第一章 燃料及燃烧计算

第一篇燃料与燃烧本篇主要内容：锅炉燃煤的特性、燃料的基本燃烧计算；锅炉热平衡：要求学生建立热平衡的概念，掌握锅炉热效率的计算方法；通过讲授锅炉制粉系统、烟风及燃烧系统，使学生掌握各个系统的工作过程、工作特点和设备及系统的工作原理。12/15/20231沈阳工程学院王树群动本091-2第一章燃料及燃烧计算燃料部分（1-5节）主要内容：锅炉用燃料有哪些？煤的成分分析方法；煤的成分组成及各成分特点；煤的分析基准及换算；煤的主要特性：发热量、标准煤、折算成分、灰的熔融性；煤的分类。12/15/20232沈阳工程学院王树群动本091-2§1.1锅炉用燃料1.燃料：燃烧时能发热的物质。2.分类：物态：固体、液体、气体获得方式：人工：木炭、煤粉、汽油等3.选择燃料的原则：不占用其它行业所必须的优质燃料；尽可能采用当地燃料；提高燃料使用的经济性；尽可能减少污染；劣质煤：两种含义.

一是指水分、灰分或硫分含量较多、发热量较低，（三高一低）在其它方面没有多大经济价值的煤。二是指发热量虽然很高,但是难于着火燃烧的煤。12/15/20233沈阳工程学院王树群动本091-2§1.2煤的成分一、元素分析和工业分析煤是由有机化合物和无机矿物质等组成的一种复杂物质。两种分析方法：元素分析法、工业分析法。（一）元素分析成分及表示符号碳Ｃ、氢Ｈ、氧Ｏ、氮Ｎ、硫Ｓ、灰分Ａ、水分M（二）煤的工业分析及表示符号水分M、挥发分V、固定碳FC、灰分A12/15/20234沈阳工程学院王树群动本091-2二、元素分析成分１、碳：主要可燃元素，含量最高，5０～９０％。

C+02=CO2+32700存在形式：

Ｃ与氢、氮、硫等结合生成挥发性物质；

单质状态，称固定碳（FC).

固定碳越多，煤不易着火，燃烧缓慢，火苗短。12/15/20235沈阳工程学院王树群动本091-2２、氢：发热量最高，3～６％,H含量越高，越容易着火、燃烧。

2H2+O2=2H2O+1200003、氧、氮：含量很少

高温下生成氮氧化物(NOx)，污染大气。4、硫：可燃、有害气体，

1.５％需脱硫

S+O2=SO2+9040有机硫（S0）—--与C、H、O等结合成复杂的化合物。黄铁矿硫（FeS2)—煤种S元素80%以黄铁矿形式存在。硫酸盐硫—CaSO4、MgSO4、FeSO4等，不能燃烧，归入灰分中。12/15/20236沈阳工程学院王树群动本091-2５、水分：主要不可燃成分，２～６０％。

全水分Mt①表面水分（外在水分）Mf—通过自然干燥可除去的水分。

②固有水分（内在水分）Minh—原煤失去外在水分后剩余的水分。需要在较高温度下（105-110℃，加热1.5-2小时）才能从煤样中除去。６、灰分：将煤样在空气中加热到800±25℃，灼烧2h后的剩余物就是灰分。 煤中不可燃物质统称灰分。10～50%。12/15/20237沈阳工程学院王树群动本091-2三、工业分析成分水分（M）、挥发分(V)、固定碳(FC)、灰分(A)

1、全水分Mt①表面水分（外在水分）Mf—通过自然干燥可除去的水分。

②固有水分（内在水分）Minh—原煤失去外在水分后剩余的水分。需要在较高温度下（105-110℃，加热1.5-2小时）才能从煤样中除去。12/15/20238沈阳工程学院王树群动本091-22、挥发分：失去水分的煤在隔绝空气条件下加热到900±10℃温度时，有机物质会分解成各种气体，这些气体成分称挥发分。１）组成：可燃气体(CmHn、H2、

COH2S等)、不可燃气体(CO2等)。２）特点：自身容易着火燃烧；且能促进焦炭的燃烧。３）作用：燃烧的重要特性、煤分类的依据。12/15/20239沈阳工程学院王树群动本091-23、固定碳（FC）和灰分（A)

挥发分析出后剩下的物质称焦炭。焦炭＝固定碳＋灰分将煤样在空气中加热到815±10℃，灼烧2h后的剩余物就是灰分。12/15/202310沈阳工程学院王树群动本091-2四、煤中成分对锅炉工作的影响1、硫分危害：１）Ｓ＋Ｏ２＝ＳＯ２→ＳＯ3+Ｈ２Ｏ生成硫酸，造成低温腐蚀；

2）污染大气；

3）硫化铁导致磨煤机磨损。

12/15/202311沈阳工程学院王树群动本091-22、灰分危害：１）可燃元素减少，发热量降低；２）阻碍可燃质与氧接触，影响燃烧、燃尽；３）受热面积灰、结渣，影响传热；４）烟气中飞灰引起设备磨损、腐蚀，降低使用寿命；５）增加灰渣物理热损失；６）污染环境；７）增加除尘、除灰设备；增加开采、运输费用，制粉系统电耗。12/15/202312沈阳工程学院王树群动本091-23、水分危害：１）发热量降低；２）增加不完全燃烧损失；３）烟气体积增大，排烟损失和引风电耗增加；４）影响磨煤，堵塞煤粉管道；５）低温受热面堵灰、腐蚀。

12/15/202313沈阳工程学院王树群动本091-24、挥发分

1）特点：自身容易着火燃烧；且能促进焦炭的燃烧。

2）作用：燃烧的重要特性、煤分类的依据。12/15/202314沈阳工程学院王树群动本091-2五、煤的成分计算基准1.收到基ar(asreceivedbasis)

以入炉煤（实际工作煤）为基准进行分析的各个成分质量百分数。

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

FCar+Var+Aar+Mar=100%

应用：锅炉热力计算。2.空气干燥基ad(airdriedbasis)

除去外在水分后的各个成分质量百分数。

Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%

FCad+Vad+Aad+Mad=100%

应用：实验室内煤样分析使用。12/15/202315沈阳工程学院王树群动本091-212/15/202316沈阳工程学院王树群动本091-23.干燥基d(drybasis)：假想无水状态的各个成分质量百分数。

Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%

FCd+Vd+Ad=100%

应用：灰分含量常用干燥基表示。4.干燥无灰基daf(dryandashfreebasis)：假想无水无灰状态的各个成分质量百分数。

Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%

FCdaf+Vdaf=100%

应用：挥发分含量常用干燥无灰基表示。12/15/202317沈阳工程学院王树群动本091-2§1.3燃料的某些特性一、发热量：单位质量的煤完全燃烧时所放出的热量。

(1)高位发热量(Qar,gr)：单位质量的煤形成的水蒸气凝结为液态水时最大可能的发热量。

(2)低位发热量(Qar,net)：高位发热量中扣除汽化潜热后的发热量。Qar,net=Qar,gr-r(9Har/100+Mar/100)Qar,net=4.19(81Car+246Har+26Sar-26Oar-6Mar)12/15/202318沈阳工程学院王树群动本091-2二、折算成分：折算水分、折算灰分、折算硫分相对于发热量中每4190KJ/Kg收到基低位发热量的煤的水分、灰分、硫分的含量。

Mar,red=4190*Mar/Qar,net

Aar,red=4190*Aar/Qar,net

Sar,red=4190*Sar/Qar,net

Mar,red＞8%Sar,red＞0.2%Aar,red＞4%分别称为高水分、高硫分、高灰分.标准煤：收到基低位发热量为29310KJ/Kg的煤。

Bb=BQar,net,p/2927012/15/202319沈阳工程学院王树群动本091-2三、灰的熔融性煤灰在某一确定温度下开始熔化，此温度定义为灰熔点。

DT－变形温度，锥体顶点开始变成圆或倾斜

ST－软化温度，锥体顶点弯曲至锥地面或成球状（灰熔点）固态排渣炉的灰熔融性用软化温度ST来代表

FT－熔化温度，完全熔化成液体并能在底面流动。12/15/202320沈阳工程学院王树群动本091-212/15/202321沈阳工程学院王树群动本091-212/15/202322沈阳工程学院王树群动本091-2影响灰熔点因素：１）灰的成分：酸性氧化物增加，灰熔点升高；碱性氧化物增加，灰熔点降低２）所处环境介质的性质：还原性气体存在，共晶体生成，灰熔点降低３）灰分含量：灰分越多，灰熔点降低当灰的软化温度ST＞1350℃,炉内结渣的可能性不大。为避免炉膛出口处结渣，炉膛出口处温度比ST低50～100℃12/15/202323沈阳工程学院王树群动本091-2§1.4

煤的分类发电厂用煤主要以挥发分、发热量、灰分、水分等作为指标进行分类。１.无烟煤：Vdaf

10％、Ｃar=95--96%，含碳量高，挥发分少；特点：不易点燃，燃烧缓慢且火焰短；焦炭无胶结性，质硬，不易研磨；储存不会自燃。２.贫煤：Vdaf

＝10－20％；性质介于烟煤和无烟煤之间。３.烟煤：Vdaf

＝20－40％；含碳低于无烟煤，但挥发分较多；特点：易点燃，火焰长，含氢量高，发热量高；储存时会自燃。４.褐煤：Vdaf

＞４０％，含碳量少，挥发分高，水分、灰分含量大；特点：发热量低，储存时极易发生自燃。§1.5液体和气体燃料（了解）12/15/202324沈阳工程学院王树群动本091-2例题：某褐煤收到基元素分析各成分的百分含量为：Car=34%，Har=2.7%，Oar=8.6%，Sar=2.2%，Nar=0.6%，Aar=26.9%，Mar=25%，经过短时间干燥后测得Mad=20%。请计算干燥后，煤的空气干燥基元素分析百分含量为多少?12/15/202325沈阳工程学院王树群动本091-2思考题:1.元素分析法分析煤的组成时,煤由哪些成分组成？各有何特点？2.煤中硫分、水分、灰分对锅炉工作有何影响？3.什么叫内在水分、外在水分、全水分？内在灰分、外在灰分？4.煤的工业分析有哪些分析成分？各有何特点？5.煤的含碳量、固定碳和焦炭有何区别和联系？6.什么叫煤的挥发分、发热量、高位发热量、低位发热量？7.DT、ST、FT分别代表什么含义？有哪些影响因素？8.煤种一定时,灰熔点是否是定值？为什么？9.电力用煤有哪几种？

12/15/202326沈阳工程学院王树群动本091-2第一章燃料及燃烧计算燃烧计算部分（6-7节）主要内容：1.燃烧所需空气量计算；2.烟气量计算（理论状态下和实际运行中两种算法）；3.过量空气系数和漏风系数计算；4.烟气和空气焓计算（为锅炉课程设计服务）；

12/15/202327沈阳工程学院王树群动本091-2§1.6燃料的燃烧计算锅炉燃烧计算的前提:1.空气量与烟气量的计算均以1kg燃料的收到基为基础；2.计算状态为标准状态，1个标准大气压，0℃；3.空气和烟气的所有组成成分（包括水蒸汽，分压很小），均可作理想气体，1千摩尔气体在标准状态的容积是22.4Nm3；4.气体容积计算单位均为Nm3/kg。（Nm3含义是标准立方米）12/15/202328沈阳工程学院王树群动本091-2一、燃烧所需空气量1.理论空气量

1kg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。

C燃烧消耗的氧气量H燃烧消耗的氧气量S燃烧消耗的氧气量扣除燃料本身的氧量需要的总氧气量12/15/202329沈阳工程学院王树群动本091-2理论氧气量和理论空气量：12/15/202330沈阳工程学院王树群动本091-22.实际空气量：1KG燃料燃烧实际需要的空气量。

炉膛内的混合不可能绝对均匀，为保证完全燃烧，需多送一部分空气。

一般煤粉炉过量空气系数为1.15～1.25。无烟煤、贫煤及劣质烟煤，过量空气系数为1.20-1.25，烟煤及褐煤，过量空气系数为1.15-1.20。过量空气系数12/15/202331沈阳工程学院王树群动本091-23.漏风系数

※锅炉的通风方式： （1）锅炉通风的方式——主要采用“平衡通风”，即同时使用送风机和引风机，炉膛保持微负压

的方式；另外还有“负压通风”和“正压通风”的方式。 （2）平衡通风的特点——锅炉不向外喷火焰和冒烟气，但会有空气从未密封处或密封不严密处漏入炉膛内，从而使烟气沿烟气流程的过量空气系数不断增大。 12/15/202332沈阳工程学院王树群动本091-2漏风系数：

负压环境下的锅炉，炉外的空气漏入炉内的漏风量与理论空气量的比值。

★炉外漏入的空气量为对应1KG燃料的漏风量。12/15/202333沈阳工程学院王树群动本091-2二、烟气量计算（烟气容积计算）★★烟气成分组成：当

＝１完全燃烧：二氧化碳、二氧化硫、氮气、水蒸气。

１完全燃烧：二氧化碳、二氧化硫、氮气、水蒸气、氧气。

＞１不完全燃烧：二氧化碳、二氧化硫、氮气、水蒸气、氧气、一氧化碳12/15/202334沈阳工程学院王树群动本091-2（一）化学反应方程式法（完全燃烧，锅炉设计采用）1.理论烟气量：定义(1）三原子气体烟气量(2)理论氮气量(3)理论水蒸汽量12/15/202335沈阳工程学院王树群动本091-2(1)三原子气体烟气量12/15/202336沈阳工程学院王树群动本091-2(2)理论氮气量12/15/202337沈阳工程学院王树群动本091-2(3)理论水蒸汽量①由煤中的水分②煤中H元素转换的水分③由理论空气量V0带入的水分，即相对于每1kg燃煤带入的水蒸汽容积

0.0161V0(Nm3/kg)12/15/202338沈阳工程学院王树群动本091-2理论水蒸汽容积理论烟气量(4)采用蒸汽雾化等设备带入的水蒸汽容积12/15/202339沈阳工程学院王树群动本091-22、实际烟气容积

（1）完全燃烧且过量空气系数大于1的烟气量(理论状态下）※计算思路：实际烟气容积=理论烟气容积+过量空气容积（干）+过量空气带入的水蒸气容积或：实际烟气容积=干烟气容积+水蒸气容积12/15/202340沈阳工程学院王树群动本091-212/15/202341沈阳工程学院王树群动本091-2三原子气体的容积份额在辐射换热计算中，三原子气体RO2，H2O均参与辐射换热,灰粒的浓度对辐射换热有影响。三原子气体的容积份额和分压力为：12/15/202342沈阳工程学院王树群动本091-2飞灰浓度：即每1kg烟气中飞灰的质量。

afa—烟气携带出炉膛的飞灰占总灰量的份额。12/15/202343沈阳工程学院王树群动本091-2（二）不完全燃烧时的烟气量（实际运行状态）计算方法：实际烟气容积=干烟气容积+水蒸气容积干烟气容积利用烟气分析实验获得的公式1-44计算；水蒸气容积使用前面的公式1-28计算。12/15/202344沈阳工程学院王树群动本091-212/15/202345沈阳工程学院王树群动本091-2★烟气分析

（1）计算实际的烟气容积；（2）确定实际的过量空气系数、“漏风系数”、燃烧的不完全程度（CO含量）；（3）指导燃烧调整、燃烧设备的改进。12/15/202346沈阳工程学院王树群动本091-21、烟气成分分析各气体成分占干烟气容积的百分数 12/15/202347沈阳工程学院王树群动本091-212/15/202348沈阳工程学院王树群动本091-22.奥氏烟气分析器（1）结构12/15/202349沈阳工程学院王树群动本091-2（2）原理 选择性吸收方法——化学吸收剂吸收烟气中的一种或两种气体成分12/15/202350沈阳工程学院王树群动本091-212/15/202351沈阳工程学院王树群动本091-2★★不完全燃烧方程式（CO含量计算）

因传统烟气分析实验中CO测量不准，故可以使用CO计算方法进行计算，使用计算的CO含量数据进行计算。在不完全燃烧的条件下，且认为仅存在CO.不完全燃烧方程干烟气中CO的含量12/15/202352沈阳工程学院王树群动本091-2其中燃料特性系数为燃料特有性质，只和燃料成分有关，可按下式计算

12/15/202353沈阳工程学院王树群动本091-2

★★完全燃烧方程式CO=012/15/202354沈阳工程学院王树群动本091-2

由完全燃烧方程得：在锅炉运行中，如果RO2值过小，供应的空气量过大。当送入理论空气量，且完全燃烧时，烟气中三原子气体的最大百分比含量:上式只取决于燃料性质，燃料成分一定，数值一定。故可使用其验证烟气分析实验RO2数值。12/15/202355沈阳工程学院王树群动本091-2三、空气和烟气焓的计算

空气或烟气焓是指在定压条件下，将1kg燃料燃烧所需要的空气量或产生的烟气量从0℃加热到t℃时需要的热量。计算基础：1kg燃料，规定0℃时的焓值等于零。

1.理论空气焓 12/15/202356沈阳工程学院王树群动本091-2

实际空气焓 式中

——在空气量计算时表示过量空气系数 的符号。12/15/202357沈阳工程学院王树群动本091-2

2.烟气焓的计算

12/15/202358沈阳工程学院王树群动本091-2四、运行中过量空气系数计算

1.精确计算方法：由锅炉过量空气系数的定义，完全燃烧的情况下不完全燃烧的情况下12/15/202359沈阳工程学院王树群动本091-22.粗略计算