第二章节燃料及燃料燃烧计算课件1章节.ppt

1,第二章 燃料及燃料燃烧计算,燃料的成分及其主要特性 燃料燃烧计算 烟气分析方法 空气和烟气焓的计算,2,§2.1 燃料的成分及其主要特性,电厂锅炉以煤为主要燃料，并尽量利用水分和灰分含量高、发热量低的劣质煤3,一、煤的成分及分析基准,元素分析： 碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、 硫（S） 工业分析： 固定碳（FC）、挥发分（V）、水分（M）、灰分（A）,（一）煤的组成成分及其性质 由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、水分 （M）和灰分（A）组成4,一、煤的成分及分析基准,1、碳（C） 约占20％～70％（收到基），1kg碳完全燃烧约放出32866kJ热量存在型式： 与氢、氧、硫结合成有机物，受热时从煤中析出成为挥发分； 以单质形式存在称为固定碳碳含量越多，着火及燃烧越困难5,一、煤的成分及分析基准,2、氢（H） 发热量最高的可燃元素，1kg氢完全燃烧可放出120370kJ热量 约占2％～6％ 多以碳氢化合物的形式存在3、氧（O）和氮（N） 不可燃元素 氧含量变化很大，少的约占1％～2％，多的占40％ 氮的含量约占0.5％～2.5％6,一、煤的成分及分析基准,4、硫（S） 有害成分，约占2％，个别高达8％～10％。

存在形式： 有机硫（与C、H、O等结合成复杂的有机物） 黄铁矿（FeS2） 硫酸盐硫（CaSO4、MgSO4、FeSO4等）7,一、煤的成分及分析基准,5、灰分（A） 危害： （1）灰分增多，可燃物减少，发热量降低，着火困难，灰渣量增加，运行操作繁重； （2）灰分增加，炉内易结渣，传热恶化； （3）灰分增加，烟速高，磨损受热面；烟速低，受热面易积灰，影响传热效果8,一、煤的成分及分析基准,6、水分（M） 煤中的不可燃杂质，少的占2％，多的占50％～60％ 危害： （1）水分增加，可燃成分相对减少，煤的发热量降低，燃烧困难，容易燃烧不完全 （2）水分吸热变成水蒸汽排出，增加烟气量，使引风机电耗增加，排烟损失加大 （3）易产生积灰、腐蚀9,一、煤的成分及分析基准,(二) 煤的工业分析 煤的工业分析—水分、挥发分、固定碳和灰分,1、水分（M） 全水分：实际应用状态下煤中所含水分，由外在水分（Mf）和内在水分（Minh）组成 测定方法：原煤试样放置于105～1100C（褐煤的相应温度为1450C）的烘箱内约2h，使之干燥至衡重，其失去的水分为全水分10,外在水分（Mf）：又称为表面水分，是附着于煤粒表面的外来水分，可以通过自然干燥方法除去。

测定方法：原煤试样在温度为20±10C、相对湿度为（65±1）％的空气中自然风干后失去的水分 内在水分（Minh）：又称固有水分，指原煤失去外在水分之后所剩余的水分一、煤的成分及分析基准,11,一、煤的成分及分析基准,2、挥发分（V） 将失去水分的煤样置于隔绝空气的环境中，加热至一定温度时，煤中的有机质分解而析出的气体成分：碳氢化合物（∑CmHn）、氢（H2）、一氧化碳（CO）、硫化氢（H2S）和氧（O2）、二氧化碳（C2O）、氮（N）等测定方法：失去水分的煤样，在（900±10）0C的温度下，隔绝 空气加热7分钟，试样失去的质量占总质量的百分数12,一、煤的成分及分析基准,3、固定碳（FC）和灰分（A） 原煤试样除去水分、析出挥发分后，剩余部分称为焦炭，由固定碳（FC）和灰分（A）组成灰分测定：把焦炭放在箱行电炉内，在（850±10）0C的温度下灼烧2h，固定碳基本燃尽，剩余的部分为灰分13,一、煤的成分及分析基准,(三)煤的成分分析基准及其换算 常用分析基准：收到基(as received)、空气干燥基(air dry)、 干燥基(dry)、干燥无灰基(dry and ash free)。

收到基（ar） 以收到煤为基准计算煤中的全部成分组成,14,一、煤的成分及分析基准,干燥基（d） 以假想无水状态的煤为基准,,,,,空气干燥基（ad） 以与空气温度达到平衡状态的煤为基准，即供分析化验的煤样在实验室一定温度条件下，自然干燥失去外在水分，其余的成分组合便是空气干燥基15,一、煤的成分及分析基准,干燥无灰基（daf） 以假想无水、无灰状态的煤为基准,不同基准之间的换算公式,16,一、煤的成分及分析基准,表2-1 不同基准的换算系数K,,17,二、煤的主要特性,主要特性包括煤的发热量、灰分熔融特性和煤的可磨性高位发热量(Qar,gr) 1kg煤完全燃烧所放出的热量，包括燃烧产物中的水蒸汽凝结成水所放出的汽化潜热，用Qar,gr表示 低位发热量(Qar,net,p) 烟气中的水蒸汽一般不会凝结，凝结热无法利用，使实际发热量降低不包括燃烧产物中的水蒸汽凝结成水所放出的汽化潜热，用Qar,net,p表示一）煤的发热量 单位质量的煤完全燃烧时所释放的热量,18,（一）煤的发热量,,,,,收到基 高位发热量与低位发热量之间的换算：,空气干燥基 高位发热量与低位发热量之间的换算：,干燥基 高位发热量与低位发热量之间的换算：,干燥无灰基 高位发热量与低位发热量之间的换算：,19,（一）煤的发热量,高位发热量(Qgr) 各基准间的换算采用表2-1换算系数,低位发热量(Qnet)各基准间的换算分三步进行 已知基准的 Qnet → 已知基准的 Qgr 已知基准的 Qgr → 所求基准的 Qgr (采用上述换算系数) 所求基准的 Qgr →所求基准的 Qnet,20,（一）煤的发热量,,发热量的测定方法 氧弹测热计的基本原理： 把空气干燥基煤样置于充满压力氧的氧弹中并使其燃烧，氧弹沉没于水中，根据水温升计算出煤的干燥基定容高位发热量Qar,gr。

换算为低位发热量：,硫、氮氧化物的生成热及溶于水的溶解热,21,（一）煤的发热量,,,,标准煤 收到基低位发热量为29310kJ/kg的燃料为标准煤 标准煤耗量,折算成分 把相对于每4190kJ/kg收到基低位发热量的煤所含的收到基水分、灰分和硫分，分别称为折算水分、折算灰分和折算硫分22,（二）灰的熔融特性,灰熔点的影响因素 灰的成分 各成分含量的比例 所处的环境介质的性质,灰熔点 煤灰再某一确定的温度下开始熔化，此温度定义为煤灰的熔化温度，也称为灰熔点,23,（二）灰的熔融特性,灰的熔融特性 煤灰在一定的高温区间内逐渐熔化的性质 角锥法确定 灰的变形温度 DT (deformation temperature) 灰的软化温度 ST (softening temperature) 灰的流动温度 FT (flowing temperature),24,（二）灰的熔融特性,灰熔点对锅炉工作的影响 软化温度ST14000C 称为难熔灰，宜采用固态排渣； 软化温度12000C2000C 称为长渣，适于液态排渣炉25,（三）煤的可磨性指数与磨损指数,,,煤的可磨性指数 用来表示磨煤机将煤磨成一定细度煤粉的难易程度,前苏联法（Kkm）： 在风干状态下，将等量的标准样煤和被测试煤由相同的初始粒度磨制成同一规格的细煤粉时，所消耗的能量之比，即,Eb—磨制标准煤样消耗的能量； Es—磨制被测试煤消耗的能量。

Kkm1.5的煤称为易磨煤26,（三）煤的可磨性指数与磨损指数,哈得罗法（HGI）： 将规定粒度的50g煤样置于实验用中速磨煤机内，磨制约3min后取出筛分,HGI—哈氏可磨性指数； D74—50g煤中通过孔径为74μm筛子煤粉质量HGI86的煤称为易磨煤27,（三）煤的可磨性指数与磨损指数,,,Kkm与HGI的换算关系：,煤的磨损指数（Ke） 煤在磨制过程中，对磨煤机金属碾磨部件磨损的轻重程度 冲击式磨损试验装置：在一定的试验条件下，某种煤每分钟对纯铁的磨损量X与相同条件下标准煤每分钟对纯铁的磨损量的比值标准煤每分钟能使纯铁磨损10mg5.0，极强28,三、发电用煤的分类,（一）发电厂用煤的质量标准,分类 根据干燥无灰基中挥发分的含量： 无烟煤（Vdaf≤10％）、贫煤（10%＜Vdaf＜20%）、烟煤（20％＜ Vdaf ≤40％）、褐煤（Vdaf＞40%）为反映煤的燃烧特性，电厂煤粉锅炉用煤还以VAMST及Q法分类,29,(二）各类煤质的燃烧特性,无烟煤 碳化程度高，含碳量很高 达95%，发热量很高； 挥发份很少 小于10%，Vdaf析出的温度较高，着火和燃尽均较困难,储存时不易自燃。

杂质很少，水分少,贫煤 挥发分含量低 Vdaf在10％～20％， 碳含量高 50％～70％，不容易着火，燃烧不易结焦,30,(二）各类煤质的燃烧特性,烟煤 含碳量较无烟煤低 40％～70％； 挥发分含量较多 20％～40％，易点燃，燃烧快，火焰长； 氢含量较高 发热量较高褐煤 碳化程度低，含碳量低 约为40～50%， 水分及灰分很高 发热量低； 挥发分含量高 约40～50%，甚至60%，挥发分的析出温度低，着火及燃烧均较容易31,§2.2 燃料燃烧计算,,基本假设： 1. 空气、烟气均为理想气体，每kmol体积等于22.4Nm3； 2. 空气中只有O2和N2成分，其容积比为： ； 3. 每kg燃料都是在完全燃烧的条件下计算32,一、燃烧所需空气量及过量空气系数,理论空气量 1kg（或1Nm3）收到基燃料完全燃烧而又没有剩余氧存在时所需要的空气量，称为理论空气量，用符号V0表示，单位Nm3/kg（或Nm3/Nm3）碳完全燃烧： C + O2 = CO2 12kg 22.4Nm3 22.4Nm3 1kg 1.866 Nm3 1.866 Nm3,1kg收到基燃料,33,一、燃烧所需空气量及过量空气系数,,氢完全燃烧： 2H2 + O2 = 2H2O 4.032kg 22.4Nm3 44.8Nm3 1kg 5.56Nm3 11.1Nm3,,1kg收到基燃料,34,硫完全燃烧： S + O2 = SO2 32kg 22.4Nm3 22.4Nm3 1kg 0.7Nm3 0.7Nm3,一、燃烧所需空气量及过量空气系数,1kg收到基燃料,35,一、燃烧所需空气量及过量空气系数,,,燃料含氧量：,,理论氧量:,,1kg燃料,36,理论空气量:,一、燃烧所需空气量及过量空气系数,37,一、燃烧所需空气量及过量空气系数,,实际供给空气量及过量空气系数,实际供给空气量 Vk,过量空气系数——实际供给空气量与理论空气量之比， Vk/V0＝α或β 式中 α——用于烟气量计算； β——用于空气量计算。

测量位置：炉内过量空气系数α，一般是指炉膛出口处的过量空气系数α1″38,一、燃烧所需空气量及过量空气系数,锅炉漏风系数,漏风系数——某一受热面的漏风量∆V与理论空气量V0之比，即∆α＝∆V/ V0烟道任意截面处的过量空气系数α： 炉膛出口的过量空气系数加各段烟道的漏风系数之和， 即α＝α1″＋∑∆α,空气预热器进、出口空气侧的过量空气系数： βky′＝βky″＋∆αky,39,二、燃烧产生的烟气容积计算,理论烟气容积,理论烟气容积——当过量空气系数为1且完全燃烧生成的烟气容积，用符号Vy0，单位Nm3/kg1kg燃料完全燃烧产生烟气的容积：,,二氧化碳容积VCO2,,二氧化硫容积VSO2,,三原子氧化物VRO2,,C + O2 = CO2 12kg 22.4Nm3 22.4Nm3 1kg 1.866Nm3 1.866 Nm3,40,二、燃烧产生的烟气容积计算,,理论氮气容积V0N2 包括理论空气量中所含的氮和燃烧时燃料本身释放出的氮：,,,,,41,理论水蒸汽容积V0H2O,燃料中氢完全燃烧生成的水蒸汽,燃料中水分蒸发形成的水蒸汽,随同理论空气量V0带入的水蒸汽,蒸汽雾化燃油中的雾化蒸汽容积,二、燃烧产生的烟气容积计算,42,二、燃烧产生。