第二章燃料及燃料燃烧计算

第二章燃料及燃料燃烧计算1第一页，共六十一页，2022年，8月28日§2.1燃料的成分及其主要特性燃料:核燃料有机燃料有机燃料:固体燃料（煤、木料、油页岩等）

液体燃料（石油及其产品）

气体燃料（天然气、高炉煤气、焦炉煤气等）

电厂锅炉以煤为主要燃料，并尽量利用水分和灰分含量高、发热量低的劣质煤。

第二页，共六十一页，2022年，8月28日一、煤的成分及分析基准元素分析：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）工业分析：固定碳（FC）、挥发分（V）、水分（M）、灰分（A）（一）煤的组成成分及其性质由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、水分（M）和灰分（A）组成。第三页，共六十一页，2022年，8月28日一、煤的成分及分析基准

1、碳（C）约占20％～70％（收到基），1kg碳完全燃烧约放出32866kJ热量。存在型式：与氢、氧、硫结合成有机物，受热时从煤中析出成为挥发分；以单质形式存在称为固定碳。碳含量越多，着火及燃烧越困难。第四页，共六十一页，2022年，8月28日一、煤的成分及分析基准2、氢（H）发热量最高的可燃元素，1kg氢完全燃烧可放出120370kJ热量。约占2％～6％。多以碳氢化合物的形式存在。3、氧（O）和氮（N）不可燃元素。氧含量变化很大，少的约占1％～2％，多的占40％氮的含量约占0.5％～2.5％。第五页，共六十一页，2022年，8月28日一、煤的成分及分析基准4、硫（S）有害成分，约占2％，个别高达8％～10％。存在形式：有机硫（与C、H、O等结合成复杂的有机物）黄铁矿（FeS2）硫酸盐硫（CaSO4、MgSO4、FeSO4等）。可燃硫或挥发硫第六页，共六十一页，2022年，8月28日一、煤的成分及分析基准5、灰分（A）危害：（1）灰分增多，可燃物减少，发热量降低，着火困难，灰渣量增加，运行操作繁重；（2）灰分增加，炉内易结渣，传热恶化；（3）灰分增加，烟速高，磨损受热面；烟速低，受热面易积灰，影响传热效果。第七页，共六十一页，2022年，8月28日一、煤的成分及分析基准6、水分（M）煤中的不可燃杂质，少的占2％，多的占50％～60％。危害：（1）水分增加，可燃成分相对减少，煤的发热量降低，燃烧困难，容易燃烧不完全。（2）水分吸热变成水蒸汽排出，增加烟气量，使引风机电耗增加，排烟损失加大。（3）易产生积灰、腐蚀。第八页，共六十一页，2022年，8月28日一、煤的成分及分析基准(二)煤的工业分析煤的工业分析—水分、挥发分、固定碳和灰分1、水分（M）全水分：实际应用状态下煤中所含水分，由外在水分（Mf）和内在水分（Minh）组成。测定方法：原煤试样放置于105～1100C（褐煤的相应温度为1450C）的烘箱内约2h，使之干燥至衡重，其失去的水分为全水分。第九页，共六十一页，2022年，8月28日外在水分（Mf）：又称为表面水分，是附着于煤粒表面的外来水分，可以通过自然干燥方法除去。测定方法：原煤试样在温度为20±10C、相对湿度为（65±1）％的空气中自然风干后失去的水分。内在水分（Minh）：又称固有水分，指原煤失去外在水分之后所剩余的水分。一、煤的成分及分析基准第十页，共六十一页，2022年，8月28日一、煤的成分及分析基准2、挥发分（V）

将失去水分的煤样置于隔绝空气的环境中，加热至一定温度时，煤中的有机质分解而析出的气体。成分：碳氢化合物（∑CmHn）、氢（H2）、一氧化碳（CO）、硫化氢（H2S）和氧（O2）、二氧化碳（C2O）、氮（N）等。测定方法：失去水分的煤样，在（900±10）0C的温度下，隔绝空气加热7分钟，试样失去的质量占总质量的百分数。第十一页，共六十一页，2022年，8月28日一、煤的成分及分析基准3、固定碳（FC）和灰分（A）

原煤试样除去水分、析出挥发分后，剩余部分称为焦炭，由固定碳（FC）和灰分（A）组成。灰分测定：把焦炭放在箱行电炉内，在（850±10）0C的温度下灼烧2h，固定碳基本燃尽，剩余的部分为灰分。第十二页，共六十一页，2022年，8月28日一、煤的成分及分析基准(三)煤的成分分析基准及其换算常用分析基准：收到基(asreceived)、空气干燥基(airdry)、干燥基(dry)、干燥无灰基(dryandashfree)。

收到基（ar）

以收到煤为基准计算煤中的全部成分组成第十三页，共六十一页，2022年，8月28日一、煤的成分及分析基准干燥基（d）

以假想无水状态的煤为基准空气干燥基（ad）

以与空气温度达到平衡状态的煤为基准，即供分析化验的煤样在实验室一定温度条件下，自然干燥失去外在水分，其余的成分组合便是空气干燥基。第十四页，共六十一页，2022年，8月28日一、煤的成分及分析基准干燥无灰基（daf）

以假想无水、无灰状态的煤为基准不同基准之间的换算公式第十五页，共六十一页，2022年，8月28日一、煤的成分及分析基准表2-1不同基准的换算系数K所求

已知收到基空气干燥基干燥基干燥无灰基收到基1空气干燥基1干燥基1干燥无灰基1第十六页，共六十一页，2022年，8月28日

二、煤的主要特性

主要特性包括煤的发热量、灰分熔融特性和煤的可磨性。

高位发热量(Qgr)1kg煤完全燃烧所放出的热量，包括燃烧产物中的水蒸汽凝结成水所放出的汽化潜热，用Qar,gr表示。低位发热量烟气中的水蒸汽一般不会凝结，凝结热无法利用，使实际发热量降低。不包括燃烧产物中的水蒸汽凝结成水所放出的汽化潜热，用Qar,net,p表示。（一）煤的发热量单位质量的煤完全燃烧时所释放的热量第十七页，共六十一页，2022年，8月28日（一）煤的发热量收到基高位发热量与低位发热量之间的换算：空气干燥基高位发热量与低位发热量之间的换算：干燥基高位发热量与低位发热量之间的换算：干燥无灰基高位发热量与低位发热量之间的换算：第十八页，共六十一页，2022年，8月28日（一）煤的发热量高位发热量(Qgr)各基准间的换算采用表2-1换算系数低位发热量(Qnet)各基准间的换算分三步进行已知基准的Qnet→已知基准的Qgr已知基准的Qgr→所求基准的Qgr(采用上述换算系数)所求基准的Qgr→所求基准的Qnet第十九页，共六十一页，2022年，8月28日（一）煤的发热量发热量的测定方法氧弹测热计的基本原理：把空气干燥基煤样置于充满压力氧的氧弹中并使其燃烧，氧弹沉没于水中，根据水温升计算出煤的干燥基定容高位发热量Qar,gr。换算为低位发热量：

硫、氮氧化物的生成热及溶于水的溶解热第二十页，共六十一页，2022年，8月28日（一）煤的发热量标准煤收到基低位发热量为29310kJ/kg的燃料为标准煤

标准煤耗量

折算成分把相对于每4190kJ/kg收到基低位发热量的煤所含的收到基水分、灰分和硫分，分别称为折算水分、折算灰分和折算硫分。折算水分

折算灰分

折算硫分

Mar,zs>8%

高水分燃料Aar,zs>4%

高灰分燃料Sar,zs>0.2%

高硫分燃料第二十一页，共六十一页，2022年，8月28日（二）灰的熔融特性灰熔点的影响因素

灰的成分

各成分含量的比例所处的环境介质的性质灰熔点

煤灰再某一确定的温度下开始熔化，此温度定义为煤灰的熔化温度，也称为灰熔点第二十二页，共六十一页，2022年，8月28日（二）灰的熔融特性

灰的熔融特性

煤灰在一定的高温区间内逐渐熔化的性质角锥法确定

灰的变形温度DT灰的软化温度ST灰的流动温度FT第二十三页，共六十一页，2022年，8月28日（二）灰的熔融特性

灰熔点对锅炉工作的影响软化温度ST<12000C称为易熔灰，宜采用液态排渣方式；软化温度ST>14000C称为难熔灰，宜采用固态排渣；软化温度12000C<ST<14000C采用固态排渣；ST－DT<1000C称为短渣，适于固态排渣煤粉炉；ST－DT>2000C

称为长渣，适于液态排渣炉。第二十四页，共六十一页，2022年，8月28日（三）煤的可磨性指数与磨损指数

煤的可磨性指数

用来表示磨煤机将煤磨成一定细度煤粉的难易程度前苏联法（Kkm）：在风干状态下，将等量的标准样煤和被测试煤由相同的初始粒度磨制成同一规格的细煤粉时，所消耗的能量之比，即

Eb—磨制标准煤样消耗的能量；Es—磨制被测试煤消耗的能量。

Kkm<1.2的煤称为难磨煤，Kkm>1.5的煤称为易磨煤。

第二十五页，共六十一页，2022年，8月28日（三）煤的可磨性指数与磨损指数哈得罗法（HGI）：将规定粒度的50g煤样置于实验用中速磨煤机内，磨制约3min后取出筛分

HGI—哈氏可磨性指数；D74—50g煤中通过孔径为74μm筛子煤粉质量。

HGI<64的煤称为难磨煤，HGI>86的煤称为易磨煤。

第二十六页，共六十一页，2022年，8月28日（三）煤的可磨性指数与磨损指数Kkm与HGI的换算关系：

煤的磨损指数（Ke）

煤在磨制过程中，对磨煤机金属碾磨部件磨损的轻重程度。

冲击式磨损试验装置：在一定的试验条件下，某种煤每分钟对纯铁的磨损量X与相同条件下标准煤每分钟对纯铁的磨损量的比值。标准煤每分钟能使纯铁磨损10mg。

<2.0,不强；2.0~3.5,较强；3.5~5.0，很强；>5.0，极强。第二十七页，共六十一页，2022年，8月28日三、发电用煤的分类（一）发电厂用煤的质量标准分类

根据干燥无灰基中挥发分的含量：

无烟煤（Vdaf≤10％）、贫煤（10%＜Vdaf＜20%）、烟煤（20％＜Vdaf≤40％）、褐煤（Vdaf＞40%）。为反映煤的燃烧特性，电厂煤粉锅炉用煤还以VAMST及Q法分类第二十八页，共六十一页，2022年，8月28日(二）各类煤质的燃烧特性无烟煤碳化程度高，含碳量很高达95%，发热量很高；挥发份很少小于10%，Vdaf析出的温度较高，着火和燃尽均较困难,储存时不易自燃。

杂质很少，水分少贫煤挥发分含量低Vdaf在10％～20％，碳含量高50％～70％，不容易着火，燃烧不易结焦第二十九页，共六十一页，2022年，8月28日(二）各类煤质的燃烧特性烟煤含碳量较无烟煤低40％～70％；挥发分含量较多20％～40％，易点燃，燃烧快，火焰长；氢含量较高发热量较高。褐煤碳化程度低，含碳量低约为40～50%，水分及灰分很高发热量低；挥发分含量高约40～50%，甚至60%，挥发分的析出温度低，着火及燃烧均较容易。第三十页，共六十一页，2022年，8月28日§2.2燃料燃烧计算燃烧：

完全燃烧不完全燃烧基本假设：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。

第三十一页，共六十一页，2022年，8月28日一、燃烧所需空气量及过量空气系数

理论空气量

1kg（或1Nm3）收到基燃料完全燃烧而又没有剩余氧存在时所需要的空气量，称为理论空气量，用符号V0表示，单位Nm3/kg（或Nm3/Nm3）。碳完全燃烧：C+O2=CO212kg22.4Nm3

22.4Nm31kg1.866Nm31.866Nm31kg收到基燃料第三十二页，共六十一页，2022年，8月28日一、燃烧所需空气量及过量空气系数氢完全燃烧：

2H2+O2=2H2O4.032kg22.4Nm344.8Nm31kg5.56Nm311.1Nm31kg收到基燃料第三十三页，共六十一页，2022年，8月28日硫完全燃烧：S+O2=SO232kg22.4Nm322.4Nm31kg0.7Nm30.7Nm3一、燃烧所需空气量及过量空气系数1kg收到基燃料第三十四页，共六十一页，2022年，8月28日一、燃烧所需空气量及过量空气系数燃料含氧量：

理论氧量:

1kg燃料第三十五页，共六十一页，2022年，8月28日理论空气量:一、燃烧所需空气量及过量空气系数第三十六页，共六十一页，2022年，8月28日一、燃烧所需空气量及过量空气系数

实际供给空气量及过量空气系数

实际供给空气量

Vk

过量空气系数——实际供给空气量与理论空气量之比，Vk/V0＝α或β式中α——用于烟气量计算；β——用于空气量计算。测量位置：炉内过量空气系数α，一般是指炉膛出口处的过量空气系数α1″。影响：过量空气系数太大会增加烟气容积使排烟热损失增加，太小则不能保证燃料完全燃烧。

第三十七页，共六十一页，2022年，8月28日一、燃烧所需空气量及过量空气系数

锅炉漏风系数

漏风系数——某一受热面的漏风量∆V与理论空气量V0之比，即∆α＝∆V/V0。烟道任意截面处的过量空气系数α：炉膛出口的过量空气系数加各段烟道的漏风系数之和，即α＝α1″＋∑∆α空气预热器进、出口空气侧的过量空气系数：βky′＝βky″＋∆αky第三十八页，共六十一页，2022年，8月28日二、燃烧产生的烟气容积计算

理论烟气容积理论烟气容积——当过量空气系数为1且完全燃烧生成的烟气容积，用符号Vy0，单位Nm3/kg。

1kg燃料完全燃烧产生烟气的容积：

二氧化碳容积VCO2

二氧化硫容积VSO2

三原子氧化物VRO2

C+O2=CO212kg22.4Nm322.4Nm31kg1.866Nm31.866Nm3S+O2=SO232kg22.4Nm322.4Nm31kg0.7Nm30.7Nm3第三十九页，共六十一页，2022年，8月28日二、燃烧产生的烟气容积计算理论氮气容积V0N2

包括理论空气量中所含的氮和燃烧时燃料本身释放出的氮：第四十页，共六十一页，2022年，8月28日2H2+O2=2H2O4.032kg22.4Nm344.8Nm31kg5.56Nm311.1Nm3理论水蒸汽容积V0H2O

燃料中氢完全燃烧生成的水蒸汽燃料中水分蒸发形成的水蒸汽随同理论空气量V0带入的水蒸汽

蒸汽雾化燃油中的雾化蒸汽容积二、燃烧产生的烟气容积计算第四十一页，共六十一页，2022年，8月28日二、燃烧产生的烟气容积计算理论水蒸汽的容积V0H2O

理论干烟气量

理论烟气量

第四十二页，共六十一页，2022年，8月28日二、燃烧产生的烟气容积计算

实际烟气容积（过量空气系数α>1）

完全燃烧

实际烟气容积Vy:

包括理论烟气容积和过量空气(α-1)V0以及随这部分过量空气进来的水蒸汽。

第四十三页，共六十一页，2022年，8月28日实际干烟气容积：

实际烟气容积:二、燃烧产生的烟气容积计算第四十四页，共六十一页，2022年，8月28日二、燃烧产生的烟气容积计算不完全燃烧

烟气中的不完全燃烧产物只有CO。

实际烟气容积：

由于生成CO2和生成CO的总容积不变，所以不论燃烧是否完全，烟气中碳的产物总容积不变，烟气的总容积增加。第四十五页，共六十一页，2022年，8月28日§2.3烟气分析方法、烟气分析

烟气分析的原因

测量炉膛出口过量空气系数，可知炉膛的空气供给量；测量锅炉排烟的过量空气系数，可确定排烟热损失；测量CO、H2和CH4等可燃气体成分，可求得化学不完全燃烧损失。第四十六页，共六十一页，2022年，8月28日烟气分析方法——化学吸收法、电气测量法、红外吸收法及色谱分析法等。奥氏烟气分析仪

奥氏烟气分析仪的原理——利用选择性吸收方法来确定烟气中各气体成分的含量。

、烟气分析第四十七页，共六十一页，2022年，8月28日一、烟气分析1）利用氢氧化钾（KOH）溶液吸收RO2；2）利用焦性没食子酸[C6H3（OH3）]的碱性溶液吸收O2（同时也吸收RO2）；3）利用氯化亚铜的氨溶液Cu（NH3）Cl吸收CO（同时也吸收O2）。第四十八页，共六十一页，2022年，8月28日一、烟气分析干烟气的组成可由各组分在烟气中的容积百分数表示：

第四十九页，共六十一页，2022年，8月28日二、运行时烟气容积和一氧化碳含量的计算

根据烟气分析结果计算烟气容积

干烟气容积：实际烟气容积：100375.0866.1%10022222ararCOSOCOgyCOSOCOSCVVVVVVVCORO+=++´++=+第五十页，共六十一页，2022年，8月28日二、运行时烟气容积和一氧化碳含量的计算

烟气中一氧化碳含量的计算燃料特性系数不完全燃烧方程式

第五十一页，共六十一页，2022年，8月28日二、运行时烟气容积和一氧化碳含量的计算一氧化碳含量

完全燃烧方程式及RO2最大值α>1时，CO＝0：

当α＝1时，O2＝0，CO＝0第五十二页，共六十一页，2022年，8月28日二、运行时烟气容积和一氧化碳含量的计算

运行时过量空气系数和漏风系数的计算过量空气系数计算

过量空气系数可根据烟气分析结果加以确定。

不完全燃烧时过量空气中的氧容积

第五十三页，共六十一页，2022年，8月28日二、运行时烟气容积和一氧化碳含量的计算不完全燃烧时的过量空气系数：

完全燃烧时的过量空气系数：

第五十四页，共六十一页，2022年，8月28日§2.4空气和烟气焓的计算以1kg（气体燃料以1Nm3）燃料为计算基础，并规定00C时的焓值等于零。

一、空气焓的计算

理论空气焓的计算

理论空气焓——1kg燃料燃烧所需理论空气量在定压下从00C加热到tk0C所需要的热量。ck——1Nm3干空气连同水蒸汽（dk＝10g/kg干空气）的平均定压比热容。

第五十五页，共六十一页，2022年，8月28日