燃料及鍋爐熱平衡-煤的成分及分類(lèi)(鍋爐設(shè)備運(yùn)行)

燃料及煤粉制備任務(wù)1：煤的組成成分及分析基準(zhǔn)任務(wù)2：煤的特性參數(shù)任務(wù)3：煤的分類(lèi)及特點(diǎn)學(xué)習(xí)單元二鍋爐燃料任務(wù)4：燃油特性參數(shù)任務(wù)3：煤的分類(lèi)及特點(diǎn)任務(wù)3：了解煤的種類(lèi)及液體、氣體燃料特性重點(diǎn)：煤的種類(lèi)及特點(diǎn)液體、氣體燃料的特性一、動(dòng)力煤的分類(lèi)1.無(wú)煙煤2.貧煤3.煙煤4.褐煤

電廠鍋爐用煤稱(chēng)為動(dòng)力煤，動(dòng)力煤通常以煤的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分Vdaf含量為主要依據(jù)進(jìn)行分類(lèi)。大致分為：1.無(wú)煙煤無(wú)煙煤Vdaf≤10%，俗稱(chēng)白煤，表面有明顯的光澤，機(jī)械強(qiáng)度高，密度較大，不易碾磨。埋藏年代長(zhǎng)，碳化程度最深，含碳量最高一般Car＞50%，最高可達(dá)95%。揮發(fā)分含量少，且析出溫度較高，不易著火、燃盡。發(fā)熱量高Qar，net,p=21.0×103～25.0×103kJ/kg燃燒時(shí)焦炭無(wú)粘結(jié)性貯存過(guò)程中不易風(fēng)風(fēng)化和自燃。2.貧煤貧煤10%＜Vdaf＜20%，碳化程度較無(wú)煙煤低，含碳量高（Car=50%～70%）。性質(zhì)介于無(wú)煙煤與煙煤之間。揮發(fā)分較低，一般不易點(diǎn)燃發(fā)熱量不低Q,p＞18.5×103kJ/kg燃燒時(shí)火焰較短，不易結(jié)焦。對(duì)Vdaf低的貧煤，在燃燒性能方面與無(wú)煙煤相近。3.煙煤煙煤揮發(fā)分含量較高，變化也較大，一般Vdaf=20%～40%。按煙煤的燃燒特性不同，可分為兩類(lèi)：一類(lèi)為中揮發(fā)分煤

Vdaf=20%～27%、

Q,p＞16.5×103kJ/kg；另一類(lèi)為高揮發(fā)分煤

27%＜Vdaf≤40%、

Q,p＞15.5×103kJ/kg。

煙煤外表呈灰黑色，有光澤，質(zhì)地松軟，煙煤的碳化程度低于無(wú)煙煤。碳的含量Car=40%～70%灰分含量Aar=7%～30%水分含量Mar=3%～18%煙煤揮發(fā)分含量較高，著火及燃燒較容易，火焰長(zhǎng)。發(fā)熱量較高一般Qar,.net,p=20.0×103～30.0×103kJ/kg但燃燒時(shí)大多數(shù)有弱焦結(jié)性。4.褐煤

褐煤Vdaf＞40%（最高可達(dá)60%），外表多呈褐色或黑褐色，質(zhì)軟易碎。褐煤碳化程度很淺，含碳量Car=40%～50%；水分含量Mar=20%～40%、灰分含量Aar=6%～40%較高，因而發(fā)熱量較低:

（Q,p=11.5×103～21.0×103kJ/kg）。由于揮發(fā)分含量高，且析出溫度較低，故著火和燃燒都比較容易。也很容易風(fēng)化和自燃，不宜遠(yuǎn)途輸送和長(zhǎng)時(shí)間貯存。此外，在動(dòng)力煤中還有洗中煤、泥煤、油頁(yè)巖和煤矸石等，均屬熱值很低，雜質(zhì)多，單獨(dú)燃燒困難的的劣質(zhì)煤。加強(qiáng)對(duì)這些燃料的開(kāi)發(fā)利用是我國(guó)的一項(xiàng)基本能源政策。燃料及煤粉制備任務(wù)1：煤的組成成分及分析基準(zhǔn)任務(wù)2：煤的特性參數(shù)任務(wù)3：煤的分類(lèi)及特點(diǎn)學(xué)習(xí)單元二鍋爐燃料任務(wù)4：燃油特性參數(shù)任務(wù)2：煤的特性參數(shù)任務(wù)2：分析煤的特性指標(biāo)重點(diǎn)：高、低發(fā)熱量，標(biāo)準(zhǔn)煤，折算成分灰的熔融特性煤的主要特性一、煤的發(fā)熱量二、灰的熔融性

煤的主要特性包括煤的發(fā)熱量、灰的熔融性、煤的可磨性等。一、煤的發(fā)熱量

單位質(zhì)量的煤完全燃燒時(shí)所放出的熱量，稱(chēng)為煤的發(fā)熱量。用Q表示，單位kJ/kg。煤的發(fā)熱量有高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量之分。鍋爐運(yùn)行中，由于排煙溫度在110～160℃之間，煙氣中的水蒸汽不會(huì)凝結(jié)，汽化潛熱不能釋放出來(lái)，實(shí)際能被鍋爐利用的是煤的低位發(fā)熱量。國(guó)內(nèi)電廠鍋爐熱平衡計(jì)算中采用的是低位發(fā)熱量。不同基準(zhǔn)高位發(fā)熱量：直接乘以基準(zhǔn)換算系數(shù)進(jìn)行換算低位發(fā)熱量：先化成高位發(fā)熱量，再在高位發(fā)熱量間換算。與發(fā)熱量有關(guān)的兩個(gè)概念：

1.標(biāo)準(zhǔn)煤

2.折算成分

高位發(fā)熱量、低位發(fā)熱量高位發(fā)熱量：1kg煤完全燃燒所放出的熱量，其中包括燃燒產(chǎn)物中的水蒸汽凝結(jié)成水所放出的汽化潛熱，用Qgr表示。低位發(fā)熱量：1kg煤完全燃燒所放出的熱量，其中不包括燃燒產(chǎn)物中的水蒸汽凝結(jié)成水所放出的汽化潛熱,用Qnet表示。電廠燃煤按發(fā)熱量分區(qū)儲(chǔ)存標(biāo)準(zhǔn)煤規(guī)定以收到基低位發(fā)熱量Ｑa(bǔ)r，net,p＝29270kJ/kg的煤作為標(biāo)準(zhǔn)煤。若煤的收到基低位發(fā)熱量為Ｑa(bǔ)r，net,p（kJ/kg），實(shí)際煤耗量為B（t/h），折合成標(biāo)準(zhǔn)煤的消耗量為Bb（t/h），則有

折算成分

為準(zhǔn)確反映雜質(zhì)對(duì)鍋爐工作的影響，需將雜質(zhì)含量與煤的發(fā)熱量聯(lián)系起來(lái)，而引入了折算成分。對(duì)應(yīng)于煤的發(fā)熱量為4190kJ/kg時(shí)燃煤帶入鍋爐的有害雜質(zhì)的成分含量：Mzs＞8%、AZS＞4%、Szs＞0.2%時(shí)為高水分、高灰分、高硫分煤。二、灰的熔融性煤灰在某一確定的溫度下開(kāi)始熔化，此溫度稱(chēng)為灰的熔點(diǎn)（灰熔點(diǎn)）。它對(duì)鍋爐運(yùn)行有很大影響?；胰埸c(diǎn)影響因素：

灰的組成成分灰所處周?chē)h(huán)境的性質(zhì)煤中灰分含量

灰熔融性的實(shí)驗(yàn)測(cè)定常用角錐法。把煤灰用模子制成底邊長(zhǎng)為７mm、高為20mm的等邊三角錐體（其中一個(gè)側(cè)面垂直于底面及灰托板），然后連同耐高溫的灰托板放入充有適量還原性氣體（ＣＯ、Ｈ２等）的電爐內(nèi)加熱，并以規(guī)定的速度升溫。根據(jù)灰錐形態(tài)的變化，確定四個(gè)特性溫度DT、ST、HT和FT。變形溫度DT——灰錐頂端變圓或開(kāi)始彎曲時(shí)的溫度，℃；軟化溫度ST——灰錐彎曲并觸及托板時(shí)的溫度，℃；半球溫度HT——灰錐彎曲變成半球形時(shí)的溫度，℃；液化溫度FT——灰錐完全溶化成液態(tài)并能在托板上流動(dòng)時(shí)的溫度.℃；變形溫度DTdeformation（舊稱(chēng)t1

）軟化溫度STSoftening（舊稱(chēng)t2

）熔化溫度FTFluid（舊稱(chēng)t3

）灰的熔融性一般用軟化溫度ST來(lái)代表。各種煤的ST一般在1100～1600℃之間。

ST＜1200℃的煤灰稱(chēng)為易熔灰；

ST＞1400℃的煤灰稱(chēng)為難熔灰。當(dāng)灰粒溫度低于軟化溫度ST時(shí)，在受熱面上只能形成疏松的弱粘聚型灰渣，易脫落；當(dāng)灰?；蚍e灰溫度高于軟化溫度ST時(shí)，固態(tài)的灰粒將變成熔融狀態(tài)，熔化的灰粒具有較強(qiáng)的粘性，當(dāng)它未得到及時(shí)冷卻而與受熱面接觸時(shí)，就會(huì)粘附在受熱面上形成結(jié)渣(結(jié)焦)，導(dǎo)致傳熱惡化，影響正常水循環(huán)，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)威脅固態(tài)排渣鍋爐的正常運(yùn)行?；业能浕瘻囟萐T與變形溫度DT的間隔即ST-DT的大小也對(duì)鍋爐的結(jié)渣情況有一定影響。

當(dāng)ST-DT＞200℃時(shí)，說(shuō)明灰渣的液態(tài)與固態(tài)共存時(shí)間較長(zhǎng)，稱(chēng)為長(zhǎng)渣；當(dāng)ST-DT＜100℃時(shí)，說(shuō)明灰渣的液態(tài)與固態(tài)共存時(shí)間較短，稱(chēng)為短渣。由此可知，對(duì)固態(tài)排渣煤粉爐，為減輕爐內(nèi)結(jié)渣，應(yīng)燃用具有短渣性質(zhì)的煤。另外，為防止?fàn)t膛出口附近的受熱面上結(jié)渣，應(yīng)使?fàn)t膛出口煙氣溫度比灰的軟化溫度ST低50～100℃。燃料及煤粉制備任務(wù)1：煤的組成成分及分析基準(zhǔn)任務(wù)2：煤的特性參數(shù)任務(wù)3：煤的分類(lèi)及特點(diǎn)學(xué)習(xí)單元二鍋爐燃料任務(wù)4：燃油特性參數(shù)任務(wù)1：煤的組成成分及分析基準(zhǔn)燃料核燃料有機(jī)燃料（主要成分：碳、氫、硫、氧、氮、水分、灰分）固體燃料液體燃料氣體燃料一、燃料概況任務(wù)1：熟悉鍋爐燃料成分特性固體燃料液體燃料氣體燃料天然木材、煤、油頁(yè)巖人工焦炭、煤磚、煤粉天然石油人工汽油、煤油、重油、渣油、酒精天然天然氣人工高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、煉焦?fàn)t煤氣、地下氣化煤氣鍋爐用燃料:固體、氣體以及液體燃料我國(guó)鍋爐以燃煤為主，且常燃用水分和灰分含量較高、發(fā)熱量低、燃燒較為困難的劣質(zhì)煤。任務(wù)1：熟悉鍋爐燃料成分特性煤是一種化石燃料，來(lái)源于古代植物。由于地殼的變遷，地面植物殘骸被長(zhǎng)期深埋在地層深處，在高溫、高壓及缺氧的條件下，原始有機(jī)物不斷地分解和化合，最終形成的。電廠煤堆★學(xué)習(xí)重點(diǎn)：煤的組成成分及分析基準(zhǔn)二、煤的成分及特性煤的成分分析方法有兩種：元素分析法、工業(yè)分析法。分析條件稱(chēng)為分析基準(zhǔn)。1.煤的元素分析成分2.煤的工業(yè)分析成分3.煤的成分分析基準(zhǔn)任務(wù)1：熟悉鍋爐燃料成分特性1.元素分析成分（1）C

（2）H

（3）S（4）O和N（5）水分（M）

（6）灰分（A）

元素分析成分——C、H、O、N、S五種元素和水分（M）、灰分（A）組成。各組成成分的含量，通常以它們各自占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)表示。煤的元素分析成分是鍋爐設(shè)計(jì)、運(yùn)行不可缺少的原始基礎(chǔ)技術(shù)資料煤元素分析有機(jī)物元素成分無(wú)機(jī)物碳C氫H氧O氮N硫S水分M灰分A（1）C碳——煤的主要可燃元素，含量：45%～95%。1Kg碳完全燃燒約可放出32866KJ的熱量。

C↑

，煤發(fā)熱量Q↑

。煤中碳元素存在形式：與H、O、S等結(jié)合成有機(jī)化合物

單質(zhì)狀態(tài)，稱(chēng)為固定碳（FC）。固定碳——煤中C元素的主要存在形式，不易著火，燃燒緩慢。褐煤FCdaf≤60%，煙煤貧煤=50%～90%，無(wú)煙煤≥90%。

C↑

，煤著火、燃燒困難↑。（2）H

氫——煤中單質(zhì)發(fā)熱量最高的可燃元素。煤中含量約3%～6%（水分中的氫是不可燃的，不計(jì)入元素氫的含量）。煤地質(zhì)年齡↑

，H↓

。

1Kg氫完全燃燒（生成物為H2O）時(shí)可放出120×103KJ/Kg的熱量。比碳的發(fā)熱量高3~5倍。

存在形式：有機(jī)化合物中。

有機(jī)化合物中的氫，遇熱揮發(fā)出H2和CmHn，極易著火、燃燒。

H↑

，煤易著火、燃燒↑含量不超過(guò)2%，個(gè)別煤種高達(dá)3%～10%。存在形式：有機(jī)硫（So）（與C、H、O組成有機(jī)化合物）黃鐵礦硫Sp（FeS2）——含煤80%S元素硫酸鹽硫Ss有機(jī)硫（So）

+黃鐵礦硫=可燃硫（Sc）

全硫S當(dāng)作可燃硫lkg硫完全燃燒生成SO2，能放出9050kJ的熱量，部分SO2進(jìn)一步氧化成SO3。煙氣中的SO2和SO3與煙氣中的水蒸氣(H2O)結(jié)合在一起生成H2SO3或H2SO4蒸氣。（3）SS元素危害：高、低溫腐蝕

SO2污染環(huán)境黃鐵礦FeS2質(zhì)地堅(jiān)硬，對(duì)磨煤部件磨損強(qiáng)硫是煤中有害可燃元素（3）S（4）O和N

氧和氮——煤中不可燃元素、內(nèi)部雜質(zhì)。O、N↑，煤發(fā)熱量Q

↓

N——有害元素，煤在高溫燃燒時(shí)生成NOx，有毒，污染大氣。O含量變化大，少：1.0％～2.0%，多：40%

N含量少，0.5％～2.0%

（5）水分（M）水分——煤中不可燃主要雜質(zhì)含量，少：2%，多：50%～60%。M過(guò)高的危害

①煤可燃成分↓，Q↓②磨煤出力↓、制粉系統(tǒng)堵塞

③著火推遲，爐膛溫度↓不完全燃燒損失、排煙損失↑鍋爐效率↓

④低溫腐蝕、積灰↑

⑤引風(fēng)機(jī)電耗↑水分是煤中有害成分灰分——煤燃燒后剩余的不可燃礦物雜質(zhì)含量，少：4％～５％，多：60％～70％灰分過(guò)高的危害A↑→可燃元素↓→發(fā)熱量↓A↑→阻礙可燃物質(zhì)與氧接觸→燃燒與燃盡↓A↑→磨損、腐蝕↑→鍋爐使用壽命↓A↑→積灰、結(jié)渣↑→傳熱↓A↑→q6↑→熱損失↑A↑→制粉系統(tǒng)的電耗↑A↑→開(kāi)采、運(yùn)輸費(fèi)用↑灰分是煤中有害成分。固態(tài)排渣煤粉爐，為燃燒穩(wěn)定、運(yùn)行安全，要求燃煤A＜40％。（6）灰分（A）問(wèn)題：元素分析成分中哪些元素是可燃的？哪些成分是有害的？水分(MMoisture)

揮發(fā)分(VVolatile)固定碳(FCFixedcarbon)灰分(AAsh)根據(jù)工業(yè)分析的數(shù)據(jù)，可以了解煤在燃燒方面的某些特性，以便正確地進(jìn)行燃燒調(diào)整，改善燃燒工況，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。煤的工業(yè)分析是按煤的燃燒過(guò)程來(lái)分析煤的成分。2.工業(yè)分析成分工業(yè)分析實(shí)驗(yàn)：水分(M)全水分Mt——實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)下的煤（工作煤或收到基）所含水分。全水分Mt=表面水分Mf+固有水分Minh表面水分（外在水分）Mf—可通過(guò)自然干燥除去的水分固有水分（內(nèi)在水分）Minh—原煤失去外在水分Mf后剩余的水分全水分的測(cè)定將煤樣置于105～110℃（褐煤相應(yīng)的溫度約為145℃）的烘箱內(nèi)約2h，使之干燥到恒重，其所失去的質(zhì)量占原煤樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為該煤的全水分值。表面水分的測(cè)定原煤試樣在溫度為20±1℃、相對(duì)濕度為（65±5）%的空氣中自然風(fēng)干后失去的水分。水分測(cè)定方法固有水分的測(cè)定內(nèi)在水分需在較高的溫度下（105～110℃，加熱1.5～2h）才能從煤樣中除掉。一般可以通過(guò)分別測(cè)定外在水分和全水分，并由全水分減去外在水分求出。內(nèi)在水分Minh

=全水分Mt

-外在水分Mf揮發(fā)分（V）揮發(fā)分——除去水分的煤，加熱后析出的氣體成分。注意：揮發(fā)分并非煤中的固有成分，而是在特定條件下受熱分解的產(chǎn)物。揮發(fā)分組成①可燃?xì)怏w——∑CmHn、H2、CO、H2S為主要成分②不可燃?xì)怏w——

O2、N2、CO2為少量成分。

揮發(fā)分的測(cè)定將失去水分的煤樣放入帶蓋坩堝中，置于900±10℃高溫電爐內(nèi)隔絕空氣加熱約7min后，試樣所失去的質(zhì)量占原煤試樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)即為原煤的揮發(fā)分值。G—原煤樣質(zhì)量，g；G1—空氣干燥基煤樣加熱后的質(zhì)量，g；Mad—空氣干燥基水分，%揮發(fā)分容易著火燃燒，同時(shí)揮發(fā)分析出后煤粒表面多孔，增加固體可燃質(zhì)與氧接觸面積。Vdaf：自身容易著火燃燒，且能促進(jìn)焦炭的燃燒。Vdaf↑→著火↑→燃燒快↑→火焰長(zhǎng)。揮發(fā)分對(duì)煤的性質(zhì)和鍋爐工作有重大影響，是煤分類(lèi)的主要依據(jù)。固定碳（FC）和灰分（A）原煤試樣除掉水分、析出揮發(fā)分后，剩余部分就是焦炭。焦炭＝固定碳＋灰分灰分的測(cè)定方法將原煤放入箱形電爐內(nèi)，在815±10℃的溫度下灼燒2h，取出冷卻至室溫，測(cè)出的即是灰分的質(zhì)量。其質(zhì)量占原煤試樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，就是灰分的含量。3.煤的成分分析基準(zhǔn)煤中的成分是以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示的。常用的分析基準(zhǔn)有收到基、空干基、干燥基和干燥無(wú)灰基四種，相應(yīng)的表示方法是在各成分符號(hào)右下角加角標(biāo)ar、ad、d、daf。

收到基（arasreceivedbasis）空干基（adairdriedbasis）干燥基（ddrybasis）干燥無(wú)灰基（dafdryandashfreebasis）

媽灣電廠收到基

收到基也稱(chēng)工作基，以進(jìn)入鍋爐房原煤倉(cāng)內(nèi)（或進(jìn)入貯煤場(chǎng)內(nèi)）的煤為基準(zhǔn)。Ｃar+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%FCar+Var+Aar+Mar=100%應(yīng)用場(chǎng)合：鍋爐熱力計(jì)算。說(shuō)明：收到基，舊稱(chēng)應(yīng)用基，用上標(biāo)y表示。電廠煤場(chǎng)全景燃料集控室空干基以實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)自然風(fēng)干后的煤作為分析基準(zhǔn)。Ｃad+Ｈad+Ｏad+Ｎad+Ｓad+Ａad+Mad=100%FCad+Vad+Aad+Mad=100%

應(yīng)用場(chǎng)合：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)煤樣分析時(shí)采用。注意：Mad=Minh≠M(fèi)ar，與收到基比較，已除去外在水分。說(shuō)明：空干基，舊稱(chēng)分析基，用上標(biāo)f表示。干煤棚干燥基干燥基是以假想無(wú)水狀態(tài)的煤作為基準(zhǔn)。Ｃd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%FCd+Vd+Ad=100%

應(yīng)用場(chǎng)合：灰分含量常用干燥基表示。在此基準(zhǔn)下，工業(yè)分析成分中只有灰分為不可燃成分，更能體現(xiàn)其對(duì)燃燒的影響。說(shuō)明：干燥基，舊稱(chēng)中用上標(biāo)g表示。干燥無(wú)灰基干燥無(wú)灰基是指以假想無(wú)水、無(wú)灰狀態(tài)下的煤作為基準(zhǔn)。

Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%FCdaf+Vdaf=100%

應(yīng)用場(chǎng)合：揮發(fā)分的含量常以干燥無(wú)灰基Ｖdaf來(lái)表示。在此基準(zhǔn)下，工業(yè)分析成分中全是可燃成分。說(shuō)明：干燥無(wú)灰基，舊稱(chēng)可燃基，用上標(biāo)r表示。

成分分析基準(zhǔn)之間關(guān)系及換算煤的組成成分及各種分析基準(zhǔn)之間的關(guān)系，可由圖2-1表示。表2-1列出各種成分分析基準(zhǔn)之間換算系數(shù)?？梢杂糜谕N煤不同分析基準(zhǔn)之間除水分以外的各種成分（如C、H、O、N、S、A）、揮發(fā)分和高位發(fā)熱量的換算?！獣?huì)用不同基準(zhǔn)之間的換算公式

欲求基準(zhǔn)成分=已知基準(zhǔn)成分×換算系數(shù)k圖2-1煤成分及其各種基準(zhǔn)間關(guān)系表2-1煤的成分基準(zhǔn)換算系數(shù)所求

已知收到基空氣干燥基干燥基干燥無(wú)灰基收到基1空氣干燥基1干燥基1干燥無(wú)灰基1【例】某鍋爐燃用京西無(wú)煙煤，其特性如下：Cdaf＝94％、Hdaf＝1.4％、Ndaf＝0.6％、Odaf＝3.7％、Sar＝0.3％、Mar＝4％、Aar＝24％，求：該煤收到基各成分含量？解：換算系數(shù)Car＝0.72×Cdaf＝0.72×94＝67.68％

Har＝0.72×Hdaf＝0.72×1.4＝1.008％

Nar＝0.72×Ndaf＝0.72×0.6＝0.432％

Oar＝0.72×Odaf＝0.72×3.7＝2.664％

Sar＝0.3％湖北青山熱電廠350MW超臨界直流機(jī)組煤種及煤質(zhì)分析工程設(shè)計(jì)煤種為陜西銅川貧煤、甘肅華亭長(zhǎng)焰煤、河南