锅炉第2章.

山西大学工程学院2019/12/15燃料及燃料燃烧计算第二章山西大学工程学院2019/12/15本章内容•燃料的成分及其主要特性•燃料燃烧计算•烟气分析方法•空气和烟气焓的计算山西大学工程学院2019/12/15第一节煤的成分及主要特性一、燃料的分类世界燃料分为：一是核燃料，二是有机燃料（固、液、气）。按获得方法分按物态分天然燃料人工燃料固体燃料木柴、煤、油页岩木炭、焦炭、煤粉等液体燃料石油汽油、煤油、柴油、重油气体燃料天然气高炉煤气、发生炉煤气、焦炉煤气山西大学工程学院2019/12/15焦炉煤气主要由氢气和甲烷构成，分别占56%和27%，并有少量一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气和其他烃类；其低发热值为18250kJ/Nm3煤地下气化：将煤直接在地下变为煤气的一种利用方法。煤的地下气化是用坑道或钻孔通到煤层，压入空气，点燃煤层，使煤气导出地面。所得煤气的成分，主要是氮、氢、一氧化碳、二氧化碳，以及少量甲烷等，可以作为气体燃料和化工原料，但其发热量一般较低。山西大学工程学院2019/12/15•高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品，主要成分为:CO、CO2、N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量约占25%左右，H2、CH4的含量很少，CO2、N2的含量分别占15%、55%，热值仅为3500KJ/m山西大学工程学院2019/12/15我国的燃料政策•石油、天然气和某些优质煤优先作为冶金及化学工业的原料•电厂以煤为主要燃料，并尽量利用水分和灰分含量高、发热量低的劣质煤•防止公害，节约能源山西大学工程学院2019/12/15二、煤的成分及其分析基准•元素分析：燃烧计算碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、灰（A）、水（M）•工业分析：指导燃烧调整、改善燃烧工况；煤分类的主要依据；锅炉设计时的重要参数水分（M）、挥发分（V）、固定碳（FC）灰分（A）山西大学工程学院2019/12/15元素分析之碳（C）•含量：约占20~70%，主要的燃烧成分。含量最高，煤的发热量的主要来源.•存在形式：挥发分(碳化合物)CH4、C2H4、CO等固定碳（单质）•固定碳的燃烧特点：(1)反应速度缓慢:不易着火(700C以上)；不易燃尽。(2)燃烧产物:C+O2CO2+32866kJ/kgC+1/2O2CO+9270kJ/kg山西大学工程学院2019/12/15元素分析之氢（H）•含量：煤中约占2~6%，发热量最高的可燃元素，是重要的燃烧成分。•存在形式：多以碳氢化合物存在。•燃烧特点：1kg氢完全燃烧时能放出120370kJ的热量.山西大学工程学院2019/12/15元素分析之硫(S)•含量：约占可燃成分的～8%，是燃料中的有害成分。•存在形式：有机硫，黄铁矿（FeS2）,硫酸盐硫（CaSO4、MgSO4、FeSO4）。•特点（对锅炉工作的影响）：（1）燃烧放热S+O2SO2+9040kJ/kg(c)（2）低温腐蚀SSO2,SO3与烟气中的水蒸汽结合形成H2SO4蒸汽，遇低温凝结成H2SO4（硫酸），腐蚀受热面。SO3还会造成过热器，再热器烟气侧的高温腐蚀。。（3）烟气中的SO2,SO3：大气污染山西大学工程学院2019/12/15元素分析之氧和氮•氧和氮是不可燃成分。少的仅1~2%，多的约占~40%，含氧量随煤化程度增高而明显减少。•氮主要以有机氮形态存在，约占0.5~2%。高温燃烧生成NOx，有害。山西大学工程学院2019/12/15元素分析之水（M）•含量：少的仅2%，多的达50～60%，随地质年代的延长而减少，含量还与其开采、运输、贮存等有关•危害：M↑，可燃成分↓，发热量↓M↑，增加着火热，着火推迟M↑，炉温↓，燃烧不稳，q3↑，q4↑制粉困难水分随烟气带出，q2↑，引风机电耗↑低温腐蚀↑山西大学工程学院2019/12/15元素分析之灰（A）•含量：少的只有4～5%，多的可达60～70%•危害：排渣带走大量物理显热（q6↑）；灰粒流经受热面，导致磨损或积灰；可燃成分减少，发热量↓理论燃烧温度↓，灰壳导致q4↑A↑炉温↓，燃烧不稳结渣加剧制粉系统电耗↑山西大学工程学院2019/12/15工业分析之挥发分（V）•组成：碳氢化合物（∑CmHn）、氢（H2）、一氧化碳（CO）、硫化氢（H2S）等可燃气体及少量的氧（O2）、二氧化碳（CO2）、氮（N2）等不可燃气体组成•对锅炉的影响：挥发分着火温度低，着火容易着火发热多，利于燃料着火燃尽煤孔隙多，增大了反应面积山西大学工程学院2019/12/15工业分析之水分（M）•组成：外在水分Mf：又称表面水分。变化很大，易于蒸发，可以通过自然干燥方法予以除掉。内在水分Minf：又称固有水分。指原煤试样使其除了外在水分后剩余的水分，需在较高温度下才能从煤样中除掉。全水分＝外在水分＋内在水分山西大学工程学院2019/12/15工业分析之焦炭•组成：煤去掉水分和挥发分后的剩余部分，由固定碳（FC）和灰分（A）组成FC＝100－（M＋V＋A）山西大学工程学院2019/12/15三、煤的成分分析基准•收到基（asreceived)•空气干燥基（airdry）•干燥基（dry）•干燥无灰基（dryandashfree）目的：水分和灰分的含量受开采、运输、储存和天气的影响而变化，从而使其他成分的质量百分含量发生变化。成分分析基准用来表达成分含量所处状态和条件，可确切地反映煤的特性，使各种分析结果具有可比性。山西大学工程学院2019/12/15煤的成分分析基准1、收到基（原应用基y，用于设计与运行,为计算基准）以收到状态的煤为基准计算煤中全部成分的组合称为收到基。Car＋Har＋Oar＋Nar＋Sar＋Aar＋Mar＝100%FCar＋Var＋Aar＋Mar＝100%山西大学工程学院2019/12/15煤的成分分析基准2、空气干燥基（原分析基f，用于确定内在水分）以与空气温度达到平衡状态的煤为基准，即煤样在实验室一定温度条件下，自然干燥失去外在水分，其余的成分组合便是空气干燥基。Cad＋Had＋Oad＋Nad＋Sad＋Aad＋Mad＝100%FCad＋Vad＋Aad＋Mad＝100%山西大学工程学院2019/12/15煤的成分分析基准3、干燥基（原干燥基g，用于确定灰分）以假想无水状态的煤为基准，其余的成分组合便是干燥基。干燥基中无水分，故灰分不受水分变动的影响，灰分含量百分数相对比较稳定。Cd＋Hd＋Od＋Nd＋Sd＋Ad＝100%FCd＋Vd＋Ad＝100%山西大学工程学院2019/12/15煤的成分分析基准4、干燥无灰基（原可燃基r用于煤的分类）以假想无水、无灰状态的煤为基准。Cdaf＋Hdaf＋Odaf＋Ndaf＋Sdaf＝100%FCdaf＋Vdaf＝100%山西大学工程学院2019/12/15ACHONSinhMfM碳氢氧氮硫灰分固定碳挥发分水分焦碳挥发性物质干燥无灰基干燥基空干基收到基同一种煤的各种分析基准间的关系山西大学工程学院2019/12/15三、煤的主要特性•煤的发热量•灰的熔融特性•煤的可磨性指数与磨损指数山西大学工程学院2019/12/15三、煤主要特性指标1.发热量（热值）单位质量的煤在完全燃烧时所释放出的热量。单位：kJ/kg。常用表示：高位发热量：指1kg煤完全燃烧时放出的全部热量，包括燃烧产物中的水蒸汽凝结成水时放出的汽化潜热，用Qar，gr表示，单位为kJ/kg。山西大学工程学院2019/12/15低位发热量：是指1kg煤完全燃烧时放出的全部热量，其中不包括水蒸汽凝结成水时放出的汽化潜热，用Qar，net，p表示，单位为kJ/kg。燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时。思考：为什么在电厂锅炉技术中一般用低位发热量作为计算依据？排烟温度在110~160℃，烟气中的水蒸气仍处于蒸汽状态，不可能凝结成水而放出汽化潜热。山西大学工程学院2019/12/15收到基高位发热量与低位发热量ararar,net,par,gr9HMQ=Q2510(+)100100ar,grarar=Q25.1(9H+M)水的汽化潜热，kJ/kg1kg煤中的氢燃烧生成的水蒸汽的质量，kg/kg1kg煤中水分的质量，kg/kg山西大学工程学院2019/12/15其他基准高位发热量与低位发热量ad,net,pad,gradadQ=Q25.1(9H+M)d,net,pd,grdQ=Q226Hdaf,net,pdaf,grdafQ=Q226H注意：不同基准下煤的高位发热量之间，可以之间乘上换算系数K进行换算。但是，不同基准下煤的低位发热量之间的换算，必须先化成高位发热量后，才能用换算系数K进行换算。山西大学工程学院2019/12/15标准煤•意义：以统一计算标准来核算企业对能源的消耗量；便于比较设备运行的经济性；计算电厂煤耗；便于厂矿编制计划。•定义：统一规定以收到基低位发热量Qar，net，p＝29310kJ/kg（7000kcal/kg）的燃料称为标准煤。•标准煤的消耗量计算：B——实际煤的消耗量，t/h。BQBpnetarb29310,,bar,net,p29310B=QB山西大学工程学院2019/12/15标准煤消耗量的计算ar,net,pbQB=B29310bar,net,p29310B=QBbB=217th甲甲：Qar,net,p=22680kJ/kgB=280t/h乙：Qar,net,p=18900kJ/kgB=336t/hbB=217th乙=甲、乙煤耗相等！实际煤的消耗量，t/h山西大学工程学院2019/12/15折算成分意义：为了估计燃料中各种有害成分S、A、M对锅炉工作的影响程度，更好地鉴别煤的性质定义：规定把相对于每4190kJ/kg（1000kcal/kg）收到基低位发热量的煤所含的收到基水分、灰分和硫分，分别称为折算水分、折算灰分和折算硫分。山西大学工程学院2019/12/15折算成分的计算ararzsar,net,pMM=4190Q，ararzsar,net,pAA=4190Q，ararzsar,net,pSS=4190Q，折算水分折算灰分折算硫分%%%8%，高水分4%，高灰分0.2%，高硫分山西大学工程学院2019/12/15甲：Qar,net,p=22680kJ/kgSar=1.6%乙：Qar,net,p=18900kJ/kgSar=1.4%ar,zsS=0.296%甲ar,zsS=0.31%乙乙危厂害燃更煤大硫分更多，山西大学工程学院2019/12/152.高温下煤灰的熔融性•灰熔点定义：煤灰在某一确定的温度下开始熔化，此温度定义为煤灰的熔化温度（灰熔点）。影响煤灰熔融性的因素分析：(1)煤灰的化学组成：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、MgO及K2O、Na2O（2）环境介质的性质：还原性气氛，灰熔点低；氧化性气氛，灰熔点高（3）灰分含量：含灰量多，灰熔点低注意：灰熔点越高越好，就越不易结渣。山西大学工程学院2019/12/15灰处于熔融状态灰达到了灰熔点灰熔点越高灰越不易处于熔融状态自然不会结渣山西大学工程学院2019/12/15•灰的熔融特性定义：煤灰没有明确的熔化温度，它是在一定的高温区间内逐渐熔化的，通常把煤灰的这种性质称为灰的熔融特性，用三个特征温度来表示：变形温度DT：锥顶变圆或开始倾斜软化温度ST：锥顶弯至锥底或萎缩成球形流动温度FT：锥体呈液体状态能沿平面流动•灰熔融特性的测定：采用角锥法测定山西大学工程学院2019/12/15根据软化温度ST将煤灰分成三类：难熔灰：ST＞1400℃易熔灰：ST＜1200℃中熔灰：ST=1200~1400℃山西大学工程学院2019/12/15灰熔融特性对锅炉工作的影响•排渣方式的选择：ST＞1400℃难熔固态排渣ST＜1200℃易熔液态排渣1200℃ST1400℃固态排渣•煤的选用ST－DT200℃，灰渣的液态与固态共存时间长，称为长渣。ST－DT100℃，灰渣的液态与固态共存时间短，称为短渣。对固态排渣锅炉，为减轻炉内结渣，选用具有短渣性质的煤。对液态排渣锅炉。为排渣