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1、,第二章 燃料及燃料燃烧计算,燃料：能用来燃烧以取得热量的物质，是锅炉的基本能源,表 31 燃料的分类,气体燃料：天然气，液化石油气，沼气，焦炉煤气， 高炉煤气及发生炉煤气等。,21 气体燃料和液体燃料,优点：点火容易，易与空气混合达到完全燃烧，调节方便,用途：制取合成氨、炭黑、乙炔等化工产品的原料气，优质的燃料气,高炉煤气：炼铁时的副产品，主要成分CO，其余为惰性气体CO2和N2，热值为 33604200 kJ/Nm3,沼气：60% CH4，35%CO2，还有少量的H2和CO，热值为14630 kJ/Nm3,液化石油气：开采和炼制石油过程中而获得的一部分炭氢化合物，主要成分为C3H8，C3H
2、6，C4H10，C4H8，习惯上称C3,C4 ，热值为91960121220kJ/Nm3,炼焦炉煤气：冶金工业炼焦炉的副产品，是煤受热所析出的挥发分，主要成分5060 H2，20% CH4，其余为少量CO2和N2，热值为1500020000 kJ/Nm3,空气煤气：煤在空气不足的条件下燃烧，所生成的CO，主要成分30%CO，56%N2，10%H2，热值小于6000kJ/Nm3,发生炉煤气,水煤气：用水蒸汽与炽热的煤反应，可生成水煤气，主要成分4050%CO，4555%H2，其余为少量的CO2和N2，热值为830010500kJ/Nm3,锅炉燃用的油主要是重油和柴油,重油：由不同成分的炭氢化合物
3、组成的复杂混合物，由碳、氢、氧、氮、硫、灰份、水分等组成，Car8187，Har1114，Sar，Oar，Nar总量约为13，Mar=13%，Aar1%，Qar,net,p= 37.642 MJ/kg,粘度：温度对粘度的影响最大，影响流动和雾化,主要性质,燃点和闪点：鉴别油着火、燃烧性能的重要指标 凝固点：凝固点的高低与石蜡的含量有关，含石蜡多的凝固点高 硫分和杂质：硫将引起锅炉受热面的腐蚀和积灰，机械杂质可能堵塞磨损喷嘴,液体燃料：,煤是远古植物在地质变化中形成的，因此，它含有一般植物所含的形成有机物的炭、氢、氧、氮、硫等元素，以及灰份和水份等惰性物质。,22 煤的成分及性质,煤的分类,过去
4、煤分类多沿用煤的气化、炼焦、煤化工等分类方法分类（包括褐煤、长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、不粘煤、无烟煤），根据锅炉设计、运行的经验，发现该法不适于动力用煤的分类，于是按干燥无灰基挥发份的含量分类为无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤等种类,动力燃料用煤的分类方法,C + H + O + N + S + A + M = 100%,可燃质,惰性质,用百分比表示煤的成份：,炭(C)是燃料的主要成分，以煤中可燃性成分重量为100，炭占煤成分的5098，则植物纤维含炭4455，泥煤含炭5060，褐煤含炭6077，无烟煤含炭9098，1kg炭完全燃烧约可放出热量32700kJ/kg，不完全燃烧（生成CO）可
5、放出热量9270kJ/kg。 氢(H)是燃料中仅次于炭的可燃成分，发热量120370kJ/kg，煤中可燃质含氢28，重油含氢1213，炭氢化合物多的燃料易着火。 氮(N)主要由成煤植物中蛋白质转化而来，含量13，在煤燃烧时氮常呈游离状态逸出，不产生热量。,氧(O) 不能产生热量，形式上为有机成分，实为燃料内部杂质， 地质年代高的煤含氧量低，相反则高。,硫(S) 是煤中可燃成分之一，但也是有害的成分。发热量9100 kJ/kg，燃烧产物为SO2、SO3气体。煤中硫可以分为有机硫和无机硫，我国煤中大约6070的硫为无机硫，3040为有机硫,还有磷(P)（含量不超过1）和其它稀有元素，如汞（Hg）、
6、砷（As）、硒（Se）、锗(Ge)、镓(Ga)、铍(Be)、锂(Li)、钒(V)及放射性元素铀(U)等，一般含量甚微。,炭、氢、氧、氮四种元素在不同煤中的含量（）,水分(M)：,外部水分 内部水分,煤样置于105110的烘箱中使干燥至恒重，失去的水分,化合结晶水分：石膏CaSO42H2O，高岭土Al2O3 2SiO2 2H2O,煤中的不可燃成分，降低煤的发热量 推迟着火，在燃烧过程中汽化吸热，降低炉膛温度，使着火困难 降低锅炉效率 易引起低温受热面处发生腐蚀,水分对锅炉运行的影响,煤中的水分含量,煤中所含的矿物杂质燃烧后的固体残留物,灰分(A)：,煤中的不可燃成分，降低煤的发热量，灰份每增加1
7、，燃料消耗即增加1 使受热面受污染影响传热，导致排烟温度升高，降低热效率 使受热面磨损 易产生炉内结渣，并会腐蚀金属管壁 除灰渣系统任务重,灰分对锅炉运行的影响：,注：同一煤质，在还原性气氛中要比在非还原性气氛中的熔化温度低，是由于Fe2O3被还原为FeO，形成了低熔点的2FeOSiO2物质,易熔灰：ST1400C，适于固态排渣炉,煤的成分通常用质量百分数表示，由于灰份和水份因外界条件而变化，为了实际应用的需要通常采用如下四种基准：,干燥无灰基(dry and ash free):即可燃基，以可燃质的成份作为100%,干燥基(dry)：以除去水分之外的可燃质和灰份为100%,收到基（as re
8、ceived）：即应用基，以包含水分、灰分和可燃质为100%,空干基（air dry）：即分析基，煤样在试验室中放置，在室温20相对湿度60（颗粒0.2mm）的一般正常条件下，它会失去一些水份，以这种空气干燥过的分析用试样为100%,23 煤的成分基准及换算,收到基：Mar + Var + FCar + Aar = 100 % 空干基：Mad + Vad + FCad + Aad = 100 % 干燥基：Md + Vd + FCd + Ad = 100 % 干燥无灰基：Mdaf + Vdaf + FCdaf + Adaf = 100 %,煤的元素分析成份不同基准的表达：,收到基：Car + H
9、ar + Oar + Nar + Sar + Aar + Mar = 100% 空干基：Cad + Had + Oad + Nad + Sad + Aad + Mad = 100% 干燥基：Cd + Hd + Od + Nd + Sd + Ad = 100% 干燥无灰基：Cdaf + Hdaf + Odaf + Ndaf + Sdaf = 100%,煤的工业分析成份不同基准的表达：,注：一般煤的元素分析、工业分析以及发热量等测定都要求煤的分析基试样。,不同基之间的换算关系(以C元素为例)： 已知收到基，计算分析基成份：,已知收到基，求干燥无灰基的成份：,1kg收到基：,还包括发热量Q、焦渣特性
10、、灰熔点、颗粒度,24 煤的工业分析和燃烧特性,煤在隔绝空气的情况下加热至一定温度时，煤中的部分有机物和矿物质便发生分解，析出的气态产物。 实验室测试:90010C加热7min,主要成分：H、CmHn、CO、CO2、少量O和N。,挥发分开始析出的温度随煤的种类而变化,煤的挥发分：,挥发份对燃烧的影响： Vdaf高，容易着火和燃烧完全。 原因： Vdaf高，难燃的固定炭少，煤炭易于燃烧完全 大量挥发分析出并燃烧后，可放出大量的热量，有助于固定炭的着火和燃烧 挥发分析出造成煤中孔隙增大，使煤和空气的接触面积增大，加快了煤的燃烧反应速度,不同煤种的挥发分（）,煤受热析出挥发份后余下产物的焦结程度。一
11、般炼焦煤（Vdaf=1826%）的焦结性最大，适于炼焦炭。 对层燃炉燃烧的影响： 结焦性过强，导致通风不均，难于燃尽； 结焦性过弱，易受热而松散，落到炉排下面，而损失掉。,焦结性：,发电用煤的分类：VAMSST及Q分类方法例如：V4A1M1S2ST1,元素分析与工业分析间的关系：,煤单位质量完全燃烧时所放出的热量,煤的发热量,注：我国在有关的锅炉计算中以低位发热量为准,高位发热量与低位发热量间的换算关系：,注：高位发热量之间才能乘换算因子,在缺少氧弹测热器的测试数据时，可用下式近似地求出可燃基低位发热量：,该式的精确度与煤的折算灰份含量有关： 当折算灰份6时，误差630 KJ/kg 当折算灰份
12、6时，误差840 KJ/kg,氧弹所测发热量换算为分析基低位发热量Qad,net,p,煤的折算成份,科学地比较不同煤种的水份、灰份、硫份，以1兆焦为基准时所含成份的克数（SI）。过去以发热1000大卡为标准,折算水份：,折算灰份：,折算硫份：,标准煤：便于比较不同燃煤装置耗煤量或效率，以标准煤为比较基准，假定发热量7000 kcal/kg，无具体成分。,杨树 大同烟煤 元宝山褐煤 蔗渣,固体燃料干燥基成份比较,O220.95，N278.09，Ar0.93, CO20.03 工程计算中近似为：O221，N279,空气性质：标准条件下空气密度1.293 kg/m3,空气中也含有水蒸汽，一般假定每标
13、准立方米干空气带来0.0161标准立方米的水蒸汽，或者是10 g/(kg干空气)。,空气容积组成：,2-5 燃烧所需的理论空气量,每1kg燃料中可燃质完全燃烧，且空气中的氧完全用完情况下所需的空气量，V0,因此，1kg C完全燃烧需氧32/12=8/3 kg,同理，1kg硫完全燃烧需1kg氧；1kg氢完全燃烧需要8kg氧，,理论空气量,其中，O2=1.4286 kg/Nm3,因此，1kg燃料所需氧的容积为：,在缺少元素分析成份时，可根据燃料的低位发热量 近似地估算理论空气量,液体燃料,贫煤及无烟煤（ ）,烟煤（ ）,劣质烟煤,= V / V0,实际空气量（V）与理论空气量（V0）之比值称为过量
14、空气系数，以表示,过量空气系数,空燃比空气质量/燃油质量,空燃比：混合气中的空气与燃料的质量比,如,1kg汽油约需要14.8kg空气，空燃比为14.8，此时称为汽油机的理论混合气,烟道中任一截面处的过量空气系数：,燃料完全燃烧时燃烧产物： CO2，SOx，H2O蒸汽，NOx，N2和O2,在燃烧不完全时，还会有未燃尽的CO,CH4及H2等，一般CH4，H2很少，可忽略，只分析CO即可。,2-6 燃料燃烧产物,一、理论烟气量,理论烟气量：燃料在供给理论空气量的情况（即 ）下完全燃烧后所产生的烟气量,1kg碳完全燃烧产生 Nm3的CO2， 碳产生的CO2为,1kg 硫完全燃烧产生 Nm3的CO2，
15、硫产生的SO2为,于是,氮气的来源,（1）燃料中水份带来的水蒸汽容积,（2）燃料中氢燃烧生成的水蒸汽容积,（3）理论空气量带入的水蒸汽容积,注：一般认为1kg干空气中含有10g水蒸汽,水蒸汽有四个来源,于是，蒸汽雾化重油时的理论水蒸汽容积为,当没有蒸汽雾化时，就不考虑最后一项,（4）在燃油炉中，当采用蒸汽雾化重油时，则喷入的水蒸汽容积,其中 为雾化用蒸汽消耗率，单位为kg/kg,二、实际烟气量,燃烧是在过量的空气条件（ ）下进行的，于是实际烟气量为,烟气中水蒸汽的总量为,烟气的总体积为,其中， 为干烟气的容积,三原子气体容积分数和分压力为,水蒸汽容积分数及分压力,烟气中飞灰浓度,（kg/kg
16、）,烟气质量Gy,即,从烟气分析知道干烟气中（RO2+CO）的容积百分比，因此干烟气的总体积Vgy为,已知1kg当量炭Kar燃烧后产生22.4/12=1.867Nm3的RO2和CO，,三、 根据烟气分析结果推算烟气体积,已知燃料的水份Mar，氢Har，再计入空气带来的水蒸汽，则可求出水蒸汽的总体积VH2O，于是求出烟气的体积,四、根据烟气分析结果推算过量空气系数,已知=V /V0，则有,式中N2-1为与过量氧对应的过量氮，该式忽略了燃料中的Nar。,现烟气分析中RO2 + O2 + CO + N2 = 100%，CO完全燃烧还要体积为0.5CO的氧，因此过量的氧为O2 0.5CO,已知空气中氧
17、氮比例为21/79，故与过量氧对应的氮为,已知N2=N2,已知N2100 （RO2 + O2 + CO）,代入上式得，,无CO时，该式为,奥氏烟气分析方法,若燃料中Har0，一部分氧与自由氢化合生成水蒸汽，则,RO2 + O2 + N2 = 100 %,若计入与自由氢结合的氧，则,假如燃料中没有自由氢，只有当量炭，则,RO2 + O2 = 21 %,RO2 + O2 21 %,在过量空气系数大于1时，燃料完全燃烧，其干烟气成分应为,自由氢：燃料中的氢假定已与燃料中的氧化合，余下的未与氧化合的氢Har，,Har = Har Oar/8 = Har 0.125Oar %,五、干烟气的成分与燃料元素
18、成分的关系,，称燃料特性系数,如果燃料完全燃烧而无过量空气时，此时RO2可达最大值，即,RO2,max = 21 RO2,max%,理论空气的焓,一、空气焓的计算,实际空气的焓,二、烟气焓的计算,实际烟气焓包括理论烟气焓、过量空气焓和飞灰焓三部分,27 空气和烟气焓的计算,而理论烟气量中含有三种成分：,理论烟气焓:,烟气中的飞灰焓:,烟气中的飞灰焓只有当,才计入,作业一,1、已知电厂某炉在额定负荷下运行时的煤耗量为60t/h，该炉燃煤元素分析成分如下： Car=74%,Har=3%,Oar=3%,Nar=1%,Sar=1%,Aar=15，Mar=3% 当该炉在1.2的情况下完全燃烧时，试确定该炉每小时实际所需的风量（Nm3/h），并求出该燃料干燥基的成分？ 2、某煤元素分析成分为Car=66.5%,Har=4.10%,Oar=4.5%,Nar=1.2%,Sar=3.7%,Aar=14%,Mar=6%,锅炉排烟处（即低温空气预热器出口处）烟气分析结果为RO2=14.05%,O2=5.2%,试求该处的过量空气系数及燃烧产物的体积。,一个大气压（0.101325MPa）、0标准情况下,返回,标准条件,返回,烟气质量,