鍋爐學第二章燃料及特性

鍋爐學第二章燃料及特性第1頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二●

有機燃料固體燃料（以煤炭為主）液體燃料（以原油、重油和渣油為主）氣體燃料（以煤氣和天然氣為主）第一節(jié)燃料及燃燒一、燃料的定義與重要性通過燃燒釋放熱能的可燃物質為燃料。燃料的種類和特性對鍋爐的安全運行、鍋爐設計和燃燒器形式等有重要影響。二、燃料分類

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核燃料

第2頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二1、煤的成分●煤是由多種有機物質和無機物質混合組成的復雜的固體碳氫燃料?！裼捎诼袢氲叵碌纳疃群蜁r間不同，就會形成不同的煤種。

三、煤的成分及分析基準2、煤的成分分析

元素分析和工業(yè)分析第3頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二碳:是煤中主要發(fā)熱成分，發(fā)熱量32866KJ/Kg，一部分為揮發(fā)分碳、一部分為固定碳。含碳量高的煤，發(fā)熱量較高，但不易著火。氫：是煤中最有利元素，發(fā)熱量120520KJ/Kg，發(fā)熱量大約是碳的4倍，燃點低，易著火，無污染。氧和氮：不可燃物質，為有害元素。一部分N會與氧化合而生成NOx，造成大氣污染3、元素分析分析煤中各元素（C、H、O、N、S、A、M)的組成第4頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二硫：可燃的有害物質；三種存在形式，有機硫、黃鐵礦（FeS2)和硫酸鹽硫。燃燒產(chǎn)物SO2、SO3污染大氣，腐蝕設備，磨損磨煤部件。灰分：降低發(fā)熱量，著火推遲；熔融灰吸熱，燃燒溫度降低，排渣熱損失和機械未完全燃燒熱損失增加；積灰、結渣，磨損的根源；增加制粉系統(tǒng)能耗；污染環(huán)境。水分：降低發(fā)熱量，著火推遲；燃燒溫度降低，鍋爐效率降低；加劇受熱面腐蝕和堵灰；各元素成分百分數(shù)表示：

C+H+O+N+S+A+M=100%第5頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二4、工業(yè)分析煤水分揮發(fā)分固定碳灰分焦碳

（一）、成分分析揮發(fā)分是煤有機分解后的氣體物質，由可燃物質：（碳氫化合物、氫、一氧化碳、硫化氫等組成。）不可燃物質：（少量的氧、二氧化碳、氮）組成。揮發(fā)分含量是煤的分類的重要依據(jù)。水分會使爐內溫度下降，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,外部水分和內部水分之和稱為全水分。煤中的灰分為不可燃物質?；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、結渣、磨損的主要因素。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。第6頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二（二）、工業(yè)分析過程1、水分（外部水分和內部水分）全水分測定：將原煤樣置于105℃～110℃（褐煤溫度應為145℃）的烘箱內2h，使之干燥至恒重，所失去的重量。2、揮發(fā)分將失去水分的煤樣，在（900±10℃）的溫度下，隔絕空氣加熱7min，失去的重量。3、固定碳和灰分原煤失去水分和揮發(fā)分之后，剩余為焦炭。將焦炭放在箱形電爐中，在（815±10℃）的溫度下灼燒2h，失去重量為固定碳，剩余部分為灰分。第7頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二四煤的成分分析基準及其換算●定義：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。收到基空氣干燥基干燥基干燥無灰基第8頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二1、收到基以收到狀態(tài)的煤為基準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ar表示。

Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%

FCar+Var+Aar+Mar=100%

2、空氣干燥基煤樣在實驗室規(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表示。

Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%FCad+Vad+Aad+Mad=100%第9頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二

3、干燥基以假想無水狀態(tài)煤為基準，以下角稱d表示。由于已不受水分的影響，灰分含量百分數(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%FCd+Vd+Ad=100%4、干燥無灰基以假想無水、無灰狀態(tài)的煤為基準，以下角稱daf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%FCdaf+Vdaf=100%第10頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二ACHONSMinMf收到基空氣干燥基干燥基干燥無灰基灰分固定碳揮發(fā)分水分元素分析工業(yè)分析

煤的成分及各種分析基準之間的關系第11頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二煤成分基準間的換算

不同基準之間的換算公式表2-1

未知成分X=換算系數(shù)K×已知成分X0例:

第12頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二所求

X

已知X0收到基空氣干燥基干燥基干燥無灰基收到基1空氣干燥基1干燥基1干燥無灰基1煤的成分基準換算系數(shù)水分換算第13頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二基準換算的依據(jù)：任意兩種不同基準下的同類成分的比值都相等；分比定理第14頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二二、煤的主要特性

1、煤的發(fā)熱量：煤的發(fā)熱量是指單位質量的煤在完全燃燒時放出的全部熱量。煤的發(fā)熱量高位發(fā)熱量低位發(fā)熱量

當發(fā)熱量中包括煤燃燒后所產(chǎn)生的水蒸汽凝結放出的汽化潛熱時，稱為高位發(fā)熱量，用Qgr表示。

當發(fā)熱量中不包括水蒸汽凝結放出的汽化潛熱時，稱為低位發(fā)熱量，用Qnet表示。第15頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二

我國在鍋爐的有關計算中采用低位發(fā)熱量。

高位發(fā)熱量與低位發(fā)熱量之間的關系為：不同基準高位發(fā)熱量之間的換算可以利用表2-1第16頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二若煤種不含水分，發(fā)熱量就沒有高位低位之分？第17頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二2、發(fā)熱量的測量：●測量設備：氧彈式量熱儀●測量原理：取1g左右的煤樣放在氧彈5中，氧彈中充滿氧氣后點火燃燒，測得的單位質量的煤放出的熱量即彈筒發(fā)熱量。

彈筒發(fā)熱量高于煤的高位發(fā)熱量。由于S和N在過剩氧的作用下生成的SO3和NOX與氧彈中的水形成硫酸和硝酸，而生成酸的反應會放出熱量。第18頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二2、發(fā)熱量的測量：第19頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二計算公式：其中：第20頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二●

折算成分折算水分(%)

折算灰分(%)

折算硫分(%)3、煤的折算成分：●根據(jù)折算成分，煤的分類：當煤中的Mar,zs＞8%時稱為高水分煤；當Aar,zS＞4%時稱為高灰分煤；當Sar,zS＞0.2%時，稱為高硫分煤。對應于每4190KJ/kg收到基低位發(fā)熱量的…第21頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二4、標準煤●為了對燃用不同煤種的鍋爐機組或電廠進行燃料消耗分析?！穸x：收到基發(fā)熱量為29310KJ/kg（7000Kcal/kg）的煤為標準煤實際燃料消耗量折合成標準煤第22頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二2、煤灰的熔融性●概念：煤在燃燒后殘留的灰分是由各種礦物質成分組成的混合物，它沒有固定的由固相轉為液相的熔融溫度，在一定溫度下，有些組分會形成共熔體，從而改變灰分的成分及其熔融特性。●灰分熔融溫度的測定方法：角錐法和柱體法。國內采用角錐法。第23頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二●角錐法測量原理：

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，來標示煤灰的熔融特性。●特性溫度：變形溫度

DT軟化溫度ST流動溫度FT第24頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二●

熔融性的三個特性溫度：DT（t1）ST（t2）FT（t3）ST—軟化溫度，灰錐尖端彎曲到托板上或整個灰錐變成半球形時對應的溫度；DT—變形溫度，灰錐頂端開始變圓或彎曲時的溫度；FT—流動溫度，錐體熔化成液體并在托板上流動（厚度在1.5mm以下）時對應的溫度；第25頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二ST<1200℃煤灰稱為易熔灰。ST>1400℃煤灰稱為難熔灰。宜采用固態(tài)排渣。ST-DT>200℃時，說明灰渣的液態(tài)與固態(tài)共存的時間長。稱為長渣。ST-DT<100℃時，說明灰渣的液態(tài)與固態(tài)共存的時間短。稱為短渣。對固態(tài)排渣，為減輕爐內結渣，應燃用具有短渣性質的煤。為避免爐膛出口受熱面結渣，應使爐膛出口煙溫比DT低50～100℃第26頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二●

影響灰熔性的因素：（1）煤的化學組成：酸性氧化物：SiO2、Al2O3和TiO2等，堿性氧化物：Fe2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O等

煤灰中熔點高的酸性氧化物增加會使灰熔點提高；而熔點較低的堿性氧化物增多則會使灰熔點降低。第27頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二（2）周圍介質的性質

當爐內處于氧化性氣氛時，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，F(xiàn)e2O3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將迅速下降。因此，介質氣氛不同，會使灰熔點變化200~300℃。第28頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二3、煤的可磨性系數(shù)和磨損指數(shù)

1）、煤的可磨性系數(shù)●

概念：由于煤的機械性質不同，有的煤較難破碎，有的卻容易破碎，煤被磨成一定細度的煤粉的難易程度稱為煤的可磨性。用可磨性系數(shù)來表示煤的可磨性。第29頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二●測定公式：

目前國內采用哈德格羅夫（Hardgrove）法測定的哈氏可磨性系數(shù)，即：式中：——為通過孔徑為74μm的篩子的煤粉量。第30頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二●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煤樣放入哈氏可磨性試驗機中。在鋼球上施加284N的總作用力，驅動電機進行研磨，旋轉60轉后，將磨制好的煤粉放入孔徑74μm的篩子上進行篩分。第31頁，共33頁，2023年，2月20日，星期二

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