第二章-燃料教學(xué)提綱

1、第二章第二章-燃料燃料燃料的定義燃料的定義燃料是一種由有機可燃質(zhì)，不可燃無機礦物成分和水分等物質(zhì)組成的復(fù)雜混合物，在燃燒過程中，能夠產(chǎn)生大量的熱能。燃料的分類燃料的分類按其物態(tài)，燃料可分為固體，液體，氣體三大類。天然礦物燃料天然礦物燃料 固體燃料固體燃料 煤煤 油頁巖油頁巖 液體燃料液體燃料 石油石油 氣體燃料氣體燃料 天然氣天然氣 人造燃料人造燃料 木炭木炭 焦炭焦炭 粉煤粉煤 型煤等型煤等 汽油汽油 煤油煤油 柴油柴油 重油重油 渣油渣油 煤焦油等煤焦油等 煤氣煤氣 石油裂化氣等石油裂化氣等液體燃料液體燃料 目前，液體燃料均取自石油，是石油煉制而得目前，液體燃料均取自石油，是石油煉制而得的

2、各種產(chǎn)品。鍋爐燃用的主要是重油，輕柴油的各種產(chǎn)品。鍋爐燃用的主要是重油，輕柴油則作為鍋爐點火時的用油。則作為鍋爐點火時的用油。 石油煉制的基本方法是直接蒸餾法，即根據(jù)石石油煉制的基本方法是直接蒸餾法，即根據(jù)石油中各種成分沸點不同，利用分餾原理得到不油中各種成分沸點不同，利用分餾原理得到不同的產(chǎn)品。同的產(chǎn)品。 氣體燃料氣體燃料 氣體燃料是比較理想的燃料。氣體燃料包括天氣體燃料是比較理想的燃料。氣體燃料包括天然氣與人造煤氣兩種類型。氣體燃料是由多種然氣與人造煤氣兩種類型。氣體燃料是由多種可燃與不可燃?xì)怏w組成的混合氣體，除少數(shù)低可燃與不可燃?xì)怏w組成的混合氣體，除少數(shù)低熱值人造煤氣外，其絕大部分為可燃

3、氣體成分。熱值人造煤氣外，其絕大部分為可燃?xì)怏w成分。天然氣產(chǎn)生于氣田或油田，是發(fā)熱量很高的優(yōu)天然氣產(chǎn)生于氣田或油田，是發(fā)熱量很高的優(yōu)質(zhì)燃料。質(zhì)燃料。 2.1 燃料的化學(xué)成分燃料的化學(xué)成分元素分析和工業(yè)分析元素分析和工業(yè)分析元素分析定義：元素分析一般指分析燃料中的碳元素分析定義：元素分析一般指分析燃料中的碳（C）、氫（）、氫（H）、氧（）、氧（O）、氮（）、氮（N）、硫（）、硫（S）五種元素。這個方法、這個結(jié)果叫元素分析。五種元素。這個方法、這個結(jié)果叫元素分析。1為什么要用元素分析：現(xiàn)有的分析方法中不能為什么要用元素分析：現(xiàn)有的分析方法中不能直接分析煤中有機物的各種化合物，很多物質(zhì)在分直接分析煤

4、中有機物的各種化合物，很多物質(zhì)在分析的過程中分解。所以一般用煤的元素分析表示煤析的過程中分解。所以一般用煤的元素分析表示煤的有機物特性。的有機物特性。2為什么不是完全徹底的元素分析？有一些化合為什么不是完全徹底的元素分析？有一些化合物在煤的燃燒前后沒有改變，就是他們不參與燃燒。物在煤的燃燒前后沒有改變，就是他們不參與燃燒。分析他們的元素組成對于鍋爐燃燒沒用。這里指的分析他們的元素組成對于鍋爐燃燒沒用。這里指的就是煤的水分和煤的灰分。就是煤的水分和煤的灰分。3元素分析成分：碳（元素分析成分：碳（C）、氫（）、氫（H）、氧（）、氧（O）、）、氮（氮（N）、硫（）、硫（S）、灰分、水分。）、灰分、水

5、分。4元素分析方法的簡單介紹。有這個方面的元素分析方法的簡單介紹。有這個方面的國家標(biāo)準(zhǔn)，可以查閱。簡單說來就是把煤制成國家標(biāo)準(zhǔn)，可以查閱。簡單說來就是把煤制成煤樣（磨成煤粉），在爐子里加熱。先失去的煤樣（磨成煤粉），在爐子里加熱。先失去的是水分。緊接著燃燒煤粉。分析燃燒產(chǎn)物可以是水分。緊接著燃燒煤粉。分析燃燒產(chǎn)物可以知道煤粉的元素分析成分。最后剩下的是灰分。知道煤粉的元素分析成分。最后剩下的是灰分。5為什么在定義中只有碳（為什么在定義中只有碳（C）、氫（）、氫（H）、）、氧（氧（O）、氮（）、氮（N）、硫（）、硫（S）五種成分。因為）五種成分。因為這個五種成分和燃燒有關(guān)。其余的灰分和水分這個五

6、種成分和燃燒有關(guān)。其余的灰分和水分和燃燒無關(guān)（不參與燃燒）。但是灰分和水分和燃燒無關(guān)（不參與燃燒）。但是灰分和水分是煤里面都有的，也占一定的百分比，因此元是煤里面都有的，也占一定的百分比，因此元素分析成分包括七種成分。素分析成分包括七種成分。工業(yè)分析的定義：分析煤粉中的灰分、水分、工業(yè)分析的定義：分析煤粉中的灰分、水分、揮發(fā)分和固定碳的分析。揮發(fā)分和固定碳的分析。1為什么發(fā)電廠要用煤的工業(yè)分析。元素分為什么發(fā)電廠要用煤的工業(yè)分析。元素分析比較復(fù)雜，一般發(fā)電廠不能做。而煤又要進析比較復(fù)雜，一般發(fā)電廠不能做。而煤又要進行快速分析，以指導(dǎo)運行。所以用比較簡單的行快速分析，以指導(dǎo)運行。所以用比較簡單的

7、工業(yè)分析。工業(yè)分析。2工業(yè)分析成分：灰分、水分、揮發(fā)分和固工業(yè)分析成分：灰分、水分、揮發(fā)分和固定碳。定碳。3工業(yè)分析簡單介紹：和元素分析近似，也工業(yè)分析簡單介紹：和元素分析近似，也借助于燃燒。把煤樣加熱，先失去水分，然后借助于燃燒。把煤樣加熱，先失去水分，然后隔絕空氣繼續(xù)加熱，再失去的是揮發(fā)分。剩下隔絕空氣繼續(xù)加熱，再失去的是揮發(fā)分。剩下的是焦碳（固定碳和灰分之和）。把焦碳燃燒，的是焦碳（固定碳和灰分之和）。把焦碳燃燒，失去的是固定碳，余下的是灰分。失去的是固定碳，余下的是灰分。4發(fā)電廠每天都要對煤進行工業(yè)分析，讓運發(fā)電廠每天都要對煤進行工業(yè)分析，讓運行人員掌握煤種的變化情況，有利于鍋爐運行。

8、行人員掌握煤種的變化情況，有利于鍋爐運行。一.燃料的元素分析成分燃料的元素分析成分 (常將各個成分用常將各個成分用 百分比示百分比示)1碳碳 是煤的各個成分中含量最多的元素，有的高是煤的各個成分中含量最多的元素，有的高達達90%，最少也有，最少也有50%。是煤的發(fā)熱量的主要來源。是煤的發(fā)熱量的主要來源。其中一部分與其他元素化合，其余是單質(zhì)狀態(tài)，稱其中一部分與其他元素化合，其余是單質(zhì)狀態(tài)，稱為固定碳。固定碳多了不容易著火。所以含碳多的為固定碳。固定碳多了不容易著火。所以含碳多的煤不好著火。煤不好著火。2氫氫 大部分含量在大部分含量在36%的范圍內(nèi)。一部分和氧的范圍內(nèi)。一部分和氧結(jié)合成水；另一部分

9、在有機物中，我們在元素分析結(jié)合成水；另一部分在有機物中，我們在元素分析中的氫就是這一部分。在加熱的時候形成氫氣或各中的氫就是這一部分。在加熱的時候形成氫氣或各種碳?xì)浠衔?，容易著火和燃燒。氫的發(fā)熱量很高。種碳?xì)浠衔?，容易著火和燃燒。氫的發(fā)熱量很高。3氧氧 一部分和氫化合成水，不能燃燒；另一部分一部分和氫化合成水，不能燃燒；另一部分和碳化合成碳?xì)浠衔?，可以燃燒。含量差距很大，和碳化合成碳?xì)浠衔?，可以燃燒。含量差距很大，最高達最高達40%。隨著煤化程度的提高，含量降低。隨著煤化程度的提高，含量降低。4氮氮 煤中的氮的含量不多，只有煤中的氮的含量不多，只有0.52.0%。在。在燃燒的時候有很少

10、一部分與氧化合成氧化氮。燃燒的時候有很少一部分與氧化合成氧化氮。5硫硫 煤中的硫有三種形態(tài)存在：有機硫、黃鐵礦硫煤中的硫有三種形態(tài)存在：有機硫、黃鐵礦硫（FeS2）和硫酸鹽硫（）和硫酸鹽硫（CaSO4、MgSO4、FeSO4等）。一般來說，硫酸鹽是灰分，不參與燃燒。等）。一般來說，硫酸鹽是灰分，不參與燃燒。6水分水分 把煤樣在把煤樣在102105條件下干燥帶恒重，失條件下干燥帶恒重，失去的就是水分。一般地質(zhì)年代增加，水分減少。還和去的就是水分。一般地質(zhì)年代增加，水分減少。還和運輸、貯藏的方法有關(guān)。兩個概念：內(nèi)在水分（固有運輸、貯藏的方法有關(guān)。兩個概念：內(nèi)在水分（固有水分、分析水分）和外在水分（

11、外部水分）。長期放水分、分析水分）和外在水分（外部水分）。長期放在陰涼的地方，使水分的逸出和水分的吸收平衡時的在陰涼的地方，使水分的逸出和水分的吸收平衡時的水分叫內(nèi)在水分。用自然干燥法失去的水分為外在水水分叫內(nèi)在水分。用自然干燥法失去的水分為外在水分。兩部分之和叫全水分。分。兩部分之和叫全水分。7灰分灰分 把煤樣加熱到把煤樣加熱到80025，灼燒二小時，余，灼燒二小時，余 下的就是灰分。最少為下的就是灰分。最少為10%，最多可以達到，最多可以達到50%以上。以上。灰分由多種元素組成，和開采方法、運輸、貯存方法灰分由多種元素組成，和開采方法、運輸、貯存方法有關(guān)。有關(guān)。二二 燃料成分分析數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)

12、與換算燃料成分分析數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)與換算 1. 應(yīng)用基應(yīng)用基: 上標(biāo)符號是上標(biāo)符號是“y” 以應(yīng)用燃料取樣，以其質(zhì)量作為以應(yīng)用燃料取樣，以其質(zhì)量作為100%計算其計算其各組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量。各組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量。 Cy+Hy+Oy+Ny+Sy+Ay+Wy=100% 2. 分析基分析基: 上標(biāo)符號上標(biāo)符號“f” 以實驗條件（以實驗條件（20度，度，60%）進行風(fēng)干后的燃）進行風(fēng)干后的燃料作為分析基準(zhǔn)，分析所得的組成成分的質(zhì)量料作為分析基準(zhǔn)，分析所得的組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量。百分?jǐn)?shù)含量。 Cf+Hf+Of+Nf+Sf+Af+Wf=100% 3. 干燥基干燥基: 上標(biāo)符號上標(biāo)符號“g” 以除

13、去全部水分的干燥燃料作為分析基準(zhǔn)，以除去全部水分的干燥燃料作為分析基準(zhǔn)，分析所得的組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量。分析所得的組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量。 Cg+Hg+Og+Ng+Sg+Ag=100% 4. 可燃基可燃基: 上標(biāo)符號上標(biāo)符號“r” 以除去全部水分和灰分的燃料作為分析基準(zhǔn)以除去全部水分和灰分的燃料作為分析基準(zhǔn) 分析所得的其它組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量。分析所得的其它組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量。 Cr+Hr+Or+Nr+Sr=100% 5. 換算關(guān)系換算關(guān)系 見書見書13頁頁2.2 煤的燃燒特性煤的燃燒特性一發(fā)熱量發(fā)熱量1. 發(fā)熱量的定義：單位質(zhì)量或容積的燃料完全發(fā)熱量的定義：單位質(zhì)量或容積的燃

14、料完全 燃燒時所放出的熱量。單位是燃燒時所放出的熱量。單位是KJ/kg 2. 發(fā)熱量分發(fā)熱量分高位發(fā)熱量高位發(fā)熱量和和低位發(fā)熱量低位發(fā)熱量，兩者的，兩者的 區(qū)別是燃燒產(chǎn)物中全部水分凝結(jié)成水放出的區(qū)別是燃燒產(chǎn)物中全部水分凝結(jié)成水放出的 汽化潛熱。汽化潛熱。 高位發(fā)熱量高位發(fā)熱量:1kg燃料完全燃燒后所放出的熱量，燃料完全燃燒后所放出的熱量，包括生成的水蒸氣的汽化潛熱，即水蒸氣全部包括生成的水蒸氣的汽化潛熱，即水蒸氣全部凝結(jié)為水。凝結(jié)為水。 低位發(fā)熱量低位發(fā)熱量： 1kg燃料完全燃燒后所放出的不包燃料完全燃燒后所放出的不包括汽化潛熱的熱量。括汽化潛熱的熱量。 高位發(fā)熱量包括高位發(fā)熱量包括汽化潛熱汽

15、化潛熱；低位發(fā)熱量不包括低位發(fā)熱量不包括汽化潛熱汽化潛熱，因而高位發(fā)因而高位發(fā)熱量數(shù)值大一些。熱量數(shù)值大一些。低位發(fā)熱量在熱平衡中應(yīng)用（我國），因低位發(fā)熱量在熱平衡中應(yīng)用（我國），因為排煙溫度比較高（為排煙溫度比較高（110160），），煙煙氣中的水蒸氣通常不會凝結(jié)成水。氣中的水蒸氣通常不會凝結(jié)成水。兩者的應(yīng)用基換算公式為：兩者的應(yīng)用基換算公式為： Qgwy=Qdwy+2512（9Hy/100+Wy/100) = Qdwy+226Hy+25Wy二二. 揮發(fā)分揮發(fā)分 定義：在隔絕空氣的條件下加熱定義：在隔絕空氣的條件下加熱85020，使得煤粉中的有機物分解而析出，稱為揮發(fā)分。使得煤粉中的有機物分

16、解而析出，稱為揮發(fā)分。主要成分：各種碳?xì)浠衔?、氫、一氧化碳、主要成分：各種碳?xì)浠衔?、氫、一氧化碳、硫化氫等可燃?xì)怏w；少量的氧氣、二氧化碳、硫化氫等可燃?xì)怏w；少量的氧氣、二氧化碳、氮氣等不可燃?xì)怏w。釋放揮發(fā)分的溫度：煤化氮氣等不可燃?xì)怏w。釋放揮發(fā)分的溫度：煤化程度比較低的煤，程度比較低的煤， 200；煤化程度比較高的；煤化程度比較高的煤，煤，400左右。揮發(fā)分的含量：無煙煤左右。揮發(fā)分的含量：無煙煤2 210%10%；褐煤；褐煤373760%60%；揮發(fā)分多著火容易；揮發(fā)；揮發(fā)分多著火容易；揮發(fā)分少著火困難。對著火溫度的影響：褐煤分少著火困難。對著火溫度的影響：褐煤370370；無煙煤；無煙

17、煤700700。三三. 焦結(jié)性焦結(jié)性 煤在隔絕空氣加熱時，水分蒸發(fā)、揮發(fā)分煤在隔絕空氣加熱時，水分蒸發(fā)、揮發(fā)分析出后的固體殘余物是焦炭。析出后的固體殘余物是焦炭。 煤種不同，焦炭的物理性質(zhì)、外觀也各不相煤種不同，焦炭的物理性質(zhì)、外觀也各不相同，有粉末狀或焦塊等。同，有粉末狀或焦塊等。焦炭的不同結(jié)焦性狀，稱為煤的焦結(jié)性。焦炭的不同結(jié)焦性狀，稱為煤的焦結(jié)性。 不粘性和強粘接的煤，不易燃燒。不粘性和強粘接的煤，不易燃燒。四四. 灰熔點灰熔點 當(dāng)焦炭中的可燃物當(dāng)焦炭中的可燃物-固定碳燃燒完后，殘留下來固定碳燃燒完后，殘留下來的就是煤的灰分。的就是煤的灰分。灰分的熔融性，是煤的灰熔點?；曳值娜廴谛?，是煤

18、的灰熔點。 灰熔點低，受熱面容易結(jié)渣，燃燒惡化?；胰埸c低，受熱面容易結(jié)渣，燃燒惡化。2.3 煤的分類煤的分類一煤的分類方法一煤的分類方法 可以按照很多指標(biāo)進行分類，分完大類再細(xì)分?？梢园凑蘸芏嘀笜?biāo)進行分類，分完大類再細(xì)分。1. 通常把煤分成三個階段：褐煤、煙煤和無煙煤。通常把煤分成三個階段：褐煤、煙煤和無煙煤。2. 在無煙煤中根據(jù)揮發(fā)分的多少，分為在無煙煤中根據(jù)揮發(fā)分的多少，分為:1號（號（6.510%),2號號(3.56.5%)和和3號號(3.5%)。3. 在煙煤中根據(jù)揮發(fā)分和粘結(jié)指數(shù)分類。分為在煙煤中根據(jù)揮發(fā)分和粘結(jié)指數(shù)分類。分為:貧煤、瘦煤、焦煤、亞焦煤、弱焦煤、不粘煤、貧煤、瘦煤、焦煤

19、、亞焦煤、弱焦煤、不粘煤、肥煤、肥氣煤、氣煤和長焰煤。肥煤、肥氣煤、氣煤和長焰煤。4. 褐煤用目視透光率來表征年輕煤的煤化程度的褐煤用目視透光率來表征年輕煤的煤化程度的比較好的指標(biāo)。比較好的指標(biāo)。二幾種主要動力煤的特點二幾種主要動力煤的特點1無煙煤有光澤、機械強度高、焦結(jié)性差、含無煙煤有光澤、機械強度高、焦結(jié)性差、含碳高、發(fā)熱量高、難點燃、燃盡困難。碳高、發(fā)熱量高、難點燃、燃盡困難。2貧煤是變質(zhì)程度最高的煙煤、介于無煙煤和貧煤是變質(zhì)程度最高的煙煤、介于無煙煤和煙煤之間、揮發(fā)分少、燃燒接近無煙煤。煙煤之間、揮發(fā)分少、燃燒接近無煙煤。3煙煤揮發(fā)分多、水分和灰分少、發(fā)熱量高容煙煤揮發(fā)分多、水分和灰分

20、少、發(fā)熱量高容易著火和燃盡。易著火和燃盡。4褐煤外表呈褐色，似木質(zhì)、揮發(fā)分高、好著褐煤外表呈褐色，似木質(zhì)、揮發(fā)分高、好著火、發(fā)熱量低。火、發(fā)熱量低。5. 在兩種煤的分界處，有的煙煤的揮發(fā)分比有在兩種煤的分界處，有的煙煤的揮發(fā)分比有的貧煤低，但是是煙煤。同時有的貧煤揮發(fā)分的貧煤低，但是是煙煤。同時有的貧煤揮發(fā)分比有的煙煤高，但是是貧煤。這是因為這個貧比有的煙煤高，但是是貧煤。這是因為這個貧煤的著火性質(zhì)（著火和燃盡）是貧煤的，這個煤的著火性質(zhì)（著火和燃盡）是貧煤的，這個煙煤的著火性質(zhì)（著火和燃盡）是煙煤的。煙煤的著火性質(zhì)（著火和燃盡）是煙煤的。2.5 燃料的燃燒計算燃料的燃燒計算1. 燃燒計算的任

21、務(wù)燃燒計算的任務(wù) 確定燃料燃燒所需要的空氣量、燃燒產(chǎn)確定燃料燃燒所需要的空氣量、燃燒產(chǎn)物煙氣量、以及他們的熱焓。物煙氣量、以及他們的熱焓。2. 燃燒計算的基本方法燃燒計算的基本方法 在計算時，把空氣和煙氣均看作理想氣在計算時，把空氣和煙氣均看作理想氣體，即每千摩爾氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下其容體，即每千摩爾氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下其容積為積為22.4標(biāo)準(zhǔn)立方米，以此原則計算空氣標(biāo)準(zhǔn)立方米，以此原則計算空氣量和煙氣量。量和煙氣量。 一一. 燃燒所需空氣量和過量空氣系數(shù)燃燒所需空氣量和過量空氣系數(shù)1理論空氣量定義：理論空氣量定義：1kg應(yīng)用基燃料完全燃燒應(yīng)用基燃料完全燃燒 而又沒有剩余氧存在，此時所需的空氣量稱為而

22、又沒有剩余氧存在，此時所需的空氣量稱為理論空氣量。理論空氣量。2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：0、一個物理大氣壓。在標(biāo)準(zhǔn)狀、一個物理大氣壓。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，態(tài)下，1kmol氣體的容積為氣體的容積為22.41Nm3。31kg固體或液體燃料完全燃燒所需的理論空氣固體或液體燃料完全燃燒所需的理論空氣量為：公式量為：公式 2-184過量空氣系數(shù)的定義：實際供給的空氣量與過量空氣系數(shù)的定義：實際供給的空氣量與理論空氣量的比值。理論空氣量的比值。5最佳過量空氣系數(shù)的定義：不完全燃燒熱損最佳過量空氣系數(shù)的定義：不完全燃燒熱損失最小，燃燒效率最高的過量空氣系數(shù)。失最小，燃燒效率最高的過量空氣系數(shù)。6漏風(fēng)系數(shù)的定義：漏入的空氣量與理論空氣漏風(fēng)系數(shù)的定義：漏入的空氣量與理論空氣量的比值。排煙的過量空氣系數(shù)等于爐膛出口量的比值。排煙的過量空氣系數(shù)等于爐膛出口的過量空氣系數(shù)加上煙道漏風(fēng)系數(shù)之和。的過量空氣系數(shù)加上煙道漏風(fēng)系數(shù)之和。7漏風(fēng)的害處，爐膛漏風(fēng)使得爐膛溫度降