第2章 燃料及燃燒計(jì)算=長(zhǎng)沙理工大學(xué)鍋爐原理

第二章燃料及燃燒計(jì)算

§1

燃料的成分及其主要特性

§2燃料的燃燒計(jì)算

§3煙氣分析方法

§4空氣和煙氣焓的計(jì)算2/3/2023Page1PrinciplesofBoiler1、煤的元素分析成分2、煤的工業(yè)分析成分3、煤的分析基準(zhǔn)4、各種基準(zhǔn)的換算5、煤的發(fā)熱量6、高、低發(fā)熱量間的換算7、煤的灰分特性8、煤的結(jié)渣特性指標(biāo)9、煤的常規(guī)特性對(duì)鍋爐工作的影響10、煤的可磨性系數(shù)與磨損指數(shù)11、煤的分類(lèi)

§1燃料的成分及其主要特性

2/3/20232PrinciplesofBoiler煤的元素分析成分

碳C：主要可燃成分,

地質(zhì)年齡越長(zhǎng)，含碳越多，放熱量越高，但不易著火與燃燼。

氫H：可燃成分，放熱量，是碳的3倍，含量低,有利元素。

氧O：可助燃，含量低。

氮N：不可燃，含量低,燃燒反應(yīng)可生成NOX，有害成分。

硫S：可燃，放熱量低可生成Sox

有機(jī)硫、黃鐵礦硫、硫酸鹽硫

水分M：外部水分、內(nèi)部水分。

灰分A：雜質(zhì)，污染環(huán)境，磨損受熱面。煤的元素分析成分2/3/20233PrinciplesofBoiler煤的工業(yè)分析成分水分(M)灰分(A)揮發(fā)分(V)固定碳(FC)2/3/20234PrinciplesofBoiler煤的分析基準(zhǔn)

收到基（ar）以入爐煤（包括煤的全部成分）為基準(zhǔn)

空氣干燥基（ad）

以風(fēng)干狀態(tài)煤（除外部水分）為基準(zhǔn)

干燥基（d）

以去掉全部水分煤為基準(zhǔn)

干燥無(wú)灰基（daf）

以去掉全部水分及灰分煤為基準(zhǔn)2/3/20235PrinciplesofBoiler各種基準(zhǔn)的換算收到基:Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100〔％〕空氣干燥基:Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100〔％〕干燥基:Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100〔％〕干燥無(wú)灰基:Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100〔％〕

不同基準(zhǔn)之間的換算公式X=KX0X0、X—某成分原基準(zhǔn)及新基準(zhǔn)質(zhì)量百分比，%K—換算系數(shù)例:

2/3/20236PrinciplesofBoiler煤的發(fā)熱量煤的發(fā)熱量（kJ/kg)

單位質(zhì)量的煤完全燃燒時(shí)所釋放的熱量

低位發(fā)熱量（Qnet）燃料完全燃燒,產(chǎn)生的水釋放出氣化潛熱(以汽態(tài)的形式存在）,則所得到的發(fā)熱量稱(chēng)為低位發(fā)熱量。

Qb＞Qgr＞Qnet

高位發(fā)熱量(Qgr)

燃料完全燃燒,產(chǎn)生的水未放出氣化潛熱(以液態(tài)的形式存在）,則所得到的發(fā)熱量由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的彈筒發(fā)熱量（Qb）減去校正值確定2/3/20237PrinciplesofBoiler發(fā)熱量的測(cè)定2/3/20238PrinciplesofBoiler高、低發(fā)熱量間的換算

干燥基高、低位發(fā)熱量之間的換算

式中r——水的汽化潛熱，通常取r=2510kJ/kg

收到基高、低位發(fā)熱量之間的換算

2/3/20239PrinciplesofBoiler幾個(gè)重要概念

標(biāo)準(zhǔn)煤

Q

=29310kJ/kg

劣質(zhì)煤

Q

≤12500kJ/kg

折算成分

相對(duì)于每4190kJ/kg收到基低位發(fā)熱量的煤中所含的收到基水分、灰分和硫分，稱(chēng)為折算水分、折算灰分和折算硫分

2/3/202310PrinciplesofBoiler煤的灰分特性

影響灰的熔融性的主要因素灰分成分的影響煤灰中酸性氧化物使灰熔點(diǎn)提高；堿性氧化物使灰熔點(diǎn)降低周?chē)橘|(zhì)的影響

氧化性介質(zhì)中，灰熔點(diǎn)較高；還原性介質(zhì)中，灰熔點(diǎn)較低；弱還原性介質(zhì)中，灰熔點(diǎn)很低。

煤的灰分特性用灰熔點(diǎn)表示，煤灰的角錐法確定

變形溫度DT

軟化溫度ST

流動(dòng)溫度FT

2/3/202311PrinciplesofBoiler煤的結(jié)渣特性指標(biāo)

結(jié)渣率:在一定的空氣流速下燃料燃燒并燃燼時(shí),大于6mm的渣塊占灰渣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。結(jié)渣率越大的煤越容易發(fā)生結(jié)渣。

煤灰中酸性氧化物使灰熔點(diǎn)提高；堿性氧化物使灰熔點(diǎn)降低堿酸比B/A:灰中堿性成分與酸性成分含量之比。

B/A↑易結(jié)渣↑硅鋁比:即2SiO2/Al2O3的比值。硅鋁比↑易結(jié)渣↑

2/3/202312PrinciplesofBoiler煤的常規(guī)特性對(duì)鍋爐工作的影響揮發(fā)分的影響:

地質(zhì)年齡↓Vadf↑易著火↑易燃燼↑硬度↓但Q↓水分的影響:

Mar↑Q↓著火↓燃燼↓θ”l↓Q4↑積灰↑腐蝕↑灰分的影響:Aar↑Q↓Q6↑Q4↑Q4↑積灰↑磨損↑結(jié)渣↑灰熔點(diǎn)的影響:

灰熔點(diǎn)（DT、ST、FT）↓

結(jié)渣↑硫分的影響:

Sar↑

tld↑

低溫腐蝕↑

污染環(huán)境↑

煤粉倉(cāng)自燃↑煤的燃燒特性及其影響

2/3/202313PrinciplesofBoiler煤的可磨性系數(shù)與磨損指數(shù)

煤的可磨性系數(shù)：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：哈德格羅夫法（Hardgrove法），測(cè)定哈氏可磨性指數(shù)HGI

煤的磨損性指數(shù)表示磨損的輕重程度；旋轉(zhuǎn)磨損試驗(yàn)儀；沖刷式磨損試驗(yàn)儀：Ke＝E/At

2/3/202314PrinciplesofBoiler煤的分類(lèi)我國(guó)動(dòng)力煤的分類(lèi)（分類(lèi)依據(jù):Vadf）

Vadf≤10%無(wú)煙煤

Vadf＝10～20貧

煤

Vadf＝20～40煙

煤

Vadf＞37褐煤

發(fā)電用煤粉鍋爐用煤的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)：

根據(jù)煤粉爐運(yùn)行要求，按V，Q，Azs,Mzs,Szs

揮發(fā)分Vdaf（與其相對(duì)應(yīng)的發(fā)熱量）等級(jí)：V1~V5灰分Ad等級(jí)：A1~A3水分Mf等級(jí)：M1~M3硫分Sd等級(jí)：S1~S3灰融特性ST：ST1~ST22/3/202315PrinciplesofBoiler煤的類(lèi)型

無(wú)煙煤

碳化程度高，含碳量很高，達(dá)95%，雜質(zhì)很少，發(fā)熱量很高,約為25000～32500kJ/kg；

揮發(fā)份很少，小于10%，Vdaf析出的溫度較高（可達(dá)400℃），著火和燃盡均較困難,儲(chǔ)存時(shí)不易自燃

褐煤

碳化程度低，含碳量低，約為40～50%，水分及灰分很高，發(fā)熱量低,約10000～21000kJ/kg；

揮發(fā)分含量高，約40～50%，甚至60%，揮發(fā)分的析出溫度低（＜200℃），著火及燃燒均較容易2/3/202316PrinciplesofBoiler煤的類(lèi)型

煙煤

碳化程度次于無(wú)煙煤，含碳量較高，40～60%,雜質(zhì)少，發(fā)熱量較高,約為20000～30000kJ/kg；

揮發(fā)分含量較高，約10～45%，著火及燃燒均較容易

貧煤揮發(fā)分含量10～20%的煙煤

揮發(fā)份較少，性質(zhì)介于無(wú)煙煤與煙煤之間，燃燒性能方面比較接近無(wú)煙煤；

劣質(zhì)煙煤

揮發(fā)份20～30%；但水分高，灰分更高的煙煤

發(fā)熱量低，為11000～12500kJ/kg

這兩種煙煤著火及燃燒均較困難

2/3/202317PrinciplesofBoiler§2燃料的燃燒計(jì)算1、燃燒計(jì)算的物理模型2、燃料的燃燒工況3、煤的燃燒反應(yīng)4、燃燒所需要的空氣量5、過(guò)?？諝庀禂?shù)α與漏風(fēng)系數(shù)△α6、過(guò)?？諝庀禂?shù)β與漏風(fēng)系數(shù)△α7、煙氣容積2/3/202318PrinciplesofBoiler燃燒計(jì)算的物理模型以1kg燃料為計(jì)算基礎(chǔ)

所有氣體均視為理想氣體（22.4Nm3/kg）

假定完全燃燒認(rèn)為空氣只由N2和O2組成,

容積比為79:212/3/202319PrinciplesofBoiler燃料的燃燒工況

理論工況燃料在沒(méi)有過(guò)剩空氣的情況下完全燃燒燃燒產(chǎn)物（煙氣）組成成分CO2、SO2、N2、H2O

理論煙氣量

實(shí)際工況

實(shí)際送入的空氣量大于理論空氣量，仍為不完全燃燒燃燒產(chǎn)物（煙氣）組成成分CO2、SO2、N2、

H2O、O2、CO

實(shí)際煙氣量Vy

2/3/202320PrinciplesofBoiler煤的燃燒反應(yīng)

煤中可燃元素的燃燒反應(yīng)是燃燒計(jì)算的基礎(chǔ)，1kg收到基燃料包括

Kg的碳、kg的氫、kg的硫

碳完全燃燒反應(yīng)方程式

C+O2→

CO212kgC+22.41Nm3O2→

22.41Nm3CO2

1kg

C+1.866Nm3O2

→

1.866Nm3

CO2

1kgH+5.56Nm3O2

→

11.1Nm3H2O

1kgS+0.7Nm3O2

→0.7Nm3SO22/3/202321PrinciplesofBoiler燃燒所需要的空氣量

理論空氣量V0

1kg燃料完全燃燒時(shí)所需要的最小空氣量(無(wú)剩余氧)可通過(guò)燃料中可燃元素（C、H、S）的燃燒化學(xué)反應(yīng)方程式求得

實(shí)際空氣量V

式中

α、β—分別為煙氣側(cè)和空氣側(cè)的過(guò)?？諝庀禂?shù)2/3/202322PrinciplesofBoiler過(guò)剩空氣系數(shù)α與漏風(fēng)系數(shù)△α

Δα各受熱面處煙氣側(cè)漏風(fēng)系數(shù)，△V為煙道漏風(fēng)量為爐膛出口處過(guò)?？諝庀禂?shù)，表征爐內(nèi)燃燒狀況2/3/202323PrinciplesofBoiler過(guò)?？諝庀禂?shù)β與漏風(fēng)系數(shù)△α

為空氣預(yù)熱器出、進(jìn)口處空氣側(cè)過(guò)剩空氣系數(shù)分別為爐膛、制粉系統(tǒng)和空預(yù)器漏風(fēng)系數(shù)2/3/202324PrinciplesofBoiler煙氣容積

理論煙氣容積

α=1、完全燃燒：O2=0；CO=0

實(shí)際煙氣容積α>1、完全（不完全）燃燒：O2≠0；CO=0（CO≠0）

2/3/202325PrinciplesofBoiler§３煙氣分析方法1、煙氣分析2、不完全燃燒方程式及煙氣中CO含量的計(jì)算3、RO2和RO2max的計(jì)算4、運(yùn)行中過(guò)?？諝庀禂?shù)及煙氣容積的確定5、漏風(fēng)系數(shù)2/3/202326PrinciplesofBoiler煙氣分析

煙氣分析的目的:測(cè)鍋爐反平衡效率、測(cè)量過(guò)量空氣系數(shù)、監(jiān)督RO2O2的含量、檢查鍋爐漏風(fēng)情況等。(鍋爐運(yùn)行監(jiān)督、測(cè)試)奧氏煙氣分析儀的工作原理:利用不同的吸收劑吸收不同的氣體成分

氫氧化鉀溶液(KOH)—RO2

焦性沒(méi)食子酸溶液C6H3(OH)3—O2、RO

氯化亞銅氨溶液Cu(NH3)2Cl—CO、O2

2/3/202327PrinciplesofBoiler煙氣成分分析煙氣分析是以1kg燃料燃燒生成的干煙氣（除去水分后的煙氣）容積為基礎(chǔ)

煙氣分析可得到在干煙氣Vgy中所占的容積百分比

2/3/202328PrinciplesofBoiler不完全燃燒方程式及煙氣中CO含量的計(jì)算

不完全燃燒方程

:

21=RO2+O2+0.605CO+β(RO2+CO)

煙氣中CO含量的計(jì)算:

燃料特性系數(shù)β:2/3/202329PrinciplesofBoilerRO2和RO2max的計(jì)算

不完全燃燒方程

:21=RO2+O2+0.605CO+β(RO2+CO)

當(dāng)完全燃燒時(shí),CO=0,則得,完全燃燒方程式:21=O2+(1＋β)RO2

若在α＝1的情況下完全燃燒,則得RO2max,即:2/3/202330PrinciplesofBoiler運(yùn)行中過(guò)?？諝庀禂?shù)及煙氣容積的確定RO2、O2可由煙氣分析或相關(guān)儀表測(cè)定

過(guò)剩空氣系數(shù)完全燃燒

煙氣容積

干煙氣容積2/3/202331PrinciplesofBoiler漏風(fēng)系數(shù)

對(duì)于空氣預(yù)熱器:β″ky＝βky′－Δαky考慮爐膛及制粉系統(tǒng)的漏風(fēng),則:βky″＝α″l－Δαl－ΔαzfΔαl、Δαzf—爐膛及制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)系數(shù)。2/3/202332PrinciplesofBoiler§４空氣和煙氣焓的計(jì)算1、空氣和煙氣的焓2、煙氣的焓值3、焓溫表2/3/202333PrinciplesofBoiler空氣和煙氣的焓空氣的焓：

理論空氣的焓:I0k=V0(ct)k,kJ/kg

實(shí)際空氣的焓:Ik=αI0k=αV0(ct)k,kJ/kg

煙氣焓

1kg燃料燃燒生成的煙氣在定壓下從0（℃）加熱到（℃）時(shí)所需要的熱量2/3/202334PrinciplesofBoiler煙氣的焓值

為1Nm3空氣、煙氣各成分和1kg灰在溫度為℃時(shí)的焓值；為煙氣攜帶飛灰的質(zhì)量份額。對(duì)固態(tài)排渣煤粉爐，為理想煙氣焓、理想空氣焓和飛灰焓2/3/202335PrinciplesofBoiler焓溫表

煙氣的焓值取決于燃料種類(lèi)、過(guò)?？諝庀禂?shù)及煙氣溫度

由（、α）查焓溫表可很快確定煙氣溫度；由（、α）查表可很快確定煙氣焓

焓溫表

對(duì)給定的燃料和各受熱面前、后的過(guò)?？諝庀禂?shù)α計(jì)算出該受熱面對(duì)應(yīng)煙氣溫度范圍內(nèi)的煙氣焓，制成的煙氣（—）表2/3/202336PrinciplesofBoiler作業(yè)與思考題1、煤中所含的灰分、水分對(duì)鍋爐運(yùn)行有哪些不利影響？2、試述Vdaf、Sar及灰熔點(diǎn)對(duì)鍋爐的工作有哪些影響.3、灰渣熔融特性在鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行中有何意義？影響灰熔點(diǎn)的因素有哪些？4、什么是折算成分，在鍋爐運(yùn)行中有何意義？5、推導(dǎo)換算系數(shù)Kadf-ar6、某種煤收到基含碳量為4０％。由于受外界條件的影響，其收到基水分由15％減少到10％，收到基灰分由25％增加到35％，試求其水分和灰分變化后的收到基含碳量（要求先推導(dǎo)換算公式，后計(jì)算）。7、已知甲種煤的Qnet，ar=29166kJ/kg,Aar＝18％；乙種煤的Qnet，ar=18788kJ/kgAar＝15％。如果鍋爐效率、負(fù)荷等條件相同，試問(wèn)用哪一種燃料鍋爐出灰量大？2/3/202337PrinciplesofBoiler作業(yè)與思考題8、已知某鍋爐燃用煤的元素分析成分如下：Car=58.14%Har＝3.86％Oar＝8.09％Nar=0.62%Sar＝0.22％Aar＝20.07％Mar=9%Mad=1%試求：1、該燃料的空氣干燥基和干燥基成分。2、判斷屬何種煤。3、按發(fā)電煤粉鍋爐用煤標(biāo)準(zhǔn)劃分屬哪類(lèi)。9、試比較煤的收到基水分Mar和空氣干燥基