鍋爐原理第二章燃料

1、第二章第二章 燃料及其燃燒特性燃料及其燃燒特性n研究對(duì)象研究對(duì)象 燃料性質(zhì)燃料性質(zhì)描述描述成分成分 1 1發(fā)熱量發(fā)熱量 2 2灰的性質(zhì)灰的性質(zhì) 3 3種類種類 4 4為什么要研究燃料？n燃料的性質(zhì)影響鍋爐中許多部件和設(shè)備的結(jié)構(gòu)n影響設(shè)備在鍋爐中的布置位置n影響設(shè)備中進(jìn)行某些過程的安全性和經(jīng)濟(jì)性n如：風(fēng)機(jī)的選型，燃燒設(shè)備，灰熔點(diǎn)的影響，污染物的影響。第二章第二章 燃料及其燃燒特性燃料及其燃燒特性n第一節(jié)第一節(jié) 電站鍋爐燃料電站鍋爐燃料燃料的定義n通過燃燒釋放熱能的可燃物質(zhì)稱為燃料。核能燃料可控核裂變與和聚變有機(jī)燃料以各種形式在自然界存在的碳?xì)浠衔锶剂峡傤?有機(jī)燃料的物理狀態(tài)分為： 固體燃料、液

2、體燃料和氣體燃料液體燃料石油及其制品輕油、柴油、重油煤氣城市煤氣、高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣油頁(yè)巖鍋爐燃料氣體燃料固體燃料煤無煙煤、煙煤、褐煤等木材，生物質(zhì)沼氣天然氣、液化石油氣第二章第二章 燃料燃料n第二節(jié)第二節(jié) 煤的元素分析和工業(yè)分析煤的元素分析和工業(yè)分析 (燃料的成分燃料的成分)一、元素分析成分1. 元素分析的概念及成分分析n分析煤的元素組成成分元素組成成分及其含量的方法2. 元素成分的含量及其換算元素成分的含量及其換算n含量：指燃料中各成分的質(zhì)量占燃料總質(zhì)量的百分比，用各個(gè)成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示。所以水分和灰分所占質(zhì)量較大，且隨外界條件有較大的波動(dòng);因此有四種不同“基”準(zhǔn)的煤樣:1.收到基ar

3、；2.空氣干燥基ad；3.干燥基d；4.干燥無灰基daf.某成分的含量=煤樣中該成分的質(zhì)量煤樣的總質(zhì)量100收到基（下標(biāo)符號(hào)為ar）n表示燃料中全部成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總和，特別是包括了全部的水分和灰分，是以鍋爐實(shí)際燃燒的燃料來測(cè)定各成分的含量。n是鍋爐燃料燃燒計(jì)算的原始依據(jù)。 Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%空氣干燥基（下標(biāo)符號(hào)為ad）n表示在不含外在水分，只包含內(nèi)在水分的實(shí)驗(yàn)條件下，燃料各組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總和，n空氣干燥基成分用于實(shí)驗(yàn)室分析，是實(shí)驗(yàn)室煤質(zhì)分析所用煤樣的成分組成。 Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%干燥基（下標(biāo)符號(hào)

4、為d）n表示在不含水分的條件下干燥燃料各組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總和n干基中各成分不受水分變化的影響n可用于準(zhǔn)確的表示灰分的含量 Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%干燥無灰基（下標(biāo)符號(hào)為daf）n表示在不含水分和灰分的條件下，干燥無灰燃料各組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總和，n干燥無灰基中只包含燃料的可燃成分，各成分不受水分和灰分變化的影響，表示了燃料中最本質(zhì)的部分，可用于區(qū)別燃料的種類n煤炭交易。 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%煤質(zhì)分析結(jié)果（基準(zhǔn)）的表示方法： 序號(hào) 基準(zhǔn) 定義 符號(hào)（小標(biāo)） 備注 1 收到基 以收到狀態(tài)的煤為基準(zhǔn) Ar 設(shè)計(jì)時(shí)可將此作為應(yīng)用狀態(tài)對(duì)待

5、2 空氣干燥基 與空氣濕度達(dá)到平衡狀態(tài)的煤為基準(zhǔn) Ad 3 干燥基 以假想無水狀態(tài)的煤為基準(zhǔn) d 同義詞可為干基 4 干燥無灰基 以假想無水、 無灰狀態(tài)的煤為基準(zhǔn) daf 以往概念的可燃基，已經(jīng)禁用 5 干燥無礦物質(zhì)基 以假想無水、 無礦物質(zhì)狀態(tài)的煤為基準(zhǔn) dmmf 6 恒濕無礦物質(zhì)基 以假想含最高水分、 無礦物質(zhì)狀態(tài)的煤為基準(zhǔn) mmf 元素分析成分各基準(zhǔn)關(guān)系2. 元素成分的含量及其換算n換算：不同基準(zhǔn)下同類成分間的換算n依據(jù)：1）任意兩種不同基準(zhǔn)下的同類成分的比值都相等；n2）分比定理。n公式：未知成分= 換算系數(shù)換算系數(shù)K K已知成分各種基的換算：各種基的換算：x=k x0n該式不能用于水

6、分換算，因?yàn)閮?nèi)、外部水分不是成比例的，換算式為書式2-7。100100fadfarMMMM二、工業(yè)分析n在一定實(shí)驗(yàn)條件下，經(jīng)過分析(干燥、加熱、燃燒)得到水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分這四種成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。工業(yè)分析在電廠常用（唯一的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容）n方法：自然干燥，1g煤樣，1455干燥箱 1 小時(shí)，失去重量為空干基水分；n然后隔絕空氣，920電爐，7分鐘，干燥箱冷卻至室溫，失去重量為空干基揮發(fā)分；n揮發(fā)分為有機(jī)氣體，對(duì)鍋爐影響很大；n剩余為焦碳，為固定碳及灰分組合。在8155下燃燒1小時(shí)，剩余為空干基灰分。n最后可得固定碳。揮發(fā)份及其測(cè)定n揮發(fā)份定義：失去水分的煤樣在隔絕空氣的條件下加熱到一定溫度時(shí)

7、，煤分解逸出的部分可燃質(zhì)和礦物質(zhì)。n主要成分是CO、CO2、CmHn、H2等。n收到基揮發(fā)份含量在5%40%之間。n表示方法：V，Vdaf，等，也存在換算。影響因素：l揮發(fā)份的多少和組成與煤的年代有關(guān)l熱解程度隨加熱速率、加熱溫度和加熱時(shí)間加熱速率、加熱溫度和加熱時(shí)間而變，須在統(tǒng)一條件下測(cè)定。l揮發(fā)份的發(fā)熱量取決于揮發(fā)份的成分l揮發(fā)份的多少與組成影響到著火，是對(duì)動(dòng)力用煤進(jìn)行分類的重要依據(jù)。焦炭=固定炭+灰分：失去水分并放出揮發(fā)份后所剩余的殘留物稱為焦炭。元素分析成分與工業(yè)分析成分關(guān)系第三節(jié)、煤的發(fā)熱量及相關(guān)概念煤的發(fā)熱量及相關(guān)概念 一、煤的發(fā)熱量n兩種發(fā)熱量的定義：n1高位發(fā)熱量Qgrn1kg

8、煤完全燃燒時(shí)放出的全部熱量，包括煙氣中水蒸汽凝結(jié)時(shí)放出的熱量。n2低位發(fā)熱量Qnetn在1kg煤完全燃燒時(shí)放出的全部熱量中扣除水蒸汽汽化潛熱后所得的熱量。即煤中可燃質(zhì)的一部分燃燒熱量被用于水分的汽化，沒有得到利用。n單位為kcal/kg，或者kJ/kg，MJ/kg。幾點(diǎn)說明n實(shí)驗(yàn)室所測(cè)是全部熱量（高位），鍋爐排煙溫度均較高（110以上），煙氣中水未蒸汽凝結(jié)，將這部分氣化潛熱帶走。n我國(guó)均采用低位發(fā)熱量。有些國(guó)家采用高位發(fā)熱量，必要時(shí)說明。n表示煤的發(fā)熱量同樣分為不同的“基”，因此，也存在之間的換算。二、煤的折算成分n硫分、灰分與水分對(duì)鍋爐工作的影響1）降低煤的發(fā)熱量2）降低燃燒溫度，不利于燃料

9、的著火與燃燒3）增加煙氣容積，排煙溫度升高，排煙損失增加， 鍋爐效率下降4）加劇鍋爐受熱面的低溫腐蝕與積灰5）增加通風(fēng)電耗。采用折算成分的目的n比較鍋爐燃燒不同煤時(shí)，帶入爐內(nèi)的水、灰和硫的質(zhì)量煤的折算成分；n定義：每送入爐內(nèi)1MJ（1000kJ）熱量，隨燃料帶入爐內(nèi)的某成分的質(zhì)量；n分別為折算水分、折算灰分和折算硫分；n過去以每1000kcal為標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在是1000kJ對(duì)應(yīng)的克數(shù)；單位g/MJ（SI制）n 以灰分為例，同一鍋爐燃燒不同煤時(shí)，采用折算成分的必要性（此為成分的百分含量%）折算成分的表達(dá)式n要產(chǎn)生同樣的熱量，帶入鍋爐的灰量取決于煤灰分含量與發(fā)熱量；n與灰分含量成正比，與發(fā)熱量成反比；

10、n采用此比例式來代表帶入的灰量；折算水分折算水分 MJgQMQMMarVnetararVnetarzsar/10)1000(,4,折算灰分折算灰分 MJgQAQAAarVnetararVnetarzsar/10)1000(,4,MJgQSQSSarVnetararVnetarzsar/10)1000(,4,折算硫分折算硫分 n采用折算成分判斷煤中水分、灰分和硫分高、中、低的大致范圍如表所示。折算成分（）低中等高折算水分12.0折算灰分17.0折算硫分1.3n折算水分： 8% 高水分煤n折算灰分： 4% 高灰分煤n折算硫分： 0.2% 高硫分煤,%ararzsarQMM,%ararzsarQAA

11、,%ararzsarQSS四、標(biāo)準(zhǔn)煤n單純以燃煤量的多少來比較不同鍋爐的經(jīng)濟(jì)性不妥，須折算到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；n標(biāo)準(zhǔn)煤的概念，規(guī)定低位發(fā)熱量為7000kcal/kg（或者29310kJ/kg，29.31MJ/kg）的煤為標(biāo)準(zhǔn)煤；n將發(fā)熱量不是7000 kcal/kg的煤統(tǒng)一折算到7000 kcal/kg來進(jìn)行比較；n用于計(jì)算和比較標(biāo)準(zhǔn)煤耗等。 第四節(jié) 煤灰的結(jié)渣和積灰特性判別一、煤灰的熔融特性（灰熔點(diǎn)）n爐膛內(nèi)溫度很高，煤中灰顆粒一般呈熔化或軟化狀態(tài)，對(duì)鍋爐工作影響極大。n對(duì)鍋爐的主要危害是造成鍋爐受熱面結(jié)渣，傳熱惡化，掉渣滅火或事故。n灰分成分不同，發(fā)生熔化的溫度也不同。n高熔點(diǎn)成分+低熔點(diǎn)成分，無

12、固定的熔點(diǎn)。n溫度見表2-2灰熔融性的測(cè)定n將灰制成特定形狀的灰堆，加熱升溫1300以上，采用三個(gè)特征溫度來表示灰的熔融特性。nDT開始變形溫度(Deformation Temp.)；(t1)nST開始軟化溫度(Softening Temp.); (t2)nFT開始液化化溫度(Fluid Temp.). (t3)n試驗(yàn)中：ST1390，輕微結(jié)渣煤。n ST=1260-1390，為中等易結(jié)渣煤。n ST1260，為嚴(yán)重結(jié)渣煤。n溫度間隔 200-400 長(zhǎng)渣n溫度間隔 100-200 短渣n200，長(zhǎng)渣，用于液態(tài)排渣爐n對(duì)灰熔融特性的影響因素 化學(xué)成分：酸性成分（難）、堿性成分 環(huán)境氣氛：氧化（

13、難）、還原 n二、煤的積灰結(jié)渣特性n結(jié)渣：煤灰熔化、軟化后粘附水冷壁等受熱面形成渣層；n沾污：煤灰中揮發(fā)物質(zhì)在受熱面上凝結(jié)并粘結(jié)灰粒。n結(jié)渣判別方法： 堿酸比，硅比n沾污判別方法： 沾污指數(shù)，燒結(jié)強(qiáng)度結(jié)渣判別方法n堿酸比（B/A72不結(jié)渣，G40%，水分與灰分高，發(fā)熱量低，著火 與燃燒容易。無煙煤年代揮發(fā)份含量%貧煤煙煤褐煤n四、我國(guó)電廠常用煤種n表2-8第六節(jié)第六節(jié) 煤的燃燒特性煤的燃燒特性n一、煤的分解機(jī)理n熱解，揮發(fā)分析出。n熱解溫度：快速熱解，慢速熱解，中速熱解；n熱解條件：溫度、壓力、形狀、顆粒尺寸、流動(dòng)條件等；n熱解過程： 105以前，主要水分、部分吸附氣體； 200300，水分、

14、CO、CO2及焦油； 300500，大量焦油、CH4、CO、CO2等； 500700，含氫較多的氣體； 7591000，少量含氫氣體。n二、煤的熱重分析n燃燒特性研究：熱天平、熱顯微鏡、著火指數(shù)爐、管式沉降爐、燃燒實(shí)驗(yàn)臺(tái)等n熱重分析：熱天平n熱重；TG，物質(zhì)質(zhì)量與溫度關(guān)系，曲線為TG 曲線；n微商熱重：DTG，TG曲線對(duì)溫度（或時(shí)間）的一階微商；n差熱分析：DTA，當(dāng)給予被測(cè)物和參比物同等熱量時(shí)（以參比物與樣品間溫度差為縱坐標(biāo)，以溫度為橫坐標(biāo)所得的曲線，稱為DTA曲線。）第七節(jié)第七節(jié) 燃油和燃?xì)馓匦匀加秃腿細(xì)馓匦詎一、燃料油的物理特性n石油的形成：低等動(dòng)、植物遺體中脂肪、蛋白質(zhì)和碳水化合物，沉

15、積地下后經(jīng)長(zhǎng)期缺氧、溫度、壓力、細(xì)菌分解等作用，形成粘稠性液體。10004000m，60150，有機(jī)質(zhì)大量生成石油。石油可提煉成汽油、煤油、柴油、重油；殘留物為渣油。n電站鍋爐用燃油為石油煉制產(chǎn)品或尾品，主要是重油、柴油和渣油。 重油n重油是石油各種加工工藝過程中重質(zhì)蒸餾分和殘?jiān)目偡Q，是油料中密度最大的油品。石油經(jīng)過常壓、減壓蒸餾得到重質(zhì)直流重油；經(jīng)過各種裂化加工得裂化重油；蒸餾和裂化工藝中殘留物為渣油。商品重油一般為調(diào)制品。n基本方法為直接蒸餾，分為常、減壓蒸餾，屬于初加工。從塔不同層次出來。塔頂出沸點(diǎn)最低的汽油，35200的餾分為直流汽油；175310為煤油和柴油； 350以上重餾分為潤(rùn)

16、滑油原料和裂化原料；塔底為重油。n深加工，裂化法。為多得輕質(zhì)油。初加工只有25%35%。 主要特性n流動(dòng)性能n凝固點(diǎn)：油品在一定條件下完全喪失流動(dòng)能力時(shí)的溫度稱為凝固點(diǎn)。傾斜45試管，1分鐘，油面不變。汽油-80；重油1536或更高。n粘度：流體粘性的度量。流體在剪切力作用下，將產(chǎn)生連續(xù)不斷的變形以抵抗外力，這就是粘性。我國(guó)用恩氏粘度表示燃油粘度。美國(guó)用通用賽氏粘度或賽氏-福氏粘度（SU或SF），英國(guó)用雷氏1號(hào)（R1）或雷氏2號(hào)（R2）粘度。 燃燒及爆炸性能n閃點(diǎn)：提高油溫會(huì)加速油氣的揮發(fā)，油蒸汽與空氣混合物遇到火源發(fā)生瞬間的閃光現(xiàn)象時(shí)，油品的最低溫度。n燃點(diǎn)：遇火源持續(xù)燃燒不少于5秒，最低油

17、溫度。 其他特性n靜電特性：產(chǎn)生靜電，火花；n含硫量：產(chǎn)生污染物，大于2%為高硫油；80%存于重油中；n灰分：很少，低于0.05%，但成分復(fù)雜。另外開采、運(yùn)輸?shù)冗^程混入機(jī)械雜質(zhì)，約0.10.2%。n水分：原油中水分高，需經(jīng)脫水處理。加工后含量很少，低于2%。燃燒霧化。n二、氣體燃料n天然氣形成，較簡(jiǎn)單?？赏筒⒋?，也有單獨(dú)氣田。高等植物木質(zhì)纖維腐爛分解、無機(jī)質(zhì)等礦物質(zhì)分解，都可形成天然氣?？煞譃闅馓餁?、油田氣、煤田氣三種。n人工氣體燃料：煤氣（CO、H2）、石油液化氣（烷類）等。n成分含量為容積百分?jǐn)?shù)。n氣體燃料特點(diǎn)：n使用性能好，易與空氣混合，燃燒效率高；n調(diào)節(jié)靈活；n污染小；n運(yùn)輸方便，管道，可液化。不需要存放場(chǎng)地、