锅炉原理2 燃料及燃烧计算

长沙理工大学能动学院第二章燃料及燃烧计算§1燃料的成分及其主要特性§2燃料的燃烧计算§3烟气分析方法§4空气和烟气焓的计算长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage21、煤的元素分析成分2、煤的工业分析成分3、煤的分析基准4、各种基准的换算5、煤的发热量6、高、低发热量间的换算7、煤的灰分特性8、煤的结渣特性指标9、煤的常规特性对锅炉工作的影响10、煤的可磨性系数与磨损指数11、煤的分类§1燃料的成分及其主要特性长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage3煤的元素分析成分碳C：主要可燃成分,地质年龄越长，含碳越多，放热量越高，但不易着火与燃烬。氢H：可燃成分，放热量，是碳的3倍，含量低,有利元素。氧O：可助燃，含量低。氮N：不可燃，含量低,燃烧反应可生成NOX，有害成分。硫S：可燃，放热量低可生成Sox有机硫、黄铁矿硫、硫酸盐硫水分M：外部水分、内部水分。灰分A：杂质，污染环境，磨损受热面。煤的元素分析成分长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage4煤的工业分析成分•水分(M)•灰分(A)•挥发分(V)•固定碳(FC)长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage5煤的分析基准收到基（ar）以入炉煤（包括煤的全部成分）为基准空气干燥基（ad）以风干状态煤（除外部水分）为基准干燥基（d）以去掉全部水分煤为基准干燥无灰基（daf）以去掉全部水分及灰分煤为基准长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage6各种基准的换算•收到基:Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100〔％〕•空气干燥基:Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100〔％〕•干燥基:Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100〔％〕•干燥无灰基:Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100〔％〕不同基准之间的换算公式X=KX0X0、X—某成分原基准及新基准质量百分比，%K—换算系数araradadCM100M100C例:长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage7煤的发热量煤的发热量（kJ/kg)单位质量的煤完全燃烧时所释放的热量低位发热量（Qnet）燃料完全燃烧,产生的水释放出气化潜热(以汽态的形式存在）,则所得到的发热量称为低位发热量。Qb＞Qgr＞Qnet高位发热量(Qgr)燃料完全燃烧,产生的水未放出气化潜热(以液态的形式存在）,则所得到的发热量由实验测得的弹筒发热量（Qb）减去校正值确定长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage8发热量的测定长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage9高、低发热量间的换算干燥基高、低位发热量之间的换算式中r——水的汽化潜热，通常取r=2510kJ/kg)142(H226Q100H9rQQdgr.ddgr.dnet.d收到基高、低位发热量之间的换算)122(M1.25H226Q100M100H9rQQarargr.ararargr.arnet.ar长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage10几个重要概念标准煤Qar.net=29310kJ/kg劣质煤Qar.net≤12500kJ/kg折算成分相对于每4190kJ/kg收到基低位发热量的煤中所含的收到基水分、灰分和硫分，称为折算水分、折算灰分和折算硫分..4190,%...............ararzsarnetMMQ..4190,%................ararzsarnetAAQ..4190,%................ararzsarnetSSQ长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage11煤的灰分特性影响灰的熔融性的主要因素灰分成分的影响煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高；碱性氧化物使灰熔点降低周围介质的影响氧化性介质中，灰熔点较高；还原性介质中，灰熔点较低；弱还原性介质中，灰熔点很低。煤的灰分特性用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定变形温度DT软化温度ST流动温度FT长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage12煤的结渣特性指标结渣率:在一定的空气流速下燃料燃烧并燃烬时,大于6mm的渣块占灰渣总质量的百分数。结渣率越大的煤越容易发生结渣。煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高；碱性氧化物使灰熔点降低碱酸比B/A:灰中碱性成分与酸性成分含量之比。B/A↑易结渣↑硅铝比:即2SiO2/Al2O3的比值。硅铝比↑易结渣↑长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage13煤的常规特性对锅炉工作的影响挥发分的影响:地质年龄↓Vadf↑易着火↑易燃烬↑硬度↓但Qar.net↓水分的影响:Mar↑Qar.net↓着火↓燃烬↓θ”l↓Q4↑积灰↑腐蚀↑灰分的影响:Aar↑Qar.net↓Q6↑Q4↑Q4↑积灰↑磨损↑结渣↑灰熔点的影响:灰熔点（DT、ST、FT）↓结渣↑硫分的影响:Sar↑tld↑低温腐蚀↑污染环境↑煤粉仓自燃↑煤的燃烧特性及其影响长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage14煤的可磨性系数与磨损指数煤的可磨性系数：国际标准：哈德格罗夫法（Hardgrove法），测定哈氏可磨性指数HGI煤的磨损性指数表示磨损的轻重程度；旋转磨损试验仪；冲刷式磨损试验仪：Ke＝E/At长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage15煤的分类我国动力煤的分类（分类依据:Vadf）Vadf≤10%无烟煤Vadf＝10～20贫煤Vadf＝20～40烟煤Vadf＞37褐煤发电用煤粉锅炉用煤的分类标准：根据煤粉炉运行要求，按V，Q，Azs,Mzs,Szs挥发分Vdaf（与其相对应的发热量）等级：V1~V5灰分Ad等级：A1~A3水分Mf等级：M1~M3硫分Sd等级：S1~S3灰融特性ST：ST1~ST2长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage16煤的类型无烟煤碳化程度高，含碳量很高，达95%，杂质很少，发热量很高,约为25000～32500kJ/kg；挥发份很少，小于10%，Vdaf析出的温度较高（可达400℃），着火和燃尽均较困难,储存时不易自燃褐煤碳化程度低，含碳量低，约为40～50%，水分及灰分很高，发热量低,约10000～21000kJ/kg；挥发分含量高，约40～50%，甚至60%，挥发分的析出温度低（＜200℃），着火及燃烧均较容易长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage17煤的类型烟煤碳化程度次于无烟煤，含碳量较高，40～60%,杂质少，发热量较高,约为20000～30000kJ/kg；挥发分含量较高，约10～45%，着火及燃烧均较容易贫煤挥发分含量10～20%的烟煤挥发份较少，性质介于无烟煤与烟煤之间，燃烧性能方面比较接近无烟煤；劣质烟煤挥发份20～30%；但水分高，灰分更高的烟煤发热量低，为11000～12500kJ/kg这两种烟煤着火及燃烧均较困难长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage18§2燃料的燃烧计算1、燃烧计算的物理模型2、燃料的燃烧工况3、煤的燃烧反应4、燃烧所需要的空气量5、过剩空气系数α与漏风系数△α6、过剩空气系数β与漏风系数△α7、烟气容积长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage19燃烧计算的物理模型以1kg燃料为计算基础所有气体均视为理想气体（22.4Nm3/kg）假定完全燃烧认为空气只由N2和O2组成,容积比为79:21长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage20燃料的燃烧工况理论工况燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧燃烧产物（烟气）组成成分CO2、SO2、N2、H2O理论烟气量0yV实际工况实际送入的空气量大于理论空气量，仍为不完全燃烧燃烧产物（烟气）组成成分CO2、SO2、N2、H2O、O2、CO实际烟气量Vy长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage21煤的燃烧反应煤中可燃元素的燃烧反应是燃烧计算的基础，1kg收到基燃料包括Kg的碳、kg的氢、kg的硫100Car100Har100Sar碳完全燃烧反应方程式C+O2→CO212kgC+22.41Nm3O2→22.41Nm3CO21kgC+1.866Nm3O2→1.866Nm3CO21kgH+5.56Nm3O2→11.1Nm3H2O1kgS+0.7Nm3O2→0.7Nm3SO2长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage22燃烧所需要的空气量理论空气量V01kg燃料完全燃烧时所需要的最小空气量(无剩余氧)可通过燃料中可燃元素（C、H、S）的燃烧化学反应方程式求得)100O0.7-100S0.7100H5.56100C866.1(21.01Vrararara00.0889(0.375)0.2650.333ararararCSHO实际空气量V式中α、β—分别为烟气侧和空气侧的过剩空气系数0V)(V0VV)(长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage23过剩空气系数α与漏风系数△αΔα各受热面处烟气侧漏风系数，△V为烟道漏风量为炉膛出口处过剩空气系数，表征炉内燃烧状况0VV长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage24过剩空气系数β与漏风系数△αzfkykykyky为空气预热器出、进口处空气侧过剩空气系数分别为炉膛、制粉系统和空预器漏风系数kyzf、、kyky、长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage25烟气容积理论烟气容积α=1、完全燃烧：O2=0；CO=00yV22200OyRONHOVVVV0311.11.240.0161,/100100ararHMVNmkg0(0.375)1.8660.80.79100100arararCSNV实际烟气容积α1、完全（不完全）燃烧：O2≠0；CO=0（CO≠0）yV22222OOHNSOCOyVVVVVV000yV10161.0V1V0031.0161(1),/yVVNmkg长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage26§３烟气分析方法•1、烟气分析•2、不完全燃烧方程式及烟气中CO含量的计算•3、RO2和RO2max的计算•4、运行中过剩空气系数及烟气容积的确定•5、漏风系数长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoilerPage27烟气分析烟气分析的目的:测锅炉反平衡效率、测量过量空气系数、监督RO2O2的含量、检查锅炉漏风情况等。(锅炉运行监督、测试)奥氏烟气分析仪的工作原理:利用不同的吸收剂吸收不同的气体成分氢氧化钾溶液(KOH)—RO2焦性没食子酸溶液C6H3(OH)3—O2、RO氯化亚铜氨溶液Cu(NH3)2Cl—CO、O2长沙理工大学能动学院2020/4/22PrinciplesofBoi