鍋爐及鍋爐房設(shè)備

鍋爐及鍋爐房設(shè)備燃料分析

2、1

煤的組成及特性2、2液體燃料的組成及特性

2、3氣體燃料的組成及特性第二章燃料分析

燃料是指可以燃燒并能放出熱能加以利用的物質(zhì)。鍋爐燃燒所用的燃料有固體燃料（煤、煤矸石等）、液體燃料（輕柴油、重油、渣油等）、氣體燃料（天然氣、混合發(fā)生爐煤氣、水煤氣、液化石油氣、高爐煤氣、焦爐煤氣等）。第一節(jié)煤的組成及特性煤是由碳（C）、氫（H）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、灰分（A）和水分（M）組成，但燃料不是這些成分的機械混合，而是一種極為復雜的化合物。一、煤的元素分析（一）煤的元素分析成分煤的元素分析成分是用各成分相應的質(zhì)量占燃料總質(zhì)量的百分數(shù)表示的。

1．碳（C）碳是煤中主要的可燃元素。1kg純碳完全燃燒可放出32866kJ熱量。含碳量愈多的煤，其發(fā)熱量也愈高。純碳的著火溫度較高，煤中的碳含量愈高愈難著火，燃燒過程也愈緩慢，燃盡時間也愈長。2．氫（H）氫是煤中重要可燃元素，其熱值較純碳高得多，是碳的3、8倍。氫的著火溫度較低，所以，煤中氫的含量愈多對燃燒愈有利。3．硫（S）硫是煤中的有害元素，它雖燃燒，但發(fā)熱量不大，1kg硫完全燃燒放出9050kJ熱量。煤中硫分為可燃硫和不可燃硫?？扇剂虬ㄓ袡C硫和硫鐵礦硫，但硫的燃燒產(chǎn)物是SO和SO。而硫酸鹽硫?qū)儆诓豢扇紵蔀榛曳值囊徊糠帧?、氧（O）和氮（N）氧和氮是煤中的不可燃元素。由于它們的存在，煤中的可燃碳和可燃氫的含量減少，降低了煤的發(fā)熱量。在高溫條件下，氮被氧化生成NOX，隨煙氣排入大氣，造成嚴重的環(huán)境污染。在各種煤中，氧的含量是1%～2%，氮的含量在0.5%～2.0%之間。5、灰分（A）灰分是煤中固態(tài)不可燃物。是煤中的主要雜質(zhì)。由于灰分的存在，①減少了煤中可燃成分的含量、降低了煤的發(fā)熱量；②灰分增加了煤的開采、運輸?shù)墓ぷ髁?；③灰分在煤的加工和磨制過程中，增加了電能的消耗和設(shè)備的磨損；④灰分影響煤的著火、燃燒和燃盡，造成鍋爐受熱面結(jié)渣、積灰、磨損和腐蝕，使傳熱效果下降，降低了鍋爐效率；⑤飛灰隨煙氣排入大氣，污染環(huán)境。

煤中灰分的含量與開采、運輸和儲存有關(guān)。波動幅度很大，一般在5%～35%之間，劣質(zhì)煤中灰分高達75%。6、水分（M）水分是煤中的不可燃成分，它占據(jù)了煤中可燃成分的含量，使煤的發(fā)熱量降低。由于水分的存在：①對煤的加工和磨制造成困難，而且增加了能量的消耗；②水分對煤的預熱干燥階段非常不利，使爐膛溫度下降，造成著火困難。③水分在高溫下汽化成水蒸氣，成為煙氣的一部分，增加了排煙熱損失。水分在煤中也是以兩種形態(tài)存在：①外水分W：煤在開采、運輸、儲存和洗選過程中帶進的水分。通過自然干燥而除去。②內(nèi)水分W：吸附和凝聚在煤塊內(nèi)部毛細孔中的水分，也稱固有水分。內(nèi)水分不易蒸發(fā)，在105～110℃溫度下可以烘干。

為便于燃料的熱工計算和燃燒機理分析，對煤的各組成成分用相應的質(zhì)量百分比表示，各成分質(zhì)量百分比的總和為100%。即元素分析

C+H+O+N+S+A+W=100%（二）煤的各種“基”的表示方法和基的換算1、煤的各種“基”的表示方法1）接收基（應用基）接收基表示實際應用的煤（爐前煤）中各組成成分的質(zhì)量百分比總和。用下角標ar表示。其表達式為Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%注：在進行鍋爐熱工計算以及分析鍋爐運行工況時，以接收基作為原始依據(jù)。

2）空氣干燥基空氣干燥基表示不含外水分條件下，煤中各組成成分的質(zhì)量百分比總和，用下角標ad表示。其表達式為：Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%3）干基干基表示不含水分條件下，煤中各組成成分的質(zhì)量分數(shù)總和。它用下角標d表示。其表達式為Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad+Md=100%4）干燥無灰基（可燃基）干燥無灰基表示不含水分和灰分條件下，煤中各組成成分的質(zhì)量分數(shù)總和。用下角標daf表示。其表達式為：Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf+Adaf+Mdaf=100%2、各種基的表示方法3、四種“基”的換算各種“基”可以相互換算，按下式進行

B=KA

式中A——已知“基”的相應成分；B——換算“基”的相應成分；K——換算系數(shù)，如表2—1所示。二、煤的工業(yè)分析及燃燒特性煤的工業(yè)分析是測定煤的水分（M）、灰分（A）、揮發(fā)分（V）、固定碳（Cgd）的含量。煤的工業(yè)分析成分是用質(zhì)量分數(shù)表示的。即C+V+M+A=100℅煤的工業(yè)分析的內(nèi)容還包括煤的發(fā)熱量測定、煤灰熔融性測定。（一）揮發(fā)分（V）煤在限定條件下隔絕空氣加熱后，所得揮發(fā)性有機物質(zhì)稱為揮發(fā)分。煤中揮發(fā)分的主要成分是碳氫化合物、氫氣等。煤的揮發(fā)分與煤的種類、煤的碳化程度關(guān)系密切，煤齡愈久遠，揮發(fā)分含量愈少，揮發(fā)分逸出的溫度和煤的著火溫度相應也愈高，與此相反，煤齡愈短，揮發(fā)分含量愈高，揮發(fā)分逸出溫度愈低，著火溫度也愈低，則此種煤量容易燃燒。（二）灰分（A）灰分是指煤完全燃燒后殘留的固定物質(zhì)。（三）水分（M）水分是指煤中的全部水分，包括外水分和內(nèi)水分。（四）固定碳（Cgd）從煤的試樣中減去其中的灰分、水分及揮發(fā)分，剩下的質(zhì)量就是煤的固定碳含量。（五）煤灰熔融性（灰熔點）灰熔點是指灰的融化溫度?；胰埸c對鍋爐的燃燒工況影響很大，是煤灰的重要指標之一。通常采用“角錐法”測定其熔融性。角錐法，就是將灰樣制成高為20mm。底面為邊長7mm的正三角形、且一個棱面垂直于底面的灰錐體，然后將灰錐體置于弱還原性氣氛的高溫加熱爐中升溫加熱，觀察或拍攝試樣變化情況，并記錄灰錐體形狀發(fā)生變

化情況，并記錄灰錐體形狀發(fā)生變化的三個特征溫度：①變形溫度t1（灰錐體尖端開始變圓或彎曲時的溫度）；②軟化溫度t2（灰錐體彎曲且錐尖觸及底板，或灰錐體變成球形，或高度小于等于底邊長度的半球形時的溫度）；③熔融溫度t3（灰錐體完全熔化或展開成高度小于等于1.5mm的薄層時的溫度）。（六）煤的發(fā)熱量（Q）及折算成分煤的發(fā)熱量是指單位質(zhì)量的煤完全燃燒時所放出的全部熱量，單位為kJ/kg。煤的發(fā)熱量分為高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量兩種。⒈高位發(fā)熱量是指1kg煤完全燃燒后所產(chǎn)生的全部熱量，包括水蒸汽全部凝結(jié)成水所放出的凝結(jié)熱（數(shù)值上等于汽化潛熱），高位發(fā)熱量用Qgr,表示，單位為kJ/kg。⒉低位發(fā)熱量是指1kg煤完全燃燒后所產(chǎn)生的全部熱量中，減去其中水蒸氣凝結(jié)時放出的凝結(jié)熱，低位發(fā)熱量用Qnet,表示，單位為kJ/kg。燃煤工業(yè)鍋爐的排煙溫度一般在160～200℃之間，煙氣中的水蒸氣處于蒸汽狀態(tài)，其汽化潛熱隨煙氣帶走，所以，在燃燒鍋爐的熱工計算中，均采用低位發(fā)熱量作為計算依據(jù)。1、標準煤的概念由于各種煤的發(fā)熱量差別很大，為了便于比較不同型式鍋爐的燃煤消耗量，故引出標準煤的概念。標準煤：將接收基的低位發(fā)熱量為29308kJ/kg的煤規(guī)定為標準煤。對于不同的鍋爐所作用的不同煤種，可以通過下式換算成統(tǒng)一的標準煤來進行比較。

式中Bb——折算成標準煤的消耗量（kg/h）;B——實際煤的消耗量（kg/h）；Qnet,v,ar——實際煤的接收基低位發(fā)熱量(kJ/kg)。2．煤的發(fā)熱量的確定煤的發(fā)熱量通常用實驗方法測定，也可以根據(jù)燃料的元素分析及工業(yè)分析的結(jié)果進行近似計算得出。計算褐煤、煙煤、無煙煤發(fā)熱量的經(jīng)驗公式Qgr,v,daf=335(327)Cdaf+1298(1256)Hdaf+63Sdaf-105Odaf-21(Ad-10)三、煤的分類煤的組成比較復雜，目前國內(nèi)尚無統(tǒng)一的劃分方法。按煤的接收基水分及灰分含量，將煤分為無煙煤、貧煤、煙煤、褐煤、劣質(zhì)煤等五類。（一）無煙煤物理性質(zhì)：無煙煤呈灰黑色，表面具有金屬光澤，質(zhì)地堅硬。。

化學性質(zhì)：無煙煤的干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf≤10%，揮發(fā)分析出溫度較高，著火比較困難，不易燃盡。無煙煤的煤齡最長，炭化程度很深，含碳量高，灰分含量都不多，發(fā)熱量高，Qnet,v,ar≈22000～28000kJ/kg。燃燒時無煙，火焰很短，呈淺黃色，焦渣特性呈粉狀。

（二）貧煤貧煤的揮發(fā)分較低，Vdaf≈10%～20%。不易著火和燃燒，燃燒時火焰較短，焦結(jié)性差；發(fā)熱量較高，介于無煙煤和煙煤之間。（三）煙煤煙煤揮發(fā)分含量很高，Vdaf>20%～40%；含碳量也高，接收基碳Car≈40%～60%或更高。煙煤的發(fā)熱量較高，Qnet,v,ar≈20000～27000kJ/kg。煙煤大多為有光澤的黑色均勻體，質(zhì)地松軟，燃燒時火焰比較長、煙多。（四）褐煤褐煤是煤齡較短、炭化程度較低的煤，揮發(fā)分含量高，Vdaf≈40%～50%，燃燒時揮發(fā)分析出溫度也低，故很容易著火燃燒；褐煤的發(fā)熱量不高，Qner,v,arVdaf≈1000～15000kJ/kg。褐煤呈棕褐色，因故而得名。褐煤質(zhì)地松脆，容易風化，容易自燃，難于儲存，也不宜遠運，屬于地方性燃料。（五）劣質(zhì)煤主要指泥煤、油葉巖和煤矸石。（內(nèi)蒙古少用）第二節(jié)液體燃料的組成及特性

鍋爐所用液體燃料通常是指石油制品。一、燃料油的組成鍋爐燃料使用的液體燃料都是石油煉制過程中的產(chǎn)品或副產(chǎn)品，主要有渣油、重油、柴油等。燃料油是由各種碳氫化合物組成的復雜的混合物。從元素分析成分看，與煤一樣，也是由碳、氫、氧、氮、硫、灰分、水分等七種成分所組成，對各組成成分用相應的質(zhì)量占總質(zhì)量的質(zhì)量分數(shù)表示，各成分質(zhì)量分數(shù)的總和為100%。即C+H+O+N+S+A+M=100%七種組成成分同煤。燃料油的元素成分“基”的表示方法和煤一樣，分為四種：接收基、空氣干燥基、干基與干燥無灰基，實際應用較多的是接收基基準。

二、燃料油的特性燃料油是一種優(yōu)質(zhì)燃料，其影響燃燒的主要特征物理量如下：1．密度單位體積物質(zhì)的質(zhì)量稱為密度，用符號ρ表示，單位為kg/m3。2．相對密度相對密度是指某一溫度時油的密度和4℃時純水密度之比值。石油工業(yè)中規(guī)定，以20℃時的相對密度作為油的標準相對密度。燃料油的標準相對密度在0.8～0.98之間。3．比熱容1kg的燃料油溫度升高1K所需要的熱量，稱為該燃料油的比熱容。用符號c表示，單位為kJ/(kg·K)。燃料油的比熱容c≈2.14kJ/(kg·K)。4．熱導率熱導率是表示燃料油導熱能力的特性指標，用符號λ表示，單位為W/(m·K)。5．凝固點與沸點（1）凝固點物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的現(xiàn)象叫凝固。發(fā)生凝固的溫度叫凝固點。

（2）沸點物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的現(xiàn)象叫氣化，液體的氣化分為蒸發(fā)和沸騰兩種。沸騰時液體的溫度叫沸點。燃料油的沸點與其凝固點一樣，沒有一個恒定值，而是一個溫度范圍。6．粘度粘度是流體流動時的內(nèi)部阻力，表征流體流動性能的指標。用符號°E表示。（恩氏粘度）粘度愈大，流體的流動性能愈差。7．閃點油溫升高時油面上的油蒸氣增多，其與空氣的混合氣和明火接觸后發(fā)生一閃就滅的短暫閃光，這時的油溫就稱為該種燃料油的閃點。8．燃點和自燃點在常壓下對燃料油加熱，液體表面的油蒸氣與空氣的混合物遇火源點燃，并連續(xù)燃燒5s以上，這時油的最低溫度稱為該種燃料油的燃點。在常壓下對燃料油加熱，液體表面的油蒸氣與空氣的混合物在沒有外界火源的情況下，能自行著火燃燒的最低溫度稱為該燃料油的自燃點。10．殘?zhí)繗執(zhí)渴钱斨赜图訜岬胶芨叩臏囟葧r聚合形成的堅固油垢沉淀物，這是燃燒器噴口堵塞和磨損的主要原因。燃燒器噴口堆積炭化物，使重油霧化質(zhì)量降低，燃燒狀況惡化。11．穩(wěn)定性重油的穩(wěn)定性是指重油在貯藏和加熱過程中，生成重質(zhì)粘稠狀物質(zhì)和難溶解性物質(zhì)。這些油垢油渣物會引起儲油箱、油管路系統(tǒng)、過濾器、加熱器、燃燒器等堵塞，導致燃燒惡化。12．發(fā)熱量1kg燃料油完全燃燒所放出的全部熱量，稱為該燃料油的發(fā)熱量。它也有高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量之分。燃料油的發(fā)熱量很高，通常使用的燃料油，低位發(fā)熱量Qnet,v,ar=37000～42000kJ/kg。燃料油的發(fā)熱量一般用實驗方法測定，也可以用近似公式計算。計算燃料油發(fā)熱量的近似公式有二：

1）由元素組成計算發(fā)熱量Qgr,v,ar=339Car+1256Har-109(Oar-Sar)Qnet,v,ar=339Car+1030Har-109(Oar-Sar)-25.1Mar式中Qgr,v,ar、Qnet,v,ar——燃料油的高、低位發(fā)熱量（kJ/kg）；（2）由20℃時的燃料油密度ρ20計算發(fā)熱量Qgr,v,ar=51916.3-8892.8(ρ20)2×10-6Qnet,v,a=46424.5+3.1864(ρ20)8892.8(ρ20)2×10-6式中Qgr,v,ar、Qnet,v,ar——燃料油的高、低位發(fā)熱量（kJ/kg）；ρ20——20℃時燃料油的密度（kg/m3）。三、鍋爐常用的燃料油目前工業(yè)鍋爐使用的液體燃料主要是重油、渣油和輕柴油。（一）重油密度較大的燃料油稱為重油。重油的特點是：1．密度大、粘度大2．燃點和閃點較高重油的燃點和閃點較高，因此，火災的危險性較小。（二）渣油渣油是石油煉制過程中形成的塔底殘油，是國產(chǎn)標準重油規(guī)格以外的重油。由于生產(chǎn)工藝不同，渣油的質(zhì)量指標也不相同。

（三）柴油從廣義上講，密度較小的燃料油稱為柴油，又稱輕柴油。其特點是：1．粘度小由于粘度小，則流動性能好。因此，輕柴油便于管道輸送和霧化，不需要預熱。2．含硫量較小柴油含硫量低，燃燒時產(chǎn)生的SO2和SO3也比較少，其燃燒生成的煙氣對鍋爐受熱面的腐蝕和大氣環(huán)境的污染較燃用重油的鍋爐小。3．輕柴油易揮發(fā)輕柴油與重油、渣油相比，其閃點低，火災危險性也較大。因此，在設(shè)置油庫和工作油箱時，應特別注意防火。第三節(jié)氣體燃料的組成及特性氣體燃料是指在常溫下保持氣態(tài)的燃料，簡稱燃氣。

燃氣易點火、易燃燒、易操作、易實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，而燃燒產(chǎn)物中無廢渣和廢液，煙氣中SO2和Nox的含量較少。因此，燃氣是最理想的潔凈燃料。一、燃氣的組成燃氣是多種氣體的混合氣體，由三大部分組成。（一）可燃組分燃氣中的可燃組分有一氧化碳（CO）、氫（H2）和碳氫化合物（CmHn）等。（二）不可燃組分燃氣中的不可燃組分有氮（N2）、氧（O2）和二氧化碳（CO2）等，它們占去了氣體燃料一定的體積，使可燃組分的含量減少，熱值降低。（三）有害雜質(zhì)燃氣中的雜質(zhì)不僅占據(jù)了一定的體積，而且給燃氣的儲存、輸送和燃燒造成不良的影響。燃氣中的主要雜質(zhì)有：焦油與灰塵；萘；硫化氫；一氧化碳；氨；水分；殘液。二、燃氣的特性（一）燃氣的體積分數(shù)在相同溫度和壓力條件下，燃氣中各單一組分的體積和燃氣總體積的比值稱為體積分數(shù)，用符號γ表示。（二）燃氣的平均密度單位體積的燃氣所具有的質(zhì)量稱為燃氣的平均密度，用符號ρ表示，單位為kg/m3。（三）燃氣的比體積單位質(zhì)量的燃氣所占有的體積稱為燃氣的比體積，用符號v表示，單位為m3/kg。（四）燃氣的