第2章燃料及燃料燃燒計算——鍋爐原理.ppt

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(zhì)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 ）分析標(biāo)準(zhǔn)：GB/T476-2001 煤的元素分析方法 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120

2、370kJ。 氧和氮是不可燃成分。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(nóng)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(cè)的腐蝕和堵灰?；曳植粌H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(jié)渣、沾污、磨損、堵灰，影響鍋爐運行的經(jīng)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。 元素分析ultimate analysis工業(yè)分析p

3、roximate analysis工業(yè)分析成分:水分（Moisture）揮發(fā)分（Volatile）固定碳（Fixed Carbon）灰分（Ash）分析標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 212-2008煤的工業(yè)分析方法1 水分的測定煤中水分分為外部水分和內(nèi)部水分。外部水分是指可以依靠在空氣中自然干燥而去除的水分，內(nèi)部水分是指煤在含有水蒸汽的空氣中達到平衡狀態(tài)時的水分，外部水分和內(nèi)部水分的總和稱為全水分。測定內(nèi)部水分時，稱取粒度為0.2mm以下的空氣干燥煤樣（10.1）g置于預(yù)先通入干燥氮氣并已加熱到105110干燥箱中，煙煤干燥1.5h，褐煤、無煙煤、煙煤干燥2h，然后根據(jù)煤樣的質(zhì)量損失計算出水分的百分含量。2

4、灰分的測定稱取一定質(zhì)量的空氣干燥煤樣，放入馬弗爐內(nèi)，然后以一定速度加熱到（81510），灼燒到恒重，并冷卻至室溫后稱重，以殘留物質(zhì)占煤樣原質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)作為灰分。3 揮發(fā)分的測定稱?。?0.1）g空氣干燥煤樣，放入帶蓋的瓷坩鍋中，在（90010）的溫度下，隔絕空氣加熱7min，以所失去的質(zhì)量占煤樣原質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)減去該煤樣的水分（Mad）即為揮發(fā)分。揮發(fā)分實際上是煤中有機物分解而析出的氣體產(chǎn)物。揮發(fā)分的含量與碳化程度有關(guān)，碳化程度很深的無煙煤，揮發(fā)分只有2%10%，而地質(zhì)年代較淺的褐煤，揮發(fā)分可達37%60%。揮發(fā)分的主要成分是各種碳氫化合物、氫、一氧化碳、硫化氫等可燃氣體，還有少量的O2、CO2

5、、N2等不可燃氣體，其熱值在1700071000kJ/kg之間。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炭球，易于燃盡，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(biāo)。4 固定碳含量的計算揮發(fā)分析出后，剩下的是焦炭，焦炭就是固定碳和灰分。固定碳可以按下式計算： FCad=100-(Mad+Aad+Vad) 煤的工業(yè)分析成分對鍋爐工作的影響 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(chǎn)物。揮發(fā)分的含量與碳化程

6、度（地質(zhì)年代）有關(guān)，碳化程度很深（地質(zhì)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(zhì)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(zhì)年代越久含氧越少，揮發(fā)分發(fā)熱量越高，如：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，也不容易燃燒完全。故揮發(fā)分含量成為煤分類的重要指標(biāo)。水分的影響低位發(fā)熱量降低：有效熱

7、量減少，著火熱增大爐內(nèi)溫度下降：機械、化學(xué)未完全燃燒熱損失增加煙氣量增加：排煙熱損失，引風(fēng)機電耗煙氣露點升高：低溫受熱面積灰、腐蝕過熱汽溫升高：水分增加1汽溫升高約1.5輸煤系統(tǒng)：堵煤制粉系統(tǒng)：熱空氣量增加（進一步增加著火熱）或熱風(fēng)溫度升高灰分的影響發(fā)熱量下降；排渣物理顯熱增加；理論燃燒溫度下降，燃燒速度降低，燃燒穩(wěn)定性變差，q4增加；產(chǎn)生灰殼：q4增加；磨損、積灰、排煙溫度升高、q2增加；造成爐內(nèi)結(jié)渣、高溫腐蝕；制粉系統(tǒng)能耗增加；造成環(huán)境污染；過熱蒸汽溫度升高：灰分增加10%汽溫升高5二、煤的成分分析基準(zhǔn) 收到基：以收到狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)，包括全部水分和灰分在內(nèi)的燃煤成分總量，用下標(biāo)“ar” (

8、as received)來表示。（原應(yīng)用基，如Cy）Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100% C+H+O+N+S+A+M=100%空氣干燥基：以與空氣濕度達到平衡狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)，用下標(biāo)“ad” (air dry basis)來表示。(原分析基，如Cf)Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%干燥基：以假想無水狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)，用下標(biāo)“d” (dry basis)表示。 (原干燥基，如Cg)Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100% 干燥無灰基：以假想無水、無灰狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)，用下標(biāo)“daf” (dry ash free)表示。 (原可燃基，如Cr

9、)Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，表21（p16）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(chǎn)生的熱量，它包括燃燒產(chǎn)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(2510kJ/kg)的熱量。煤發(fā)熱量的大小取決于煤中可燃質(zhì)的多少，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(biāo)準(zhǔn)煤：不同煤的發(fā)熱量差別很大，為便于比較與煤

10、發(fā)熱量有關(guān)的經(jīng)濟指標(biāo)，規(guī)定以Qar,net,p29310kJ/kg(7000kcal/kg)的煤作為標(biāo)準(zhǔn)煤。若實際煤耗量為B，煤的發(fā)熱量為Qar,net,p，則折算成標(biāo)準(zhǔn)煤的消耗量Bb為折算成分：隨同煤一起進入鍋爐的各種雜質(zhì)的數(shù)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應(yīng)于4l90kJ/kg(1000kcal/kg)收到基低位發(fā)熱量的收到基成分含量2、灰的熔融特性當(dāng)燃料在爐內(nèi)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(jié)于其上，即所謂結(jié)渣。輕者影響受熱面

11、傳熱，重者迫使鍋爐停爐打渣。因此燃料灰分熔融性對鍋爐設(shè)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，爐內(nèi)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

12、多）；熔化溫度FT（fusing temperature），是指錐體呈流體狀態(tài)能沿平面流動(也有稱為流動溫度，fluid temperature,不確切)。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(dāng)ST1400時，稱為具有難熔灰分的煤，當(dāng)ST1350時，造成爐內(nèi)結(jié)渣的可能性不大。為了避免爐膛出口處結(jié)渣，爐膛出口煙溫應(yīng)至少比DT低50100。影響灰熔點的因素灰的成分：酸性氧化物、堿性氧化物純氧化物灰熔點很高，且恒定。多種復(fù)合化合物的混合物或者共晶體：熔點低且不恒定。酸性氧化物提高灰熔點，堿性氧化物降低灰熔點灰中含

13、鐵量增加，灰的熔化溫度下降 含鐵量少時（86易磨;HGI12，A4050，因而發(fā)熱量低，Qar,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(fēng)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(jié)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(zhì)燃料。工業(yè)鍋爐行業(yè)煤的分類第二節(jié) 燃料燃燒

14、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(xiàn)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(yīng)如下：C+O2=CO22H2+O2=2H2OS+O2=SO2空氣和煙氣均認(rèn)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/m3C + O2 = CO21mol + 1mol 1mol12g + 22.4l 22.4l 例：2過量空氣系數(shù)在鍋爐的實際燃燒過程中，空氣與燃料不可能充分理想混合，燃料中可燃元素不可能都有機會與氧分子進行反應(yīng)。故

15、實際供給的空氣量應(yīng)比理論空氣量多一些，以使燃燒反應(yīng)能在有多余氧的情況下充分進行。實際供給的空氣量Vk（Nm3/kg）與理論空氣量（Nm3/kg）的比值稱為過量空氣系數(shù)，即：在負壓下工作的鍋爐機組，外界冷空氣會通過鍋爐的不嚴(yán)密處漏入爐膛以及其后的煙道中，致使煙氣中過量空氣增加，相對于1kg燃料而言，漏入空氣量與理論空氣量之比稱為漏風(fēng)系數(shù)，以表示 由于存在漏風(fēng)，鍋爐煙道內(nèi)的過量空氣系數(shù)沿?zé)煔饬鞒淌侵饾u增大的。爐膛后任一煙道截面處的過量空氣系數(shù) 二、燃燒產(chǎn)物容積1理論煙氣容積理論煙氣容積是指相應(yīng)于1kg煤，在供應(yīng)空氣量為理論空氣量（1）時，完全燃燒后產(chǎn)物的容積。理論煙氣容積的成分包括：煤中碳、硫與氧

16、反應(yīng)生成的CO2和SO2（合稱RO2）；煤中氫與氧反應(yīng)生成的H2O；煤中水分和空氣中水蒸汽轉(zhuǎn)移到煙氣中形成的H2O；煤和空氣中帶入的N2。2實際煙氣容積實際煙氣容積是指相應(yīng)于1kg煤，在供應(yīng)空氣量超過理論空氣量（1）時，燃燒產(chǎn)物的容積。在這種情況下，煙氣中的成分除了RO2、H2O和N2外，還有空氣中未參加反應(yīng)的過剩O2，實際煙氣容積可以看作由兩部分組成，一部分是相應(yīng)于理論空氣量產(chǎn)生的理論煙氣容積，另一部分是過?？諝庵苯愚D(zhuǎn)移到煙氣中，這部分容積為：實際煙氣容積： 上面結(jié)果可適用于不完全燃燒煙氣構(gòu)成：3.燃燒計算涉及的其它參數(shù)fh飛灰份額，飛灰占總灰分的質(zhì)量份額。固態(tài)排渣煤粉爐取0.95；鏈條爐取

17、0.2；循環(huán)床鍋爐取0.20.5。第三節(jié) 煙氣分析及應(yīng)用運行中的鍋爐，燃料燃燒生成的煙氣，其組成和容積是隨運行工況的變化而變化的。測定與計算運行鍋爐中煙氣的成分、煙氣容積和過量空氣系數(shù)，是為了了解爐內(nèi)的燃燒情況，從而進行燃燒調(diào)整及改進燃燒設(shè)備。 以RO2、O2、N2、CO分別表示干煙氣中二氧化碳和二氧化硫、氧、氮及一氧化碳所占的容積百分?jǐn)?shù) 不完全燃燒方程當(dāng)煙氣中的不完全燃燒產(chǎn)物只有CO時，煙氣中各成分的容積百分?jǐn)?shù)與燃料的元素組成成分必定滿足的關(guān)系式燃料特性系數(shù)的物理意義：燃料中自由H和C的比值。燃料中自由氫越多，就越大。 可簡化為：燃料特性系數(shù)完全燃燒方程完全燃燒時，CO=0在燃料值一定時，無

18、論過量空氣量如何，干煙氣成分測量值應(yīng)滿足上式。如不能滿足，則說明煙氣分析不準(zhǔn)確，或有碳未燃盡，或有CO存在。 運行過量空氣系數(shù)計算 不完全燃燒時 完全燃燒時 第四節(jié) 空氣和煙氣焓的計算不論是空氣還是煙氣，其焓值均以1 kg計算燃料為準(zhǔn)，且都從0算起，即0時各焓值為0?；异剩豪碚摽諝忪手担?1）理論煙氣焓值（=1）煙氣焓值實際空氣焓值（1）例題1燃料燃燒計算.xls例題2焓溫表計算.xls鍋爐原始數(shù)據(jù)過熱蒸汽流量 Dgr 2209 t/h過熱蒸汽壓力 pgr 17.42 Mpa過熱蒸汽溫度 tgr 541 再熱蒸汽流量 Dzr 1858 t/h再熱蒸汽壓力（進口/出口） pzr1/pzr2 4.03/ 3.85 Mpa再熱蒸汽溫度（進口/出口） Tzr1/Tzr2 333/ 541 給水壓力 pgs 18.92 Mpa給水溫度 tgs 283 燃燒方式 四角布置、切向燃燒當(dāng)?shù)卮髿鈮海?00.7 kpa空氣中含水率 10 克/千克干空氣制粉系統(tǒng)型式 中速磨煤機正壓冷一次風(fēng)機直吹式再熱蒸汽調(diào)溫方式：擺動式燃燒