鍋爐原理第二章燃料

第二章燃料及其燃燒特性[研究對象]燃料性質(zhì)描述成分§1發(fā)熱量§2灰的性質(zhì)§3種類§4為什么要研究燃料？燃料的性質(zhì)影響鍋爐中許多部件和設備的結(jié)構(gòu)影響設備在鍋爐中的布置位置影響設備中進行某些過程的安全性和經(jīng)濟性如：風機的選型，燃燒設備，灰熔點的影響，污染物的影響。第二章燃料及其燃燒特性第一節(jié)電站鍋爐燃料燃料的定義通過燃燒釋放熱能的可燃物質(zhì)稱為燃料。核能燃料—可控核裂變與和聚變有機燃料—以各種形式在自然界存在的碳氫化合物燃料總類

有機燃料的物理狀態(tài)分為：固體燃料、液體燃料和氣體燃料液體燃料—石油及其制品—輕油、柴油、重油煤氣—城市煤氣、高爐煤氣、焦爐煤氣油頁巖鍋爐燃料氣體燃料固體燃料煤—無煙煤、煙煤、褐煤等木材，生物質(zhì)沼氣天然氣、液化石油氣第二章燃料第二節(jié)煤的元素分析和工業(yè)分析

(燃料的成分)一、元素分析成分

1.元素分析的概念及成分分析分析煤的元素組成成分及其含量的方法2.元素成分的含量及其換算含量：指燃料中各成分的質(zhì)量占燃料總質(zhì)量的百分比，用各個成分的質(zhì)量百分數(shù)來表示。所以水分和灰分所占質(zhì)量較大，且隨外界條件有較大的波動;因此有四種不同“基”準的煤樣:1.收到基ar；2.空氣干燥基ad；3.干燥基d；4.干燥無灰基daf.某成分的含量=煤樣中該成分的質(zhì)量煤樣的總質(zhì)量×100收到基（下標符號為ar）表示燃料中全部成分的質(zhì)量百分數(shù)總和，特別是包括了全部的水分和灰分，是以鍋爐實際燃燒的燃料來測定各成分的含量。是鍋爐燃料燃燒計算的原始依據(jù)。

Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%空氣干燥基（下標符號為ad）表示在不含外在水分，只包含內(nèi)在水分的實驗條件下，燃料各組成成分的質(zhì)量百分數(shù)總和，空氣干燥基成分用于實驗室分析，是實驗室煤質(zhì)分析所用煤樣的成分組成。

Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%干燥基（下標符號為d）表示在不含水分的條件下干燥燃料各組成成分的質(zhì)量百分數(shù)總和干基中各成分不受水分變化的影響可用于準確的表示灰分的含量

Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%干燥無灰基（下標符號為daf）表示在不含水分和灰分的條件下，干燥無灰燃料各組成成分的質(zhì)量百分數(shù)總和，干燥無灰基中只包含燃料的可燃成分，各成分不受水分和灰分變化的影響，表示了燃料中最本質(zhì)的部分，可用于區(qū)別燃料的種類煤炭交易。

Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%元素分析成分各基準關(guān)系2.元素成分的含量及其換算換算：不同基準下同類成分間的換算依據(jù)：1）任意兩種不同基準下的同類成分的比值都相等；2）分比定理。公式：未知成分=換算系數(shù)K×已知成分各種基的換算：x=k×x0該式不能用于水分換算，因為內(nèi)、外部水分不是成比例的，換算式為書式2-7。二、工業(yè)分析在一定實驗條件下，經(jīng)過分析(干燥、加熱、燃燒)得到水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分這四種成分的質(zhì)量百分數(shù)。工業(yè)分析在電廠常用（唯一的實驗內(nèi)容）方法：自然干燥，1g煤樣，145±5℃干燥箱1小時，失去重量為空干基水分；然后隔絕空氣，920℃電爐，7分鐘，干燥箱冷卻至室溫，失去重量為空干基揮發(fā)分；揮發(fā)分為有機氣體，對鍋爐影響很大；剩余為焦碳，為固定碳及灰分組合。在815±5℃下燃燒1小時，剩余為空干基灰分。最后可得固定碳。揮發(fā)份及其測定揮發(fā)份定義：失去水分的煤樣在隔絕空氣的條件下加熱到一定溫度時，煤分解逸出的部分可燃質(zhì)和礦物質(zhì)。主要成分是CO、CO2、CmHn、H2等。收到基揮發(fā)份含量在5%~40%之間。表示方法：V，Vdaf，等，也存在換算。影響因素：揮發(fā)份的多少和組成與煤的年代有關(guān)熱解程度隨加熱速率、加熱溫度和加熱時間而變，須在統(tǒng)一條件下測定。揮發(fā)份的發(fā)熱量取決于揮發(fā)份的成分揮發(fā)份的多少與組成影響到著火，是對動力用煤進行分類的重要依據(jù)。焦炭=固定炭+灰分：失去水分并放出揮發(fā)份后所剩余的殘留物稱為焦炭。元素分析成分與工業(yè)分析成分關(guān)系第三節(jié)、煤的發(fā)熱量及相關(guān)概念

一、煤的發(fā)熱量兩種發(fā)熱量的定義：1．高位發(fā)熱量Qgr1kg煤完全燃燒時放出的全部熱量，包括煙氣中水蒸汽凝結(jié)時放出的熱量。2．低位發(fā)熱量Qnet在1kg煤完全燃燒時放出的全部熱量中扣除水蒸汽汽化潛熱后所得的熱量。即煤中可燃質(zhì)的一部分燃燒熱量被用于水分的汽化，沒有得到利用。單位為kcal/kg，或者kJ/kg，MJ/kg。幾點說明實驗室所測是全部熱量（高位），鍋爐排煙溫度均較高（110℃以上），煙氣中水未蒸汽凝結(jié)，將這部分氣化潛熱帶走。我國均采用低位發(fā)熱量。有些國家采用高位發(fā)熱量，必要時說明。表示煤的發(fā)熱量同樣分為不同的“基”，因此，也存在之間的換算。二、煤的折算成分硫分、灰分與水分對鍋爐工作的影響1）降低煤的發(fā)熱量2）降低燃燒溫度，不利于燃料的著火與燃燒3）增加煙氣容積，排煙溫度升高，排煙損失增加，鍋爐效率下降4）加劇鍋爐受熱面的低溫腐蝕與積灰5）增加通風電耗。采用折算成分的目的比較鍋爐燃燒不同煤時，帶入爐內(nèi)的水、灰和硫的質(zhì)量—煤的折算成分；定義：每送入爐內(nèi)1MJ（1000kJ）熱量，隨燃料帶入爐內(nèi)的某成分的質(zhì)量；分別為折算水分、折算灰分和折算硫分；過去以每1000kcal為標準，現(xiàn)在是1000kJ對應的克數(shù)；單位g/MJ（SI制）

以灰分為例，同一鍋爐燃燒不同煤時，采用折算成分的必要性（此為成分的百分含量%）折算成分的表達式要產(chǎn)生同樣的熱量，帶入鍋爐的灰量取決于煤灰分含量與發(fā)熱量；與灰分含量成正比，與發(fā)熱量成反比；采用此比例式來代表帶入的灰量；折算水分

折算灰分

折算硫分采用折算成分判斷煤中水分、灰分和硫分高、中、低的大致范圍如表所示。折算水分：>8%高水分煤折算灰分：>4%高灰分煤折算硫分：>0.2%高硫分煤四、標準煤單純以燃煤量的多少來比較不同鍋爐的經(jīng)濟性不妥，須折算到統(tǒng)一標準；標準煤的概念，規(guī)定低位發(fā)熱量為7000kcal/kg（或者29310kJ/kg，29.31MJ/kg）的煤為標準煤；將發(fā)熱量不是7000kcal/kg的煤統(tǒng)一折算到7000kcal/kg來進行比較；用于計算和比較標準煤耗等。

第四節(jié)煤灰的結(jié)渣和積灰特性判別一、煤灰的熔融特性（灰熔點）爐膛內(nèi)溫度很高，煤中灰顆粒一般呈熔化或軟化狀態(tài)，對鍋爐工作影響極大。對鍋爐的主要危害是造成鍋爐受熱面結(jié)渣，傳熱惡化，掉渣滅火或事故?；曳殖煞植煌?，發(fā)生熔化的溫度也不同。高熔點成分+低熔點成分，無固定的熔點。溫度見表2-2灰熔融性的測定將灰制成特定形狀的灰堆，加熱升溫1300℃以上，采用三個特征溫度來表示灰的熔融特性。DT—開始變形溫度(DeformationTemp.)；(t1)ST—開始軟化溫度(SofteningTemp.);(t2)FT—開始液化化溫度(FluidTemp.).(t3)試驗中：ST>1390℃，輕微結(jié)渣煤。ST=1260-1390℃，為中等易結(jié)渣煤。ST<1260℃，為嚴重結(jié)渣煤。溫度間隔Δ200-400℃長渣溫度間隔Δ100-200℃短渣Δ<200℃，短渣，用于固態(tài)排渣爐Δ>200℃，長渣，用于液態(tài)排渣爐對灰熔融特性的影響因素化學成分：酸性成分（難）、堿性成分環(huán)境氣氛：氧化（難）、還原

二、煤的積灰結(jié)渣特性結(jié)渣：煤灰熔化、軟化后粘附水冷壁等受熱面形成渣層；沾污：煤灰中揮發(fā)物質(zhì)在受熱面上凝結(jié)并粘結(jié)灰粒。結(jié)渣判別方法：堿酸比，硅比沾污判別方法：沾污指數(shù)，燒結(jié)強度結(jié)渣判別方法堿酸比（B/A<0.5為低結(jié)渣傾向；B/A=0.5-1.0為中等結(jié)渣傾向；B/A=1.0-1.75為嚴重結(jié)渣傾向。）硅比（G>72不結(jié)渣，G<65嚴重結(jié)渣）沾污判別方法沾污指數(shù)第二章燃料第五節(jié)煤的分類一、我國煤的分類以干燥無灰基揮發(fā)分為指標，分為：褐煤、煙煤、無煙煤具體見表2-4，2-5，2-6二、發(fā)電廠用煤質(zhì)量標準根據(jù)煤的燃燒特性，以揮發(fā)份、灰分、水分、硫分和灰熔融特性作為主要的分類指標；以煤的發(fā)熱量作為輔助分類指標，表2-7（即VAMST分類標準）三、發(fā)電廠煤的分類及燃燒特性無煙煤：Vdaf≤9%，含碳最多，發(fā)熱量高，難以點燃；貧煤：

Vdaf=9~19%，著火燃燒特性優(yōu)于無煙煤但仍較差；煙煤：Vdaf=19~40%，含碳多，灰、水少，發(fā)熱量高；部分較難燃，部分易燃；褐煤：Vdaf>40%，水分與灰分高，發(fā)熱量低，著火與燃燒容易。無煙煤年代揮發(fā)份含量%貧煤煙煤褐煤四、我國電廠常用煤種表2-8第六節(jié)煤的燃燒特性一、煤的分解機理熱解，揮發(fā)分析出。熱解溫度：快速熱解，慢速熱解，中速熱解；熱解條件：溫度、壓力、形狀、顆粒尺寸、流動條件等；熱解過程：

105℃以前，主要水分、部分吸附氣體；

200~300℃，水分、CO、CO2及焦油；

300~500℃，大量焦油、CH4、CO、CO2等；

500~700℃，含氫較多的氣體；

759~1000℃，少量含氫氣體。二、煤的熱重分析燃燒特性研究：熱天平、熱顯微鏡、著火指數(shù)爐、管式沉降爐、燃燒實驗臺等熱重分析：熱天平熱重；TG，物質(zhì)質(zhì)量與溫度關(guān)系，曲線為TG曲線；微商熱重：DTG，TG曲線對溫度（或時間）的一階微商；差熱分析：DTA，當給予被測物和參比物同等熱量時（以參比物與樣品間溫度差為縱坐標，以溫度為橫坐標所得的曲線，稱為DTA曲線。）第七節(jié)燃油和燃氣特性一、燃料油的物理特性石油的形成：低等動、植物遺體中脂肪、蛋白質(zhì)和碳水化合物，沉積地下后經(jīng)長期缺氧、溫度、壓力、細菌分解等作用，形成粘稠性液體。1000~4000m，60~150℃，有機質(zhì)大量生成石油。石油可提煉成汽油、煤油、柴油、重油；殘留物為渣油。電站鍋爐用燃油為石油煉制產(chǎn)品或尾品，主要是重油、柴油和渣油。

重油重油是石油各種加工工藝過程中重質(zhì)蒸餾分和殘渣的總稱，是油料中密度最大的油品。石油經(jīng)過常壓、減壓蒸餾得到重質(zhì)直流重油；經(jīng)過各種裂化加工得裂化重油；蒸餾和裂化工藝中殘留物為渣油。商品重油一般為調(diào)制品。基本方法為直接蒸餾，分為常、減壓蒸餾，屬于初加工。從塔不同層次出來。塔頂出沸點最低的汽油，35~200℃的餾分為直流汽油；175~310℃為煤油和柴油；350℃以上重餾分為潤滑油原料和裂化原料；塔底為重油。深加工，裂化法。為多得輕質(zhì)油。初加工只有25%~35%。

主要特性流動性能凝固點：油品在一定條件下完全喪失流動能力時的溫度稱為凝固點。傾斜45試管，1分鐘，油面不變。汽油-80℃；重油15~36℃或更高。粘度：流體粘性的度量。流體在剪切力作用下，將產(chǎn)生連續(xù)不斷的變形以抵抗外力，這就是粘性。我國用恩氏粘度表示燃油粘度。美國用通用賽氏粘度或賽氏-福氏粘度（SU或SF），英國用雷氏1號（R1）或雷氏2號（R2）粘度。

燃燒及爆炸性能閃點：提高油溫會加速油氣的揮發(fā)，油蒸汽與空氣混合物遇到火源發(fā)生瞬間的閃光現(xiàn)象時，油品的最低溫度。燃點：遇火源持續(xù)燃燒不少于5秒，最低油溫度。其他特性靜電特性：產(chǎn)生靜電，火花；含硫量：產(chǎn)生污染物，大于2%為高硫油；80%存于重油中；灰分：很少，低于0.05%，但成分復雜。另外開采、運輸?shù)冗^程混入機械雜質(zhì)，約0.1~0.2%。水分：原油中水分高，需經(jīng)脫水處理。加工后含量很少，低于2%。燃燒霧化。二、氣體燃料天然氣形成，較簡單。可同石油并存，也有單獨氣田。高等植物木質(zhì)纖維腐爛分解、無機質(zhì)等礦物質(zhì)分解，都可形成天然氣?？煞譃闅馓餁狻⒂吞餁?、煤田氣三種。人工氣體燃料：煤氣（CO、H2）、石油液化氣（烷類）等。成分含量為容積百分數(shù)。氣體燃料特點：使用性能好，易與空氣混合，燃燒效率高；調(diào)節(jié)靈活；污染?。贿\輸方便，管道，可液化。不需要存放場地、灰渣處理系統(tǒng)。缺點：有毒