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第二章 锅炉燃料

第二章 锅炉燃料. 本章目的：了解燃料特别是煤的特性，为煤的燃烧作准备； 本章关键：学会煤的评价指标，何为好、坏煤？ 本章难点：煤的成分换算，其实是个小技巧！. 本章在全部内容的重要性：中等 对后面内容影响：锅炉经济性分析（热效率） 制粉系统 燃烧过程及燃烧布置. 第一节 燃料介绍. 固体燃料. 煤炭. 液体燃料. 油类. 气体燃料. 天然气. 电力燃料的选用. 从能源利用的政策上. （ 1 ）弃优用劣 燃烧取其热量属于低级行为 （ 2 ）就地取才 运输成本和交通运力等

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第二章 锅炉燃料

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  1. 第二章 锅炉燃料 本章目的：了解燃料特别是煤的特性，为煤的燃烧作准备； 本章关键：学会煤的评价指标，何为好、坏煤？ 本章难点：煤的成分换算，其实是个小技巧！ 本章在全部内容的重要性：中等 对后面内容影响：锅炉经济性分析（热效率） 制粉系统 燃烧过程及燃烧布置

  2. 第一节 燃料介绍 固体燃料 煤炭 液体燃料 油类 气体燃料 天然气

  3. 电力燃料的选用 从能源利用的政策上 （1）弃优用劣 燃烧取其热量属于低级行为 （2）就地取才 运输成本和交通运力等 （3）充分利用 提高经济性 （4）保护环境 社会效益，国家强制 2、电力燃料的选用 电厂考虑价格，核算成本，企业以赢利为目的

  4. 第二节 煤的组成成分及性质 一、煤的元素分析 即化学分析：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种元素和 水分（M）、灰分（A）两种成分。 可燃成分与不可燃成分 （1）碳 主要的可燃成分，其含量一般为40% 90% 碳的燃烧反应 固定碳的定义及固定碳的燃烧特性

  5. （2）氢 氢的发热量比较高但含量较少（3%  6%）氢燃烧后生成H2O,其物态影响 反应的发热量 • 2H2+O22H2O(l) +143112 KJ/Kg • 2H2+O22H2O(g)+120522 KJ/Kg • 氢的燃烧特点及其对煤着火的影响 （3）硫 • 煤中硫的组成： 可燃硫（有机硫硫化铁中的硫）和硫酸盐中的硫 • 硫燃烧后生成SOx 低温腐蚀、大气污染 • 煤中的硫化铁对磨煤部件的磨损

  6. （4）氧和氮 • 实际上不可燃，氧的含量与煤的炭化程度有关，最多可达40%； • 氮的含量比较少，只有0.5%  2%。 • 氧的影响：使可燃元素相对减少，煤的发热量降低。 • 氮的影响：在一定条件下生成Nox，对环境有害。 （5）水分 • 不可燃成分、有害成分，含量差别大（2% 60%） • 水分的相关定义：表面水分（外在水分）、固有水分（内在水分） • 和全水分 • 水分对锅炉工作的危害： （1）降低发热量 （2）阻碍着火及燃烧 （3）影响煤的磨制及煤粉的输送 （4）烟气流过低温受热面产生堵灰及低温腐蚀

  7. （6）灰分 • 灰分的定义 • 燃烧前后灰分中的矿物质是不同的 • 内在灰分与外在灰分 • 不可燃成分、有害成分， • 含量差别大（10%  50%） • 灰分对锅炉工作的危害： • （1）降低发热量 • （2）阻碍着火及燃烧 • （3）烟气携带飞灰流过受热面产生结渣、积灰、磨损、腐蚀等 有害现象 • 飞灰对大气的污染

  8. 煤的元素分析法 表示—质量百分含量 作用—燃烧计算、煤的分类 应用—正式场合（设计、研究、设备鉴定等）

  9. 二、煤的工业分析 成分—水分（M）、挥发分（V）、固定碳（FC）、灰分（A） 作用—指导燃烧调整、改善燃烧工况；煤分类的主要依据；锅炉设计时的 重要参数。 • 方法—通过加热、灼烧得到水分、挥发分和固定碳、灰分

  10. （1）挥发分 • 定义 • 组成：可燃气体（H2、CO、CH4等）和少量不可燃气体 （O2、N2、CO2、H2O等）组成 • 特点： • 容易着火、燃烧速度快、火焰长。其加热过程是一个热分解过程 • (粒径小于100m的煤粉在煤粉炉中的热分解属于快速热分解，其升温 • 速度大于一万 ℃/s，在不到 0.1 s内完成 )。挥发分析出后焦碳变得疏松 • 呈多孔性，参与燃烧的表面积增大，有利于焦碳的燃烧。 其余成分前述！！

  11. 工业分析实验：

  12. C+H+O+N+S+M+A=100% 三、煤的成分分析基准及其换算 1.煤的成分分析基准 水分和灰分的含量受开采、运输、储存和天气的影响而变化，从而使其 他成分的质量百分含量发生变化。 成分分析基准用来表达成分含量所处状态和条件，可确切地反映煤的特 性，使各种分析结果具有可比性。 常用的分析基准 （1）收到基 用下标“ar”表示，用于设计与运行,为计算基准 （2）空气干燥基 用下标“ad”表示，用于确定内在水分 （3）干燥基 用下标“d”表示，用于确定灰分 （4）干燥无灰基 用下标“daf”表示，用于煤的分类

  13. Car+Har+Oar+Nar+Sar+Mar+Aar=100% As received Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Mad+Aad=100% Air dry Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100% dry Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100% Dry and ash free

  14. 例题 已知煤的Mar、Aar和Mad，试导出其收到基和空干基之间的换算 系数Kar-ad及收到基和干燥无灰基之间的换算系数Kar-daf。 解：现设煤的收到基为100、外在水分为Mf、内在水分为Minh， 并以Car和Cad及Cdaf之间的换算为例来导出系数。 （1)在同一种煤种的收到基和空干基中，除水分之外的其他成分的 质量是不变的，于是 Cad（100-Mf）＝Car×100 → Cad＝Car×100/(100-Mf) 而 Mar＝ Mf＋ Minh → Minh＝ Mar－ Mf Mad＝100 Minh（100- Mf）＝100（Mar－Mf）/（100-Mf） 有： Mf＝100（Mar－Mad）/（100－Mad） 所以： Cad＝Car（100－Mad）/ (100 －Mar) 显然： Kar-ad＝ （100－Mad）/ (100 －Mar)

  15. 2.各种成分分析基准的换算 各种成分之间可以互相换算，换算系数列于表2-1中。 未知基准成分=已知基准成分×换算系数K 换算系数K的记忆方法： • ①判断同一成分在两个不同基准之间的数值大小关系 • Cdaf>Cd>Cad>Car • ②根据两个不同基准之间的区别写出换算系数K

  16. 名称 新符号(下)旧符号（上） 收到基 ar y 空气干燥基 ad f 干燥基 d g 干燥无灰基 daf r 煤质基准符号 示例 • 1.煤的发热量：Qnet,ar • 2.煤的成分： Mar 、Aad 、Vdaf

  17. 第三节 煤的特性及分类 煤的成分 煤 的 特 性 煤的发热量 煤灰的熔融性 煤的可磨性和磨损性

  18. 一、发热量 • （一）发热量的定义 • 完全燃烧 kJ/kg • （二）高位发热量、低位发热量及其关系 • 高位与低位之分的由来——锅炉的排烟温度一般在 • 120  160℃之间，烟气中水分以蒸汽存在。 • 表示方法：Qgr,Qnet；用下标表示分析基准。 • Qgr－ Qnet＝水分质量汽化潜热 • 具体换算关系：见公式（2-17）  （2-21）

  19. （三）各种基准的发热量之间的换算 • 各种基准的高位发热量之间可以用换算系数换算 • 各种基准的低位发热量之间不能用换算系数换算 • 如：已知 Qdaf,net，求 Qar,net • 解题过程如下： • Qdaf,net Qdaf,gr： Qdaf,gr=Qdaf,net+225Hdaf • Qdaf,gr  Qar,gr： Qar,gr＝ Qdaf,gr Kdafar • Qar,gr  Qar,net： Qar,net＝ Qar,gr - 225Hdaf – • 25Mar

  20. （四）折算成分 • 用来衡量水分、灰分和硫分对锅炉工作的有害程度，用发热 • 量（4190KJ）作为折算标准。称作折算水分、折算灰分和 • 折算硫分。 • 公式见式（2-22）  （2-24） • 区分标准：Mar,ZS8%，Aar,ZS 4%， • Sar,ZS 0.2% (收到基)

  21. （五）标准煤概念 • 煤的发热量差别很大，8000KJ/Kg 29000KJ/Kg • 不同容量的锅炉或同一锅炉燃烧不同发热量的煤，其耗 • 煤量之间无法进行对比。 • 定义应用基低位发热量为29310KJ/ Kg的煤为标准煤。 • 定义“标准煤耗量 ”。

  22. 煤粉中的灰分经燃烧后有下列三种形式 （1）保持固体状态，以飞灰形态通过锅炉各受热面，引起磨损。 （2）融化成液态，形成结渣。 （3）挥发成气态，在较冷受热面形成沾污。 二、煤灰的熔融特性

  23. （一）、结渣的危害 影响传热，降低锅炉效率； 严重时，发生事故，锅炉被迫停炉。 （二）灰的熔融性的测定 用角锥法测定 定义：（1）变形温度DT （2）软化温度ST （3）熔化温度FT 一般用软化温度ST作为灰熔融性的指标（或称灰熔点） 长渣（FT-DT=200~400℃）容易结渣；短渣（ FT-DT=100 ~200℃）不容易结渣。

  24. （三）影响灰熔融性的因素 一般灰中高熔点成分（SiO2、Al2O3、MgO等）越多时，灰的熔点也越高；相反，含熔点低的成分（FeO、Na2O、K2O）越多时，灰的熔点也越低。 1.灰的成分

  25. 灰的成分按其化学性质，可分为酸性氧化物（ SiO2、Al2O3和TiO2 等）和碱性氧化物（Fe2O3、CaO、 MgO 、Na2O、K2O等 ）。 一般，碱性氧化物增多时，使灰熔点降低，容易发生结渣。

  26. 灰所处环境介质的性质发生改变时，会使灰的熔点发生变化。例如，介质中存在CO、H2等还原性气体时，会使灰中的高价氧化铁（熔点1500 ℃左右）还原成低熔点的氧化亚铁，后者又与氧化硅结合成共晶体并进一步形成共晶体混合物（熔点1000℃左右），使灰熔点大大降低。 2.灰所处环境介质的性质

  27. 一般，燃烧含灰多的煤时容易结渣，但不如前两个因素的影响明显。一般，燃烧含灰多的煤时容易结渣，但不如前两个因素的影响明显。 按煤的灰熔点大小，可以对其结渣的可能性进行预报。一般，ST>1400 ℃时不易结渣；ST=1200℃  1400 ℃时有可能结渣； ST<1200℃时容易结渣。 3.煤中灰分含量

  28. 一般按挥发分分类 三 煤的分类 • 1.无烟煤（ Vdaf <10%） 2.贫煤（ Vdaf =10%  20%） • 3.烟煤（Vdaf =20%  40%） • 4.褐煤（ Vdaf >40%）

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