第2章燃料及燃料燃燒計算

1、第二章 燃料及燃料燃燒計算 我國的燃料政策：電站鍋爐以燃煤為主，并且盡量燃用劣質煤。 一、煤的成分 煤的組成成分(元素分析成分)： 碳（Carbon） 氫（Hydrogen） 氧（Oxygen） 氮（Nitrogen） 硫（Sulphur,or Sulfur） 灰分（Ash） 水分（Moisture ）第一節(jié) 鍋爐燃料的成分和主要特性 碳是燃料中的主要可燃元素，一般占燃料成分的20%70%。 1kg純碳完全燃燒生成CO2，放熱32866kJ，1kg純碳不完全燃燒時生成CO，僅放熱9270kJ。 煤中氫的含量為2%6%，氫的發(fā)熱量很高，1kg氫的低位發(fā)熱量為120370kJ。 氧和氮是不可燃成分

2、。氮在高溫下形成氮氧化物（NOx），造成大氣污染。 煤中硫含量一般在1%5%。 1kg硫燃燒后生成9050kJ熱量。硫燃燒生成SO2對人體有害，大氣中SO2會氧化成SO3并最終形成酸雨，酸雨對工業(yè)、農業(yè)都有十分不利的影響。硫含量增多，會造成鍋爐高、低溫受熱面煙氣側的腐蝕和堵灰。 灰分不僅降低發(fā)熱量，影響著火及燃燒的穩(wěn)定性，而且容易形成結渣、沾污、磨損、堵灰，影響鍋爐運行的經濟性和安全性。 水分增加，影響燃料的著火和燃燒速度，增大煙氣量，增加排煙熱損失，加劇尾部受熱面的腐蝕和堵灰。水分增加也會增加煤粉制備的難度。 工業(yè)分析proximate analysis 工業(yè)分析成分: 水分（Moistur

3、e） 揮發(fā)分（Volatile） 固定碳（Fixed Carbon） 灰分（Ash） 分析標準：GB/T 212-2008煤的工業(yè)分析方法煤的工業(yè)分析成分對鍋爐工作的影響 u 揮發(fā)分揮發(fā)分的成分：各種碳氫化合物、氫、一氧化碳、硫化氫等可燃氣體。含量：揮發(fā)分實際上是煤中有機物分解而析出的氣體產物。揮發(fā)分的含量與碳化程度（地質年代）有關，碳化程度很深（地質年代長）的無煙煤，揮發(fā)分只有2%10%，揮發(fā)分析出的溫度也高。而碳化程度很低（地質年代較短）的褐煤，揮發(fā)分可達37%60%，揮發(fā)分析出的溫度較低（小于200）。熱值：1700071000kJ/kg之間。地質年代越久含氧越少，揮發(fā)分發(fā)熱量越高，如：

4、無煙煤的揮發(fā)分發(fā)熱量高，而褐煤的揮發(fā)分發(fā)熱量低。對鍋爐的影響：揮發(fā)分是煤中最有利的可燃成分，對鍋爐的工作有很大對鍋爐的影響：揮發(fā)分是煤中最有利的可燃成分，對鍋爐的工作有很大影響。揮發(fā)分著火溫度較低，煤顆粒在揮發(fā)分析出后成為疏松多孔的焦影響。揮發(fā)分著火溫度較低，煤顆粒在揮發(fā)分析出后成為疏松多孔的焦炭球，易于燃燼，燃燒損失較少。反之，揮發(fā)分較少的煤著火困難，也炭球，易于燃燼，燃燒損失較少。反之，揮發(fā)分較少的煤著火困難，也不容易燃燒完全。故揮發(fā)分含量成為煤分類的重要指標。不容易燃燒完全。故揮發(fā)分含量成為煤分類的重要指標。u 水分的影響低位發(fā)熱量有效熱量著火熱爐內溫度，機械、化學未完全燃燒熱損失排煙熱

5、損失，引風機電耗低溫受熱面積灰、腐蝕過熱汽溫：11.5制粉系統(tǒng)u 灰分的影響發(fā)熱量排渣物理顯熱理論燃燒溫度 灰殼 機械不完全燃燒熱損失爐膛溫度下降、燃燒穩(wěn)定性 不完全燃燒熱損失磨損、積灰 排煙溫度 排煙熱損失爐內結渣、高溫腐蝕制粉系統(tǒng)能耗環(huán)境污染三、煤的主要特性 1、煤的發(fā)熱量 高位發(fā)熱量：Qar,gr是指 1kg煤完全燃燒后能夠產生的熱量，它包括燃燒產物(煙氣)中水分的汽化潛熱。 低位發(fā)熱量： Qar,net,p指從高位發(fā)熱量中扣除了水蒸氣的汽化潛熱后的熱量。9,p,100100()25.1(9)ararHMar netar grar grararQQrQHM煤發(fā)熱量的大小取決于煤中可燃質的

6、多少，目前主要依靠氧彈式熱量計來測量（GB/T 213-2008 煤的發(fā)熱量測定方法,試驗）對于折算灰分AZS4.0、折算水分MZS8.0、折算硫分SZS0.2的煤分別稱為高灰分煤、高水分煤、高硫分煤。標準煤：不同煤的發(fā)熱量差別很大，為便于比較與煤發(fā)熱量有關的經濟指標，規(guī)定以Qar,net,p29310kJ/kg的煤作為標準煤。若實際煤耗量為B，煤的發(fā)熱量為Qar,net,p，則折算成標準煤的消耗量Bb為ar,p29310netbQBB折算成分：隨同煤一起進入鍋爐的各種雜質的數量對鍋爐工作造成的危害程度折合成相同的一定發(fā)熱量下的含量，更具有可比性。為此引入折算成分的概念。煤的折算成分含量是指對

7、應于4l90kJ/kg收到基低位發(fā)熱量的收到基成分含量ar,zsar,zsar,zs,(,)(,)4190,%arararnet arAMSAMSQ2、灰的熔融特性 當燃料在爐內燃燒時，在高溫的火焰中心，灰分呈熔化或軟化狀態(tài)，具有粘性。這種具有粘性的灰粒如果接觸到受熱面管子或爐墻，就會粘結于其上，即所謂結渣。輕者影響受熱面?zhèn)鳠幔卣咂仁瑰仩t停爐打渣。因此燃料灰分熔融性對鍋爐設計和正常運行有很大的影響。 GB/T219-2004煤灰熔融性的測定方法 把灰樣制成三角錐體，錐高為20mm，底邊長為7mm的等邊三角形，錐體的一棱面垂直于底面。然后將灰錐托板送入放在硅碳管高溫爐中加熱，以規(guī)定的溫度升溫，

8、爐內保持弱還原性氣氛。隨時觀察灰錐的形態(tài)變化，記錄灰錐的三個熔融特征溫度 變形溫度DT（deformation temperature），錐頂變圓或開始傾斜；軟化溫度ST（softening temperature），錐頂彎至底或萎縮成球形；半球溫度HT(half ball temperature)，錐體變化為半球形（用的不多）；熔化溫度FT（fusing temperature），是指錐體呈流體狀態(tài)能沿平面流動。DT、ST、FT這三個溫度表示燃料中灰分的熔化特性，均可稱為灰熔點。對大部分煤來說，其灰分的這三個溫度約為10001600，當ST1400時，稱為具有難熔灰分的煤，當ST1350時，

9、造成爐內結渣的可能性不大。為了避免爐膛出口處結渣，爐膛出口煙溫應至少比DT低50100。四、煤的分類 我國動力用煤常以干燥無灰基揮發(fā)分（Vdaf）為主要依據進行分類，大致可以分為：無煙煤、貧煤、煙煤、褐煤等。由于它們的成分和特性不同，在燃燒中的反應也顯著不同，只有清楚了解它們的特性，才能獲得最佳的運行性能。 無煙煤Vdaf10；貧煤Vdaf=1020；煙煤Vdaf2040；褐煤Vdaf4050，甚至達60。 1無煙煤 無煙煤的揮發(fā)分含量最低，含碳量很高，一般C50，最高可達95；灰分不高，一般A625；水分較少，M315。所以無煙煤的發(fā)熱量較高，一般為Qar,net,p2500032500kJ

10、/kg。揮發(fā)分的析出溫度高，不易點燃，燃盡也不容易，焦炭無粘結性。 2貧煤 貧煤的性質介于無煙煤和煙煤之間。其燃燒性質接近于無煙煤，難以著火和燃盡。貧煤的碳化程度比無煙煤低，發(fā)熱量較高，一般不結焦。3煙煤煙煤揮發(fā)分含量較高，變化范圍也較寬。它的碳化程度較無煙煤淺，含碳量C4070，少數能達到75；一般灰分不大，A730，高者達50；水分適中M318；發(fā)熱量也相當高，Qar,net,p2000030000kJ/kg。大多數煙煤都容易點燃，燃燒快，燃燒時火焰較長。多數具有或強或弱的焦結性。煙煤中有一種劣質煙煤，揮發(fā)分中等，Vdaf2030，但水分和灰分較高，M12，A4050，因而發(fā)熱量低，Qar

11、,net,p1100012500kJ/kg。這種煤的著火及燃燒均不容易。另外還要考慮受熱面積灰和磨損等問題。4褐煤褐煤碳化程度較低，呈褐黑色，尚有清楚木紋，易風化成粉末。褐煤揮發(fā)物含量高，有的甚至達60，開始析出揮發(fā)分的溫度低，易于著火和燃燒；褐煤含碳量不多，但含氧量很高；灰分變化范圍很大，A640；水分含量大M2040。褐煤發(fā)熱量不高Qar,net,p1150021000kJ/kg；焦炭不結焦。此外，在動力燃料中還有泥煤、油頁巖和煤矸石等，均屬熱值很低的低質燃料。工業(yè)鍋爐行業(yè)煤的分類類 別干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf (%)收到基低位發(fā)熱量Q net,ar（kJ/kg）石煤和煤矸石I類II類II

12、I類544054408370837011300褐煤40837014650無煙煤I類II類III類5102093020930貧 煤102018840煙煤I類II類III類2020201130015490154901968019680第二節(jié) 燃料燃燒計算一、空氣需要量1理論空氣量理論空氣量是指1kg收到基燃料實現完全燃燒理論上必須的干空氣量，用符號v0來表示。理論空氣量的計算由燃料中各可燃成分（C、H、S）在燃燒時所需空氣相加而成，完全燃燒反應如下：C+O2=CO22H2+O2=2H2OS+O2=SO2(空氣和煙氣均認為是理想氣體，千摩爾體積22.4m3/kmol，空氣中氧體積含量21，空氣密度1.293，煙氣密度1.34kg/m3)00.0889(0.375)0.2650.033ararararVCSHO 2過量空氣系數