qar，gr-206Har-23Mar（2-8）

2/2/202314第二章、燃料2、发热量的测定方法及估算：煤的高位发热量可由氧弹式量热仪先测得弹筒发热量Qad，b，再由下式换算为高位发热量：Qad，gr=Qad，b（95Sad，b+αQad，b）（2-9）式中：Qad，gr—空气干燥基高位发热量（KJ/kg）；Qad，b——空气干燥基弹筒发热量，（KJ/kg）；Sad，b——弹筒洗液中测得的含硫量，%；α——硝酸生成热的比例系数。由公式（2-9）得到的空气干燥基高位发热量可根据表2-1的换算系数换算成收到基高位发热量2/2/202315第二章、燃料量，即：（2—10）氧弹式量热仪如图2—2所示，它是取1g左右的煤样放在氧弹中，氧弹中充满氧气后点火燃烧，当燃烧产物冷却至原始温度后，测得的单位质量的煤放出的热量即弹筒发热量。由于过剩氧的作用生成SO3和NOx并溶解在氧弹中的水中形成硫酸和硝酸，而酸的反应会放出热量。因此弹筒发热量比锅炉实际燃烧放出的热量要高，须经公式（2-9）换算成高位发热量后才能使用。2/2/202316第二章、燃料氧弹式测热计2/2/202317第二章、燃料3、标准煤和煤的折算成分：为了更准确地比较煤中硫分、水分、灰分的大小，可用折算成分表示硫分、水分、灰分的含量。折算水分：

%（2—11）折算灰分：

%（2—12）折算硫分：

%（2—13）

2/2/202318第二章、燃料当煤中的Mar，zs＞8%时称为高水分煤；当Aar，zs＞4%时称为高灰分煤；当Sar，zs＞0.2%时，称为高硫分煤。标准煤:按照规定，收到基低位发热量为29310KJ/kg的煤为标准煤。折合成标准煤的计算公式：2/2/202319第二章、燃料（一）、煤灰的熔融特性1、灰熔点及其影响因素：煤灰在某一确定的温度下开始融化，称为灰熔点。灰熔点与灰的化学组成、灰周围高温环境介质性质及煤中灰的含量有关。灰中含有SiO2和Al2O3越多，灰熔点越高。比例大于1.18以后，SiO2容易形成共晶体，降低熔点。介质的性质影响大，半还原性气体最易结渣。灰分越多，越易形成共晶体。2/2/202320第二章、燃料在煤粉锅炉的燃烧过程中，炉内灰的沉积一般可以分为结渣和沾污两种类型。结渣是指炉内软化或熔化的灰粒碰撞并粘附在水冷壁和主要受热面上生成的渣层；沾污则指煤灰中挥发物质在受热面表面凝结并粘结灰粒形成的沉积灰层。因为煤灰的成分太复杂，各种试验方法得到的判别准则仅适用于少数国家自己的煤种，现介绍几种判别方法如下。2/2/202321第二章、燃料煤灰结渣性的常规判别准则(1)碱酸比判别指数

（2—14）式中：B——煤灰中碱性成分含量；A——煤灰中酸性成分含量。2/2/202322第二章、燃料对于固态排渣煤粉炉，当B/A=0.4～0.7时，为结渣煤；当B/A=0.1～0.4时，为轻微结渣煤；当B/A<0.1时，为不结渣煤。从防止结渣的要求来看，则B/A<0.5为宜。对液态排渣炉和旋风炉，B/A<0.27时，灰渣的流动性较差。（2）硅比判别指数

式中：Sd——干燥基硫分，%。当时，为不结渣煤；研究表明，较大的硅比意味着灰渣有较高的粘度。当SR＜65时，不易结渣；当SR＞72时，有可能发生严重结渣，因为灰中铁和钙的含量增加会使粘度降低。2/2/202323第二章、燃料（二）灰熔融特性的测定目前普遍采用的煤灰熔融温度测定方法主要为角锥法和柱体法两种，国内采用角锥法。将煤灰制作成底边长为7mm的等边三角形，高为20mm的角锥。将锥体放入半还原性气体的灰熔点测定仪中，以规定的速度升温，观测灰锥在熔融过程中的三个特征温度，来标示煤灰的熔融特性。DT——变形温度，灰锥顶端开始变圆或弯曲时的温度；ST——软化温度；锥顶变至锥底或变成球形或高度等于或小于底长时对应的温度；FT——流动温度；锥体熔化成液体或厚度在1.5mm以下时对应的温度。2/2/202324第二章、燃料灰锥变形实验2/2/202325第二章、燃料其次，煤灰周围介质的性质对灰熔融性有较大影响。当炉内处于氧化性气氛时，灰中铁呈氧化状态（Fe2O3），熔点较高。在还原性和半还原性气氛中，（Fe2O3）会还原成FeO，并可能与其它氧化物形成共熔体，灰熔点随含铁量的增加而迅速下降。因此，介质气氛不同，会使灰熔点变化200～300℃。2/2/202326第二章、燃料（三）煤的可磨性指数与磨损指数1、煤的可磨性指数由于煤的机械性质不同，有的煤较难破碎，有的却容易破碎，煤被磨成一定细度的煤粉的难易程度称为煤的可磨性系数。目前国内采用哈德格罗夫（Hardgrove）法测定的哈氏可磨性系数，按下式计算：（2—21）式中：D74——为通过孔径为74μm的筛子的煤粉量。2/2/202327第二章、燃料哈氏可磨性系数的测定方法为：将空气干燥后，粒度为0.63～1.25mm的50g煤样放入如图4—4所示的哈氏可磨性试验机中。在钢球上施加284N的总作用力，驱动电机进行研磨，旋转60转后，将磨制好的煤粉放入孔径74μm的筛子上进行筛分，然后分别称量通过筛子和留在筛子上的煤粉量，将通过量代入公式（4—7）即可以计算出哈氏可磨性系数。全苏热工所Kkm：在风干状态下，将质量相等的标准燃料核试验燃料，从相同的初始粒度磨制成相同细度的煤粉时，所消耗的能量之比。2/2/202328第二章、燃料2/2/202329第二章、燃料2、煤的磨损指数煤的磨损指数表示，煤在碾磨的过程中，煤对碾磨设备的研磨部件磨损的强烈程度。我国目前采用的是冲刷磨损指数，记为Ke。用下式计算：

式中：m——纯铁试片在煤样由初始状态破碎到R90=25%时的磨损量，mg；

τ——煤样碾磨至R90=25%需要的时间，min；10——标准煤的磨损率10mg/min。2/2/202330第二章、燃料上式中的各项参数按DL465-92《煤的冲刷磨损指数试验方法》进行测定，试验装置如图4—5所示。式（4—8）表示，单位时间内磨损片的磨损量与标准煤样的磨损率之比。

煤的磨损性与冲刷磨损指数的关系如表4—5所示。2/2/202331第二章、燃料2/2/202332第二章、燃料煤的冲刷磨损指数<1.0=1.0～2.0=2.0～3.53.5～5.0≥5.0磨损性轻微不强较强很强极强煤的磨损性和冲刷磨损指数的关系2/2/202333第二章、燃料三、发电用煤的分类我国煤的分类方法是采用表征煤化程度的干燥无灰基挥发分Vdaf作为分类指标并将煤分为：褐煤、烟煤和无烟煤。一般Vdaf≤10%的煤为无烟煤，Vdaf>40%为褐煤，在它们之间的煤为10%<Vdaf<20%是贫煤，20%≤Vdaf≤40%为烟煤。无烟煤可再用干燥无灰基Vdaf和Hdaf分为三小类，划分方法见表2-4。烟煤除用干燥无灰基挥发分划分外,还用工艺性能的指标参数作为划分指标,如表2-5所示。2/2/202334第二章、燃料无烟煤的分类类别符号分类指标Vdaf（%）Hdaf（%）无烟煤1号WY10-3.50-2.0无烟煤2号WY2＞3.5-6.5＞2.0-3.0无烟煤3号WY3＞6.5-10.0＞3.02/2/202335第二章、燃料烟煤分类类别符号分类指标Vdaf（%）粘结指数G胶质层最大厚度Y（mm）奥亚膨胀体b（%）透光率PM（%）贫煤贫瘦煤瘦煤焦煤肥煤1/3焦煤气肥煤气煤1/2中粘煤弱粘煤不粘煤长焰煤PMPSSMJMFM1/3JMQFQM1/2ZMRNBNCY＞10.0-20.0＞10.0-20.0＞10.0-20.0＞20.0-28.0＞10.0-28.0＞10.0-37.0＞28.0-37.0＞37.0＞28.0-37.0＞37.0＞20.0-37.0＞20.0-37.0＞20.0-37.0＞37.0≤5＞5-20＞20-65＞50-65＞65(＞85)＞65(＞85)＞50-65＞35＞30-505-30≤5≤35≤25.0＞25.0≤25.0＞25.0≤25.0(≤150)(≤220)(≤220)(≤220)＞502/2/202336第二章、燃料褐煤除用挥发分分类外,还用透光率PM和含最高内在水分的无灰高位发热量Q′gr作为区分褐煤和烟煤的指标,如表2-6所示。

类别

符号分类指标透光率PM（%）Q′gr（KJ/kg）褐煤1号HM10-30褐煤2号HM2

＞30-50≤240002/2/202337第二章、燃料2、发电厂用煤质量标准发电厂用煤质量标准是根据锅炉设计、运行等方面有较大影响的煤质特性制定的，包括干燥无灰基Vdaf、干燥基Ad和Sd、收到基水分Mar、灰的软化温度ST作为主要分类指标，如表2-7所示。2/2/202338第二章、燃料发电煤粉锅炉用煤质量标准（GB7562-87）分类指标煤种名称等级代号主分类指标界限值辅助分类指标界限值挥发分①Vdaf

（低挥发分无烟煤）无烟煤贫煤中挥发分烟煤中高挥发分烟煤高挥发分烟褐煤

1级2级3级4级5级（V0）V1V2V3V4V5

Vdaf≤6.5%6.5%＜Vdaf≤9%9%＜Vdaf≤19%19%＜Vdaf≤27%27%＜Vdaf≤40%Vdaf＞40%Qnet,ar＞23.0MJ/kg①Qnet,ar＞21.0MJ/kgQnet,ar＞18.5MJ/kgQnet,ar＞16.5MJ/kgQnet,ar＞15.5MJ/kgQnet,ar＞11.5MJ/kg灰分Ad

常灰分煤中灰分煤高灰分煤（超高灰分煤）1级2级3级

A1A2A3（A4）Ad≤24%24%＜Ad≤24%34%＜Ad≤46%Ad＞46%Vdaf≤40%

水分Mf

常水分煤高水分煤1级2级

M1M2

Mf≤8%8%＜Mf≤12%Vdaf＞40%水分Mt

常水分高挥发分煤高水分高挥发分煤（超高水分褐煤）1级2级M1M2（M3）Mt≤22%22%＜Mt≤40%Mt＞40%硫分St，d

低硫煤中高硫煤（特高硫煤）

1级2级

S1S2（S3）St,d≤1%1%＜St,d≤3%St,d＞3%灰熔融性ST不易结渣煤1级

ST1ST＞1350℃Qnet,ar＞12.5MJ/kgST不限Qnet,ar≤12.5MJ/kg（易结渣煤）

（ST2）ST≤1350℃Qnet,ar＞12.5MJ/kg2/2/202339第二章、燃料3、发电厂煤的分类及燃烧特性1、无烟煤无烟煤是煤化程度最深的煤，它有明亮的黑色光泽，硬度高不易研磨。它的含碳量很高，杂质少而发热量较高，大致为21000-25000KJ/kg。但由于挥发分含量较低，难以点燃，燃烧特性差。2、贫煤它的挥发量含量稍高于无烟煤，其着火、燃尽特性优于无烟煤，但仍属于燃烧特性较差的煤种。3、烟煤烟煤具有中等的煤化程度，它的挥发分含量较高，水分和灰分也较少，发热量也较高。烟煤燃点低，容易着火和燃尽。2/2/202340第二章、燃料4、褐煤外观呈褐色，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，发热量较低，一般小于16750KJ/kg。含水分较高的年轻褐煤则燃烧性能较差，而且灰熔点也较低。褐煤在空气中存放极易风化，容易发生自燃。2/2/202341第二章、燃料四、液体燃料和气体燃料（一）液体燃料1、黏度：表征液体燃料流动性能的指标。常用恩氏黏度计测量。重油黏度小于4°E。2、闪点及燃点：在常压下，随油温的升高，油表面上蒸发的油气增多，，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，称为燃油的闪点。燃点是油面上的油气和空气的混合物遇明火能着火的燃烧并持续5s以上的最低油温。3、凝固点：4、硫分及其他有害成分（二）气体燃料2/2/202342第二章、燃料1、天然气体燃料2、人工气体燃料：2/2/202343第二章、燃料煤的燃烧特性

一、煤的热分解机理当煤粒被加热到一定温度后，即进入热分解阶段，放出挥发分并形成焦碳。煤在热分解时放出挥发分的重量和成分与热分解的条件有关，即与加热温升速度、最终温度和在此温度下的持续时间有关。当加热时温升速度大于1×104℃/s时，称为快速热分解；而当加热时温升速度小于2℃/s时称为慢速热分解；温升速度介于两者之间的为中速热分解。煤的结构既复杂而且又极不稳定，在热分解过程中的分解方式、热解产物的数量及性质均受外界因素的影响，如升温速度、加热温度、加热时间、周围气体的压力、成分和反应器的形式、煤的颗粒尺寸和流体动力条件等。2/2/202344第二章、燃料二、煤的热重分析将单位时间内试样损失的质量称为失重率，用符号dW/dτ表示。记录失重率随温度的变化曲线，称为燃烧失重曲线或挥发分热解失重曲线。通过热重分析法测定的煤的微分热重曲线DTG也称为燃烧分布曲线，它表示煤样失重率（燃烧速度）随温度变化的规律，是对煤的着火、燃烧性能进行综合判别的依据。不同的煤种当燃烧分布曲线相似时，它们在锅炉中燃烧时的情况也基本相似。图2—4为几种煤的燃烧分布曲线。图中曲线从左到右的第一小峰B是水分析出峰，第二峰D是2/2/202345第二章、燃料燃烧峰。燃烧峰所围的面积对应于煤的可燃质份额。当峰值偏向低温区而且峰值较高，说明煤的反应能力强，并容易着火燃烧。而燃烧峰的后段越陡燃尽性能越好。2/2/202346第二章、燃料2/2/202347第二章、燃料燃料燃烧计算主要是计算燃料燃烧所需空气量、燃烧生成的烟气量和烟气的热焓等。在计算时假定：1）空气和烟气的所有组成成分，包括水蒸气都是理想气体，因此，每一千摩尔气体在标准状态下的容积是22.41Nm3；2）所有空气和其它气体容积的计算单位都是Nm3，即以0℃一标准大气压（0.1013Mpa）状态下的立方米为单位。锅炉机组的热平衡反映了输入锅炉热量的利用与损失状况，通过热平衡的研究可以找出提高锅炉热效率的途径。2/2/202348第二章、燃料第二节、燃料燃烧计算燃料的可燃成分是碳（C）、氢（H）、硫（S）。1.碳的燃烧：完全燃烧时：C+O2—→CO2+407000kJ/kmol（C）得：12.1kgC+22.41Nm3O2—→22.41Nm3CO2即1kgC+1.866Nm3O2—→1.866Nm3CO2

上式说明，每1kgC完全燃烧需要1.866Nm3的O2并产生1.866Nm3的CO2。不完全燃烧时，碳与氧的化学反应式为：2C+O2—→2CO+123100kJ/kmol（C）可得：2×12.1kgC+22.41Nm3O2→2×22.41Nm3CO，2/2/202349第二章、燃料由此得：即：1kgC+0.5×1.866Nm3O2→1.866Nm3CO也即每1kgC不完全燃烧需要0.5×1.866Nm3的O2并产生1.866Nm3的CO。2.氢的燃烧:2H2+O2→2H2O+241200kJ/kmol（H2）可得：2×2.016kgH2+22.41Nm3O2→2×22.41Nm3H2O即1kgH2+5.56Nm3O2—→11.1Nm3H2O也即每1kgH燃烧需要5.56Nm3的O2并产生11.1Nm3的H2O。2/2/202350第二章、燃料3．硫的燃烧：S+O2—→SO2+334900kJ/kmol（S）可得：32kgS+22.41Nm3O2—→22.41Nm3SO2即1kgS+0.7Nm3O2—→0.7Nm3SO2也即每1kgS燃烧需要0.7Nm3的O2并产生0.7Nm3的SO2。2/2/202351第二章、燃料一、燃烧所需空气量及过量空气系数(一)理论空气量1kg（或1Nm3）收到基燃料完全燃烧时所需的最低限度的空气量（空气中的氧无剩余）称为理论空气量，其代表符号为V0。求理论空气量，必须先求出1kg燃料中的可燃元素C、H、S完全燃烧所需的氧气量，而后再折算成空气量。在第一节已经分别导出了每kg碳、氢、硫完全燃烧所需的氧量，即：2/2/202352第二章、燃料1kg收到基燃料中含碳kg，完全燃烧需氧；1kg收到基燃料中含氢kg，完全燃烧需氧；1kg收到基燃料中含硫kg，完全燃烧需氧；2/2/202353第二章、燃料所以，1kg燃料完全燃烧需要的氧气总量为：1kg收到基燃料本身含氧kg，在标准状态下它的容积为所以1kg燃料完全燃烧真正需由空气提供的氧量为：2/2/202354第二章、燃料按空气中氧的容积成分为21%计算，则1kg燃料燃烧所需的理论空气量V0为

2/2/202355第二章、燃料上式有三点说明：1）V0是不含水蒸汽的干空气；2）V0只决定于燃料的成分，当燃料一定时V0即为一常数；3）碳和硫的完全燃烧反应可写成通式R+O2—→RO2，其中Rar=Car+0.375Sar。由质量表示的理论空气量L0为：L0=1.293V0=0.115(Car+0.375Sar)+0.342Har–0.0431Oar

,kg/kg2/2/202356第二章、燃料（二）实际空气量和过量空气系数在锅炉的实际运行中，为使燃料燃尽，实际供给的空气量总是要大于理论空气量，超过的部分称为过量空气量。实际空气量Vk与理论空V0之比，即

称为过量空气系数（用于烟气量计算，用于空气量计算）。显然，1kg燃料完全燃烧时需要的实际空气量Vk为：，Nm3／kg2/2/202357第二章、燃料过量空气量ΔVg等于：，Nm3/kg对于固态排渣煤粉炉，当燃用无烟煤、贫煤和劣质烟煤时约为1.20～1.25，当燃用烟煤和褐煤时约为1.15～1.20。（三）漏风系数对于负压运行的锅炉，外界冷空气会通过锅炉的不严密处漏入炉膛以及其后的烟道中，致使烟气中的过量空气增加。2/2/202358第二章、燃料相对于1kg燃料而言，漏入的空气量ΔV与理论空气量V0之比称为漏风系数，以Δ表示，即：

漏风使烟道内的过量空气系数沿烟气流程是逐渐增大的。从炉膛出口开始，烟道内任意截面处的过量空气系数为：

式中―炉膛出口与计算烟道截面间，各段烟道漏风系数的总和。2/2/202359第二章、燃料空气预热器中，空气侧压力比烟气侧高，所以会有部分空气漏入烟气侧，该级的漏风系数△ky要高些。在空气预热器中，

式中：、分别为空气预热器进口和出口的过量空气系数。考虑到炉膛及制粉系统的漏风，与之间关系为

式中——炉膛漏风系数——制粉系统漏风系统2/2/202360第二章、燃料二、燃烧产生的烟气容积计算（一）理论烟气容积燃烧产物中不含可燃物时称为完全燃烧，当α=1且完全燃烧时，生成的烟气容积称为理论烟气容积。理论烟气的组成成分为：CO2、SO2、N2、H2O，其相应的体积分别记为：因为理论烟气中的各成分均为理想气体，所以：

2/2/202361第二章、燃料如果记，则上式可写为：

如果用表示理论干烟气的体积，则上式可写为：

1、二氧化碳和二氧化硫的体积、

2/2/202362第二章、燃料因而：

2、理论氮气体积（）由两部分组成：燃料中的氮所占体积和理论空气量中的氮所占的体积，即

2/2/202363第二章、燃料3、理论水蒸气体积（）由以下四部分组成：（1）燃料中的氢完全燃烧生成的水蒸气体积：1kg氢完全燃料产生的水蒸气，1kg燃料中含有kg的氢，产生的水蒸气体积为：（2）燃料中的水汽化生成的水蒸气体积：2/2/202364第二章、燃料（3）理论空气量带入的水蒸气体积：设1kg干空气中含有的水蒸气为dk(kg/kg)，干空气的密度为1.293kg/Nm3，水蒸气的密度为，则每Nm3干空气所含水蒸气的体积为:Nm3

2/2/202365第二章、燃料则理论空气量V0带入的水蒸气体积为1.61dkV0Nm3。由此可得理论水蒸气体积为:

dk亦即工程热力学所讲湿空气的绝对湿度，通常取d=0.01kg/kg。（4）采用蒸汽雾化等设备带入的水蒸气体积：

2/2/202366第二章、燃料式中Wwh——雾化用蒸汽消耗率，kg/kg。则可得到用蒸汽雾化等设备时的理论水蒸气体积：

把上几式相加，就可得理论烟气量：

2/2/202367第二章、燃料（二）实际烟气容积1、完全燃烧时实际烟气量的组成成分形成实际烟气量的基本物质有：1、燃料、2、干空气量Vk、3、随Vk进入炉膛的水分。分析这些基本物质在燃烧过程中的变化，可以得出完全燃烧时实际烟气的组成成分为：CO2、SO2、N2、O2、H2O，其相应的体积分别记为：

从成分上看比理论烟气量多了一项自由氧O2。从烟气的总量上看，多了过量空气以及随其带入的水蒸气，而2/2/202368第二章、燃料过量空气中包括0.21的氧和0.79的氮。2、完全燃烧时实际烟气量的计算因为完全燃烧时烟气中的各成分均假设为理想气体，所以：如果记，则上式可写为：2/2/202369第二章、燃料如果用表示干烟气的体积，则上式可写为：

1)．二氧化碳和二氧化硫的体积、1kg燃料中的碳和硫完全燃烧，产生的CO2和SO2的体积与理论烟气中的完全相同：2/2/202370第二章、燃料2)．氮气体积（VN2）VN2由两部分组成：理论氮气量和过量空气中带来的氮气量，即

2/2/202371第二章、燃料3)氧的体积(Vo2)氧的体积也就是过量空气中包含的氧，即Vo2=0.21，Nm3/kg（2-23）4)水蒸气体积（VH2O）由两部分组成：理论水蒸气量和随过量空气带入的水蒸气量，即=+1.61dk，Nm3/kg将、、的表达式，即代入式（2－23）中，经整理得：2/2/202372第二章、燃料

将VN2、Vo2的表达式，即代入中，经整理得：

三、不完全燃烧时的烟气量当发生不完全燃烧时，烟气的成分除了CO2、SO2、N2、O2、H2O外，还有不完全燃烧产物CO以及H2和CmHn等。其中H和CmHn数量很少，一般工程计算中可忽略不计。因此，当燃料不完2/2/202373第二章、燃料全燃烧时，可以认为烟气中不完全燃烧产物只有CO。这使得烟气量为：

上式可以写为：

其中为不完全燃烧时的干烟气体积，其表达式为：，Nm3/kg上式也可写为：，Nm3/kg2/2/202374第二章、燃料在不完全燃烧产生的烟气两中，与完全燃烧时完全相同，只有需要重新计算。1、二氧化碳与一氧化碳的体积1kg燃料中含碳，假定其中有的碳燃烧生成CO2，有的碳燃烧生成CO，即：Car=Car,+Car,CO这两部分碳燃烧生成的CO和CO2的体积VCO、Vco2为:

2/2/202375第二章、燃料

由此可见，如果不完全燃烧产物只有CO，那么不论燃烧是否完全，烟气中碳的燃烧产物的总容积是不变的。2、不完全燃烧时烟气中氧的体积不完全燃烧时，烟气中氧的体积等于过量空气中氧的体积与不完全燃烧少消耗的氧的体积之和，即：Vo2=0.21(α-1)V0+0.5，Nm3/kg其中，在数值上等于VCO，所以，2/2/202376第二章、燃料上式可写成：Vo2=0.21(α-1)V0+0.5VCO，Nm3/kg从上式中解出(α-1)V0，代入VN2的计算式，即式（3－24），得：

将上式代入式（3－32）中，得：

，Nm3/kg（3－36）

2/2/202377第二章、燃料推导上式的目的并不在于计算不完全燃烧时的干烟气体积，而在于推导后面的不完全燃烧方程式。四、烟气中三原子气体的容积份额和飞灰浓度在锅炉辐射换热计算中，要用到烟气中参与辐射换热的三原子气体（即CO2和SO2）及水蒸气的容积份额、和分压力、：2/2/202378第二章、燃料

式中：P——烟气的总压力。烟气中所含灰粒浓度对辐射换热也有影响，飞灰浓度（kg/kg）指每kg烟气中的飞灰质量，即，kg/kg2/2/202379第二章、燃料式中：afh为烟气携带出炉膛的飞灰占总灰分的质量份额；my为1kg燃料的烟气质量，用下式计算：

(3－40)式中：dk取为0.01kg/kg，1.306V0为1kg燃料燃烧所需空气及所含水分转入烟气的质量（kg/kg）。2/2/202380第二章、燃料第三节、烟气分析一、烟气分析（一）烟气分析的目的干烟气是一种混合气体，不完全燃烧时，干烟气的组成成分为CO2、SO2、N2、O2、CO、H2、CmHn等。其中H和CmHn数量很少，工程计算中可忽略不计。因此，一般认为不完全燃烧时，干烟气的组成成分为CO2、SO2、O2、N2、CO。以干烟气的各组成成分的代表符号CO2、SO2、O2、N2、CO来代表其相应的容积成分，则有：2/2/202381第二章、燃料

CO2+SO2+O2+N2+CO=100%或写成：RO2+O2+N2+CO=100%其中

RO2=CO2+SO2%

%%

%2/2/202382第二章、燃料

在锅炉运行中，烟气的成分及含量直接反映出炉内的燃烧工况。因而，测定烟气的成分和含量，对于判断炉内燃烧工况、进行燃烧调整以改进燃烧热备都是非常必要的。如果测出了烟气的成分和含量，不但可以了解燃烧的完全程度（即q3大小）、燃烧的条件（即大小）也可以了解烟道的漏风情况等。

烟气分析的方法很多，有化学吸收法、电气测量法、红外吸收法及色谱分析法等，以下简单介绍奥氏烟气分析仪和RGH-1型烟气全分析仪。

2/2/202383第二章、燃料（二）奥氏烟气分析仪用奥氏烟气分析仪的工作原理：化学吸收法：它是将一定容积的烟气试样顺序和某些化学吸收剂相接触，对烟气的各组成气体逐一进行选择性吸收，每次减少的容积即是被测成分在烟气中所占的容积。图2-4是奥氏分析仪的结构简图。2/2/202384第二章、燃料2/2/202385第二章、燃料第一个吸收瓶放氢氧化钾（KOH）溶液，吸收RO2；第二个吸收瓶放焦性没食子酸C6H3(OH)3的碱性溶液，吸收O2（同时也吸收RO2）；第三个吸收瓶放氯化亚铜氨溶液Cu(NH3)2Cl，吸收CO（同时也吸收O2）。由于后两瓶的吸收剂有双重吸收功能，故操作时必须按1、2、3瓶的次序依次进行，不可颠倒。测量步骤为：抽取烟气经U形管过滤器，除去其中的灰和杂质，进入量筒，用水准瓶量得烟气量为100ml，关闭进口三通阀。然后将烟气依次进入三个吸收瓶，在每个瓶进行吸收时，2/2/202386第二章、燃料要将烟气多次反复进出吸收瓶，以便充分吸收。利用两筒可以测得每次吸收后烟气减少的容积，此减少的容积即为被吸收的气体容积。根据道尔顿分压定律、亨利定律：含有水蒸气的烟气试样被吸入烟气分析以后，一直是和水接触的，所以烟气试样内的水蒸气已达饱和状态。2/2/202387第二章、燃料定温定压条件下，已经饱和的烟气试样中，其水蒸气的容积百分数是定值，即水蒸气和干烟气的容积比例是一定的。在某种气体成分被吸收时，水蒸气也成比例地凝出。这样，每次用量筒测得的数值就是干烟气成分的容积百分数。实验时间需2个小时，不能用于在线监测。且CO测不准，这是因为其含量很少，另外瓶中试剂易分解2/2/202388第二章、燃料二、运行时烟气容积和一氧化碳含量的计算（一）根据烟气分析结果计算烟气容积据式可写出下列关系式：%或%或，Nm3/kg由于，Nm3/kg2/2/202389第二章、燃料

，Nm3/kg所以，Nm3/kg或，Nm3/kg2/2/202390第二章、燃料（二）烟气中的一氧化碳含量的计算由公式：，Nm3/kg将上式的两边除以Vgy并乘以100，结合RO2、CO、O2的定义式得：

将式（3－49）代入上式并整理，得：2/2/202391第二章、燃料代入上式并结合得令，则上式可写为：

式（3－52）称为不完全燃烧方程式，由此可得：

2/2/202392第二章、燃料现代电站锅炉燃烧得都比较充分，所以烟气中的CO的含量很少（CO<1～2％），且氯化亚铜氨溶液极不稳定，利用奥氏烟气分析仪不易测准。当RO2和O2测量准确时，可用（3－53）式通过计算来求出干烟气中一氧化碳的含量。利用CO含量的多少可以判断燃烧的完全程度，CO的含量越小燃烧越完全。系数β称为燃料的特性系数，它只取决于燃料中C、H、O、N