六章燃料與燃燒課件

燃料

與臨沂節(jié)能監(jiān)察支隊(duì)殷inting163@163.com7/29/20231燃料與燃燒（一）燃料（二）煤的燃燒（三）燃油的燃燒（四）氣態(tài)燃料的燃燒（五）鍋爐熱平衡（六）新燃料的燃燒技術(shù)7/29/20232第六章燃料與燃燒了解內(nèi)容幾種量熱儀的名稱和使用方法以及煤樣的采集與制備的程序,煤的燃燒過程中各階段的特點(diǎn),燃油燃燒器的具體結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),燃?xì)馊紵鞯木唧w結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),鍋爐熱平衡的意義,新燃料燃燒設(shè)備的原理、結(jié)構(gòu)。理解要點(diǎn)（一）燃料的相關(guān)概念（二）煤的工業(yè)分析的四項(xiàng)內(nèi)容（三）煤的燃燒特性（四）燃油的燃燒特點(diǎn)及過程（五）燃油鍋爐及燃油燃燒器的相關(guān)概念7/29/20233第六章燃料與燃燒掌握重點(diǎn)（一）燃料發(fā)熱量及高位、低位發(fā)熱量的定義（二）固態(tài)、液態(tài)燃料完全燃燒的計(jì)算（三）固態(tài)、液態(tài)燃料不完全燃燒的計(jì)算（四）基本燃煤燃燒設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工作原理（五）氣態(tài)燃料的燃燒計(jì)算（六）熱平衡計(jì)算7/29/20234第一節(jié)燃料7/29/20235第一節(jié)燃料一、總論（理解要點(diǎn)）燃料：是指燃燒時(shí)能夠放出熱量或者產(chǎn)生動(dòng)力，并且伴隨著生成光的可燃物質(zhì)。燃燒：是指燃料與氧化劑發(fā)生強(qiáng)烈化學(xué)反應(yīng)，并伴有發(fā)光發(fā)熱的現(xiàn)象。（一）燃料性質(zhì)1.單位質(zhì)量的該物質(zhì)燃燒能放出大量的熱量；2.容易并能充分燃燒；3.在自然界中蘊(yùn)藏豐富，能夠大量開采，價(jià)格低廉；4.燃燒產(chǎn)物對(duì)人體與環(huán)境無害。7/29/20236（二）燃料的分類（理解要點(diǎn)）1、固態(tài)燃料固態(tài)燃料是能產(chǎn)生熱能或動(dòng)力的固態(tài)可燃物質(zhì)，大都含有碳或碳?xì)浠衔铩?、液態(tài)燃料液態(tài)燃料的主要成分與固態(tài)燃料相似，包括碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、灰分(A)和水分（M）等。3、氣態(tài)燃料各種氣態(tài)燃料均由一些單一氣體混合組成，包括可燃物質(zhì)和不可燃物質(zhì)兩部分。7/29/20237（三）新燃料1、生物質(zhì)燃料生物質(zhì)是指有機(jī)物中除化石燃料外所有來源于動(dòng)、植物能再生的物質(zhì)。2、水煤漿20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種新型煤基流體潔凈燃料，是由煤、水和化學(xué)添加劑等經(jīng)過一定的加工而制成的一種流體燃料。7/29/20238二、燃料組成的表示方法（理解）（一）固態(tài)燃料和液態(tài)燃料的表示方法固態(tài)燃料和液態(tài)燃料的各元素含量組成（碳、氫、氧、氮、硫、水分和灰分）通常用其相對(duì)質(zhì)量（質(zhì)量百分比）來表示：

C+H+O+N+S+A+M=100%1、收到基（應(yīng)用基）將全部水分和灰分都包括在內(nèi)的燃料作為100%的成分，用下標(biāo)ar表示：Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%

7/29/202392、空氣干燥基（分析基）以將外在水分去掉后的燃料作為100%的成分，用下標(biāo)ad表示：Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%3、干燥基以去掉全部水分的燃料作為100%的成分。用下標(biāo)d表示：Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%4、干燥無灰基（可燃基）以去掉全部水分和灰分的燃料作為100%的成分。用下標(biāo)daf表示：

Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%7/29/202310四種基準(zhǔn)之間可以相互換算已知的基準(zhǔn)要換算成的基準(zhǔn)收到基空氣干燥基干燥基干燥無灰基收到基1空氣干燥基1干燥基1干燥無灰基17/29/202311（二）氣態(tài)燃料的表示方法（理解）一般可將氣態(tài)燃料分為干氣體成分和濕氣體成分兩種表示方法。干氣體成分：以去除水蒸氣后的燃料成分作為100%。CH4+C2H4+C2H6+CO+H2+…+O2+N2+CO2=100%濕氣體成分：包括水蒸氣在內(nèi)的燃料成分作為100%，用上標(biāo)w表示。CH4w+C2H4w+C2H6w+COw+H2w+…+O2w+N2w+CO2w=100%干、濕氣體的體積分?jǐn)?shù)之間的換算按教材公式（6.1-9）計(jì)算7/29/202312三、燃料的分析方法（一）煤的工業(yè)分析（理解）1、水分：煤的水分（全水分）可分為外在水分和內(nèi)在水分兩種。2、灰分：是指煤在燃燒時(shí)，其中的不可燃雜質(zhì)經(jīng)高溫分解和氧化后形成的殘?jiān)?、揮發(fā)分：是將煤在規(guī)定條件下隔絕空氣加熱時(shí)揮發(fā)性有機(jī)物的產(chǎn)率。4、固定碳：測(cè)定煤樣除去揮發(fā)分和水分后形成焦炭，從焦炭中減去灰分后殘留的部分。7/29/202313（二）煤的元素分析（理解要點(diǎn)）煤的組成以有機(jī)質(zhì)為主，有機(jī)質(zhì)的元素組成通常利用元素分析來測(cè)定，包括五種主要元素即碳、氫、氧、氮和硫。1、基本概念碳：煤中的主要可燃物質(zhì)，占到20%～70%甚至更多。氫：煤中含量?jī)H次于碳的可燃成分，占到2%～8%。氮和氧：氮和氧是燃料內(nèi)部的不可燃物質(zhì)。煤中氮的含量約為1%～2%硫：硫是燃料中的有害可燃元素，我國(guó)煤含約0.5%～3%。2、碳?xì)湓胤治鰞x是利用吸收質(zhì)量法測(cè)定煤或其它有機(jī)物中碳和氫的含量。7/29/202314（三）燃料的發(fā)熱量1、基本概念（重點(diǎn)掌握）發(fā)熱量：燃料的發(fā)熱量（也稱作熱值）是指單位質(zhì)量或者單位體積（氣態(tài)燃料）的燃料完全燃燒時(shí)所能釋放的最大熱量。它是衡量燃料作為能源的一個(gè)很重要的組成部分。高位發(fā)熱量：1kg（或1m3）的燃料完全燃燒后所產(chǎn)生的熱量叫做燃料的高位發(fā)熱量，它包括燃料燃燒時(shí)生成的水蒸氣完全凝結(jié)成水放出的汽化潛熱。低位發(fā)熱量：1kg（或1m3）的燃料完全燃燒后所產(chǎn)生的熱量減去燃料燃燒時(shí)生成的水蒸汽完全凝結(jié)成水放出的汽化潛熱后的差值。2、氧彈式量熱計(jì)（國(guó)內(nèi)使用最多）、全自動(dòng)量熱儀（有更高的測(cè)量精度）7/29/202315四、樣品的采集與制備

（了解內(nèi)容）（一）入爐原煤的采樣（二）煤粉采樣（三）入爐煤和煤粉采樣后處理（四）飛灰采樣（五）爐渣采樣（六）入爐煤、煤粉、飛灰和爐渣樣品的制備7/29/202316第二節(jié)煤的燃燒7/29/202317第二節(jié)煤的燃燒7/29/202318一、煤的燃燒特性（理解）（一）煤的發(fā)熱量（二）煤的揮發(fā)分（三）煤的焦結(jié)性（四）煤的灰熔點(diǎn)

7/29/202319二、煤的燃燒過程（了解）（一）準(zhǔn)備階段燃料進(jìn)入爐膛吸熱升溫水分蒸發(fā)、析出揮發(fā)分著火點(diǎn)7/29/202320（二）揮發(fā)分、焦炭著火與燃燒階段（了解）

著火揮發(fā)分燃燒、焦炭被加熱揮發(fā)分消耗殆盡、焦炭與氧氣接觸燃燒出藍(lán)色火焰焦炭燃燒表面會(huì)形成灰殼、灰殼外有CO和CO2氣層，空氣要沖破才能與碳發(fā)生反應(yīng)7/29/202321燃燒階段也是放熱階段，它放熱的速度與燃燒溫度、氧量、氣流擾動(dòng)、煤粒細(xì)度等有關(guān)，保證充分供風(fēng)是控制的關(guān)鍵。燃燒根據(jù)反應(yīng)物形態(tài)分均相和非均相燃燒，氣態(tài)燃料基本為均相燃燒，固、液態(tài)燃料揮發(fā)分為均相燃燒，焦炭是非均相燃燒。擴(kuò)散燃燒動(dòng)力燃燒7/29/202322（三）殘?zhí)既急M形成灰渣階段（了解）少量殘?zhí)既紵急M成灰渣（放熱少，應(yīng)適量供風(fēng)、加強(qiáng)擾動(dòng)和保持高爐溫）7/29/202323三、燃燒計(jì)算（一）完全燃燒時(shí)的燃燒計(jì)算（掌握重點(diǎn)）1、燃燒需理論空氣量

收到基Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%燃料可燃成分主要是C、H、S等元素由碳完全燃燒——12kgC+22.4m3O222.4m3CO2即1kgC完全燃燒需1.866m3O2，產(chǎn)1.866m3CO27/29/2023241kg燃料完全燃燒需理論空氣量為：（掌握）V0=1/0.21×(1.866Car+5.55Har+0.7Sar-0.7Oar)m3標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣ρ=1.293kg/m3,則理論空氣量質(zhì)量為：L0=1.293V0經(jīng)驗(yàn)公式：V0=1.05×Qnet,ar/4186+0.2787/29/2023252、燃料需實(shí)際空氣量與空氣系數(shù)（掌握）實(shí)際送入燃燒器的空氣量V、即實(shí)際空氣量，它與理論空氣V0的比值就是空氣系數(shù)：α=V/V0α低時(shí)，不完全燃燒損失大；

α高時(shí)，排煙損失大；確定最佳α的方法則為：α低時(shí)損失+α高時(shí)損失=為最小時(shí)（min）《工業(yè)鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》（GB/T17954—2007)中有限值規(guī)定，根據(jù)燃燒方式和燃料不同α小于1.2~1.757/29/2023263、理論煙氣量Vy0（掌握）

共有四種組分：CO2、SO2、N2和H2O；根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式得出對(duì)應(yīng)1kg燃料燃燒時(shí)產(chǎn)氣體容積為：Vy0=VCO2+VSO2+VN20+VH2O01.866Car(m3)0.7Sar(m3)空氣中N2含79%，則0.79V0；燃料本身含N2，則1kgN2體積=22.4/28（m3）1kg燃料含N2體積為22.4/28×Nar=0.8Nar（m3）則：VN20=0.79V0+0.8Nar7/29/202327VH2O0來源有三個(gè)方面：（重點(diǎn)掌握）（1）燃料中氫元素燃后生成水蒸氣VH2O01VH2O01=2×22.4/(2×2.016)×Har=11.1Har（2）燃料中所含水蒸氣VH2O02VH2O02=22.4/18×Mar=1.24Mar（3）理論空氣V0帶入的水蒸氣容積VH2O03VH2O03=0.001293/0.804×10V0=0.0161V0所以理論煙氣量為：Vy0=VCO2+VSO2+VN20+VH2O0

不計(jì)入VH2O0時(shí)為：Vgy0=VCO2+VSO2+VN207/29/2023284、實(shí)際煙氣量Vy（掌握）實(shí)際煙氣量Vy為：Vy=Vgy+VH2O實(shí)際干煙氣量Vgy=理論干煙氣量Vgy0+過量空氣（α-1）V0（干空氣）；實(shí)際水蒸氣VH2O=理論水蒸氣VH2O0+過量空氣帶入水蒸氣0.0161（α-1）V0；則：Vy=Vgy+VH2O=【

Vgy0+（α-1）V0】+【Vgy0+0.0161（α-1）V0】=Vy0+0.0161（α-1）V0經(jīng)驗(yàn)公式：Vy0=1.04×Qnet,ar/4186+0.777/29/2023295、煙氣焓（掌握）1kg燃料生成理論煙氣焓為：Iy0=VC02hCO2+Vs02hsO2+VH020hHO2+VN20hN2

每種氣體的比焓（h）都可查表取得。1kg燃料生成實(shí)際煙氣中所含剩余空氣量的焓為：Ik=（α-1）V0hgk+（α-1）

0.0161dV0hH2O則：Iy=Iy0+Ik燃高灰分燃料時(shí)，煙氣攜帶飛灰應(yīng)計(jì)入煙氣焓為：Ifh=αfhAarhfh；則：Iy=Iy0+Ik+Ifh7/29/202330（二）不完全燃燒時(shí)的燃燒計(jì)算（掌握）通過煙氣分析儀測(cè)定煙氣個(gè)成分的容積份額：RO2=(VCO2+VsO2)/Vgy×100%=VRO2/Vgy×100%；

CO=VCO/Vgy×100%；整理為：Vgy=(VCO2+VCO)/(RO2+CO)×100%由碳的燃燒化學(xué)反應(yīng)式可知：

VRO2+VCO=1.866(Car+0.375Sar)m3則：Vgy=1.866【(Car+0.375Sar)/(RO2+CO)】m3

不完全燃燒的總煙氣量為：Vy=Vgy+VH027/29/202331不考慮煙氣中含量極少的氫、碳?xì)浠衔飼r(shí)，不完全燃燒煙氣成分可以表示為：RO2+O2+CO+N2=100%

煙氣各成分份額應(yīng)滿足的關(guān)系由不完全燃燒方程式確定，即：21=RO2+O2+0.605CO+β(RO2+CO)β為燃料特性系數(shù)：β=2.35[(Har-0.125Oar+0.038Nar)/(Car+0.375Sar)]則：CO=[21-βRO2-(RO2-O2)]/(0.605+β)不完全燃燒空氣系數(shù)：完全燃燒時(shí)（CO=0）得空氣系數(shù)為：7/29/202332四、燃煤燃燒設(shè)備（掌握）（一）煤的層燃技術(shù)及層燃設(shè)備（重點(diǎn)掌握原理、特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)）圖6.2-5鏈條爐結(jié)構(gòu)1-煤斗；2-煤閘門；3-爐排；4-送風(fēng)道；5-防焦道；6-看火孔；7-老鷹鐵；8-渣井；9-灰斗；10-人孔；11-下導(dǎo)軌

7/29/202333四、燃煤燃燒設(shè)備特點(diǎn)：通常要經(jīng)歷干燥、熱解、揮發(fā)分著火、焦炭燃燒和燃盡四個(gè)階段。圖6.2-6鏈條爐排上每層燃燒階段的分布1-新燃料區(qū)；2-揮發(fā)分析出與燃燒區(qū)；3a-焦炭氧化區(qū)；3b-焦炭還原區(qū)；4-灰渣燃盡區(qū)7/29/202334（二）煤粉燃燒原理與煤粉爐（重點(diǎn)掌握原理、特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)）7/29/202335（二）煤粉燃燒原理與煤粉爐直流燃燒器7/29/202336旋流燃燒器（二）煤粉燃燒原理與煤粉爐7/29/202337（三）循環(huán)流化床鍋爐（重點(diǎn)掌握原理、特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)）7/29/202338循環(huán)流化床鍋爐的燃燒特點(diǎn)特點(diǎn)：燃燒室內(nèi)的流化速度快，運(yùn)行在紊流流化床或者快速流化床狀態(tài)，燃燒室內(nèi)的顆粒濃度較高；燃燒室內(nèi)顆粒的橫向混合劇烈，燃料著火穩(wěn)定迅速；爐膛上部稀相區(qū)存在著強(qiáng)烈的物料返混；內(nèi)部溫度均勻，稀相區(qū)的傳熱與傳質(zhì)強(qiáng)；循環(huán)流化床具有較高的燃燒效率；循環(huán)流化床具有很高的爐內(nèi)脫硫劑利用率；爐膛截面較小，截面熱負(fù)荷較高；負(fù)荷調(diào)整范圍大，負(fù)荷調(diào)節(jié)速度快。（重點(diǎn)掌握）

7/29/202339第三節(jié)燃油的燃燒7/29/202340第三節(jié)燃油的燃燒（理解要點(diǎn)）一、液態(tài)燃料的燃燒過程及特點(diǎn)1．液態(tài)燃料的燃燒方式分為：預(yù)蒸發(fā)型和噴霧型。2．燃油的霧化原理是通過噴嘴將燃油破碎為細(xì)小的顆粒;影響燃油霧化質(zhì)量的主要因素有油溫、霧化劑的壓力和流量、油壓、油燒嘴結(jié)構(gòu)等。7/29/202341一、液態(tài)燃料的燃燒過程及特點(diǎn)3．燃油的配風(fēng)原理和一次風(fēng)、二次風(fēng)的作用配風(fēng)：必須有根部風(fēng)；油霧、空氣早期混合要強(qiáng)烈；應(yīng)有一個(gè)大小和位置都適當(dāng)?shù)幕亓鲄^(qū)；后期混合要強(qiáng)烈。一次風(fēng)：一次風(fēng)起根部風(fēng)作用，并在著火前與油霧混合均勻；其中，一次風(fēng)應(yīng)是旋轉(zhuǎn)射流，以產(chǎn)生一個(gè)適當(dāng)?shù)幕亓鲄^(qū)、保持火焰的穩(wěn)定；二次風(fēng)：二次風(fēng)可以是直流的，或者為了控制火焰的形狀，可有一個(gè)不大的旋流強(qiáng)度，這樣既有利于早期混合，又由于直流氣流的衰減比較慢，有利于后期混合。7/29/202342一、液態(tài)燃料的燃燒過程及特點(diǎn)4．乳化燃燒常用的三種方法機(jī)械法、氣動(dòng)法、超聲波法。二、燃油鍋爐及燃油燃燒器的相關(guān)概念（理解）1．燃油鍋爐的結(jié)構(gòu)六種型式：干背式二回程鍋殼式鍋爐；干背式三回程鍋殼式鍋爐；干背式四回程鍋殼式鍋爐；半濕背式三回程鍋殼式鍋爐；濕背式中心回焰二回程鍋殼式鍋爐和濕背式三回程鍋殼式鍋爐。7/29/202343二、燃油鍋爐及燃油燃燒器的相關(guān)概念（理解）2．燃油燃燒器的分類燃油燃燒器一般按照其噴嘴形式或者配風(fēng)方式來分類。按噴嘴形式分類方式見教材255頁(yè)圖6.3-2。7/29/202344三、燃油燃燒器（了解）1、回油管；2、進(jìn)油管；3、點(diǎn)火設(shè)備；4、圓形調(diào)風(fēng)門；5、二次風(fēng)葉輪；6、穩(wěn)焰器7/29/202345（理解）（一）噴油嘴機(jī)械霧化噴油嘴氣流霧化噴油嘴聯(lián)合霧化噴油嘴（二）配風(fēng)器旋流式配風(fēng)器直流式配風(fēng)器7/29/202346第四節(jié)氣態(tài)燃料的燃燒7/29/202347第四節(jié)氣態(tài)燃料的燃燒一、氣態(tài)燃料的燃燒（理解）1、氣態(tài)燃料的燃燒優(yōu)點(diǎn)2、擴(kuò)散式燃燒3、完全預(yù)混式燃燒4、部分預(yù)混式燃燒二、燃燒計(jì)算（掌握重點(diǎn)）（一）完全燃燒時(shí)的燃燒計(jì)算7/29/2023481、理論空氣量、實(shí)際空氣量和空氣系數(shù)（掌握重點(diǎn)）式中：——理論空氣量（干空氣/干燃?xì)猓?，單位為立方米每立方?——燃?xì)庵懈鞣N可燃組分的體積分?jǐn)?shù)，%；——燃?xì)庵醒醯捏w積分?jǐn)?shù)，%。氣態(tài)燃料燃燒所需的實(shí)際空氣量與空氣系數(shù)的計(jì)算，參照煤的燃燒所需的實(shí)際空氣量與空氣系數(shù)計(jì)算方法進(jìn)行。7/29/2023492、理論煙氣量（掌握重點(diǎn)）..….m3/m3

3、實(shí)際煙氣容積（＞1時(shí)）及煙氣焓

…..m3/m3

煙氣焓的計(jì)算參照煤的煙氣焓的計(jì)算。7/29/202350(二）不完全燃燒時(shí)的燃燒計(jì)算（掌握重點(diǎn)）由給定的燃料特性系數(shù)則可以確定氣態(tài)燃料的燃料特性系數(shù)計(jì)算公式

：7/29/202351(二）不完全燃燒時(shí)的燃燒計(jì)算（掌握重點(diǎn)）

：不完全燃燒時(shí)，空氣系數(shù)為：7/29/202352三、燃?xì)庠O(shè)備

（了解）

（一）燃?xì)忮仩t（二）燃?xì)馊紵?/p>

1、擴(kuò)散式燃燒器（1）套管式燃燒器（2）旋流式燃燒器（3）平流式燃燒器

2、完全預(yù)混式燃燒器

3、大氣式燃燒器7/29/202353第五節(jié)鍋爐熱平衡7/29/202354第五節(jié)鍋爐熱平衡一、層燃爐、煤粉爐的熱平衡（掌握重點(diǎn)）…kJ/kg或kJ/m3Qr：輸入熱量Q1：燃燒系統(tǒng)有效利用熱Q2：排煙帶走熱量Q3：氣體不完全燃燒熱損失Q4：