第2章燃料及燃料燃燒計(jì)算.

1、第二章 燃料及燃料燃燒計(jì)算 我國的燃料政策：電站鍋爐以燃煤為主，并且盡量燃用劣質(zhì)煤。 一、煤的成分 煤的組成成分(元素分析成分)： 碳（Carbon） 氫（Hydrogen） 氧（Oxygen） 氮（Nitrogen） 硫（Sulphur,or Sulfur） 灰分（Ash） 水分（Moisture ）第一節(jié) 鍋爐燃料的成分和主要特性 碳是燃料中的主要可燃元素，一般占燃料成分的20%70%。 1kg純碳完全燃燒生成CO2，放熱32866kJ，1kg純碳不完全燃燒時(shí)生成CO，僅放熱9270kJ。 煤中氫的含量為2%6%，氫的發(fā)熱量很高，1kg氫的低位發(fā)熱量為120370kJ。 氧和氮是不可燃成分

2、。氮在高溫下形成氮氧化物（NOx），造成大氣污染。 煤中硫含量一般在1%5%。 1kg硫燃燒后生成9050kJ熱量。硫燃燒生成SO2對人體有害，大氣中SO2會氧化成SO3并最終形成酸雨，酸雨對工業(yè)、農(nóng)業(yè)都有十分不利的影響。硫含量增多，會造成鍋爐高、低溫受熱面煙氣側(cè)的腐蝕和堵灰。 灰分不僅降低發(fā)熱量，影響著火及燃燒的穩(wěn)定性，而且容易形成結(jié)渣、沾污、磨損、堵灰，影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。 水分增加，影響燃料的著火和燃燒速度，增大煙氣量，增加排煙熱損失，加劇尾部受熱面的腐蝕和堵灰。水分增加也會增加煤粉制備的難度。 工業(yè)分析proximate analysis 工業(yè)分析成分: 水分（Moistur

3、e） 揮發(fā)分（Volatile） 固定碳（Fixed Carbon） 灰分（Ash） 分析標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 212-2008煤的工業(yè)分析方法煤的工業(yè)分析成分對鍋爐工作的影響 u 揮發(fā)分揮發(fā)分的成分：各種碳?xì)浠衔?、氫、一氧化碳、硫化氫等可燃?xì)怏w。含量：揮發(fā)分實(shí)際上是煤中有機(jī)物分解而析出的氣體產(chǎn)物。揮發(fā)分的含量與碳化程度（地質(zhì)年代）有關(guān)，碳化程度很深（地質(zhì)年代長）的無煙煤，揮發(fā)分只有2%10%，揮發(fā)分析出的溫度也高。而碳化程度很低（地質(zhì)年代較短）的褐煤，揮發(fā)分可達(dá)37%60%，揮發(fā)分析出的溫度較低（小于200）。熱值：1700071000kJ/kg之間。地質(zhì)年代越久含氧越少，揮發(fā)分發(fā)熱量越高，如：

4、無煙煤的揮發(fā)分發(fā)熱量高，而褐煤的揮發(fā)分發(fā)熱量低。對鍋爐的影響：揮發(fā)分是煤中最有利的可燃成分，對鍋爐的工作有很大對鍋爐的影響：揮發(fā)分是煤中最有利的可燃成分，對鍋爐的工作有很大影響。揮發(fā)分著火溫度較低，煤顆粒在揮發(fā)分析出后成為疏松多孔的焦影響。揮發(fā)分著火溫度較低，煤顆粒在揮發(fā)分析出后成為疏松多孔的焦炭球，易于燃燼，燃燒損失較少。反之，揮發(fā)分較少的煤著火困難，也炭球，易于燃燼，燃燒損失較少。反之，揮發(fā)分較少的煤著火困難，也不容易燃燒完全。故揮發(fā)分含量成為煤分類的重要指標(biāo)。不容易燃燒完全。故揮發(fā)分含量成為煤分類的重要指標(biāo)。u 水分的影響低位發(fā)熱量有效熱量著火熱爐內(nèi)溫度，機(jī)械、化學(xué)未完全燃燒熱損失排煙熱

5、損失，引風(fēng)機(jī)電耗低溫受熱面積灰、腐蝕過熱汽溫：11.5制粉系統(tǒng)u 灰分的影響發(fā)熱量排渣物理顯熱理論燃燒溫度 灰殼 機(jī)械不完全燃燒熱損失爐膛溫度下降、燃燒穩(wěn)定性 不完全燃燒熱損失磨損、積灰 排煙溫度 排煙熱損失爐內(nèi)結(jié)渣、高溫腐蝕制粉系統(tǒng)能耗環(huán)境污染三、煤的主要特性 1、煤的發(fā)熱量 高位發(fā)熱量：Qar,gr是指 1kg煤完全燃燒后能夠產(chǎn)生的熱量，它包括燃燒產(chǎn)物(煙氣)中水分的汽化潛熱。 低位發(fā)熱量： Qar,net,p指從高位發(fā)熱量中扣除了水蒸氣的汽化潛熱后的熱量。9,p,100100()25.1(9)ararHMar netar grar grararQQrQHM煤發(fā)熱量的大小取決于煤中可燃質(zhì)的

6、多少，目前主要依靠氧彈式熱量計(jì)來測量（GB/T 213-2008 煤的發(fā)熱量測定方法,試驗(yàn)）對于折算灰分AZS4.0、折算水分MZS8.0、折算硫分SZS0.2的煤分別稱為高灰分煤、高水分煤、高硫分煤。標(biāo)準(zhǔn)煤：不同煤的發(fā)熱量差別很大，為便于比較與煤發(fā)熱量有關(guān)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，規(guī)定以Qar,net,p29310kJ/kg的煤作為標(biāo)準(zhǔn)煤。若實(shí)際煤耗量為B，煤的發(fā)熱量為Qar,net,p，則折算成標(biāo)準(zhǔn)煤的消耗量Bb為ar,p29310netbQBB折算成分：隨同煤一起進(jìn)入鍋爐的各種雜質(zhì)的數(shù)量對鍋爐工作造成的危害程度折合成相同的一定發(fā)熱量下的含量，更具有可比性。為此引入折算成分的概念。煤的折算成分含量是指對

7、應(yīng)于4l90kJ/kg收到基低位發(fā)熱量的收到基成分含量ar,zsar,zsar,zs,(,)(,)4190,%arararnet arAMSAMSQ2、灰的熔融特性 當(dāng)燃料在爐內(nèi)燃燒時(shí)，在高溫的火焰中心，灰分呈熔化或軟化狀態(tài)，具有粘性。這種具有粘性的灰粒如果接觸到受熱面管子或爐墻，就會粘結(jié)于其上，即所謂結(jié)渣。輕者影響受熱面?zhèn)鳠?，重者迫使鍋爐停爐打渣。因此燃料灰分熔融性對鍋爐設(shè)計(jì)和正常運(yùn)行有很大的影響。 GB/T219-2004煤灰熔融性的測定方法 把灰樣制成三角錐體，錐高為20mm，底邊長為7mm的等邊三角形，錐體的一棱面垂直于底面。然后將灰錐托板送入放在硅碳管高溫爐中加熱，以規(guī)定的溫度升溫，

8、爐內(nèi)保持弱還原性氣氛。隨時(shí)觀察灰錐的形態(tài)變化，記錄灰錐的三個(gè)熔融特征溫度 變形溫度DT（deformation temperature），錐頂變圓或開始傾斜；軟化溫度ST（softening temperature），錐頂彎至底或萎縮成球形；半球溫度HT(half ball temperature)，錐體變化為半球形（用的不多）；熔化溫度FT（fusing temperature），是指錐體呈流體狀態(tài)能沿平面流動(dòng)。DT、ST、FT這三個(gè)溫度表示燃料中灰分的熔化特性，均可稱為灰熔點(diǎn)。對大部分煤來說，其灰分的這三個(gè)溫度約為10001600，當(dāng)ST1400時(shí)，稱為具有難熔灰分的煤，當(dāng)ST1350時(shí)，

9、造成爐內(nèi)結(jié)渣的可能性不大。為了避免爐膛出口處結(jié)渣，爐膛出口煙溫應(yīng)至少比DT低50100。四、煤的分類 我國動(dòng)力用煤常以干燥無灰基揮發(fā)分（Vdaf）為主要依據(jù)進(jìn)行分類，大致可以分為：無煙煤、貧煤、煙煤、褐煤等。由于它們的成分和特性不同，在燃燒中的反應(yīng)也顯著不同，只有清楚了解它們的特性，才能獲得最佳的運(yùn)行性能。 無煙煤Vdaf10；貧煤Vdaf=1020；煙煤Vdaf2040；褐煤Vdaf4050，甚至達(dá)60。 1無煙煤 無煙煤的揮發(fā)分含量最低，含碳量很高，一般C50，最高可達(dá)95；灰分不高，一般A625；水分較少，M315。所以無煙煤的發(fā)熱量較高，一般為Qar,net,p2500032500kJ

10、/kg。揮發(fā)分的析出溫度高，不易點(diǎn)燃，燃盡也不容易，焦炭無粘結(jié)性。 2貧煤 貧煤的性質(zhì)介于無煙煤和煙煤之間。其燃燒性質(zhì)接近于無煙煤，難以著火和燃盡。貧煤的碳化程度比無煙煤低，發(fā)熱量較高，一般不結(jié)焦。3煙煤煙煤揮發(fā)分含量較高，變化范圍也較寬。它的碳化程度較無煙煤淺，含碳量C4070，少數(shù)能達(dá)到75；一般灰分不大，A730，高者達(dá)50；水分適中M318；發(fā)熱量也相當(dāng)高，Qar,net,p2000030000kJ/kg。大多數(shù)煙煤都容易點(diǎn)燃，燃燒快，燃燒時(shí)火焰較長。多數(shù)具有或強(qiáng)或弱的焦結(jié)性。煙煤中有一種劣質(zhì)煙煤，揮發(fā)分中等，Vdaf2030，但水分和灰分較高，M12，A4050，因而發(fā)熱量低，Qar

11、,net,p1100012500kJ/kg。這種煤的著火及燃燒均不容易。另外還要考慮受熱面積灰和磨損等問題。4褐煤褐煤碳化程度較低，呈褐黑色，尚有清楚木紋，易風(fēng)化成粉末。褐煤揮發(fā)物含量高，有的甚至達(dá)60，開始析出揮發(fā)分的溫度低，易于著火和燃燒；褐煤含碳量不多，但含氧量很高；灰分變化范圍很大，A640；水分含量大M2040。褐煤發(fā)熱量不高Qar,net,p1150021000kJ/kg；焦炭不結(jié)焦。此外，在動(dòng)力燃料中還有泥煤、油頁巖和煤矸石等，均屬熱值很低的低質(zhì)燃料。工業(yè)鍋爐行業(yè)煤的分類類 別干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf (%)收到基低位發(fā)熱量Q net,ar（kJ/kg）石煤和煤矸石I類II類II

12、I類544054408370837011300褐煤40837014650無煙煤I類II類III類5102093020930貧 煤102018840煙煤I類II類III類2020201130015490154901968019680第二節(jié) 燃料燃燒計(jì)算一、空氣需要量1理論空氣量理論空氣量是指1kg收到基燃料實(shí)現(xiàn)完全燃燒理論上必須的干空氣量，用符號v0來表示。理論空氣量的計(jì)算由燃料中各可燃成分（C、H、S）在燃燒時(shí)所需空氣相加而成，完全燃燒反應(yīng)如下：C+O2=CO22H2+O2=2H2OS+O2=SO2(空氣和煙氣均認(rèn)為是理想氣體，千摩爾體積22.4m3/kmol，空氣中氧體積含量21，空氣密度1.293，煙氣密度1.34kg/m3)00.0889(0.375)0.2650.033ararararVCSHO 2過量空氣系數(shù)