第一章-燃料及燃烧计算..ppt

1、2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,1,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。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,2,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。,2020/8/4,沈阳工程学院

2、 王树群 动本091-2,3,1.1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。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,4,1.2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

3、析法、工业分析法。 （一）元素分析成分及表示符号 碳、氢、氧、氮、硫、灰分、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A,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,5,二、元素分析成分,、碳：主要可燃元素，含量最高，5。 C+02=CO2+32700 存在形式：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。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,6,、氢：发热量最高，3, H含量越高，越容易着火、燃烧。 2H2+O2=2H2O+120000 3、氧、氮：含量很少 高温下生

4、成氮氧化物(NOx)，污染大气。 4、硫：可燃、有害气体，1.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。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,7,、水分：主要不可燃成分，。 全水分 Mt 表面水分（外在水分）Mf通过自然干燥可除去的水分。 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。 、灰分： 将煤样在空气中加热到8

5、0025，灼烧2h后的剩余物就是灰分。 煤中不可燃物质统称灰分。1050%。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,8,三、工业分析成分 水分（M）、挥发分(V)、固定碳(FC)、灰分(A) 1、全水分 Mt 表面水分（外在水分）Mf通过自然干燥可除去的水分。 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。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,9,2、挥发分：失去水分的煤在隔绝空气条件下加热到90010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。 ）组成：可燃

6、气体(CmHn、H2、 CO H2S等)、不可燃气体(CO2等)。 ）特点：自身容易着火燃烧；且能促进焦炭的燃烧。 ）作用：燃烧的重要特性、煤分类的依据。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,10,3、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81510，灼烧2h后的剩余物就是灰分。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,11,四、煤中成分对锅炉工作的影响 1、硫分 危害：）3+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。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,

7、12,2、灰分 危害：）可燃元素减少，发热量降低； ）阻碍可燃质与氧接触，影响燃烧、燃尽； ）受热面积灰、结渣，影响传热； ）烟气中飞灰引起设备磨损、腐蚀，降低使用寿命； ）增加灰渣物理热损失； ）污染环境； ）增加除尘、除灰设备；增加开采、运输费用，制粉系统电耗。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,13,3、水分 危害：）发热量降低； ）增加不完全燃烧损失； ）烟气体积增大，排烟损失和引风电耗增加； ）影响磨煤，堵塞煤粉管道； ）低温受热面堵灰、腐蚀。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,14,4、挥发分 1）特点：自身容易着火燃烧；且能促进焦炭的燃

8、烧。 2）作用：燃烧的重要特性、煤分类的依据。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,15,五、煤的成分计算基准 1 .收到基 ar (as received basis) 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(air dried basis) 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

9、室内煤样分析使用。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,16,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,17,3 .干燥基d (dry basis)：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 (dry and ash free basis)：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。,2020/8/4,沈阳工程学

10、院 王树群 动本091-2,18,1.3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),2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,19,二、折算成分：折算水分、折算灰分、折算硫分 相对于发热量中每4190 KJ/Kg 收到基低位发热量的煤的水

11、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,red8% Sar,red0.2% Aar,red4% 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29310 KJ/Kg的煤。 Bb=BQar,net,p/29270,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,20,三、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

12、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。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,21,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,22,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,23,影响灰熔点因素： ）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 ）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 ）灰分含量：灰分越多，灰熔点降低 当灰的软化温度ST1350 ,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50100 ,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群

13、动本091-2,24,1.4 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。 .无烟煤：Vdaf10、ar=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。 .贫煤： Vdaf 1020；性质介于烟煤和无烟煤之间。 .烟煤： Vdaf 2040；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。 .褐煤： Vdaf ，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）,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群

14、 动本091-2,25,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?,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,26,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

15、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？,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,27,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）；,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,28,1.6 燃料的燃烧计算,锅炉燃烧计算的前提: 1.空气量与烟气量

16、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）,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,29,一、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,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,30,理论氧

17、气量和理论空气量：,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,31,2.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1.151.25。 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,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,32,3.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

18、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。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,33,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。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,34,二、烟气量计算（烟气容积计算） 烟气成分组成： 当完全燃烧： 二氧化碳、二氧化硫、氮气、水蒸气。 完全燃烧： 二氧化碳、二氧化硫、氮气、水蒸气、氧气。 不完全燃烧： 二氧化碳、二氧化硫、氮气、水蒸气、氧气、一氧化碳,2020/8

19、/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,35,（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,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,36,(1)三原子气体烟气量,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,37,(2)理论氮气量,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,38,(3)理论水蒸汽量,由煤中的水分 煤中H 元素转换的水分 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),2020/8/4,沈阳工程学院

20、 王树群 动本091-2,39,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,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,40,2、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,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,41,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,42,三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。

21、三原子气体的容积份额和分压力为：,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,43,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。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,44,（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。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,45,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,46,烟气分析 （1）计算实际的烟气容积； （2）确定实

22、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。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,47,1、烟气成分分析 各气体成分占干烟气容积的百分数,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,48,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,49,2.奥氏烟气分析器 （1）结构,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,50,（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,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,51,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群

23、 动本091-2,52,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,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,53,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,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,54,完全燃烧方程式,CO=0,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,55,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，

24、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。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,56,三、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,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,57,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。,2020/8/4,沈阳工程学院 王树群 动本091-2,58,2.烟气焓的计算,2020/8/