锅炉学第二章燃料及特性

锅炉学第二章燃料及特性第1页，共33页，2023年，2月20日，星期二●

有机燃料固体燃料（以煤炭为主）液体燃料（以原油、重油和渣油为主）气体燃料（以煤气和天然气为主）第一节燃料及燃烧一、燃料的定义与重要性通过燃烧释放热能的可燃物质为燃料。燃料的种类和特性对锅炉的安全运行、锅炉设计和燃烧器形式等有重要影响。二、燃料分类

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核燃料

第2页，共33页，2023年，2月20日，星期二1、煤的成分●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。

三、煤的成分及分析基准2、煤的成分分析

元素分析和工业分析第3页，共33页，2023年，2月20日，星期二碳:是煤中主要发热成分，发热量32866KJ/Kg，一部分为挥发分碳、一部分为固定碳。含碳量高的煤，发热量较高，但不易着火。氢：是煤中最有利元素，发热量120520KJ/Kg，发热量大约是碳的4倍，燃点低，易着火，无污染。氧和氮：不可燃物质，为有害元素。一部分N会与氧化合而生成NOx，造成大气污染3、元素分析分析煤中各元素（C、H、O、N、S、A、M)的组成第4页，共33页，2023年，2月20日，星期二硫：可燃的有害物质；三种存在形式，有机硫、黄铁矿（FeS2)和硫酸盐硫。燃烧产物SO2、SO3污染大气，腐蚀设备，磨损磨煤部件。灰分：降低发热量，着火推迟；熔融灰吸热，燃烧温度降低，排渣热损失和机械未完全燃烧热损失增加；积灰、结渣，磨损的根源；增加制粉系统能耗；污染环境。水分：降低发热量，着火推迟；燃烧温度降低，锅炉效率降低；加剧受热面腐蚀和堵灰；各元素成分百分数表示：

C+H+O+N+S+A+M=100%第5页，共33页，2023年，2月20日，星期二4、工业分析煤水分挥发分固定碳灰分焦碳

（一）、成分分析挥发分是煤有机分解后的气体物质，由可燃物质：（碳氢化合物、氢、一氧化碳、硫化氢等组成。）不可燃物质：（少量的氧、二氧化碳、氮）组成。挥发分含量是煤的分类的重要依据。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,外部水分和内部水分之和称为全水分。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。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。第6页，共33页，2023年，2月20日，星期二（二）、工业分析过程1、水分（外部水分和内部水分）全水分测定：将原煤样置于105℃～110℃（褐煤温度应为145℃）的烘箱内2h，使之干燥至恒重，所失去的重量。2、挥发分将失去水分的煤样，在（900±10℃）的温度下，隔绝空气加热7min，失去的重量。3、固定碳和灰分原煤失去水分和挥发分之后，剩余为焦炭。将焦炭放在箱形电炉中，在（815±10℃）的温度下灼烧2h，失去重量为固定碳，剩余部分为灰分。第7页，共33页，2023年，2月20日，星期二四煤的成分分析基准及其换算●定义：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。收到基空气干燥基干燥基干燥无灰基第8页，共33页，2023年，2月20日，星期二1、收到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表示。

Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%

FCar+Var+Aar+Mar=100%

2、空气干燥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表示。

Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%FCad+Vad+Aad+Mad=100%第9页，共33页，2023年，2月20日，星期二

3、干燥基以假想无水状态煤为基准，以下角称d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%FCd+Vd+Ad=100%4、干燥无灰基以假想无水、无灰状态的煤为基准，以下角称daf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%FCdaf+Vdaf=100%第10页，共33页，2023年，2月20日，星期二ACHONSMinMf收到基空气干燥基干燥基干燥无灰基灰分固定碳挥发分水分元素分析工业分析

煤的成分及各种分析基准之间的关系第11页，共33页，2023年，2月20日，星期二煤成分基准间的换算

不同基准之间的换算公式表2-1

未知成分X=换算系数K×已知成分X0例:

第12页，共33页，2023年，2月20日，星期二所求

X

已知X0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煤的成分基准换算系数水分换算第13页，共33页，2023年，2月20日，星期二基准换算的依据：任意两种不同基准下的同类成分的比值都相等；分比定理第14页，共33页，2023年，2月20日，星期二二、煤的主要特性

1、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。煤的发热量高位发热量低位发热量

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。

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。第15页，共33页，2023年，2月20日，星期二

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：不同基准高位发热量之间的换算可以利用表2-1第16页，共33页，2023年，2月20日，星期二若煤种不含水分，发热量就没有高位低位之分？第17页，共33页，2023年，2月20日，星期二2、发热量的测量：●测量设备：氧弹式量热仪●测量原理：取1g左右的煤样放在氧弹5中，氧弹中充满氧气后点火燃烧，测得的单位质量的煤放出的热量即弹筒发热量。

弹筒发热量高于煤的高位发热量。由于S和N在过剩氧的作用下生成的SO3和NOX与氧弹中的水形成硫酸和硝酸，而生成酸的反应会放出热量。第18页，共33页，2023年，2月20日，星期二2、发热量的测量：第19页，共33页，2023年，2月20日，星期二计算公式：其中：第20页，共33页，2023年，2月20日，星期二●

折算成分折算水分(%)

折算灰分(%)

折算硫分(%)3、煤的折算成分：●根据折算成分，煤的分类：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。对应于每4190KJ/kg收到基低位发热量的…第21页，共33页，2023年，2月20日，星期二4、标准煤●为了对燃用不同煤种的锅炉机组或电厂进行燃料消耗分析。●定义：收到基发热量为29310KJ/kg（7000Kcal/kg）的煤为标准煤实际燃料消耗量折合成标准煤第22页，共33页，2023年，2月20日，星期二2、煤灰的熔融性●概念：煤在燃烧后残留的灰分是由各种矿物质成分组成的混合物，它没有固定的由固相转为液相的熔融温度，在一定温度下，有些组分会形成共熔体，从而改变灰分的成分及其熔融特性。●灰分熔融温度的测定方法：角锥法和柱体法。国内采用角锥法。第23页，共33页，2023年，2月20日，星期二●角锥法测量原理：

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。●特性温度：变形温度

DT软化温度ST流动温度FT第24页，共33页，2023年，2月20日，星期二●

熔融性的三个特性温度：DT（t1）ST（t2）FT（t3）ST—软化温度，灰锥尖端弯曲到托板上或整个灰锥变成半球形时对应的温度；DT—变形温度，灰锥顶端开始变圆或弯曲时的温度；FT—流动温度，锥体熔化成液体并在托板上流动（厚度在1.5mm以下）时对应的温度；第25页，共33页，2023年，2月20日，星期二ST<1200℃煤灰称为易熔灰。ST>1400℃煤灰称为难熔灰。宜采用固态排渣。ST-DT>200℃时，说明灰渣的液态与固态共存的时间长。称为长渣。ST-DT<100℃时，说明灰渣的液态与固态共存的时间短。称为短渣。对固态排渣，为减轻炉内结渣，应燃用具有短渣性质的煤。为避免炉膛出口受热面结渣，应使炉膛出口烟温比DT低50～100℃第26页，共33页，2023年，2月20日，星期二●

影响灰熔性的因素：（1）煤的化学组成：酸性氧化物：SiO2、Al2O3和TiO2等，碱性氧化物：Fe2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O等

煤灰中熔点高的酸性氧化物增加会使灰熔点提高；而熔点较低的碱性氧化物增多则会使灰熔点降低。第27页，共33页，2023年，2月20日，星期二（2）周围介质的性质

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将迅速下降。因此，介质气氛不同，会使灰熔点变化200~300℃。第28页，共33页，2023年，2月20日，星期二3、煤的可磨性系数和磨损指数

1）、煤的可磨性系数●

概念：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。用可磨性系数来表示煤的可磨性。第29页，共33页，2023年，2月20日，星期二●测定公式：

目前国内采用哈德格罗夫（Hardgrove）法测定的哈氏可磨性系数，即：式中：——为通过孔径为74μm的筛子的煤粉量。第30页，共33页，2023年，2月20日，星期二●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。第31页，共33页，2023年，2月20日，星期二

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