發(fā)電廠概論-第二章+燃料和鍋爐熱平衡

1、12 煤的工業(yè)分析成分煤的工業(yè)分析成分 水分水分(M)(M)、灰分、灰分(A)(A)、揮發(fā)分、揮發(fā)分(V)(V)、固定碳、固定碳(FC)(FC) 煤的元素分析成分煤的元素分析成分 碳碳(C)(C)、氫、氫(H)(H)、硫、硫(S)(S)、氧、氧(0)(0)、氮、氮(N)(N)、灰分、灰分（A A）、水分（）、水分（M M） 可燃元素可燃元素 C C（固定碳和揮發(fā)分中的（固定碳和揮發(fā)分中的C C）、）、H H、S S（可燃硫（可燃硫 和硫和硫 酸鹽硫酸鹽硫 ） 不可燃元素不可燃元素（內(nèi)部雜質(zhì)）（內(nèi)部雜質(zhì)） O O、N N 不可燃成分不可燃成分（外部雜質(zhì)）（外部雜質(zhì)） M M（內(nèi)、外）、（內(nèi)、外）

2、、A A 可燃?xì)怏w揮發(fā)份可燃?xì)怏w揮發(fā)份 煤中的氫、氧、氮、硫與部分碳所組成的有機(jī)化合物加熱后分解煤中的氫、氧、氮、硫與部分碳所組成的有機(jī)化合物加熱后分解, , 形成氣體揮發(fā)出來形成氣體揮發(fā)出來rSlyS1/123 收到基（收到基（arar）（原應(yīng)用基（原應(yīng)用基y y） 以收到狀態(tài)的煤（包括煤的全部以收到狀態(tài)的煤（包括煤的全部成分）為基準(zhǔn)成分）為基準(zhǔn) 空氣干燥基（空氣干燥基（ad ad ）（原分析基（原分析基f f） 以風(fēng)干狀態(tài)煤（除外部水分）為以風(fēng)干狀態(tài)煤（除外部水分）為基準(zhǔn)基準(zhǔn) 干燥基（干燥基（d d）（原干燥基（原干燥基g g） 以去掉全部水分煤為基準(zhǔn)以去掉全部水分煤為基準(zhǔn) 干燥無灰基（干

3、燥無灰基（dafdaf）（原可燃基（原可燃基r r） 以去掉全部水分及灰分煤為基準(zhǔn)以去掉全部水分及灰分煤為基準(zhǔn)2/124)12(%100AMSNOHCararararararar )22(%100AMSNOHCadadadadadadad )32(%100ASNOHCdddddd )42(%100SNOHCdafdafdafdafdaf 3/125 煤的發(fā)熱量（煤的發(fā)熱量（kJ/kg) kJ/kg) 單位質(zhì)量的煤完全燃燒時所釋放的熱量單位質(zhì)量的煤完全燃燒時所釋放的熱量 低位發(fā)熱量（低位發(fā)熱量（Q Qnetnet） 煙氣中的水蒸汽在鍋爐中一般不會凝結(jié)，形成水煙氣中的水蒸汽在鍋爐中一般不會凝結(jié)，形

4、成水蒸汽所吸收的汽化潛熱無法被利用，使煤的發(fā)熱量降低，降低后的發(fā)熱蒸汽所吸收的汽化潛熱無法被利用，使煤的發(fā)熱量降低，降低后的發(fā)熱量稱為低位發(fā)熱量。量稱為低位發(fā)熱量。低位發(fā)熱量（燃料在鍋爐中的實(shí)際發(fā)熱量）小于高低位發(fā)熱量（燃料在鍋爐中的實(shí)際發(fā)熱量）小于高位發(fā)熱量位發(fā)熱量 高位發(fā)熱量高位發(fā)熱量( (Q Qgrgr) ) 煤的理論發(fā)熱量，由實(shí)驗(yàn)測得的煤的理論發(fā)熱量，由實(shí)驗(yàn)測得的彈筒發(fā)熱量（彈筒發(fā)熱量（Q Qb b）減去校正值確定減去校正值確定5/126 干燥基干燥基高、低位發(fā)熱量之間的換算高、低位發(fā)熱量之間的換算 式中式中 r r水的汽化潛熱，通常取水的汽化潛熱，通常取r = 2510 kJ/kg

5、r = 2510 kJ/kg dgrddgrdnetdHQHrQQ2061009. 收到基收到基高、低位發(fā)熱量之間的換算高、低位發(fā)熱量之間的換算 )52(232061001009.arargrararargrarnetarMHQMHrQQ6/127 8/12 標(biāo)準(zhǔn)煤標(biāo)準(zhǔn)煤 收到基低位發(fā)熱量為收到基低位發(fā)熱量為29270 kJ/kg29270 kJ/kg的燃料為標(biāo)準(zhǔn)煤的燃料為標(biāo)準(zhǔn)煤 標(biāo)準(zhǔn)煤耗量標(biāo)準(zhǔn)煤耗量 式中式中 、 分別為標(biāo)準(zhǔn)煤耗量與實(shí)際煤耗量分別為標(biāo)準(zhǔn)煤耗量與實(shí)際煤耗量 29270QBBnet.arsb bBsB 折算成分折算成分 相對于每相對于每4182 kJ/kg4182 kJ/kg收到

6、基低位發(fā)熱量的煤中所含的收到基低位發(fā)熱量的煤中所含的收到基水分、灰分和硫分，稱為折算水分、折算灰分和折算硫分收到基水分、灰分和硫分，稱為折算水分、折算灰分和折算硫分 )62(,%ararzsarQMM)72(,%ararzsarQAA)82(,%ararzsarQSS8 煤的灰分特性煤的灰分特性9/12用灰熔點(diǎn)表示，煤灰的角錐法確定用灰熔點(diǎn)表示，煤灰的角錐法確定 灰的變形溫度灰的變形溫度 DT（原（原t1） 灰的軟化溫度灰的軟化溫度 ST（原（原t2） 灰的流動溫度灰的流動溫度 FT（原（原t3）灰的性質(zhì)主要指它的熔融性和燒結(jié)性灰的性質(zhì)主要指它的熔融性和燒結(jié)性前者影響爐內(nèi)運(yùn)行工況，后者影響對前

7、者影響爐內(nèi)運(yùn)行工況，后者影響對流受熱面的積灰和腐蝕。流受熱面的積灰和腐蝕。這三個溫度均稱為灰熔點(diǎn)，對大部分煤，其這三個溫度均稱為灰熔點(diǎn)，對大部分煤，其灰分的這三個溫度范圍為灰分的這三個溫度范圍為10001600，當(dāng)當(dāng)ST1430 ，稱為具有難熔灰分的煤；，稱為具有難熔灰分的煤； 當(dāng)當(dāng)ST1200 ，稱為具有易熔灰分的煤。，稱為具有易熔灰分的煤。9 灰分特性影響因素灰分特性影響因素( (灰熔點(diǎn)的影響因素）灰熔點(diǎn)的影響因素） 煤灰的化學(xué)組成煤灰的化學(xué)組成 煤灰中酸性氧化物使灰熔點(diǎn)提高；堿性氧化物使灰熔點(diǎn)降低煤灰中酸性氧化物使灰熔點(diǎn)提高；堿性氧化物使灰熔點(diǎn)降低 煤灰周圍高溫介質(zhì)的性質(zhì)煤灰周圍高溫介質(zhì)

8、的性質(zhì) 氧化性介質(zhì)中，灰熔點(diǎn)較高；還原性介質(zhì)中，灰熔點(diǎn)較低氧化性介質(zhì)中，灰熔點(diǎn)較高；還原性介質(zhì)中，灰熔點(diǎn)較低 煤的灰熔點(diǎn)越低，越容易結(jié)渣煤的灰熔點(diǎn)越低，越容易結(jié)渣（鍋爐運(yùn)行中常利用這一特點(diǎn)分析和解決鍋爐內(nèi)結(jié)焦問題）（鍋爐運(yùn)行中常利用這一特點(diǎn)分析和解決鍋爐內(nèi)結(jié)焦問題）10 揮發(fā)分揮發(fā)分 V V V V的含量代表了煤的地質(zhì)年齡，的含量代表了煤的地質(zhì)年齡，地質(zhì)年齡越短，煤的碳化程度地質(zhì)年齡越短，煤的碳化程度越淺，煤中的氣體揮發(fā)越少越淺，煤中的氣體揮發(fā)越少 V V含量越多，含量越多，煤的著火溫度低，煤的著火溫度低，易著火燃燒易著火燃燒 V V 多，多，V V揮發(fā)使揮發(fā)使煤的孔隙多，反應(yīng)表面積大，煤的孔

9、隙多，反應(yīng)表面積大，反應(yīng)速度加快反應(yīng)速度加快 V V 多，煤中難燃的多，煤中難燃的固定碳含量便少，固定碳含量便少，煤易于燃盡煤易于燃盡 V V 多，多， V V著火燃燒造成高溫，著火燃燒造成高溫，有利于碳的著火、燃燒有利于碳的著火、燃燒10/1211 水分水分M M、灰分、灰分A A M M、A A 高，煤中可燃成分相對減少，高，煤中可燃成分相對減少，煤的熱值低煤的熱值低 M M、A A 高，高，M M 蒸發(fā)、蒸發(fā)、A A熔融均要吸熱，熔融均要吸熱，爐膛溫度降低爐膛溫度降低 M M、A A 高，高，增加著火熱或包裹碳粒，增加著火熱或包裹碳粒，使煤著火、燃燒使煤著火、燃燒與燃盡困難；與燃盡困難；

10、 M M、A A 高，高，q q2 2、q q3 3、q q4 4、q q6 6 增加，增加，效率下降效率下降 M M、A A 高，高，過熱器易超溫過熱器易超溫 M M、A A 高，高，受熱面腐蝕、堵灰、結(jié)渣及磨損加重受熱面腐蝕、堵灰、結(jié)渣及磨損加重 M M、A A 高，高，煤粉制備困難或增加能耗煤粉制備困難或增加能耗 A A 高，高，造成大氣和環(huán)境的污染造成大氣和環(huán)境的污染11/1212 灰熔點(diǎn)（灰熔點(diǎn)（STST） 灰分在熔融狀態(tài)下粘結(jié)在鍋爐受熱面上造成結(jié)渣，危及鍋灰分在熔融狀態(tài)下粘結(jié)在鍋爐受熱面上造成結(jié)渣，危及鍋爐爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性 含碳量含碳量 C C C C 高

11、，熱值高；但不易著火、燃燒高，熱值高；但不易著火、燃燒 硫分硫分 S S 可燃硫的熱值低，含量少，對煤的著火、燃燒無明顯影響可燃硫的熱值低，含量少，對煤的著火、燃燒無明顯影響 易造成受熱面的堵灰；腐蝕易造成受熱面的堵灰；腐蝕 形成酸雨，污染環(huán)境形成酸雨，污染環(huán)境 燃料中的硫化鐵加劇磨煤部件的磨損燃料中的硫化鐵加劇磨煤部件的磨損12/12 實(shí)踐表明：對于固態(tài)排渣爐，實(shí)踐表明：對于固態(tài)排渣爐， ST1350 ，造成爐內(nèi)結(jié)渣，造成爐內(nèi)結(jié)渣可能性不大，為避免爐膛出口處結(jié)渣，爐膛出口煙溫應(yīng)至少比可能性不大，為避免爐膛出口處結(jié)渣，爐膛出口煙溫應(yīng)至少比ST低低50100 。13 我國煤的主要分類指標(biāo)我國煤的

12、主要分類指標(biāo) 干燥無灰基揮發(fā)分干燥無灰基揮發(fā)分V Vdafdaf含量含量 可分為四大類：褐煤可分為四大類：褐煤（ V Vdafdaf含量含量37% 37% ）、煙煤煙煤（ V Vdafdaf含量含量=20% -37%=20% -37%）、貧煤貧煤（ V Vdaf含量含量=10% -20%）無煙煤無煙煤（ V Vdafdaf含量含量10% 10% ）為反映煤的燃燒特性，為反映煤的燃燒特性，電廠煤粉鍋爐用煤還以電廠煤粉鍋爐用煤還以收到基低位發(fā)熱量收到基低位發(fā)熱量Q Qar,netar,net 、收到基水分、干燥基灰分、干燥基硫分及和灰的熔融特性收到基水分、干燥基灰分、干燥基硫分及和灰的熔融特性DT

13、DT、STST、FTFT作為參作為參考指標(biāo)，分為五大類和十小類考指標(biāo)，分為五大類和十小類 其中其中低（劣）質(zhì)煤低（劣）質(zhì)煤單獨(dú)燃燒有困難，或燃燒不穩(wěn)定，或燃燒經(jīng)濟(jì)性差，或單獨(dú)燃燒有困難，或燃燒不穩(wěn)定，或燃燒經(jīng)濟(jì)性差，或煤中有害雜質(zhì)含量高的煤，煤中有害雜質(zhì)含量高的煤，可分為五小類可分為五小類1/514大類別大類別 小類別小類別分分 類類 指指 標(biāo)標(biāo)揮發(fā)份揮發(fā)份V Vdafdaf(%)(%)灰分灰分 (%)(%)水分水分 (%)(%)硫分硫分 (%)(%)發(fā)熱量發(fā)熱量Q Qar,netar,net(MJ/kg)(MJ/kg)灰融灰融特性特性ST(ST(0 0C)C)無煙煤無煙煤 超低揮發(fā)超低揮發(fā)

14、份煤份煤6.56.5101021.021.0貧煤貧煤 低揮發(fā)份煤低揮發(fā)份煤1010191918.518.5煙煤煙煤 中揮發(fā)份煤中揮發(fā)份煤 高揮發(fā)份煤高揮發(fā)份煤191927272727404016.516.515.515.5褐煤褐煤 超高揮發(fā)份超高揮發(fā)份 煤煤404011.511.5dAarMdS2/515大類別大類別 小類別小類別分分 類類 指指 標(biāo)標(biāo)揮發(fā)份揮發(fā)份V Vdafdaf(%)(%)灰灰 分分 (%)(%)水水 分分 (%)(%)硫硫 分分 (%)(%)發(fā)熱量發(fā)熱量Q Qar,netar,net(MJ/kg)(MJ/kg)灰融灰融特性特性ST(ST(0 0C)C)低質(zhì)煤低質(zhì)煤 低發(fā)熱

15、量煤低發(fā)熱量煤 超高灰分煤超高灰分煤 超高水分煤超高水分煤 高硫煤高硫煤 易結(jié)渣煤易結(jié)渣煤10101010191919192727272740404040 404040404646404012123312.512.521.021.018.518.516.516.515.515.511.511.513501350dAarMdS3/5164/5 無煙煤無煙煤 碳化程度高，含碳量很高碳化程度高，含碳量很高，達(dá)，達(dá)90%90%，雜質(zhì)很少，發(fā)熱量很高，雜質(zhì)很少，發(fā)熱量很高, ,約約為為209032090332500 kJ/kg32500 kJ/kg； 揮發(fā)份很少揮發(fā)份很少，小于，小于10%10%，V V

16、dafdaf析出的溫度較高，著火和燃盡均較析出的溫度較高，著火和燃盡均較困難困難, ,儲存時不易自燃儲存時不易自燃 褐煤褐煤 碳化程度低，含碳量低碳化程度低，含碳量低，約為約為404050%50%，水分及灰分很高，發(fā)熱，水分及灰分很高，發(fā)熱量低量低, , 約約100001000017300 kJ/kg17300 kJ/kg； 揮發(fā)分含量高揮發(fā)分含量高，約，約373750%50%，甚至，甚至60%60%，揮發(fā)分的析出溫度低，揮發(fā)分的析出溫度低，著火及燃燒均較容易著火及燃燒均較容易 17 煙煤煙煤 碳化程度次于無煙煤，含碳量較高碳化程度次于無煙煤，含碳量較高，一般為，一般為404060%,60%,

17、雜質(zhì)少，發(fā)雜質(zhì)少，發(fā)熱量較高熱量較高, , 約為約為200002000030000 kJ/kg30000 kJ/kg； 揮發(fā)分含量較高揮發(fā)分含量較高，約，約2020 37%37%，著火及燃燒均較容易，著火及燃燒均較容易 l 貧煤貧煤 揮發(fā)份較少，揮發(fā)份較少，含量含量101020%20%的煙煤，性質(zhì)介于無煙煤與煙煤之間，的煙煤，性質(zhì)介于無煙煤與煙煤之間，燃燒性能方面比較接近無煙煤；燃燒性能方面比較接近無煙煤； l劣質(zhì)煙煤劣質(zhì)煙煤 揮發(fā)份揮發(fā)份202030%30%；但水分高，灰分更高的煙煤；但水分高，灰分更高的煙煤 發(fā)熱發(fā)熱量低量低，為為110001100012500 kJ/kg12500 kJ/

18、kg 5/518 煤粉的自燃煤粉的自燃 煤粉在氧化性介質(zhì)中，當(dāng)煤粉散熱不良或周圍介質(zhì)煤粉在氧化性介質(zhì)中，當(dāng)煤粉散熱不良或周圍介質(zhì)溫度升高時，會發(fā)生自燃溫度升高時，會發(fā)生自燃 煤粉的爆炸煤粉的爆炸 發(fā)生自燃的煤粉遇到明火會發(fā)生爆炸發(fā)生自燃的煤粉遇到明火會發(fā)生爆炸 影響煤粉爆炸的因素主要有影響煤粉爆炸的因素主要有：煤的揮發(fā)分含量、煤粉細(xì)度、煤粉：煤的揮發(fā)分含量、煤粉細(xì)度、煤粉的濃度和溫度、煤粉的水分的濃度和溫度、煤粉的水分 制粉系統(tǒng)需采用一定的防爆措施，如設(shè)置防爆門等制粉系統(tǒng)需采用一定的防爆措施，如設(shè)置防爆門等1/4192/4 煤粉的細(xì)度煤粉的細(xì)度R Rx x（D Dx x） 用來表示煤粉的粗細(xì)程

19、度用來表示煤粉的粗細(xì)程度 用標(biāo)準(zhǔn)篩子篩分一定量的煤粉試樣，篩子上煤粉的剩余量或通過量占煤用標(biāo)準(zhǔn)篩子篩分一定量的煤粉試樣，篩子上煤粉的剩余量或通過量占煤樣總重量的質(zhì)量百分比，樣總重量的質(zhì)量百分比，用用 R R x x或或 D D x x表示表示 X X 為篩孔邊長，為篩孔邊長，m m R Rx x 越小或越小或 D Dx x 越大，則煤粉越細(xì)越大，則煤粉越細(xì),%100baaRx,%100babDx或或 煤粉的顆粒組成特性煤粉的顆粒組成特性nbxeR 100 x其中其中 b b是細(xì)度系數(shù)，是細(xì)度系數(shù)，b b越大，越大，RxRx越大，煤粉越細(xì)越大，煤粉越細(xì) n n 是表示煤粉顆粒分布的均勻性系數(shù)，是

20、表示煤粉顆粒分布的均勻性系數(shù)，n n越大，煤粉越均勻越大，煤粉越均勻2021鍋爐熱平衡方程式鍋爐熱平衡方程式) 33 (654321QQQQQQQr) 43 (100654321qqqqqq q q1 1 = = Q Qi i / / Q Qr r 100 100 式中式中 輸入熱量輸入熱量 Q Q1 1 有效利用熱有效利用熱 Q Q2 2 排煙損失排煙損失 Q Q3 3 可燃?xì)怏w不完全燃燒熱可燃?xì)怏w不完全燃燒熱損失損失 Q Q4 4 固體不完全燃燒熱損失固體不完全燃燒熱損失 Q Q5 5 散熱損失散熱損失 Q Q6 6 其他熱損失其他熱損失rQ1/722 對于燃煤鍋爐，對于燃煤鍋爐，若燃料和

21、空氣沒有利用外界熱量進(jìn)若燃料和空氣沒有利用外界熱量進(jìn)行預(yù)熱，且燃煤水分滿足行預(yù)熱，且燃煤水分滿足則則 628/.netararQMnet.arrQQ 2/7)53(/,.kgkJQQhQQwhwrrnetarr式中式中 whwrrQQh燃料的物理顯熱；燃料的物理顯熱；外來熱源加熱空氣時帶入的熱量；外來熱源加熱空氣時帶入的熱量；霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量霧化燃油所用蒸汽帶入的熱量233/7式中式中Q工質(zhì)總吸熱量，工質(zhì)總吸熱量，kJ/sB燃料消耗量，燃料消耗量，kg/sDgr、Dzr、DPw過熱蒸汽量、再熱蒸汽量和排污量，過熱蒸汽量、再熱蒸汽量和排污量，kg/s、hgs過熱蒸汽焓、飽和蒸汽焓和給水

22、焓，過熱蒸汽焓、飽和蒸汽焓和給水焓，kJ/kg、再熱蒸汽出口和進(jìn)口焓，再熱蒸汽出口和進(jìn)口焓，kJ/kgzrh zrh grh bsh )hh(DhhDhhDB1Qgsbspwzrzrzrgsgrgr1 6)-(3kJ/kg,BQ 空氣在空氣預(yù)熱器中吸收的熱量又返回爐膛，屬鍋爐內(nèi)部熱量空氣在空氣預(yù)熱器中吸收的熱量又返回爐膛，屬鍋爐內(nèi)部熱量循環(huán)，鍋爐熱平衡中不予考慮循環(huán)，鍋爐熱平衡中不予考慮24 固體未完全燃燒熱損失固體未完全燃燒熱損失 q q4 4 q q4 4 此項(xiàng)熱損失是飛灰和冷灰中未燃盡的可燃物造成的熱損此項(xiàng)熱損失是飛灰和冷灰中未燃盡的可燃物造成的熱損失，失，鍋爐主要熱損之一。取決于燃料種

23、類、燃燒方式、爐膛鍋爐主要熱損之一。取決于燃料種類、燃燒方式、爐膛型式與結(jié)構(gòu)、燃燒器設(shè)計(jì)與布置、鍋爐運(yùn)行工況型式與結(jié)構(gòu)、燃燒器設(shè)計(jì)與布置、鍋爐運(yùn)行工況 V Vdafdaf?。唬ㄐ?；（M Marar、A Aarar ）大，）大，q q4 4 大；大； R R9090大，大， q q4 4 大；大； 過大或過小，過大或過小，q q4 4 大大 煤粉在爐膛停留時間煤粉在爐膛停留時間過小，過小， q q4 4 大大 4/7對固態(tài)排渣煤粉爐取對固態(tài)排渣煤粉爐取 q q4 4 =0.5=0.55 %5 % 未完全燃燒熱損失未完全燃燒熱損失包括包括 q q4 4、q q3 3 25 排煙熱損失排煙熱損失 q

24、 q2 2式中式中 - - 排煙焓排煙焓, , 取決于取決于 與與 ，kJ/kgkJ/kg - - 進(jìn)入鍋爐的冷空氣焓進(jìn)入鍋爐的冷空氣焓, , kJ/kgkJ/kg - - 排煙處過剩空氣系數(shù)排煙處過?？諝庀禂?shù) ）（572,%Qq100)HH(qr40lkpypy2 0lkHpy pyHpy py 由由q2、受熱面低溫腐蝕及金屬耗量綜合確定。、受熱面低溫腐蝕及金屬耗量綜合確定。電站鍋爐電站鍋爐約在約在110110160160之間。之間。取決于取決于及煙道漏風(fēng)及煙道漏風(fēng)，后者同時影響，后者同時影響 py py py py 5/7對大中型鍋爐對大中型鍋爐 q q2 2 約為約為4 48%8%未被完全利用熱損失未被完全利用熱損失 包括包括 q q2 2、q q5 5、q q6 626圖圖3-3 3-3 額定容量下鍋爐的散熱損失額定容量下鍋爐的散熱損失 散熱損失散熱損失 q q5 5額定負(fù)荷下的散熱損失是外部冷卻損失