1、第二章 燃料及燃料燃燒計(jì)算,2-1 燃料的成分及其主要特性 2-2 燃料燃燒計(jì)算 2-3 煙氣分析方法 2-4 空氣和煙氣焓的計(jì)算,2-1 燃料的成分及其主要特性,燃料總類,核能燃料可控核裂變與和聚變 有機(jī)燃料以各種形式在自然界存在的碳?xì)浠衔?一、煤的成分及分析基準(zhǔn) 可燃成分和不可燃成分組成的復(fù)雜組合物，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。 各組成元素并不單獨(dú)游離存在，而是以復(fù)雜的化合物存在，成分十分不均勻。 煤的化學(xué)分析（元素分析）成分分為： c，h，o，n，s，a(ash)，m(moisture),可燃成分c，h，部分s 不可燃成分n，水分，灰分,c： 最主要的可燃質(zhì)，煤是富含碳的燃料 一般含量：20%70%

2、 碳含量取決于碳富集程度，炭化及年齡。 燃燒產(chǎn)物主要是co2 碳的發(fā)熱量：7800 kcal/kg，4.1827800 kj/kg 關(guān)于熱量單位： kcal（工程），kj（國(guó)際）， btu（英制）,h： 發(fā)熱量很高，達(dá)28600 kcal/kg，極易燃燒， 煤中含量很少，僅為2%5%， 液體燃料中可達(dá)到14%， 天然氣中最多。,o： 1.氧不可燃，且不助燃，氧不以游離狀態(tài)存在于煤中，與煤中的氫和碳組成化合物，占據(jù)部分可燃質(zhì)，使煤發(fā)熱量降低。 2.氧的含量115%，木柴中的氧含量達(dá)到20%25%。,n： 氮是一種不利的元素，在高溫環(huán)境下，與氧形成氮氧化物，對(duì)環(huán)境危害極大。 煤中氮的含量1%。,s

3、: 部分s屬于可燃質(zhì)， 發(fā)熱量?jī)H2160 kcal/kg， 對(duì)鍋爐設(shè)備及環(huán)境的危害很大， 硫的含量0.25%，甚至更高，超過(guò)2%，既為高硫煤。,灰分（ash）： 煤中不可燃礦物雜質(zhì)，成分十分復(fù)雜，大多數(shù)煤的灰分含量7%40%。 1） 可燃物減少， ，著火困難，灰渣量增加，運(yùn)行操作繁重； 2） ，爐內(nèi)易結(jié)渣，使受熱面?zhèn)鳠釔夯?3）,水分(water、moisture)： 燃料中的主要雜質(zhì)，約占560%。 內(nèi)部水分（固有水分）105110 外部水分（表面水分）4550 化合水分（結(jié)晶水）灰分的一部分 瓷土 1） 水分進(jìn)入爐內(nèi)吸熱汽化成水蒸氣，對(duì)燃燒不利； 2）在煙氣露點(diǎn)時(shí)，水蒸氣與so2、so3

4、生成亞硫酸和硫酸，造成低溫腐蝕； 3）,揮發(fā)份： 失去水分的煤樣在隔絕空氣的條件下加熱到一定溫度時(shí)，煤分解逸出的部分可燃質(zhì)和礦物質(zhì)。 主要成分是co、co2、cmhn、h2等。 收到基揮發(fā)份含量在5%40%之間。 揮發(fā)份的測(cè)定 揮發(fā)份對(duì)煤的著火、燃燒的影響 焦炭的性質(zhì)焦結(jié)性 焦炭煤在隔絕空氣加熱時(shí)，水分蒸發(fā)、揮發(fā)分析出后固體殘余物質(zhì)。 焦結(jié)性由于煤種不同，焦炭的物理性質(zhì)、外觀等各不相同焦結(jié)性狀,焦炭結(jié)構(gòu)特征 1） 粉狀 2） 粘結(jié) 3） 弱粘結(jié) 4） 不熔融粘結(jié) 5） 不膨脹熔融粘結(jié) 6） 微膨脹熔融粘結(jié) 7） 膨脹熔融粘結(jié) 8） 強(qiáng)膨脹熔融粘結(jié) 焦結(jié)性對(duì)層燃爐燃燒過(guò)程的影響 1）粉狀焦炭堆積

5、緊密，妨礙空氣流動(dòng) 煙氣流速過(guò)大，易被氣流攜帶，形成火床火口； 煙氣流速過(guò)小，燃燒通風(fēng)不暢，易從通風(fēng)孔隙中漏入灰坑 2）強(qiáng)焦結(jié)性煤揮發(fā)分逸出后，焦炭呈熔融狀態(tài)，粘結(jié)成片 內(nèi)部固定碳難于空氣接觸而燃盡； 燃燒層通風(fēng)不暢,煤的成分分析基準(zhǔn)及其換算 用各個(gè)成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來(lái)表示; 水分和灰分所占質(zhì)量較大，且隨外界條件有較大的波動(dòng); 采用四種不同的“基”準(zhǔn)的質(zhì)量成分表示: 1.收到基ar； 2.空氣干燥基ad； 3.干燥基d； 4.干燥無(wú)灰基daf.,1.收到基ar； 表示燃料中全部成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總和 是鍋爐燃料燃燒計(jì)算的原始依據(jù)。 car+har+oar+nar+sar+aar+mar=100%

6、2.空氣干燥基ad； 表示在不含外在水分的條件下，燃料各組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總和， 是實(shí)驗(yàn)室煤質(zhì)分析所用煤樣的成分組成。 cad+had+oad+nad+sad+aad+mad=100%,3. 干燥基d； 表示在不含水分的條件下干燥燃料各組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總和 干基中各成分不受水分變化的影響 cd+hd+od+nd+sd+ad=100% 4. 干燥無(wú)灰基daf； 表示在不含水分和灰分的條件下，干燥無(wú)灰燃料各組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總和， 干燥無(wú)灰基中只包含燃料的可燃成分，各成分不受水分和灰分變化的影響， 煤炭交易。 cdaf+hdaf+odaf+ndaf+sdaf=100%,圖2-1,二、煤 的

7、主要特性,1燃料的發(fā)熱量q：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的固體、液體燃料，在完全燃燒時(shí)所放出的熱量(kj/kg)；單位容積的氣體燃料在完全燃燒時(shí)所發(fā)出的熱量（kj/nm3） 2 高位發(fā)熱量 ：每公斤燃料完全燃燒后所放出的熱量，含所生產(chǎn)水蒸汽汽化潛熱，(kj/kg) 3低位發(fā)熱量 ：每公斤燃料完全燃燒后所放出的熱量，扣除隨煙氣帶走的水蒸汽的汽化潛熱的熱量，(kj/kg) 水分來(lái)自：h與氧的反應(yīng)；燃料中的含水量mar 4各成分分析的高、低位發(fā)熱量間的關(guān)系 5發(fā)熱量的測(cè)定：采用氧彈測(cè)熱儀 6發(fā)熱量的計(jì)算,標(biāo)準(zhǔn)煤 單純以燃煤量的多少來(lái)比較不同鍋爐的經(jīng)濟(jì)性不妥，須折算到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)， 標(biāo)準(zhǔn)煤的概念，規(guī)定低位發(fā)熱量為7000kc

8、al/kg（或者kj/kg，mj/kg）的煤為標(biāo)準(zhǔn)煤， 將發(fā)熱量不是7000 kcal/kg的煤統(tǒng)一折算到7000 kcal/kg來(lái)進(jìn)行比較。 用于計(jì)算和比較標(biāo)準(zhǔn)煤耗等,折算水分、折算灰分與折算硫分的概念 硫分、灰分與水分對(duì)鍋爐工作的影響 1）降低煤的發(fā)熱量 2）降低燃燒溫度，不利于燃料的著火與燃燒 3）增加煙氣容積，排煙溫度升高，排煙損失增加， 鍋爐效率下降 4）加劇鍋爐受熱面的低溫腐蝕與積灰 5）增加通風(fēng)電耗。 采用折算成分的目的 比較鍋爐燃燒不同煤時(shí)，帶入爐內(nèi)的水、灰和硫的質(zhì)量。 定義：每送入爐內(nèi)1mj熱量，隨燃料帶入爐內(nèi)的某成分的質(zhì)量。,折算成分的表達(dá)式 要產(chǎn)生同樣的熱量，帶入鍋爐的灰

9、量取決于煤灰分含量與發(fā)熱量， 與灰分含量成正比，與發(fā)熱量成反比。 采用此比例式來(lái)代表帶入的灰量， 因該比值很小，故乘1000。,折算水分,折算灰分,折算硫分,灰的熔融特性 爐膛內(nèi)溫度很高，煤中灰顆粒一般呈熔化或軟化狀態(tài)，對(duì)鍋爐工作影響極大。 對(duì)鍋爐的主要危害是造成鍋爐受熱面結(jié)渣，傳熱惡化，掉渣滅火或事故。 灰分成分不同，發(fā)生熔化的溫度也不同。 高熔點(diǎn)成分+低熔點(diǎn)成分，無(wú)固定的熔點(diǎn)， 灰分的組成：sio2、al2o3、各種氧化鐵、cao、mgo、k2o、na2o等，不是單一物質(zhì)，無(wú)固定熔點(diǎn)，采用角錐法測(cè)定特征溫度 將灰制成特定形狀的灰堆，加熱升溫1300以上，采用三個(gè)特征溫度來(lái)表示灰的熔融特性。

10、 變形溫度dt，軟化溫度st，流動(dòng)溫度f(wàn)t 灰的熔融特性判別 長(zhǎng)渣，短渣,變形溫度：測(cè)試角錐開始變園或彎曲時(shí)的溫度 軟化溫度：灰錐頂彎曲道平盤上或呈半球形時(shí)的溫度 流動(dòng)溫度：灰錐熔融倒在平盤上，并開始流動(dòng)時(shí)的溫度 煤的可磨性衡量煤的機(jī)械強(qiáng)度的特性 可磨性系數(shù)：以風(fēng)干狀態(tài)下的硬質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)煤（一般以難磨的無(wú)煙煤kkm=1為基準(zhǔn)）與待磨煤在相同顆粒度的情況下，磨制成相同細(xì)度的煤粉，各自電耗量之比。 為易磨煤 為難磨煤 煤的磨損指數(shù),三、發(fā)電用煤的分類 根據(jù)煤的燃燒特性， 以揮發(fā)份、灰分、水分、硫分和灰熔融特性作為主要的分類指標(biāo)， 以煤的發(fā)熱量作為輔助分類指標(biāo) 無(wú)煙煤：vdaf10%，含碳最多，發(fā)熱量高，

11、難以 點(diǎn)燃； 貧煤： vdaf =1020%，灰分較多； 煙煤： vdaf =2040%，含碳多，灰、水少，發(fā)熱量高 褐煤： vdaf 40%，水分與灰分高，發(fā)熱量低，著火 與燃燒容易。 vamst分類標(biāo)準(zhǔn),四、液體燃料和氣體燃料 鍋爐燃用的液體燃料主要是重油和渣油。 重油是石油提煉汽油、煤油和柴油后的剩余物， 渣油是進(jìn)一步提煉后的剩余物。 重油 重油的成分與煤一樣，也是由碳、氫、氧、氮、硫和灰分、水分組成。它的主要元素成分是碳和氫，其含量甚高(car=8187%，har=1114%)，而灰分、水分的含量很少，其發(fā)熱量高而穩(wěn)定,通常 = 4060043100kj/kg。,燃料油的特性指標(biāo) 1）

12、粘度 粘度是液體對(duì)其自身流動(dòng)具有的阻力，是表征流動(dòng)性能的特性指標(biāo)。粘度大，流動(dòng)性能差，在管內(nèi)輸送時(shí)阻力就大，裝卸和霧化都會(huì)發(fā)生困難。 恩氏粘度是以200ml試驗(yàn)重油在溫度為t時(shí)，從恩氏粘度計(jì)中流出的時(shí)間與 200ml溫度為20的蒸餾水從同一粘度計(jì)中流出的時(shí)間之比。 （1）重油的粘度和它的成分、溫度、壓力有關(guān)。加熱溫度愈高，重油的粘度愈小。因此，重油在運(yùn)輸、裝卸和燃用時(shí)都需要預(yù)熱。 （2）通常要求油噴嘴前的重油溫度在100以上，粘度不大于4。,2）閃點(diǎn)和燃點(diǎn) 閃點(diǎn)在大氣壓下，重油表面油氣和空氣的混合物在標(biāo)準(zhǔn)條件下接觸明火時(shí)，發(fā)生短暫的閃光（一閃即滅）現(xiàn)象的最低油溫。 燃點(diǎn)當(dāng)油面上的油氣與空氣的混

13、合物遇明火能著火持續(xù)燃燒（持續(xù)時(shí)間不少于5s）的最低油溫。 重油的上閃點(diǎn)為80130，燃點(diǎn)比閃點(diǎn)高1030。 閃點(diǎn)是防止油發(fā)生火災(zāi)的一個(gè)重要指標(biāo)，因此燃料油的預(yù)熱溫度必須低于閃點(diǎn)。對(duì)于敞口容器中的油溫至少應(yīng)比閃點(diǎn)低10，對(duì)于封閉的壓力容器和管道內(nèi)的油溫則可不受此限。 3）凝固點(diǎn)重油在傾斜45的試管中，經(jīng)過(guò)1min不發(fā)生流動(dòng)變化的最低溫度。 重油凝固點(diǎn)與所含石蠟含量有關(guān),含蠟量越高,油的凝固點(diǎn)越高。,氣體燃料 氣體燃料的種類,氣體燃料的主要成分 1）天然氣 甲烷約占8098%，其次是烷屬重碳氧化合物和h2s，還含有少量n2、co2、h2o和礦物雜質(zhì)，發(fā)熱量很高， = 3349037680kj/n

14、m3。 2）高爐煤氣 是煉鐵的副產(chǎn)品，產(chǎn)量大?？扇?xì)怏wco約占2030%，h2約占515%；惰性氣體co2約占515%，n2約占4555%， =42006300 kj/nm3。 aar含量高達(dá)6080g/nm3。 3）焦?fàn)t煤氣 是冶金企業(yè)煉焦的副產(chǎn)品，h2月占4661%，ch4=2130%，n2=78%，co2=23%, =1630017200 kj/nm3。 4）液化石油氣,2-2 燃料燃燒計(jì)算,一、燃燒所需空氣量及過(guò)量空氣系數(shù),計(jì)算前提 1空氣量與煙氣量的計(jì)算均以1kg燃料的收到基為基礎(chǔ)； 2空氣和煙氣的所有組成成分（包括水蒸汽，分壓很?。勺骼硐霘怏w，每摩爾氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的容積是22

15、.4nm3； 3. 空氣中只有o2和n2成分，其容積比為： 4. 氣體容積計(jì)算的單位均為nm3/kg。,理論空氣量,過(guò)量空氣系數(shù)、實(shí)際空氣量和漏風(fēng)系數(shù) 1）過(guò)量空氣系數(shù)燃燒時(shí)實(shí)際供給空氣量與理論空氣量之比： 爐膛出口處過(guò)量空氣系數(shù)為平均值，與燃燒設(shè)備、燃料種類、燃燒方式等有關(guān)。層燃爐 ； 室燃爐 。 2）實(shí)際空氣量： nm3/kg 3）漏風(fēng)系數(shù) 鍋爐運(yùn)行時(shí)，爐中處于負(fù)壓工作狀態(tài)，爐外冷空氣從爐墻、門孔幾個(gè)受熱面貫穿墻處漏入爐內(nèi)，使?fàn)t內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)煙煙氣流程逐漸增大，其值為：,要點(diǎn) 煙氣側(cè)：爐膛后直至排煙處，過(guò)量空氣系數(shù)逐漸增大， 煙氣側(cè)過(guò)量空氣系數(shù)， 存在一個(gè)最佳的過(guò)量空氣系數(shù)，通常用爐膛出口

16、的過(guò)量空氣系數(shù)表示; 空氣側(cè)：由鍋爐送風(fēng)機(jī)開始，均為正壓， 空氣側(cè)過(guò)量空氣系數(shù); 逐漸減小，向外的漏風(fēng)逐漸減少,二、燃燒產(chǎn)生的煙氣容積計(jì)算,理論煙氣量 計(jì)算理論煙氣量中的各項(xiàng)氣體的容積： 1、三原子氣體煙氣量 2、理論氮?dú)饬?3、理論水蒸氣量,1、三原子氣體煙氣量,2、理論氮?dú)饬?3、理論水蒸氣量 （1）由煤中的水分 （2）煤中氫元素轉(zhuǎn)換的水分 （3）由理論空氣量v0帶入的水分，即相對(duì)于每kg燃煤帶入的水蒸氣容積 0.0161dv0 nm3/kg,實(shí)際煙氣量 過(guò)量空氣中的水蒸氣容積,每kg燃料燃燒后產(chǎn)生的煙氣的質(zhì)量,三原子氣體的容積份額 在輻射換熱計(jì)算中，三原子氣體ro2，h2o均參與輻射換熱

17、。,煙氣中的飛灰濃度 對(duì)輻射換熱有較大的作用，即每kg煙氣中飛灰的質(zhì)量。 afh煙氣攜帶出爐膛的飛灰占總灰量的份額 （afh=0.850.95）。,2-3 煙氣分析方法,煙氣分析的目的 對(duì)于一臺(tái)正在運(yùn)行中的鍋爐，如何知道實(shí)際送入鍋爐的空氣量？如何知道空氣量是否合適？鍋爐燃燒調(diào)整？ 答案：通過(guò)實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)。 爐膛出口及煙道各處的過(guò)量空氣系數(shù)？煙氣分析測(cè)出某處的煙氣成分，再由過(guò)量空氣系數(shù)的計(jì)算式算出。,理論上煙氣分析成分 1）=1，每kg燃料完全燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙氣成分： ro2、n2、h2o； 2）1，每kg燃料完全燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙氣成分： ro2、n2、h2o、o2； 3）1，每kg燃料不完全燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙氣成分： ro2、n2、h2o、o2、co； 煙氣分析儀 1）奧氏分析儀 koh或naoh溶液吸收ro2 ，（%） 焦性沒(méi)食子酸的堿性溶液吸收o2及ro2，（%） 氯化亞銅氨溶液吸收co及o2，（%） 2）色譜層析儀 3）紅外線煙氣分析儀,2-4 空氣和煙氣焓的計(jì)算,焓值的概念與計(jì)算 描述流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)行能量交換的關(guān)系時(shí)，焓是最有用和有效的； 單位質(zhì)量的物質(zhì)所含的全部熱能，僅與狀態(tài)有關(guān)，而與途徑無(wú)關(guān)； 實(shí)際計(jì)算中需要知道燃燒產(chǎn)