第二章 锅炉燃料及燃烧计算31

§2.1燃料的化学成分及其性质§2.2煤的燃烧特性

§2.3锅炉燃料§2.4燃料的燃烧计算第二章燃料及燃烧计算§2.5锅炉运行时烟气分析及其应用§2.1燃料的化学成分及其性质一、燃料的化学成分及其性质燃料（s、l、g）

可燃基：高分子化合物，成分C、H、O、N、S

惰性基：多种矿物质、灰分1．碳(C)：主要的燃烧成分，约占50-95%，kJ/kg。纯碳燃点高，燃烧缓

慢。燃料中的碳多以化合物形式存在。2．氢(H)：重要的燃烧成分，煤中约占2-8%，kJ/kg。十分容易着火，燃

烧迅速，易爆。液体和气体燃料氢含量较高约占从百分之十几到几十不

等，燃烧室易析出碳黑而冒黑烟。3．硫(S)：是燃料中的有害成分，约占可燃成分的～8%，kJ/kg，燃烧后的产物是SO2、SO3，与水蒸汽相遇会生成亚硫酸和硫酸。§2.1燃料的化学成分及其性质1）SO2、SO3排放造成大气污染；2）锅炉尾部受热面造成低温腐蚀。4．氧和氮氧和氮是不可燃成分。约占-40%，含氧量随煤化程度增高而明显减少。氮主要以有机氮形态存在，约占0.5-2%。高温燃烧生成NOx，有害。5．水分(Water、Moisture)：燃料中的主要杂质，约占5-60%。

1）水分进入炉内吸热汽化成水蒸汽，对燃烧不利。

2）

在烟气露点时，水蒸气与SO2、SO3生成亚硫酸和硫酸，造成低温腐蚀；

3）§2.1燃料的化学成分及其性质6．灰分(Ash)燃料中主要不可燃的矿物杂质成分，与成煤条件、开采方式、运输条件有关。1）可燃物减少，，着火困难，灰渣量增加，运行操作繁重；2），炉内易结渣，使受热面传热恶化，3）第二章§2.1燃料的化学成分及其性质二、燃料成分分析数据的基准及换算1．燃料成分表示方法1）应用基—以进入锅炉房准备燃烧的煤为分析基准。燃料的应用基成分是锅炉燃用燃料的实际应用成分，用于锅炉的燃烧、传热、通风和热工试验的计算。2）分析基—在实验室条件下（20℃，相对湿度60%），风干后的煤作为分析基准。

3）干燥基—除去全部水分后的煤作为分析基准。4）可燃基—将变化较大，对燃烧不利的杂质灰分和水分除去后的煤作为分析基准。§2.1燃料的化学成分及其性质4）可燃基——将变化较大，对燃烧不利的杂质灰分和水分除去后的煤作为分析基准,燃料的可燃基成分不再受水分和灰分变化的影响，是—种稳定的组成成分，常用于判断煤的燃烧特性和进行煤的分类的依据，如可燃基挥发分Vr。煤矿提供的煤质成分，通常也是可燃基各组成成分。上述基准的换算关系如图2-12．燃料成分各种表示方法之间的换算1）换算方法

2）换算系数k：见平衡4表2-13．全水分计算方法

全水分是分析基水分和应用基风干水分之和，由于其基准不同，需换算： %或 %§2.2煤的燃烧特性

一、煤在炉内加热燃烧过程1．预热和干燥2．挥发物的逸出3．焦炭的形成4．灰渣的形成二、煤的工业分析1.水分(Wy):内在水分和外在水分。2．挥发分(Vr)——失去水分的干燥煤样，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。1）挥发份主要有C-H化合物、H2、CO、H2S等可燃气体和少量O2、CO2和N2组成；2)挥发份煤分类的主要依据℃。§2.2煤的燃烧特性煤种Vr逸出温度（℃）着火温度（℃）褐煤>40130~170250~450烟煤20~40170~320400~500贫煤10~20370~390600~700无烟煤<10380~400>700

3)煤中挥发分逸出后，如与空气混合不良，在高温缺氧条件下易化合成难以燃烧的高分子复合烃，产生碳黑，造成大量黑烟，3．灰分(Ag)——焦炭燃烧后的残留物质

4．固定碳(Cgd)——焦炭中的可燃物质，焦炭燃烧主要是固定碳的燃烧§2.2煤的燃烧特性

三、焦炭的性质——焦结性焦炭——煤在隔绝空气加热时，水分蒸发、挥发分析出后固体残余物质。焦结性——由于煤种不同，焦炭的物理性质、外观等各不相同焦结性状。1．焦炭结构特征1）粉状；

2）粘结（弱粘结、不熔融粘结、不膨胀熔融粘结、微膨胀熔融粘结、膨胀熔融粘结、强膨胀熔融粘结）2．焦结性对层燃炉燃烧过程的影响1）粉状焦炭——堆积紧密，妨碍空气流动①烟气流速过大，易被气流携带，形成火床火口；②烟气流速过小，燃烧通风不畅，易从通风孔隙中漏入灰坑2）强焦结性煤——挥发分逸出后，焦炭呈熔融状态，粘结成片①内部固定碳难于空气接触而燃尽；②燃烧层通风不畅§2.2煤的燃烧特性

t1——变形温度：测试角锥开始变园或弯曲时的温度1.t2——软化温度：灰锥顶弯曲道平盘上或呈半球形时的温度

t3——流动温度：灰锥熔融倒在平盘上，并开始流动时的温度

易熔性灰分——2.可熔性灰分——难熔性灰分——

3．为避免炉膛出口结渣，要求锅炉设计或运行时，℃四、灰分的熔融特性——灰熔点灰分：焦炭燃烧后的残留物质。灰分的组成：SiO2、Al2O3、各种氧化铁、CaO、MgO、K2O、Na2O等，不是单一物质，无固定熔点，采用角锥法测定特征温度。§2.2煤的燃烧特性五、煤的可磨性——衡量煤的机械强度的特性可磨性系数：以风干状态下的硬质标准煤（一般以难磨的无烟煤Kkm=1为基准）与待磨煤在相同颗粒度的情况下，磨制成相同细度的煤粉，各自电耗量之比。

为易磨煤；为难磨煤六、发热量1．燃料的发热量Q：单位质量的固体、液体燃料，在完全燃烧时所放出的热量(kJ/kg)；单位容积的气体燃料在完全燃烧时所发出的热量（kJ/Nm3）2．高位发热量：每公斤燃料完全燃烧后所放出的热量，含所生产水蒸汽汽化潜热，(kJ/kg)。

3．低位发热量：每公斤燃料完全燃烧后所放出的热量，扣除随烟气带走的水蒸汽的汽化潜热的热量，(kJ/kg)。水分来自①H与氧的反应；②燃料中的含水量Wy。§2.2煤的燃烧特性4．各成分分析的高、低位发热量间的关系

1）

2）

3）

4）

5．发热量的测定：采用氧弹测热仪6．发热量的计算

门捷列夫经验计算公式

2）煤碳科学研究院kJ/kgkJ/kgkJ/kgkJ/kg§2.2煤的燃烧特性

3）计算值与实测值的误差当时，

kJ/kg

当时，

kJ/kg7．标准煤——国际上法定的能量折算单位，即kJ/kg kg/h8．折算灰分和折算水分在讨论杂质(水分、灰分)对锅炉工作的影响时,使用其折算值更合理。§2.2煤的燃烧特性

1）折算水分—煤低位应用基发热量中每4186.8kJ热量所对应的水分。

%；为高水分燃料。

2）折算灰分——煤低位应用基发热量中每4186.8kJ热量所对应的灰分

%；为高灰分燃料。3）折算硫分——煤低位应用基发热量中每4186.8kJ热量所对应的硫分。 %；为高硫分燃料。9.发热量作为煤种细分类的依据之一：挥发分和应用基低位发热量。§2.3锅炉燃料二、燃料油锅炉燃用的液体燃料主要是重油和渣油。重油——石油提炼汽油、煤油和柴油后的剩余物。渣油——进一步提炼后的剩余物。

1．重油重油的成分与煤一样，也是由碳、氢、氧、氮、硫和灰分、水分组成。它的主要元素成分是碳和氢，其含量甚高(Cr=81-87%，Hr=11-14%)，而灰分、水分的含量很少，其发热量高而稳定,通常一、煤炭1.褐煤、2.烟煤、3.贫煤、4.无烟煤=40600-43100kJ/kg。§2.3锅炉燃料

特点：

1)氢含量多，发热量高，极易着火与燃烧，2)可以方便地实现管道输送，便于运行调节，贮存和管理都较简便。3)由于重油的灰含量甚低，既不需装置除渣设备，锅炉受热面很少积灰和腐损。4)由于重油中氢含量高，燃烧后会生成大量水蒸汽，容易在尾部受热面的低温部位凝结，这样使重油中所含硫分要比煤中含等量硫分对锅炉受热面的低温腐蚀更为有害。5)在贮存和燃用重油时，必须重视防火、防爆，避免意外事故。2．燃料油的特性指标

1）粘度：液体对其自身流动具有的阻力，是表征流动性能的特性指标。粘度大，流动性能差，在管内输送时阻力就大，装卸和雾化都会发生困难。§2.3锅炉燃料

恩氏粘度——是以200ml试验重油在温度为t℃时，从恩氏粘度计中流出的时间与200ml温度为20℃的蒸馏水从同一粘度计中流出的时间之比，即式中为粘度计常数或K值，=51±ls。

(1)重油的粘度和它的成分、温度、压力有关。加热温度愈高，重油的粘度愈小。因此，重油在运输、装卸和燃用时都需要预热。(2)通常要求油喷嘴前的重油温度在100~C以上，粘度不大于4。2）闪点和燃点闪点——在大气压下，重油表面油气和空气的混合物在标准条件下接触明火时，发生短暂的闪光(一闪即灭)现象的最低油温。§2.3锅炉燃料

燃点——当油面上的油气与空气的混合物遇明火能着火持续燃烧(持续时间不少于5s)的最低油温。重油的上闪点为80~130℃，燃点比闪点高10～30℃。闪点是防止油发生火灾的一个重要指标，因此燃料油的预热温度必须低于闪点。对于敞口容器中的油温至少应比闪点低10℃，对于封闭的压力容器和管道内的油温则可不受此限。

3）凝固点——重油在倾斜45º的试管中，经过1min不发生流动变化的最低温度。重油凝固点与所含石蜡含量有关,含蜡量越高,油的凝固点越高。三、气体燃料1．气体燃料的种类§2.3锅炉燃料§2.3锅炉燃料2．气体燃料的主要成分1）天然气：甲烷约占80-98%，其次是烷属重碳氧化合物和H2S，还含有少量N2、CO2、H2O和矿物杂质，发热量很高（33490~37680kJ/Nm3）。天然气是一种优质燃料，也是优质的重要化工原料。2）高炉煤气：是炼铁的副产品，产量大。可燃气体CO约占20-30%，H2约占5-15%；惰性气体CO2约占5-15%，N2约占45-55%，发热量4200-6300kJ/Nm3。含量高达60-80g/Nm3；通常作为工业炉或锅炉掺加燃料。3）焦炉煤气：是冶金企业炼焦的副产品，H2占46~61%，CH4=21~30%，N2=7~8%，CO2=2~3%,发热量16300-17200kJ/Nm3。

4）液化石油气3．气体燃料的发热量：

kJ/Nm3（式中等为气体成分低位发热量）§2.4燃料的燃烧计算基本假设：

1.空气、烟气均为理想气体，每kmol体积等于22.4Nm3；2.空气中只有O2和N2成分，其容积比为：；

3.每kg燃料都是在完全燃烧的条件下计算。

一、理论空气量及过量空气系数1.理论空气量的计算§2.4燃料的燃烧计算

2．过量空气系数、实际空气量和漏风系数1）过量空气系数—燃烧时实际供给空气量与理论空气量之比。（炉膛出口处过量空气系数为平均值，与燃烧设备、燃料种类、燃烧方式等有关。层燃炉；室燃炉）2）实际空气量： Nm3/kg3）漏风系数锅炉运行时，炉中处于负压工作状态，炉外冷空气从炉墙、门孔几个受热面贯穿墙处漏入炉内，使炉内过量空气系数烟烟气流程逐渐增大，其值为：

各受热面漏风量：Nm3/kg§2.4燃料的燃烧计算二、燃烧生成烟气量完全燃烧时烟气成分是：CO2、SO2、H2O、O2、N21．理论烟气量的计算(α=1)——不含有O2

Nm3/kgNm3/kg（四个来源）

Nm3/kg§2.4燃料的燃烧计算2．实际烟气量的计算(α>1)——含有过量O21）过量空气中氧容积：Nm3/kg2）过量空气中氮容积：

Nm3/kg3）过量空气中水蒸汽容积：Nm3/kg4）实际烟气量——理论烟气量与过量空气之和Nm3/kg三、空气和烟气的焓1.理论空气的焓——每kg固体(液体)燃料燃烧时所需理论空气量，在等压下，从0℃加热到℃所需要的热量，单位kJ/kg。

kJ/kg§2.4燃料的燃烧计算2．理论烟气的焓——每kg固体(液体)燃料燃烧后所生成理论烟气量，在等压下，从0℃加热到℃所需要的热量，单位kJ/kgkJ/kg式中等由表2-10查取。3．实际烟气焓1）烟气中过量空气的焓： kJ/kgafh——入炉燃料灰分随烟气带出的灰分重量比，称飞灰份额，层燃炉afh＝0.2-0.3，煤粉炉afh＝0.85-0.9。只有当燃料中灰分很大时，才需加以考虑，即：§2.5锅炉运行时烟气分析及其应用一、烟气分析的目的

在锅炉运行时，通过烟气取样分析，计算出CO、、，从而了解和掌握锅炉实际燃烧情况，便于制定合理的燃烧调整及燃烧设备的改进方案，从而提高燃烧效率和锅炉热效率。炉膛出口过量空气系数有一最佳值：qmin=q2+q3+q4二、理论上烟气分析成分

1．每kg燃料完全燃烧时产生的烟气成分：RO2、N2、H2O；§2.5锅炉运行时烟气分析及其应用2．燃料完全燃烧时产生的烟气成分：RO2、N2、H2O、O2；3．燃料不完全燃烧时产生