燃料及锅炉热平衡-煤的成分及分类(锅炉设备运行)

燃料及煤粉制备任务1：煤的组成成分及分析基准任务2：煤的特性参数任务3：煤的分类及特点学习单元二锅炉燃料任务4：燃油特性参数任务3：煤的分类及特点任务3：了解煤的种类及液体、气体燃料特性重点：煤的种类及特点液体、气体燃料的特性一、动力煤的分类1.无烟煤2.贫煤3.烟煤4.褐煤

电厂锅炉用煤称为动力煤，动力煤通常以煤的干燥无灰基挥发分Vdaf含量为主要依据进行分类。大致分为：1.无烟煤无烟煤Vdaf≤10%，俗称白煤，表面有明显的光泽，机械强度高，密度较大，不易碾磨。埋藏年代长，碳化程度最深，含碳量最高一般Car＞50%，最高可达95%。挥发分含量少，且析出温度较高，不易着火、燃尽。发热量高Qar，net,p=21.0×103～25.0×103kJ/kg燃烧时焦炭无粘结性贮存过程中不易风风化和自燃。2.贫煤贫煤10%＜Vdaf＜20%，碳化程度较无烟煤低，含碳量高（Car=50%～70%）。性质介于无烟煤与烟煤之间。挥发分较低，一般不易点燃发热量不低Q,p＞18.5×103kJ/kg燃烧时火焰较短，不易结焦。对Vdaf低的贫煤，在燃烧性能方面与无烟煤相近。3.烟煤烟煤挥发分含量较高，变化也较大，一般Vdaf=20%～40%。按烟煤的燃烧特性不同，可分为两类：一类为中挥发分煤

Vdaf=20%～27%、

Q,p＞16.5×103kJ/kg；另一类为高挥发分煤

27%＜Vdaf≤40%、

Q,p＞15.5×103kJ/kg。

烟煤外表呈灰黑色，有光泽，质地松软，烟煤的碳化程度低于无烟煤。碳的含量Car=40%～70%灰分含量Aar=7%～30%水分含量Mar=3%～18%烟煤挥发分含量较高，着火及燃烧较容易，火焰长。发热量较高一般Qar,.net,p=20.0×103～30.0×103kJ/kg但燃烧时大多数有弱焦结性。4.褐煤

褐煤Vdaf＞40%（最高可达60%），外表多呈褐色或黑褐色，质软易碎。褐煤碳化程度很浅，含碳量Car=40%～50%；水分含量Mar=20%～40%、灰分含量Aar=6%～40%较高，因而发热量较低:

（Q,p=11.5×103～21.0×103kJ/kg）。由于挥发分含量高，且析出温度较低，故着火和燃烧都比较容易。也很容易风化和自燃，不宜远途输送和长时间贮存。此外，在动力煤中还有洗中煤、泥煤、油页岩和煤矸石等，均属热值很低，杂质多，单独燃烧困难的的劣质煤。加强对这些燃料的开发利用是我国的一项基本能源政策。燃料及煤粉制备任务1：煤的组成成分及分析基准任务2：煤的特性参数任务3：煤的分类及特点学习单元二锅炉燃料任务4：燃油特性参数任务2：煤的特性参数任务2：分析煤的特性指标重点：高、低发热量，标准煤，折算成分灰的熔融特性煤的主要特性一、煤的发热量二、灰的熔融性

煤的主要特性包括煤的发热量、灰的熔融性、煤的可磨性等。一、煤的发热量

单位质量的煤完全燃烧时所放出的热量，称为煤的发热量。用Q表示，单位kJ/kg。煤的发热量有高位发热量和低位发热量之分。锅炉运行中，由于排烟温度在110～160℃之间，烟气中的水蒸汽不会凝结，汽化潜热不能释放出来，实际能被锅炉利用的是煤的低位发热量。国内电厂锅炉热平衡计算中采用的是低位发热量。不同基准高位发热量：直接乘以基准换算系数进行换算低位发热量：先化成高位发热量，再在高位发热量间换算。与发热量有关的两个概念：

1.标准煤

2.折算成分

高位发热量、低位发热量高位发热量：1kg煤完全燃烧所放出的热量，其中包括燃烧产物中的水蒸汽凝结成水所放出的汽化潜热，用Qgr表示。低位发热量：1kg煤完全燃烧所放出的热量，其中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Qnet表示。电厂燃煤按发热量分区储存标准煤规定以收到基低位发热量Ｑar，net,p＝29270kJ/kg的煤作为标准煤。若煤的收到基低位发热量为Ｑar，net,p（kJ/kg），实际煤耗量为B（t/h），折合成标准煤的消耗量为Bb（t/h），则有

折算成分

为准确反映杂质对锅炉工作的影响，需将杂质含量与煤的发热量联系起来，而引入了折算成分。对应于煤的发热量为4190kJ/kg时燃煤带入锅炉的有害杂质的成分含量：Mzs＞8%、AZS＞4%、Szs＞0.2%时为高水分、高灰分、高硫分煤。二、灰的熔融性煤灰在某一确定的温度下开始熔化，此温度称为灰的熔点（灰熔点）。它对锅炉运行有很大影响。灰熔点影响因素：

灰的组成成分灰所处周围环境的性质煤中灰分含量

灰熔融性的实验测定常用角锥法。把煤灰用模子制成底边长为７mm、高为20mm的等边三角锥体（其中一个侧面垂直于底面及灰托板），然后连同耐高温的灰托板放入充有适量还原性气体（ＣＯ、Ｈ２等）的电炉内加热，并以规定的速度升温。根据灰锥形态的变化，确定四个特性温度DT、ST、HT和FT。变形温度DT——灰锥顶端变圆或开始弯曲时的温度，℃；软化温度ST——灰锥弯曲并触及托板时的温度，℃；半球温度HT——灰锥弯曲变成半球形时的温度，℃；液化温度FT——灰锥完全溶化成液态并能在托板上流动时的温度.℃；变形温度DTdeformation（旧称t1

）软化温度STSoftening（旧称t2

）熔化温度FTFluid（旧称t3

）灰的熔融性一般用软化温度ST来代表。各种煤的ST一般在1100～1600℃之间。

ST＜1200℃的煤灰称为易熔灰；

ST＞1400℃的煤灰称为难熔灰。当灰粒温度低于软化温度ST时，在受热面上只能形成疏松的弱粘聚型灰渣，易脱落；当灰粒或积灰温度高于软化温度ST时，固态的灰粒将变成熔融状态，熔化的灰粒具有较强的粘性，当它未得到及时冷却而与受热面接触时，就会粘附在受热面上形成结渣(结焦)，导致传热恶化，影响正常水循环，严重时将会威胁固态排渣锅炉的正常运行。灰的软化温度ST与变形温度DT的间隔即ST-DT的大小也对锅炉的结渣情况有一定影响。

当ST-DT＞200℃时，说明灰渣的液态与固态共存时间较长，称为长渣；当ST-DT＜100℃时，说明灰渣的液态与固态共存时间较短，称为短渣。由此可知，对固态排渣煤粉炉，为减轻炉内结渣，应燃用具有短渣性质的煤。另外，为防止炉膛出口附近的受热面上结渣，应使炉膛出口烟气温度比灰的软化温度ST低50～100℃。燃料及煤粉制备任务1：煤的组成成分及分析基准任务2：煤的特性参数任务3：煤的分类及特点学习单元二锅炉燃料任务4：燃油特性参数任务1：煤的组成成分及分析基准燃料核燃料有机燃料（主要成分：碳、氢、硫、氧、氮、水分、灰分）固体燃料液体燃料气体燃料一、燃料概况任务1：熟悉锅炉燃料成分特性固体燃料液体燃料气体燃料天然木材、煤、油页岩人工焦炭、煤砖、煤粉天然石油人工汽油、煤油、重油、渣油、酒精天然天然气人工高炉煤气、发生炉煤气、炼焦炉煤气、地下气化煤气锅炉用燃料:固体、气体以及液体燃料我国锅炉以燃煤为主，且常燃用水分和灰分含量较高、发热量低、燃烧较为困难的劣质煤。任务1：熟悉锅炉燃料成分特性煤是一种化石燃料，来源于古代植物。由于地壳的变迁，地面植物残骸被长期深埋在地层深处，在高温、高压及缺氧的条件下，原始有机物不断地分解和化合，最终形成的。电厂煤堆★学习重点：煤的组成成分及分析基准二、煤的成分及特性煤的成分分析方法有两种：元素分析法、工业分析法。分析条件称为分析基准。1.煤的元素分析成分2.煤的工业分析成分3.煤的成分分析基准任务1：熟悉锅炉燃料成分特性1.元素分析成分（1）C

（2）H

（3）S（4）O和N（5）水分（M）

（6）灰分（A）

元素分析成分——C、H、O、N、S五种元素和水分（M）、灰分（A）组成。各组成成分的含量，通常以它们各自占总质量的百分数表示。煤的元素分析成分是锅炉设计、运行不可缺少的原始基础技术资料煤元素分析有机物元素成分无机物碳C氢H氧O氮N硫S水分M灰分A（1）C碳——煤的主要可燃元素，含量：45%～95%。1Kg碳完全燃烧约可放出32866KJ的热量。

C↑

，煤发热量Q↑

。煤中碳元素存在形式：与H、O、S等结合成有机化合物

单质状态，称为固定碳（FC）。固定碳——煤中C元素的主要存在形式，不易着火，燃烧缓慢。褐煤FCdaf≤60%，烟煤贫煤=50%～90%，无烟煤≥90%。

C↑

，煤着火、燃烧困难↑。（2）H

氢——煤中单质发热量最高的可燃元素。煤中含量约3%～6%（水分中的氢是不可燃的，不计入元素氢的含量）。煤地质年龄↑

，H↓

。

1Kg氢完全燃烧（生成物为H2O）时可放出120×103KJ/Kg的热量。比碳的发热量高3~5倍。

存在形式：有机化合物中。

有机化合物中的氢，遇热挥发出H2和CmHn，极易着火、燃烧。

H↑

，煤易着火、燃烧↑含量不超过2%，个别煤种高达3%～10%。存在形式：有机硫（So）（与C、H、O组成有机化合物）黄铁矿硫Sp（FeS2）——含煤80%S元素硫酸盐硫Ss有机硫（So）

+黄铁矿硫=可燃硫（Sc）

全硫S当作可燃硫lkg硫完全燃烧生成SO2，能放出9050kJ的热量，部分SO2进一步氧化成SO3。烟气中的SO2和SO3与烟气中的水蒸气(H2O)结合在一起生成H2SO3或H2SO4蒸气。（3）SS元素危害：高、低温腐蚀

SO2污染环境黄铁矿FeS2质地坚硬，对磨煤部件磨损强硫是煤中有害可燃元素（3）S（4）O和N

氧和氮——煤中不可燃元素、内部杂质。O、N↑，煤发热量Q

↓

N——有害元素，煤在高温燃烧时生成NOx，有毒，污染大气。O含量变化大，少：1.0％～2.0%，多：40%

N含量少，0.5％～2.0%

（5）水分（M）水分——煤中不可燃主要杂质含量，少：2%，多：50%～60%。M过高的危害

①煤可燃成分↓，Q↓②磨煤出力↓、制粉系统堵塞

③着火推迟，炉膛温度↓不完全燃烧损失、排烟损失↑锅炉效率↓

④低温腐蚀、积灰↑

⑤引风机电耗↑水分是煤中有害成分灰分——煤燃烧后剩余的不可燃矿物杂质含量，少：4％～５％，多：60％～70％灰分过高的危害A↑→可燃元素↓→发热量↓A↑→阻碍可燃物质与氧接触→燃烧与燃尽↓A↑→磨损、腐蚀↑→锅炉使用寿命↓A↑→积灰、结渣↑→传热↓A↑→q6↑→热损失↑A↑→制粉系统的电耗↑A↑→开采、运输费用↑灰分是煤中有害成分。固态排渣煤粉炉，为燃烧稳定、运行安全，要求燃煤A＜40％。（6）灰分（A）问题：元素分析成分中哪些元素是可燃的？哪些成分是有害的？水分(MMoisture)

挥发分(VVolatile)固定碳(FCFixedcarbon)灰分(AAsh)根据工业分析的数据，可以了解煤在燃烧方面的某些特性，以便正确地进行燃烧调整，改善燃烧工况，提高运行经济性。煤的工业分析是按煤的燃烧过程来分析煤的成分。2.工业分析成分工业分析实验：水分(M)全水分Mt——实际应用状态下的煤（工作煤或收到基）所含水分。全水分Mt=表面水分Mf+固有水分Minh表面水分（外在水分）Mf—可通过自然干燥除去的水分固有水分（内在水分）Minh—原煤失去外在水分Mf后剩余的水分全水分的测定将煤样置于105～110℃（褐煤相应的温度约为145℃）的烘箱内约2h，使之干燥到恒重，其所失去的质量占原煤样质量的百分数为该煤的全水分值。表面水分的测定原煤试样在温度为20±1℃、相对湿度为（65±5）%的空气中自然风干后失去的水分。水分测定方法固有水分的测定内在水分需在较高的温度下（105～110℃，加热1.5～2h）才能从煤样中除掉。一般可以通过分别测定外在水分和全水分，并由全水分减去外在水分求出。内在水分Minh

=全水分Mt

-外在水分Mf挥发分（V）挥发分——除去水分的煤，加热后析出的气体成分。注意：挥发分并非煤中的固有成分，而是在特定条件下受热分解的产物。挥发分组成①可燃气体——∑CmHn、H2、CO、H2S为主要成分②不可燃气体——

O2、N2、CO2为少量成分。

挥发分的测定将失去水分的煤样放入带盖坩埚中，置于900±10℃高温电炉内隔绝空气加热约7min后，试样所失去的质量占原煤试样质量的百分数即为原煤的挥发分值。G—原煤样质量，g；G1—空气干燥基煤样加热后的质量，g；Mad—空气干燥基水分，%挥发分容易着火燃烧，同时挥发分析出后煤粒表面多孔，增加固体可燃质与氧接触面积。Vdaf：自身容易着火燃烧，且能促进焦炭的燃烧。Vdaf↑→着火↑→燃烧快↑→火焰长。挥发分对煤的性质和锅炉工作有重大影响，是煤分类的主要依据。固定碳（FC）和灰分（A）原煤试样除掉水分、析出挥发分后，剩余部分就是焦炭。焦炭＝固定碳＋灰分灰分的测定方法将原煤放入箱形电炉内，在815±10℃的温度下灼烧2h，取出冷却至室温，测出的即是灰分的质量。其质量占原煤试样质量的百分数，就是灰分的含量。3.煤的成分分析基准煤中的成分是以质量百分数表示的。常用的分析基准有收到基、空干基、干燥基和干燥无灰基四种，相应的表示方法是在各成分符号右下角加角标ar、ad、d、daf。

收到基（arasreceivedbasis）空干基（adairdriedbasis）干燥基（ddrybasis）干燥无灰基（dafdryandashfreebasis）

妈湾电厂收到基

收到基也称工作基，以进入锅炉房原煤仓内（或进入贮煤场内）的煤为基准。Ｃar+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%FCar+Var+Aar+Mar=100%应用场合：锅炉热力计算。说明：收到基，旧称应用基，用上标y表示。电厂煤场全景燃料集控室空干基以实验室经过自然风干后的煤作为分析基准。Ｃad+Ｈad+Ｏad+Ｎad+Ｓad+Ａad+Mad=100%FCad+Vad+Aad+Mad=100%

应用场合：实验室内煤样分析时采用。注意：Mad=Minh≠Mar，与收到基比较，已除去外在水分。说明：空干基，旧称分析基，用上标f表示。干煤棚干燥基干燥基是以假想无水状态的煤作为基准。Ｃd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%FCd+Vd+Ad=100%

应用场合：灰分含量常用干燥基表示。在此基准下，工业分析成分中只有灰分为不可燃成分，更能体现其对燃烧的影响。说明：干燥基，旧称中用上标g表示。干燥无灰基干燥无灰基是指以假想无水、无灰状态下的煤作为基准。

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

应用场合：挥发分的含量常以干燥无灰基Ｖdaf来表示。在此基准下，工业分析成分中全是可燃成分。说明：干燥无灰基，旧称可燃基，用上标r表示。

成分分析基准之间关系及换算煤的组成成分及各种分析基准之间的关系，可由图2-1表示。表2-1列出各种成分分析基准之间换算系数。可以用于同种煤不同分析基准之间除水分以外的各种成分（如C、H、O、N、S、A）、挥发分和高位发热量的换算。——会用不同基准之间的换算公式

欲求基准成分=已知基准成分×换算系数k图2-1煤成分及其各种基准间关系表2-1煤的成分基准换算系数所求

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【例】某锅炉燃用京西无烟煤，其特性如下：Cdaf＝94％、Hdaf＝1.4％、Ndaf＝0.6％、Odaf＝3.7％、Sar＝0.3％、Mar＝4％、Aar＝24％，求：该煤收到基各成分含量？解：换算系数Car＝0.72×Cdaf＝0.72×94＝67.68％

Har＝0.72×Hdaf＝0.72×1.4＝1.008％

Nar＝0.72×Ndaf＝0.72×0.6＝0.432％

Oar＝0.72×Odaf＝0.72×3.7＝2.664％

Sar＝0.3％湖北青山热电厂350MW超临界直流机组煤种及煤质分析工程设计煤种为陕西铜川贫煤、甘肃华亭长焰煤、河南