鍋爐學(xué)第二章燃料及特性

鍋爐學(xué)第二章燃料及特性●

有機(jī)燃料固體燃料（以煤炭為主）液體燃料（以原油、重油和渣油為主）氣體燃料（以煤氣和天然氣為主）第一節(jié)燃料及燃燒一、燃料的定義與重要性通過燃燒釋放熱能的可燃物質(zhì)為燃料。燃料的種類和特性對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行、鍋爐設(shè)計(jì)和燃燒器形式等有重要影響。二、燃料分類

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核燃料

第2頁,共33頁，2024年2月25日，星期天1、煤的成分●煤是由多種有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)混合組成的復(fù)雜的固體碳?xì)淙剂??！裼捎诼袢氲叵碌纳疃群蜁r(shí)間不同，就會(huì)形成不同的煤種。

三、煤的成分及分析基準(zhǔn)2、煤的成分分析

元素分析和工業(yè)分析第3頁,共33頁，2024年2月25日，星期天碳:是煤中主要發(fā)熱成分，發(fā)熱量32866KJ/Kg，一部分為揮發(fā)分碳、一部分為固定碳。含碳量高的煤，發(fā)熱量較高，但不易著火。氫：是煤中最有利元素，發(fā)熱量120520KJ/Kg，發(fā)熱量大約是碳的4倍，燃點(diǎn)低，易著火，無污染。氧和氮：不可燃物質(zhì)，為有害元素。一部分N會(huì)與氧化合而生成NOx，造成大氣污染3、元素分析分析煤中各元素（C、H、O、N、S、A、M)的組成第4頁,共33頁，2024年2月25日，星期天硫：可燃的有害物質(zhì)；三種存在形式，有機(jī)硫、黃鐵礦（FeS2)和硫酸鹽硫。燃燒產(chǎn)物SO2、SO3污染大氣，腐蝕設(shè)備，磨損磨煤部件。灰分：降低發(fā)熱量，著火推遲；熔融灰吸熱，燃燒溫度降低，排渣熱損失和機(jī)械未完全燃燒熱損失增加；積灰、結(jié)渣，磨損的根源；增加制粉系統(tǒng)能耗；污染環(huán)境。水分：降低發(fā)熱量，著火推遲；燃燒溫度降低，鍋爐效率降低；加劇受熱面腐蝕和堵灰；各元素成分百分?jǐn)?shù)表示：

C+H+O+N+S+A+M=100%第5頁,共33頁，2024年2月25日，星期天4、工業(yè)分析煤水分揮發(fā)分固定碳灰分焦碳

（一）、成分分析揮發(fā)分是煤有機(jī)分解后的氣體物質(zhì)，由可燃物質(zhì)：（碳?xì)浠衔?、氫、一氧化碳、硫化氫等組成。）不可燃物質(zhì)：（少量的氧、二氧化碳、氮）組成。揮發(fā)分含量是煤的分類的重要依據(jù)。水分會(huì)使?fàn)t內(nèi)溫度下降，影響燃料的著火，并增大排煙熱損失，也會(huì)加劇尾部受熱面的腐蝕和堵灰,外部水分和內(nèi)部水分之和稱為全水分。煤中的灰分為不可燃物質(zhì)。灰分的存在不僅使單位燃料量的發(fā)熱量減少，而且影響燃料的著火和燃盡，也是造成鍋爐受熱面積灰、結(jié)渣、磨損的主要因素。煤在失去水分和揮發(fā)分后剩余部分即為焦碳，它包括固定碳和灰分。第6頁,共33頁，2024年2月25日，星期天（二）、工業(yè)分析過程1、水分（外部水分和內(nèi)部水分）全水分測(cè)定：將原煤樣置于105℃～110℃（褐煤溫度應(yīng)為145℃）的烘箱內(nèi)2h，使之干燥至恒重，所失去的重量。2、揮發(fā)分將失去水分的煤樣，在（900±10℃）的溫度下，隔絕空氣加熱7min，失去的重量。3、固定碳和灰分原煤失去水分和揮發(fā)分之后，剩余為焦炭。將焦炭放在箱形電爐中，在（815±10℃）的溫度下灼燒2h，失去重量為固定碳，剩余部分為灰分。第7頁,共33頁，2024年2月25日，星期天四煤的成分分析基準(zhǔn)及其換算●定義：根據(jù)煤存在的條件和根據(jù)需要而規(guī)定的“成分組合”稱為分析基準(zhǔn)。收到基空氣干燥基干燥基干燥無灰基第8頁,共33頁，2024年2月25日，星期天1、收到基以收到狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)計(jì)算煤中全部成分的組合稱為收到基，其中包括全部水分，收到基以下角標(biāo)ar表示。

Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%

FCar+Var+Aar+Mar=100%

2、空氣干燥基煤樣在實(shí)驗(yàn)室規(guī)定的溫度下自然干燥失去外部水分后，其余的成分組合便是空氣干燥基，并以下角稱ad表示。

Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%FCad+Vad+Aad+Mad=100%第9頁,共33頁，2024年2月25日，星期天

3、干燥基以假想無水狀態(tài)煤為基準(zhǔn)，以下角稱d表示。由于已不受水分的影響，灰分含量百分?jǐn)?shù)相比較穩(wěn)定，可用于比較兩種煤的含灰量。

Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%FCd+Vd+Ad=100%4、干燥無灰基以假想無水、無灰狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)，以下角稱daf表示。由于不受水分、灰分影響，常用于比較兩種煤中的碳、氫、氧、氮、硫成分含量的多少。

Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%FCdaf+Vdaf=100%第10頁,共33頁，2024年2月25日，星期天ACHONSMinMf收到基空氣干燥基干燥基干燥無灰基灰分固定碳揮發(fā)分水分元素分析工業(yè)分析

煤的成分及各種分析基準(zhǔn)之間的關(guān)系第11頁,共33頁，2024年2月25日，星期天煤成分基準(zhǔn)間的換算

不同基準(zhǔn)之間的換算公式表2-1

未知成分X=換算系數(shù)K×已知成分X0例:

第12頁,共33頁，2024年2月25日，星期天所求

X

已知X0收到基空氣干燥基干燥基干燥無灰基收到基1空氣干燥基1干燥基1干燥無灰基1煤的成分基準(zhǔn)換算系數(shù)水分換算第13頁,共33頁，2024年2月25日，星期天基準(zhǔn)換算的依據(jù)：任意兩種不同基準(zhǔn)下的同類成分的比值都相等；分比定理第14頁,共33頁，2024年2月25日，星期天二、煤的主要特性

1、煤的發(fā)熱量：煤的發(fā)熱量是指單位質(zhì)量的煤在完全燃燒時(shí)放出的全部熱量。煤的發(fā)熱量高位發(fā)熱量低位發(fā)熱量

當(dāng)發(fā)熱量中包括煤燃燒后所產(chǎn)生的水蒸汽凝結(jié)放出的汽化潛熱時(shí)，稱為高位發(fā)熱量，用Qgr表示。

當(dāng)發(fā)熱量中不包括水蒸汽凝結(jié)放出的汽化潛熱時(shí)，稱為低位發(fā)熱量，用Qnet表示。第15頁,共33頁，2024年2月25日，星期天

我國在鍋爐的有關(guān)計(jì)算中采用低位發(fā)熱量。

高位發(fā)熱量與低位發(fā)熱量之間的關(guān)系為：不同基準(zhǔn)高位發(fā)熱量之間的換算可以利用表2-1第16頁,共33頁，2024年2月25日，星期天若煤種不含水分，發(fā)熱量就沒有高位低位之分？第17頁,共33頁，2024年2月25日，星期天2、發(fā)熱量的測(cè)量：●測(cè)量設(shè)備：氧彈式量熱儀●測(cè)量原理：取1g左右的煤樣放在氧彈5中，氧彈中充滿氧氣后點(diǎn)火燃燒，測(cè)得的單位質(zhì)量的煤放出的熱量即彈筒發(fā)熱量。

彈筒發(fā)熱量高于煤的高位發(fā)熱量。由于S和N在過剩氧的作用下生成的SO3和NOX與氧彈中的水形成硫酸和硝酸，而生成酸的反應(yīng)會(huì)放出熱量。第18頁,共33頁，2024年2月25日，星期天2、發(fā)熱量的測(cè)量：第19頁,共33頁，2024年2月25日，星期天計(jì)算公式：其中：第20頁,共33頁，2024年2月25日，星期天●

折算成分折算水分(%)

折算灰分(%)

折算硫分(%)3、煤的折算成分：●根據(jù)折算成分，煤的分類：當(dāng)煤中的Mar,zs＞8%時(shí)稱為高水分煤；當(dāng)Aar,zS＞4%時(shí)稱為高灰分煤；當(dāng)Sar,zS＞0.2%時(shí)，稱為高硫分煤。對(duì)應(yīng)于每4190KJ/kg收到基低位發(fā)熱量的…第21頁,共33頁，2024年2月25日，星期天4、標(biāo)準(zhǔn)煤●為了對(duì)燃用不同煤種的鍋爐機(jī)組或電廠進(jìn)行燃料消耗分析?！穸x：收到基發(fā)熱量為29310KJ/kg（7000Kcal/kg）的煤為標(biāo)準(zhǔn)煤實(shí)際燃料消耗量折合成標(biāo)準(zhǔn)煤第22頁,共33頁，2024年2月25日，星期天2、煤灰的熔融性●概念：煤在燃燒后殘留的灰分是由各種礦物質(zhì)成分組成的混合物，它沒有固定的由固相轉(zhuǎn)為液相的熔融溫度，在一定溫度下，有些組分會(huì)形成共熔體，從而改變灰分的成分及其熔融特性。●灰分熔融溫度的測(cè)定方法：角錐法和柱體法。國內(nèi)采用角錐法。第23頁,共33頁，2024年2月25日，星期天●角錐法測(cè)量原理：

將煤灰制作成底邊長為7mm的等邊三角形，高為20mm的角錐。將錐體放入半還原性氣體的灰熔點(diǎn)測(cè)定儀中，以規(guī)定的速度升溫，觀測(cè)灰錐在熔融過程中的三個(gè)特征溫度，來標(biāo)示煤灰的熔融特性?！裉匦詼囟龋鹤冃螠囟?/p>

DT軟化溫度ST流動(dòng)溫度FT第24頁,共33頁，2024年2月25日，星期天●

熔融性的三個(gè)特性溫度：DT（t1）ST（t2）FT（t3）ST—軟化溫度，灰錐尖端彎曲到托板上或整個(gè)灰錐變成半球形時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度；DT—變形溫度，灰錐頂端開始變圓或彎曲時(shí)的溫度；FT—流動(dòng)溫度，錐體熔化成液體并在托板上流動(dòng)（厚度在1.5mm以下）時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度；第25頁,共33頁，2024年2月25日，星期天ST<1200℃煤灰稱為易熔灰。ST>1400℃煤灰稱為難熔灰。宜采用固態(tài)排渣。ST-DT>200℃時(shí)，說明灰渣的液態(tài)與固態(tài)共存的時(shí)間長。稱為長渣。ST-DT<100℃時(shí)，說明灰渣的液態(tài)與固態(tài)共存的時(shí)間短。稱為短渣。對(duì)固態(tài)排渣，為減輕爐內(nèi)結(jié)渣，應(yīng)燃用具有短渣性質(zhì)的煤。為避免爐膛出口受熱面結(jié)渣，應(yīng)使?fàn)t膛出口煙溫比DT低50～100℃第26頁,共33頁，2024年2月25日，星期天●

影響灰熔性的因素：（1）煤的化學(xué)組成：酸性氧化物：SiO2、Al2O3和TiO2等，堿性氧化物：Fe2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O等

煤灰中熔點(diǎn)高的酸性氧化物增加會(huì)使灰熔點(diǎn)提高；而熔點(diǎn)較低的堿性氧化物增多則會(huì)使灰熔點(diǎn)降低。第27頁,共33頁，2024年2月25日，星期天（2）周圍介質(zhì)的性質(zhì)

當(dāng)爐內(nèi)處于氧化性氣氛時(shí)，灰中鐵呈氧化狀態(tài)（Fe2O3），熔點(diǎn)較高。在還原性和半還原性氣氛中，F(xiàn)e2O3會(huì)還原成FeO，并可能與其它氧化物形成共熔體，灰熔點(diǎn)隨含鐵量的增加將迅速下降。因此，介質(zhì)氣氛不同，會(huì)使灰熔點(diǎn)變化200~300℃。第28頁,共33頁，2024年2月25日，星期天3、煤的可磨性系數(shù)和磨損指數(shù)

1）、煤的可磨性系數(shù)●

概念：由于煤的機(jī)械性質(zhì)不同，有的煤較難破碎，有的卻容易破碎，煤被磨成一定細(xì)度的煤粉的難易程度稱為煤的可磨性。用可磨性系數(shù)來表示煤的可磨性。第29頁,共33頁，2024年2月25日，星期天●測(cè)定公式：

目前國內(nèi)采用哈德格羅夫（Hardgrove）法測(cè)定的哈氏可磨性系數(shù)，即：式中：——為通過孔徑為74μm的篩子的煤粉量。第30頁,共33頁，2024年2月25日，星期天●哈氏可磨性系數(shù)的測(cè)定方法為：

將空氣干燥后，粒度為0.63~1.25mm的50g煤樣放入哈氏可磨性試驗(yàn)機(jī)中。在鋼球上施加284N的總作用力，驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行研磨，旋轉(zhuǎn)60轉(zhuǎn)后，將磨制好的煤粉放入孔徑74μm的篩子上進(jìn)行篩分。第31頁,共33頁，2024年2月25日，星期天

●全蘇熱工