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锅炉原理-第二章燃料及燃烧计算讲解

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    • 1、第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 vv 锅炉燃料锅炉燃料 vv 煤的常规特性煤的常规特性 vv 煤的分类煤的分类 vv 液体和气体燃料液体和气体燃料 vv 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 vv 烟气分析烟气分析 vv 习题习题 燃料分类 在自然界所处的状态:固体(煤);液体(原 油、重油和渣油);气体(煤气和天然气) 获得方法:天然燃料(未加工);人工燃料( 木炭、焦炭和石油制品) 用途:工艺燃料(炼焦、锻造和化工,焦结性 好,杂质少);动力燃料 锅炉燃料 通过燃烧释放热能的可燃物质通过燃烧释放热能的可燃物质 可燃元素 C(固定碳和挥发分中的C)、H、 S(可燃硫 和硫酸盐硫 ) 不可燃元素(内部杂质) O、N 不可燃成分(外部杂质) M(内、外)、A 可燃气体 挥发分 煤的常规特性 煤中的氢、氧、氮、硫 与部分碳所组成的有机 化合物加热后分解,形成 气体挥发出来 煤的元素 分析成分 碳(C)、氢(H)、氧(0)、氮(N)、硫(S) 水分(M)、灰分(A) 煤的工业 分析成分 水分(M)、挥发分(V)、灰分(A)、 固定碳(FC) 煤的元素分析与工业分析煤的元素分析与工业分析

      2、收到基(ar) (原应用基y) 以入炉煤(包括煤的全部成分)为基 准 空气干燥基(ad)(原分析基f) 以风干状态煤(除外部水分)为基准 干燥基(d) (原干燥基g) 以去掉全部水分煤为基准 干燥无灰基(daf)(原可燃基r) 以去掉全部水分及灰分煤为基准 煤的常规特性 煤的成分计算基准煤的成分计算基准 例题:已知Mar、Mad,试将空气干燥基的各种成分 换算成收到基。即推导换算系数K。 煤的常规特性 煤成分基准间的换算煤成分基准间的换算 例题例题 解:解:同种燃料去除全部水分其干燥基成分不变同种燃料去除全部水分其干燥基成分不变 可以分别用收到基和空气干燥基表示干燥可以分别用收到基和空气干燥基表示干燥 基基, ,也就是说用干燥基将收到基和空气干燥基联系也就是说用干燥基将收到基和空气干燥基联系 起来。起来。 煤的常规特性 例题例题 即即 煤的常规特性 对于水分: 不同基准之间的换算公式:X = KX0 式中 X0 、 X 某成分原基准及新基准质量 百分比,% K 换算系数(见表1-1) 煤成分基准间的换算煤成分基准间的换算 煤的常规特性 煤的发热量(kJ/kg) 单位质量的煤完全燃烧 时

      3、所释放的热量 低位发热量(Qnet) 高位发热量减去水蒸气凝结 放出的汽化潜热后,称为低位发热量(燃料在锅炉 中的实际发热量)。 高位发热量(Qgr) 煤的理论发热量。由实验测 得的弹筒发热量(Qb)减去硫和氮生成酸的放热量 校正值确定。 煤的常规特性 煤的发热量煤的发热量 干燥基高、低位发热量之间的换算 收到基高、低位发热量之间的换算 高、低位发热量间的换算高、低位发热量间的换算 煤的常规特性 高位发热量(Qgr)各基准间的换算采用换算 系数 低位发热量(Qnet)各基准间的换算分三步进行 1. 已知基准的 Qnet 已知基准的 Qgr 2. 已知基准的 Qgr 所求基准的 Qgr 3. 所求基准的 Qgr 所求基准的 Qnet 发热量各基准间的换算发热量各基准间的换算 煤的常规特性 折算成分 相对于每4190(4187)kJ/kg收到基低位 发热量的煤中所含的收到基水分、灰分和硫分,称 为折算水分、折算灰分和折算硫分 煤的常规特性 相关概念相关概念 标准煤 收到基低位发热量为29310 kJ/kg的 燃料为标准煤 标准煤耗量 式中 、 分别为标准煤耗量与实际煤耗量 相关概念相关概念

      4、 煤的常规特性 高温下煤灰的熔融性 用灰熔点表示,煤灰的角锥法确定 变形温度 DT(原t1) 软化温度 ST(原t2) 流动温度 FT(原t3) 温度间隔200-400,称为长渣 温度间隔100-200,称为短渣 判断锅炉运行中是否会结渣的主要因素之一。 煤灰的熔融性煤灰的熔融性 煤的常规特性 影响因素 煤灰的化学组成 煤灰中酸性氧化物(SiO2、Al2O3等)使灰熔点提高 ;碱性氧化物(Fe2O3、CaO、MgO等)使灰熔点降低 煤灰周围高温介质的性质 氧化性介质中,灰熔点较高;弱还原性介质中,灰 熔点较低 煤灰的熔融性煤灰的熔融性 煤的常规特性 煤灰的烧结性 灰分在高温对流受热面生成高温烧结性积灰的能力 影响因素 煤灰的成分 煤灰中碱性氧化物(主要是Na2O、K2O)越多,灰的 烧结性越强;烟气中SO2是生成烧结性积灰的重要条 件。 熔融性影响炉膛内的运行工况;烧结性影响对流受 热面,特别是过热器的积灰特性。 煤灰的烧结性煤灰的烧结性 煤的常规特性 挥发分 V V的含量代表了煤的地质年龄,地质年龄越短,煤的碳化程 度越浅,V含量越多 煤的常规特性对锅炉工作的影响 煤的常规特性 V含

      5、量越多(C含量越少),V中含O量亦多,其中的可燃 成分相应减少,这时,煤的热值低 V含量越多,煤的着火温度低,易着火燃烧 V 多,V着火燃烧造成高温,有利于碳的着火、燃烧 V 多,煤中难燃的固定碳含量少,煤易于燃尽 水分M、灰分A M、A 高,煤中可燃成分相对减少,煤的热值低 M、A 高,M 蒸发、A熔融均要吸热,炉膛温度降低 M、A 高,增加着火热或包裹碳粒,使煤着火、燃烧 与燃尽困难; M、A 高,锅炉热损失增加,热效率下降 M、A 高,过热器易超温 M、A 高,受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重 M、A 高,煤粉制备困难或增加能耗 煤的常规特性 煤的常规特性对锅炉工作的影响 灰熔点(ST) 灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣,危及锅 炉运行的安全性和经济性。 对于固态排渣炉, ST6.59 21.0 贫煤 低挥发份煤919 18.5 烟煤 中挥发份煤 高挥发份煤 1927 2740 16.5 15.5 褐煤 超高挥发份 煤 40 11.5 煤的分类煤的分类 电厂锅炉用煤分类电厂锅炉用煤分类 大类别 小类别 分 类 指 标 挥发份 Vdaf(%) 灰 分 (%) 水 分 (%

      6、) 硫 分 (%) 发热量 Qar,net (MJ/kg) 灰熔融 特性 ST(0C) 低质质煤 低发热发热 量煤 超高灰分煤 超高水分煤 高硫煤 易结结渣煤 9 919 1927 2740 40 40 40 46 40 12 3 12.5 21.0 18.5 16.5 15.5 1、不完全燃烧:O2 0;CO 0 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 燃烧产生的烟气量燃烧产生的烟气量 1kg C + 1.866 Nm3 O2 1.866 Nm3 CO2 1kg C + 0.933 Nm3 O2 1.866 Nm3 CO 三原子气体、水蒸气的容积份额与分压力 1)容积份额 2)分压力 飞灰浓度:每千克烟气中的飞灰质量。 烟气携带出炉膛的飞灰占总灰分的质量份额。 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 影响锅炉辐射换热的几个参数 烟气的质量: my=1-Aar/100+(1+dk)V0 =1-Aar/100+(1+0.01)1.293V0 =1-Aar/100+1.306V0 燃料 灰渣 炉膛空气 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 影响锅炉辐射换热的几个参数 空气和烟气的焓 定压条件下,1kg燃料燃 烧所需的

      7、空气或生成的烟气在从0()加热到 ()时所需要的热量,单位为kJ/kg。 空气和烟气的焓空气和烟气的焓 空气的焓值空气的焓值 理论空气焓 实际空气焓 空气和烟气的焓空气和烟气的焓 烟气的焓值烟气的焓值 理论烟气焓 实际烟气焓 飞灰焓 烟气的焓值 取决于燃料种类、过量空气系数 及烟气温度 由( 、)查焓温表可很快确定烟气温度 ; 由( 、)查表可很快确定烟气焓 焓温表 对给定的燃料和各受热面前、后的过 量空气系数,计算出该受热面对应烟气温度范围 内的烟气焓,制成的烟气焓温表。 空气和烟气的焓空气和烟气的焓 焓焓 温温 表表 烟气分析是以1kg燃料燃烧生成的干烟气容积为基 础,采用奥氏烟气分析仪进行的。 烟气分析可得到 在干烟气Vgy 中所占的容积百分比 烟气分析烟气分析 烟气分析成分烟气分析成分 工作原理:利用不同的吸 收剂吸收不同的气体成分 1瓶:氢氧化钾溶液 KOHRO2 2瓶:焦性没食子酸溶液 C6H3(OH)3O2、RO2 3瓶:氯化亚铜氨溶液 Cu(NH3)2ClCO、O2 分析步骤:依次吸收 为什么分析成分是干烟气 成分? 在实验压力下水蒸气 处于饱和状态,成比例的被 吸收

      8、烟气分析烟气分析 奥氏烟气分析仪奥氏烟气分析仪 奥氏烟气分析仪示意图奥氏烟气分析仪示意图 1 1,2 2,33吸收瓶;吸收瓶;44疏形瓶;疏形瓶;5 5,6 6,77 旋塞;旋塞;88过滤器;过滤器;99三通旋塞;三通旋塞;1010量管量管 ;1111平衡瓶(水准瓶);平衡瓶(水准瓶);1212水套管;水套管;1313 ,1414,1515缓冲瓶;缓冲瓶;1616抽气抽气 烟气容积 干烟气容积 烟气分析烟气分析 干烟气容积的计算干烟气容积的计算 不完全燃烧方程式 式中 为燃料特性系数,其物理意义:燃料 中的自由氢(H-0.125Oar)与C的比值。 烟气分析烟气分析 燃烧方程式燃烧方程式 推导过程 =1、且完全燃烧:CO=0,O2=0 完全燃烧方程式: l、且完全燃烧: CO=0 烟气分析烟气分析 燃烧方程式燃烧方程式 过量空气系数 完全燃烧且不计 烟气分析烟气分析 运行中过量空气系数的确定运行中过量空气系数的确定 过量空气系数 不完全燃烧 推导过程 推导过程 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 不完全燃烧时的过量空气系数不完全燃烧时的过量空气系数 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 不完全燃烧时的过量空气系数不完全燃烧时的过量空气系数 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 完全燃烧时的过量空气系数完全燃烧时的过量空气系数 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 完全燃烧时的过量空气系数完全燃烧时的过量空气系数 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 不完全燃烧时烟气中氧的体积不完全燃烧时烟气中氧的体积 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 燃烧方程式的推导燃烧方程式的推导 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 燃烧方程式的推导燃烧方程式的推导 1. 某锅炉燃用煤种的空气干燥基成分为: Cad=60.5%;Had=4.2%; Sad=0.8%;Aad=25.5%;Mad=2.1% ;和风干水分Mf=3.5%;试计算上述各种成分的收到基含量 。 2.若已知风干水分Mf和空气干燥基水分Mad,试推导收到基 水分Mar的计算式: 3. 某种煤收到基含碳量为41。由于受外

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