第二章.燃料及燃燒計算

第二章.燃料及燃燒計算沙鵬2/2/20231第二章、燃料第一節(jié)、燃料的成分及其主要特性

燃料分為：固體燃料、液體燃料和氣體燃料。固體燃料主要以煤為主，鍋爐燃用的燃料亦稱為動力燃料。煤是由多種有機物質(zhì)和無機物質(zhì)混合組成的復(fù)雜的固體碳?xì)淙剂?。由于埋入地下的深度和時間不同，就會形成不同的煤種。其主要分為：褐煤、煙煤和無煙煤三大類。2/2/20232第二章、燃料一、煤的成分及分析基準(zhǔn)：（一）煤的組成成分及其性質(zhì)煤的元素分析的成分包括：碳、氫、氧、氮、硫、灰分和水分，各化學(xué)元素成分用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示表示，即：Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%1．碳是煤中含量最多的可燃元素，發(fā)熱量較大。每kg純碳的發(fā)熱量為32.7×103KJ/kg。煤中的碳一部分與氫、氧、氮和硫結(jié)合成有機化合物，稱為揮發(fā)性碳，其燃點較低。2/2/20233第二章、燃料而其余呈單質(zhì)狀態(tài)的稱為固定碳，其燃點較高，不容易著火和燃盡。2.氫是煤中發(fā)熱量最高的物質(zhì)，但煤中氫的含量較少，一般約3-6%左右。完全燃燒時純氫的發(fā)熱量120×103KJ/kg，氫的燃點低，容易著火。3．煤中的氧是不可燃物質(zhì)，雖可助燃，但其含量較少,可視為雜質(zhì)。4．煤中的氮是不可燃物質(zhì)，其含量也較少。煤中的氮在高溫條件下易生成污染大氣的NOx，被視為有害元素。5．硫雖然在燃燒時也放出熱量，但其燃燒產(chǎn)物SO2和SO3會造成鍋爐金屬的腐蝕并污染大氣，也是有害元素。2/2/20234第二章、燃料煤中的硫常以三種形式存在，即有機硫、硫化鐵硫、硫酸鹽硫，前兩種可燃稱為可燃硫，后一種歸入灰分稱為固定硫。6．煤中的灰分為不可燃物質(zhì)?；曳值拇嬖诓粌H使單位燃料量的發(fā)熱量減少，而且影響燃料的著火和燃盡，也是造成鍋爐受熱面積灰、結(jié)渣、磨損的主要因素。7．水分會使?fàn)t內(nèi)溫度下降，影響燃料的著火，并增大排煙熱損失，也會加劇尾部受熱面的腐蝕和堵灰。在自然干燥條件下失去的水分部分稱為外部水分，而剩余部分稱為內(nèi)部水分，兩部分之和稱為全水分也就是收到基水分。2/2/20235第二章、燃料（二）、煤的工業(yè)分析在實驗室條件下的煤樣，通過分析得出水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分這四種成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)稱為工業(yè)分析。將自然干燥后的煤粉樣取1g左右放入預(yù)先加熱至145±5℃的干燥箱中干燥1小時后，試樣質(zhì)量減輕的量占原質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)即為空氣干燥基水分。將失去水分的煤樣在隔絕空氣條件下放入920℃電爐中加熱7分鐘后，放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫后稱重可得出空氣干燥基揮發(fā)分，即：(2-1)2/2/20236第二章、燃料式中：G——原煤樣質(zhì)量，g；G1——加熱以后剩余質(zhì)量，g；Mad——空氣干燥基水分，%。揮發(fā)分是煤在加熱過程中有機質(zhì)分解而析出的氣體物質(zhì)。它主要是由各種CmHn、H2、CO、H2S等可燃?xì)怏w組成，還有少量的O2、CO2、N2等不可燃?xì)怏w。隨著煤的碳化程度的不同，揮發(fā)分的析出溫度不相同，揮發(fā)分的成分及含量也不同。由于揮發(fā)分對鍋爐的工作影響較大，其含量的多少常做為煤的分類的重要依據(jù)。2/2/20237第二章、燃料煤在失去水分和揮發(fā)分后剩余部分即為焦碳，它包括固定碳和灰分。將煤粉樣放在高溫爐中，按規(guī)定方法升溫至815±10℃，并加熱1小時，冷卻至室溫后稱重，剩余質(zhì)量占原煤樣質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)即為空氣干燥基灰分的含量。將原煤粉樣中水分、灰分、揮發(fā)分扣除后即為空氣干燥基固定碳的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。（三）、煤的成分分析基準(zhǔn)及其換算根據(jù)煤存在的條件和根據(jù)需要而規(guī)定的“成分組合”稱為分析基準(zhǔn)，常用下列四種基準(zhǔn)來表示：2/2/20238第二章、燃料1、收到基（原應(yīng)用基）以收到狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)計算煤中全部成分的組合稱為收到基，其中包括全部水分，收到基以下角標(biāo)ar(asreceive)表示。Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%（2-2）2、空氣干燥基（原分析基）煤樣在實驗室規(guī)定的溫度下自然干燥失去外部水分后，其余的成分組合便是空氣干燥基，并以下角稱ad(airdry)表示。Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%（2-3）2/2/20239第二章、燃料3、干燥基以假想無水狀態(tài)煤為基準(zhǔn)，以下角稱d(dry)表示。由于已不受水分的影響，灰分含量百分?jǐn)?shù)相比較穩(wěn)定，可用于比較兩種煤的含灰量。Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%

（2-4）4、干燥無灰基（原可燃基）以假想無水、無灰狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)，以下角稱daf(dryashfree)表示。由于不受水分、灰分影響，常用于比較兩種煤中的碳、氫、氧、氮、硫成分含量的多少。Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%

（2-5）元素分析成分和工業(yè)分析成分的關(guān)系如圖2-1所示。2/2/202310第二章、燃料元素分析成分和工業(yè)分析成分的關(guān)系

收到基

空氣干燥基

干燥基

干燥無灰基CMfMadSrNOHSlyAChfCgd

水分揮發(fā)分固定碳灰分

焦炭2/2/202311第二章、燃料基準(zhǔn)換算各基準(zhǔn)間可進行換算，其換算系數(shù)K如表2-1所示，換算公式為：x=Kx0（2-6）

2/2/202312第二章、燃料表2-1中換算系數(shù)K不僅可以用于各基準(zhǔn)間百分?jǐn)?shù)的換算，也可以用于各基準(zhǔn)的高位發(fā)熱量和揮發(fā)分之間的換算。但是，不能用于水分間的換算。而水分之間換算可用下式：

（2—7）式中：Mf——外部水分，%。二、煤的主要特性2/2/202313第二章、燃料（一）、煤的發(fā)熱量：煤的發(fā)熱量是指單位質(zhì)量的煤在完全燃燒時放出的全部熱量。1、高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量高位發(fā)熱量：當(dāng)發(fā)熱量中包括煤燃燒后所產(chǎn)生的水蒸汽凝結(jié)放出的汽化潛熱時，稱為高位發(fā)熱量，用Qgr表示。低位發(fā)熱量：當(dāng)發(fā)熱量中不包括水蒸汽凝結(jié)放出的汽化潛熱時，稱為低位發(fā)熱量，用Qnet表示。我國在鍋爐的有關(guān)計算中采用低位發(fā)熱量。高位發(fā)熱量與低位發(fā)熱量之間的關(guān)系為：Qar，net=Qar，gr-206Har-23Mar（2-8）

2/2/202314第二章、燃料2、發(fā)熱量的測定方法及估算：煤的高位發(fā)熱量可由氧彈式量熱儀先測得彈筒發(fā)熱量Qad，b，再由下式換算為高位發(fā)熱量：Qad，gr=Qad，b（95Sad，b+αQad，b）（2-9）式中：Qad，gr—空氣干燥基高位發(fā)熱量（KJ/kg）；Qad，b——空氣干燥基彈筒發(fā)熱量，（KJ/kg）；Sad，b——彈筒洗液中測得的含硫量，%；α——硝酸生成熱的比例系數(shù)。由公式（2-9）得到的空氣干燥基高位發(fā)熱量可根據(jù)表2-1的換算系數(shù)換算成收到基高位發(fā)熱量2/2/202315第二章、燃料量，即：（2—10）氧彈式量熱儀如圖2—2所示，它是取1g左右的煤樣放在氧彈中，氧彈中充滿氧氣后點火燃燒，當(dāng)燃燒產(chǎn)物冷卻至原始溫度后，測得的單位質(zhì)量的煤放出的熱量即彈筒發(fā)熱量。由于過剩氧的作用生成SO3和NOx并溶解在氧彈中的水中形成硫酸和硝酸，而酸的反應(yīng)會放出熱量。因此彈筒發(fā)熱量比鍋爐實際燃燒放出的熱量要高，須經(jīng)公式（2-9）換算成高位發(fā)熱量后才能使用。2/2/202316第二章、燃料氧彈式測熱計2/2/202317第二章、燃料3、標(biāo)準(zhǔn)煤和煤的折算成分：為了更準(zhǔn)確地比較煤中硫分、水分、灰分的大小，可用折算成分表示硫分、水分、灰分的含量。折算水分：

%（2—11）折算灰分：

%（2—12）折算硫分：

%（2—13）

2/2/202318第二章、燃料當(dāng)煤中的Mar，zs＞8%時稱為高水分煤；當(dāng)Aar，zs＞4%時稱為高灰分煤；當(dāng)Sar，zs＞0.2%時，稱為高硫分煤。標(biāo)準(zhǔn)煤:按照規(guī)定，收到基低位發(fā)熱量為29310KJ/kg的煤為標(biāo)準(zhǔn)煤。折合成標(biāo)準(zhǔn)煤的計算公式：2/2/202319第二章、燃料（一）、煤灰的熔融特性1、灰熔點及其影響因素：煤灰在某一確定的溫度下開始融化，稱為灰熔點?；胰埸c與灰的化學(xué)組成、灰周圍高溫環(huán)境介質(zhì)性質(zhì)及煤中灰的含量有關(guān)?；抑泻蠸iO2和Al2O3越多，灰熔點越高。比例大于1.18以后，SiO2容易形成共晶體，降低熔點。介質(zhì)的性質(zhì)影響大，半還原性氣體最易結(jié)渣?；曳衷蕉?，越易形成共晶體。2/2/202320第二章、燃料在煤粉鍋爐的燃燒過程中，爐內(nèi)灰的沉積一般可以分為結(jié)渣和沾污兩種類型。結(jié)渣是指爐內(nèi)軟化或熔化的灰粒碰撞并粘附在水冷壁和主要受熱面上生成的渣層；沾污則指煤灰中揮發(fā)物質(zhì)在受熱面表面凝結(jié)并粘結(jié)灰粒形成的沉積灰層。因為煤灰的成分太復(fù)雜，各種試驗方法得到的判別準(zhǔn)則僅適用于少數(shù)國家自己的煤種，現(xiàn)介紹幾種判別方法如下。2/2/202321第二章、燃料煤灰結(jié)渣性的常規(guī)判別準(zhǔn)則(1)堿酸比判別指數(shù)

（2—14）式中：B——煤灰中堿性成分含量；A——煤灰中酸性成分含量。2/2/202322第二章、燃料對于固態(tài)排渣煤粉爐，當(dāng)B/A=0.4～0.7時，為結(jié)渣煤；當(dāng)B/A=0.1～0.4時，為輕微結(jié)渣煤；當(dāng)B/A<0.1時，為不結(jié)渣煤。從防止結(jié)渣的要求來看，則B/A<0.5為宜。對液態(tài)排渣爐和旋風(fēng)爐，B/A<0.27時，灰渣的流動性較差。（2）硅比判別指數(shù)

式中：Sd——干燥基硫分，%。當(dāng)時，為不結(jié)渣煤；研究表明，較大的硅比意味著灰渣有較高的粘度。當(dāng)SR＜65時，不易結(jié)渣；當(dāng)SR＞72時，有可能發(fā)生嚴(yán)重結(jié)渣，因為灰中鐵和鈣的含量增加會使粘度降低。2/2/202323第二章、燃料（二）灰熔融特性的測定目前普遍采用的煤灰熔融溫度測定方法主要為角錐法和柱體法兩種，國內(nèi)采用角錐法。將煤灰制作成底邊長為7mm的等邊三角形，高為20mm的角錐。將錐體放入半還原性氣體的灰熔點測定儀中，以規(guī)定的速度升溫，觀測灰錐在熔融過程中的三個特征溫度，來標(biāo)示煤灰的熔融特性。DT——變形溫度，灰錐頂端開始變圓或彎曲時的溫度；ST——軟化溫度；錐頂變至錐底或變成球形或高度等于或小于底長時對應(yīng)的溫度；FT——流動溫度；錐體熔化成液體或厚度在1.5mm以下時對應(yīng)的溫度。2/2/202324第二章、燃料灰錐變形實驗2/2/202325第二章、燃料其次，煤灰周圍介質(zhì)的性質(zhì)對灰熔融性有較大影響。當(dāng)爐內(nèi)處于氧化性氣氛時，灰中鐵呈氧化狀態(tài)（Fe2O3），熔點較高。在還原性和半還原性氣氛中，（Fe2O3）會還原成FeO，并可能與其它氧化物形成共熔體，灰熔點隨含鐵量的增加而迅速下降。因此，介質(zhì)氣氛不同，會使灰熔點變化200～300℃。2/2/202326第二章、燃料（三）煤的可磨性指數(shù)與磨損指數(shù)1、煤的可磨性指數(shù)由于煤的機械性質(zhì)不同，有的煤較難破碎，有的卻容易破碎，煤被磨成一定細(xì)度的煤粉的難易程度稱為煤的可磨性系數(shù)。目前國內(nèi)采用哈德格羅夫（Hardgrove）法測定的哈氏可磨性系數(shù)，按下式計算：（2—21）式中：D74——為通過孔徑為74μm的篩子的煤粉量。2/2/202327第二章、燃料哈氏可磨性系數(shù)的測定方法為：將空氣干燥后，粒度為0.63～1.25mm的50g煤樣放入如圖4—4所示的哈氏可磨性試驗機中。在鋼球上施加284N的總作用力，驅(qū)動電機進行研磨，旋轉(zhuǎn)60轉(zhuǎn)后，將磨制好的煤粉放入孔徑74μm的篩子上進行篩分，然后分別稱量通過篩子和留在篩子上的煤粉量，將通過量代入公式（4—7）即可以計算出哈氏可磨性系數(shù)。全蘇熱工所Kkm：在風(fēng)干狀態(tài)下，將質(zhì)量相等的標(biāo)準(zhǔn)燃料核試驗燃料，從相同的初始粒度磨制成相同細(xì)度的煤粉時，所消耗的能量之比。2/2/202328第二章、燃料2/2/202329第二章、燃料2、煤的磨損指數(shù)煤的磨損指數(shù)表示，煤在碾磨的過程中，煤對碾磨設(shè)備的研磨部件磨損的強烈程度。我國目前采用的是沖刷磨損指數(shù)，記為Ke。用下式計算：

式中：m——純鐵試片在煤樣由初始狀態(tài)破碎到R90=25%時的磨損量，mg；

τ——煤樣碾磨至R90=25%需要的時間，min；10——標(biāo)準(zhǔn)煤的磨損率10mg/min。2/2/202330第二章、燃料上式中的各項參數(shù)按DL465-92《煤的沖刷磨損指數(shù)試驗方法》進行測定，試驗裝置如圖4—5所示。式（4—8）表示，單位時間內(nèi)磨損片的磨損量與標(biāo)準(zhǔn)煤樣的磨損率之比。

煤的磨損性與沖刷磨損指數(shù)的關(guān)系如表4—5所示。2/2/202331第二章、燃料2/2/202332第二章、燃料煤的沖刷磨損指數(shù)<1.0=1.0～2.0=2.0～3.53.5～5.0≥5.0磨損性輕微不強較強很強極強煤的磨損性和沖刷磨損指數(shù)的關(guān)系2/2/202333第二章、燃料三、發(fā)電用煤的分類我國煤的分類方法是采用表征煤化程度的干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf作為分類指標(biāo)并將煤分為：褐煤、煙煤和無煙煤。一般Vdaf≤10%的煤為無煙煤，Vdaf>40%為褐煤，在它們之間的煤為10%<Vdaf<20%是貧煤，20%≤Vdaf≤40%為煙煤。無煙煤可再用干燥無灰基Vdaf和Hdaf分為三小類，劃分方法見表2-4。煙煤除用干燥無灰基揮發(fā)分劃分外,還用工藝性能的指標(biāo)參數(shù)作為劃分指標(biāo),如表2-5所示。2/2/202334第二章、燃料無煙煤的分類類別符號分類指標(biāo)Vdaf（%）Hdaf（%）無煙煤1號WY10-3.50-2.0無煙煤2號WY2＞3.5-6.5＞2.0-3.0無煙煤3號WY3＞6.5-10.0＞3.02/2/202335第二章、燃料煙煤分類類別符號分類指標(biāo)Vdaf（%）粘結(jié)指數(shù)G膠質(zhì)層最大厚度Y（mm）奧亞膨脹體b（%）透光率PM（%）貧煤貧瘦煤瘦煤焦煤肥煤1/3焦煤氣肥煤氣煤1/2中粘煤弱粘煤不粘煤長焰煤PMPSSMJMFM1/3JMQFQM1/2ZMRNBNCY＞10.0-20.0＞10.0-20.0＞10.0-20.0＞20.0-28.0＞10.0-28.0＞10.0-37.0＞28.0-37.0＞37.0＞28.0-37.0＞37.0＞20.0-37.0＞20.0-37.0＞20.0-37.0＞37.0≤5＞5-20＞20-65＞50-65＞65(＞85)＞65(＞85)＞50-65＞35＞30-505-30≤5≤35≤25.0＞25.0≤25.0＞25.0≤25.0(≤150)(≤220)(≤220)(≤220)＞502/2/202336第二章、燃料褐煤除用揮發(fā)分分類外,還用透光率PM和含最高內(nèi)在水分的無灰高位發(fā)熱量Q′gr作為區(qū)分褐煤和煙煤的指標(biāo),如表2-6所示。

類別

符號分類指標(biāo)透光率PM（%）Q′gr（KJ/kg）褐煤1號HM10-30褐煤2號HM2

＞30-50≤240002/2/202337第二章、燃料2、發(fā)電廠用煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電廠用煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)鍋爐設(shè)計、運行等方面有較大影響的煤質(zhì)特性制定的，包括干燥無灰基Vdaf、干燥基Ad和Sd、收到基水分Mar、灰的軟化溫度ST作為主要分類指標(biāo)，如表2-7所示。2/2/202338第二章、燃料發(fā)電煤粉鍋爐用煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB7562-87）分類指標(biāo)煤種名稱等級代號主分類指標(biāo)界限值輔助分類指標(biāo)界限值揮發(fā)分①Vdaf

（低揮發(fā)分無煙煤）無煙煤貧煤中揮發(fā)分煙煤中高揮發(fā)分煙煤高揮發(fā)分煙褐煤

1級2級3級4級5級（V0）V1V2V3V4V5

Vdaf≤6.5%6.5%＜Vdaf≤9%9%＜Vdaf≤19%19%＜Vdaf≤27%27%＜Vdaf≤40%Vdaf＞40%Qnet,ar＞23.0MJ/kg①Q(mào)net,ar＞21.0MJ/kgQnet,ar＞18.5MJ/kgQnet,ar＞16.5MJ/kgQnet,ar＞15.5MJ/kgQnet,ar＞11.5MJ/kg灰分Ad

?；曳置褐谢曳置焊呋曳置海ǔ呋曳置海?級2級3級

A1A2A3（A4）Ad≤24%24%＜Ad≤24%34%＜Ad≤46%Ad＞46%Vdaf≤40%

水分Mf

常水分煤高水分煤1級2級

M1M2

Mf≤8%8%＜Mf≤12%Vdaf＞40%水分Mt

常水分高揮發(fā)分煤高水分高揮發(fā)分煤（超高水分褐煤）1級2級M1M2（M3）Mt≤22%22%＜Mt≤40%Mt＞40%硫分St，d

低硫煤中高硫煤（特高硫煤）

1級2級

S1S2（S3）St,d≤1%1%＜St,d≤3%St,d＞3%灰熔融性ST不易結(jié)渣煤1級

ST1ST＞1350℃Qnet,ar＞12.5MJ/kgST不限Qnet,ar≤12.5MJ/kg（易結(jié)渣煤）

（ST2）ST≤1350℃Qnet,ar＞12.5MJ/kg2/2/202339第二章、燃料3、發(fā)電廠煤的分類及燃燒特性1、無煙煤無煙煤是煤化程度最深的煤，它有明亮的黑色光澤，硬度高不易研磨。它的含碳量很高，雜質(zhì)少而發(fā)熱量較高，大致為21000-25000KJ/kg。但由于揮發(fā)分含量較低，難以點燃，燃燒特性差。2、貧煤它的揮發(fā)量含量稍高于無煙煤，其著火、燃盡特性優(yōu)于無煙煤，但仍屬于燃燒特性較差的煤種。3、煙煤煙煤具有中等的煤化程度，它的揮發(fā)分含量較高，水分和灰分也較少，發(fā)熱量也較高。煙煤燃點低，容易著火和燃盡。2/2/202340第二章、燃料4、褐煤外觀呈褐色，少數(shù)為黑褐色甚至黑色，揮發(fā)分含量較高，有利于著火。但其灰分和水分較高，發(fā)熱量較低，一般小于16750KJ/kg。含水分較高的年輕褐煤則燃燒性能較差，而且灰熔點也較低。褐煤在空氣中存放極易風(fēng)化，容易發(fā)生自燃。2/2/202341第二章、燃料四、液體燃料和氣體燃料（一）液體燃料1、黏度：表征液體燃料流動性能的指標(biāo)。常用恩氏黏度計測量。重油黏度小于4°E。2、閃點及燃點：在常壓下，隨油溫的升高，油表面上蒸發(fā)的油氣增多，，當(dāng)油氣和空氣的混合物與明火接觸而發(fā)生短促閃光時的油溫，稱為燃油的閃點。燃點是油面上的油氣和空氣的混合物遇明火能著火的燃燒并持續(xù)5s以上的最低油溫。3、凝固點：4、硫分及其他有害成分（二）氣體燃料2/2/202342第二章、燃料1、天然氣體燃料2、人工氣體燃料：2/2/202343第二章、燃料煤的燃燒特性

一、煤的熱分解機理當(dāng)煤粒被加熱到一定溫度后，即進入熱分解階段，放出揮發(fā)分并形成焦碳。煤在熱分解時放出揮發(fā)分的重量和成分與熱分解的條件有關(guān)，即與加熱溫升速度、最終溫度和在此溫度下的持續(xù)時間有關(guān)。當(dāng)加熱時溫升速度大于1×104℃/s時，稱為快速熱分解；而當(dāng)加熱時溫升速度小于2℃/s時稱為慢速熱分解；溫升速度介于兩者之間的為中速熱分解。煤的結(jié)構(gòu)既復(fù)雜而且又極不穩(wěn)定，在熱分解過程中的分解方式、熱解產(chǎn)物的數(shù)量及性質(zhì)均受外界因素的影響，如升溫速度、加熱溫度、加熱時間、周圍氣體的壓力、成分和反應(yīng)器的形式、煤的顆粒尺寸和流體動力條件等。2/2/202344第二章、燃料二、煤的熱重分析將單位時間內(nèi)試樣損失的質(zhì)量稱為失重率，用符號dW/dτ表示。記錄失重率隨溫度的變化曲線，稱為燃燒失重曲線或揮發(fā)分熱解失重曲線。通過熱重分析法測定的煤的微分熱重曲線DTG也稱為燃燒分布曲線，它表示煤樣失重率（燃燒速度）隨溫度變化的規(guī)律，是對煤的著火、燃燒性能進行綜合判別的依據(jù)。不同的煤種當(dāng)燃燒分布曲線相似時，它們在鍋爐中燃燒時的情況也基本相似。圖2—4為幾種煤的燃燒分布曲線。圖中曲線從左到右的第一小峰B是水分析出峰，第二峰D是2/2/202345第二章、燃料燃燒峰。燃燒峰所圍的面積對應(yīng)于煤的可燃質(zhì)份額。當(dāng)峰值偏向低溫區(qū)而且峰值較高，說明煤的反應(yīng)能力強，并容易著火燃燒。而燃燒峰的后段越陡燃盡性能越好。2/2/202346第二章、燃料2/2/202347第二章、燃料燃料燃燒計算主要是計算燃料燃燒所需空氣量、燃燒生成的煙氣量和煙氣的熱焓等。在計算時假定：1）空氣和煙氣的所有組成成分，包括水蒸氣都是理想氣體，因此，每一千摩爾氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的容積是22.41Nm3；2）所有空氣和其它氣體容積的計算單位都是Nm3，即以0℃一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（0.1013Mpa）狀態(tài)下的立方米為單位。鍋爐機組的熱平衡反映了輸入鍋爐熱量的利用與損失狀況，通過熱平衡的研究可以找出提高鍋爐熱效率的途徑。2/2/202348第二章、燃料第二節(jié)、燃料燃燒計算燃料的可燃成分是碳（C）、氫（H）、硫（S）。1.碳的燃燒：完全燃燒時：C+O2—→CO2+407000kJ/kmol（C）得：12.1kgC+22.41Nm3O2—→22.41Nm3CO2即1kgC+1.866Nm3O2—→1.866Nm3CO2

上式說明，每1kgC完全燃燒需要1.866Nm3的O2并產(chǎn)生1.866Nm3的CO2。不完全燃燒時，碳與氧的化學(xué)反應(yīng)式為：2C+O2—→2CO+123100kJ/kmol（C）可得：2×12.1kgC+22.41Nm3O2→2×22.41Nm3CO，2/2/202349第二章、燃料由此得：即：1kgC+0.5×1.866Nm3O2→1.866Nm3CO也即每1kgC不完全燃燒需要0.5×1.866Nm3的O2并產(chǎn)生1.866Nm3的CO。2.氫的燃燒:2H2+O2→2H2O+241200kJ/kmol（H2）可得：2×2.016kgH2+22.41Nm3O2→2×22.41Nm3H2O即1kgH2+5.56Nm3O2—→11.1Nm3H2O也即每1kgH燃燒需要5.56Nm3的O2并產(chǎn)生11.1Nm3的H2O。2/2/202350第二章、燃料3．硫的燃燒：S+O2—→SO2+334900kJ/kmol（S）可得：32kgS+22.41Nm3O2—→22.41Nm3SO2即1kgS+0.7Nm3O2—→0.7Nm3SO2也即每1kgS燃燒需要0.7Nm3的O2并產(chǎn)生0.7Nm3的SO2。2/2/202351第二章、燃料一、燃燒所需空氣量及過量空氣系數(shù)(一)理論空氣量1kg（或1Nm3）收到基燃料完全燃燒時所需的最低限度的空氣量（空氣中的氧無剩余）稱為理論空氣量，其代表符號為V0。求理論空氣量，必須先求出1kg燃料中的可燃元素C、H、S完全燃燒所需的氧氣量，而后再折算成空氣量。在第一節(jié)已經(jīng)分別導(dǎo)出了每kg碳、氫、硫完全燃燒所需的氧量，即：2/2/202352第二章、燃料1kg收到基燃料中含碳kg，完全燃燒需氧；1kg收到基燃料中含氫kg，完全燃燒需氧；1kg收到基燃料中含硫kg，完全燃燒需氧；2/2/202353第二章、燃料所以，1kg燃料完全燃燒需要的氧氣總量為：1kg收到基燃料本身含氧kg，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下它的容積為所以1kg燃料完全燃燒真正需由空氣提供的氧量為：2/2/202354第二章、燃料按空氣中氧的容積成分為21%計算，則1kg燃料燃燒所需的理論空氣量V0為

2/2/202355第二章、燃料上式有三點說明：1）V0是不含水蒸汽的干空氣；2）V0只決定于燃料的成分，當(dāng)燃料一定時V0即為一常數(shù)；3）碳和硫的完全燃燒反應(yīng)可寫成通式R+O2—→RO2，其中Rar=Car+0.375Sar。由質(zhì)量表示的理論空氣量L0為：L0=1.293V0=0.115(Car+0.375Sar)+0.342Har–0.0431Oar

,kg/kg2/2/202356第二章、燃料（二）實際空氣量和過量空氣系數(shù)在鍋爐的實際運行中，為使燃料燃盡，實際供給的空氣量總是要大于理論空氣量，超過的部分稱為過量空氣量。實際空氣量Vk與理論空V0之比，即

稱為過量空氣系數(shù)（用于煙氣量計算，用于空氣量計算）。顯然，1kg燃料完全燃燒時需要的實際空氣量Vk為：，Nm3／kg2/2/202357第二章、燃料過量空氣量ΔVg等于：，Nm3/kg對于固態(tài)排渣煤粉爐，當(dāng)燃用無煙煤、貧煤和劣質(zhì)煙煤時約為1.20～1.25，當(dāng)燃用煙煤和褐煤時約為1.15～1.20。（三）漏風(fēng)系數(shù)對于負(fù)壓運行的鍋爐，外界冷空氣會通過鍋爐的不嚴(yán)密處漏入爐膛以及其后的煙道中，致使煙氣中的過量空氣增加。2/2/202358第二章、燃料相對于1kg燃料而言，漏入的空氣量ΔV與理論空氣量V0之比稱為漏風(fēng)系數(shù)，以Δ表示，即：

漏風(fēng)使煙道內(nèi)的過量空氣系數(shù)沿?zé)煔饬鞒淌侵饾u增大的。從爐膛出口開始，煙道內(nèi)任意截面處的過量空氣系數(shù)為：

式中―爐膛出口與計算煙道截面間，各段煙道漏風(fēng)系數(shù)的總和。2/2/202359第二章、燃料空氣預(yù)熱器中，空氣側(cè)壓力比煙氣側(cè)高，所以會有部分空氣漏入煙氣側(cè)，該級的漏風(fēng)系數(shù)△ky要高些。在空氣預(yù)熱器中，

式中：、分別為空氣預(yù)熱器進口和出口的過量空氣系數(shù)?？紤]到爐膛及制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)，與之間關(guān)系為

式中——爐膛漏風(fēng)系數(shù)——制粉系統(tǒng)漏風(fēng)系統(tǒng)2/2/202360第二章、燃料二、燃燒產(chǎn)生的煙氣容積計算（一）理論煙氣容積燃燒產(chǎn)物中不含可燃物時稱為完全燃燒，當(dāng)α=1且完全燃燒時，生成的煙氣容積稱為理論煙氣容積。理論煙氣的組成成分為：CO2、SO2、N2、H2O，其相應(yīng)的體積分別記為：因為理論煙氣中的各成分均為理想氣體，所以：

2/2/202361第二章、燃料如果記，則上式可寫為：

如果用表示理論干煙氣的體積，則上式可寫為：

1、二氧化碳和二氧化硫的體積、

2/2/202362第二章、燃料因而：

2、理論氮氣體積（）由兩部分組成：燃料中的氮所占體積和理論空氣量中的氮所占的體積，即

2/2/202363第二章、燃料3、理論水蒸氣體積（）由以下四部分組成：（1）燃料中的氫完全燃燒生成的水蒸氣體積：1kg氫完全燃料產(chǎn)生的水蒸氣，1kg燃料中含有kg的氫，產(chǎn)生的水蒸氣體積為：（2）燃料中的水汽化生成的水蒸氣體積：2/2/202364第二章、燃料（3）理論空氣量帶入的水蒸氣體積：設(shè)1kg干空氣中含有的水蒸氣為dk(kg/kg)，干空氣的密度為1.293kg/Nm3，水蒸氣的密度為，則每Nm3干空氣所含水蒸氣的體積為:Nm3

2/2/202365第二章、燃料則理論空氣量V0帶入的水蒸氣體積為1.61dkV0Nm3。由此可得理論水蒸氣體積為:

dk亦即工程熱力學(xué)所講濕空氣的絕對濕度，通常取d=0.01kg/kg。（4）采用蒸汽霧化等設(shè)備帶入的水蒸氣體積：

2/2/202366第二章、燃料式中Wwh——霧化用蒸汽消耗率，kg/kg。則可得到用蒸汽霧化等設(shè)備時的理論水蒸氣體積：

把上幾式相加，就可得理論煙氣量：

2/2/202367第二章、燃料（二）實際煙氣容積1、完全燃燒時實際煙氣量的組成成分形成實際煙氣量的基本物質(zhì)有：1、燃料、2、干空氣量Vk、3、隨Vk進入爐膛的水分。分析這些基本物質(zhì)在燃燒過程中的變化，可以得出完全燃燒時實際煙氣的組成成分為：CO2、SO2、N2、O2、H2O，其相應(yīng)的體積分別記為：

從成分上看比理論煙氣量多了一項自由氧O2。從煙氣的總量上看，多了過量空氣以及隨其帶入的水蒸氣，而2/2/202368第二章、燃料過量空氣中包括0.21的氧和0.79的氮。2、完全燃燒時實際煙氣量的計算因為完全燃燒時煙氣中的各成分均假設(shè)為理想氣體，所以：如果記，則上式可寫為：2/2/202369第二章、燃料如果用表示干煙氣的體積，則上式可寫為：

1)．二氧化碳和二氧化硫的體積、1kg燃料中的碳和硫完全燃燒，產(chǎn)生的CO2和SO2的體積與理論煙氣中的完全相同：2/2/202370第二章、燃料2)．氮氣體積（VN2）VN2由兩部分組成：理論氮氣量和過量空氣中帶來的氮氣量，即

2/2/202371第二章、燃料3)氧的體積(Vo2)氧的體積也就是過量空氣中包含的氧，即Vo2=0.21，Nm3/kg（2-23）4)水蒸氣體積（VH2O）由兩部分組成：理論水蒸氣量和隨過量空氣帶入的水蒸氣量，即=+1.61dk，Nm3/kg將、、的表達式，即代入式（2－23）中，經(jīng)整理得：2/2/202372第二章、燃料

將VN2、Vo2的表達式，即代入中，經(jīng)整理得：

三、不完全燃燒時的煙氣量當(dāng)發(fā)生不完全燃燒時，煙氣的成分除了CO2、SO2、N2、O2、H2O外，還有不完全燃燒產(chǎn)物CO以及H2和CmHn等。其中H和CmHn數(shù)量很少，一般工程計算中可忽略不計。因此，當(dāng)燃料不完2/2/202373第二章、燃料全燃燒時，可以認(rèn)為煙氣中不完全燃燒產(chǎn)物只有CO。這使得煙氣量為：

上式可以寫為：

其中為不完全燃燒時的干煙氣體積，其表達式為：，Nm3/kg上式也可寫為：，Nm3/kg2/2/202374第二章、燃料在不完全燃燒產(chǎn)生的煙氣兩中，與完全燃燒時完全相同，只有需要重新計算。1、二氧化碳與一氧化碳的體積1kg燃料中含碳，假定其中有的碳燃燒生成CO2，有的碳燃燒生成CO，即：Car=Car,+Car,CO這兩部分碳燃燒生成的CO和CO2的體積VCO、Vco2為:

2/2/202375第二章、燃料

由此可見，如果不完全燃燒產(chǎn)物只有CO，那么不論燃燒是否完全，煙氣中碳的燃燒產(chǎn)物的總?cè)莘e是不變的。2、不完全燃燒時煙氣中氧的體積不完全燃燒時，煙氣中氧的體積等于過量空氣中氧的體積與不完全燃燒少消耗的氧的體積之和，即：Vo2=0.21(α-1)V0+0.5，Nm3/kg其中，在數(shù)值上等于VCO，所以，2/2/202376第二章、燃料上式可寫成：Vo2=0.21(α-1)V0+0.5VCO，Nm3/kg從上式中解出(α-1)V0，代入VN2的計算式，即式（3－24），得：

將上式代入式（3－32）中，得：

，Nm3/kg（3－36）

2/2/202377第二章、燃料推導(dǎo)上式的目的并不在于計算不完全燃燒時的干煙氣體積，而在于推導(dǎo)后面的不完全燃燒方程式。四、煙氣中三原子氣體的容積份額和飛灰濃度在鍋爐輻射換熱計算中，要用到煙氣中參與輻射換熱的三原子氣體（即CO2和SO2）及水蒸氣的容積份額、和分壓力、：2/2/202378第二章、燃料

式中：P——煙氣的總壓力。煙氣中所含灰粒濃度對輻射換熱也有影響，飛灰濃度（kg/kg）指每kg煙氣中的飛灰質(zhì)量，即，kg/kg2/2/202379第二章、燃料式中：afh為煙氣攜帶出爐膛的飛灰占總灰分的質(zhì)量份額；my為1kg燃料的煙氣質(zhì)量，用下式計算：

(3－40)式中：dk取為0.01kg/kg，1.306V0為1kg燃料燃燒所需空氣及所含水分轉(zhuǎn)入煙氣的質(zhì)量（kg/kg）。2/2/202380第二章、燃料第三節(jié)、煙氣分析一、煙氣分析（一）煙氣分析的目的干煙氣是一種混合氣體，不完全燃燒時，干煙氣的組成成分為CO2、SO2、N2、O2、CO、H2、CmHn等。其中H和CmHn數(shù)量很少，工程計算中可忽略不計。因此，一般認(rèn)為不完全燃燒時，干煙氣的組成成分為CO2、SO2、O2、N2、CO。以干煙氣的各組成成分的代表符號CO2、SO2、O2、N2、CO來代表其相應(yīng)的容積成分，則有：2/2/202381第二章、燃料

CO2+SO2+O2+N2+CO=100%或?qū)懗桑篟O2+O2+N2+CO=100%其中

RO2=CO2+SO2%

%%

%2/2/202382第二章、燃料

在鍋爐運行中，煙氣的成分及含量直接反映出爐內(nèi)的燃燒工況。因而，測定煙氣的成分和含量，對于判斷爐內(nèi)燃燒工況、進行燃燒調(diào)整以改進燃燒熱備都是非常必要的。如果測出了煙氣的成分和含量，不但可以了解燃燒的完全程度（即q3大小）、燃燒的條件（即大小）也可以了解煙道的漏風(fēng)情況等。

煙氣分析的方法很多，有化學(xué)吸收法、電氣測量法、紅外吸收法及色譜分析法等，以下簡單介紹奧氏煙氣分析儀和RGH-1型煙氣全分析儀。

2/2/202383第二章、燃料（二）奧氏煙氣分析儀用奧氏煙氣分析儀的工作原理：化學(xué)吸收法：它是將一定容積的煙氣試樣順序和某些化學(xué)吸收劑相接觸，對煙氣的各組成氣體逐一進行選擇性吸收，每次減少的容積即是被測成分在煙氣中所占的容積。圖2-4是奧氏分析儀的結(jié)構(gòu)簡圖。2/2/202384第二章、燃料2/2/202385第二章、燃料第一個吸收瓶放氫氧化鉀（KOH）溶液，吸收RO2；第二個吸收瓶放焦性沒食子酸C6H3(OH)3的堿性溶液，吸收O2（同時也吸收RO2）；第三個吸收瓶放氯化亞銅氨溶液Cu(NH3)2Cl，吸收CO（同時也吸收O2）。由于后兩瓶的吸收劑有雙重吸收功能，故操作時必須按1、2、3瓶的次序依次進行，不可顛倒。測量步驟為：抽取煙氣經(jīng)U形管過濾器，除去其中的灰和雜質(zhì)，進入量筒，用水準(zhǔn)瓶量得煙氣量為100ml，關(guān)閉進口三通閥。然后將煙氣依次進入三個吸收瓶，在每個瓶進行吸收時，2/2/202386第二章、燃料要將煙氣多次反復(fù)進出吸收瓶，以便充分吸收。利用兩筒可以測得每次吸收后煙氣減少的容積，此減少的容積即為被吸收的氣體容積。根據(jù)道爾頓分壓定律、亨利定律：含有水蒸氣的煙氣試樣被吸入煙氣分析以后，一直是和水接觸的，所以煙氣試樣內(nèi)的水蒸氣已達飽和狀態(tài)。2/2/202387第二章、燃料定溫定壓條件下，已經(jīng)飽和的煙氣試樣中，其水蒸氣的容積百分?jǐn)?shù)是定值，即水蒸氣和干煙氣的容積比例是一定的。在某種氣體成分被吸收時，水蒸氣也成比例地凝出。這樣，每次用量筒測得的數(shù)值就是干煙氣成分的容積百分?jǐn)?shù)。實驗時間需2個小時，不能用于在線監(jiān)測。且CO測不準(zhǔn)，這是因為其含量很少，另外瓶中試劑易分解2/2/202388第二章、燃料二、運行時煙氣容積和一氧化碳含量的計算（一）根據(jù)煙氣分析結(jié)果計算煙氣容積據(jù)式可寫出下列關(guān)系式：%或%或，Nm3/kg由于，Nm3/kg2/2/202389第二章、燃料

，Nm3/kg所以，Nm3/kg或，Nm3/kg2/2/202390第二章、燃料（二）煙氣中的一氧化碳含量的計算由公式：，Nm3/kg將上式的兩邊除以Vgy并乘以100，結(jié)合RO2、CO、O2的定義式得：

將式（3－49）代入上式并整理，得：2/2/202391第二章、燃料代入上式并結(jié)合得令，則上式可寫為：

式（3－52）稱為不完全燃燒方程式，由此可得：

2/2/202392第二章、燃料現(xiàn)代電站鍋爐燃燒得都比較充分，所以煙氣中的CO的含量很少（CO<1～2％），且氯化亞銅氨溶液極不穩(wěn)定，利用奧氏煙氣分析儀不易測準(zhǔn)。當(dāng)RO2和O2測量準(zhǔn)確時，可用（3－53）式通過計算來求出干煙氣中一氧化碳的含量。利用CO含量的多少可以判斷燃燒的完全程度，CO的含量越小燃燒越完全。系數(shù)β稱為燃料的特性系數(shù)，它只取決于燃料中C、H、O、N