《鍋爐原理》第二章 第一節(jié)

1、電力學院趙鵬飛21.定義一 燃料概述為了取得熱量而使之燃燒的工質德米特里德米特里伊萬諾維奇伊萬諾維奇門捷列夫門捷列夫 l鍋爐設計：爐型、整體結構與布置l鍋爐運行：穩(wěn)定性、結渣、積灰等l輔機選型2.重要性33.分類燃料概述天然人工固體燃料煤、木柴焦炭、木炭液體燃料原油汽油、煤油氣體燃料天然氣高爐煤氣分類1：物態(tài)和獲得方法動力燃料工藝燃料分類2：用途41.固體燃料n生物質n原煤n頁巖n煤矸石天然鍋爐用燃料n煤粉n焦炭n型煤人工垃圾污泥人工？天然？52.液體燃料u原油天然鍋爐用燃料u柴油u重油人工水煤漿液體？固體？燃油鍋爐少燃油鍋爐少燃油鍋爐燃料油點火低負荷穩(wěn)燃63.氣體燃料l天然氣l煤層氣天然第二

2、節(jié)鍋爐用燃料l高爐煤氣l焦爐煤氣l發(fā)生爐煤氣l水煤氣l液化石油氣人工燃氣鍋爐少燃料氣生活點火燃氣輪機窯爐還原介質燃燃料料 核燃料核燃料有機燃料有機燃料（主要成分：碳、氫、（主要成分：碳、氫、硫、氧、氮、水份、灰份）硫、氧、氮、水份、灰份） 固體燃料固體燃料液體燃料液體燃料氣體燃料氣體燃料天然天然 木材、木材、煤、煤、 油頁巖油頁巖人工人工 焦炭、煤焦炭、煤磚、煤粉磚、煤粉天然天然石油石油人工人工 汽油、煤汽油、煤油、重油、油、重油、渣油、酒渣油、酒精精天然天然 天然天然氣氣人工人工 高爐煤氣、發(fā)高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、煉生爐煤氣、煉焦爐煤氣、地焦爐煤氣、地下氣化煤氣下氣化煤氣l儲量豐富煤已探明儲

3、量：7800億噸，居世界第三位石油： 116億噸， 居世界第八位天然氣： 少 居世界第十六位經(jīng)濟可采儲量俄羅斯 2440億噸美國 2405億噸中國 1145億噸澳大利亞 909億噸煤石油天然氣2334066三種主要化石能源可應用年限估計l發(fā)展迅速燃料總產(chǎn)量（折合億噸標準煤）年19501960197019801990年產(chǎn)量0.213610l能源消費以煤為主能源構成的百分比煤石油天然氣水力核能中國7419241世界30441862l燃料供給相對不足人均消費能源低l1995年，中國發(fā)電業(yè)裝機容量2億千瓦，發(fā)電量1萬億千瓦時，居世界第4位，但人均發(fā)電量僅為世界的1/3l1989年，世界人均煤炭儲量31

4、2.7噸，中國234.4噸，同期蘇聯(lián)為1045噸，美國為1846噸設備效率低，燃燒效率太低l1979年，國家提出能源政策開發(fā)與節(jié)約并重，近期把節(jié)約放在優(yōu)先地位。l至今未變l優(yōu)質燃料做化工產(chǎn)品l低品質煤直接燃燒13第三節(jié)煤的成分元素分析的意義計算發(fā)熱量 燃燒所需空氣量計算燃燒產(chǎn)物組成可燃元素不可燃元素內部雜質O、N 外部雜質M（內、外）、AC、H、S元素分析l元素分析 C、H、O、N、S、A、M 1.碳碳(C) a. 含量含量:5090%.是主要可燃元素是主要可燃元素,含量多少與地質年齡含量多少與地質年齡 有關有關. 煤的地質年代越久遠，碳化程度越深，含碳越多，無煙煤占90% 無煙煤、貧煤、煙煤

5、、褐煤、泥煤無煙煤、貧煤、煙煤、褐煤、泥煤 b.形式形式:l與氫、氧、硫結合成有機物，受熱時從煤中析出成為揮發(fā)分；l以單質形式存在稱為固定碳。 c.對運行的影響對運行的影響:含碳高的煤不易著火含碳高的煤不易著火. d.發(fā)熱量發(fā)熱量: 32700kj/kg. kgkJCOOCkgkJCOOC/927021/328662222.氫氫(H) a.含量含量:36% 隨地質年齡升高而降低隨地質年齡升高而降低. b.形式形式:與氧結合生成水與氧結合生成水,或成為有機物或成為有機物. c.運行運行:含量越高含量越高,越容易燃燒越容易燃燒. d.發(fā)熱量發(fā)熱量:120103 kj/kg.kgkJOHOH/120

6、37021222 a.含量:一般為37 發(fā)熱量的測定方法發(fā)熱量的測定方法氧彈測熱計的基本原理：氧彈測熱計的基本原理：把空氣干燥基煤樣置于充滿壓把空氣干燥基煤樣置于充滿壓力氧的氧彈中并使其燃燒，氧力氧的氧彈中并使其燃燒，氧彈沉沒于水中，根據(jù)水溫升計彈沉沒于水中，根據(jù)水溫升計算出煤的干燥基定容高位發(fā)熱算出煤的干燥基定容高位發(fā)熱量量Qar,gr。換算為低位發(fā)熱量：換算為低位發(fā)熱量： adadgradadgradpnetadMHQSQQ91 .250063. 02 .94,硫、氮氧化物的生成熱硫、氮氧化物的生成熱及溶于水的溶解熱及溶于水的溶解熱標準煤標準煤 收到基低位發(fā)熱量為收到基低位發(fā)熱量為2931

7、0kJ/kg29310kJ/kg的燃料為標準煤的燃料為標準煤 標準煤耗量標準煤耗量 BQBpnetarb29310,折算成分折算成分 把相對于每把相對于每4190kJ/kg4190kJ/kg收到基低位發(fā)熱量的煤所收到基低位發(fā)熱量的煤所含的收到基水分、灰分和硫分，分別稱為折算水分、折算灰含的收到基水分、灰分和硫分，分別稱為折算水分、折算灰分和折算硫分。分和折算硫分。 折算水分折算水分 % 4190,pnetararzsarQMM折算灰分折算灰分 % 4190,pnetararzsarQAA折算硫分折算硫分 % 4190,pnetararzsarQSSMar,zs8% 高水分燃料高水分燃料Aar,

8、zs4% 高灰分燃料高灰分燃料Sar,zs0.2% 高硫分燃料高硫分燃料灰熔點的影響因素灰熔點的影響因素 灰的成分灰的成分 各成分含量的比例各成分含量的比例所處的環(huán)境介質的性質所處的環(huán)境介質的性質煤中灰含量煤中灰含量灰熔點灰熔點 煤灰再某一確定的溫度下開始熔化，此溫度定義為煤灰再某一確定的溫度下開始熔化，此溫度定義為煤灰的煤灰的熔化溫度熔化溫度，也稱為，也稱為灰熔點灰熔點48灰熔點特性成分氣氛（1）影響因素堿金屬氧化物、鐵氧化物硅、鋁氧化物硅氧化物/鋁氧化物 弱還原氣氛（Fe2O3還原FeO）（2）對鍋爐的影響受熱面結渣鍋爐的經(jīng)濟性、安全性1550 142049灰的熔融性（1）表示3個特征溫度

9、t1 變形溫度（DT）t2 軟化溫度（ST）t3 流動溫度（FT）t2 軟化溫度（ST）大于1400小于1200難結渣煤易結渣煤50第三節(jié)煤的發(fā)熱量和灰的熔融性2231630 1625tFe OCaO2231567 1026tFe OCaO氧化氣氛還原氣氛實驗測定加熱觀察經(jīng)驗公式計算（2）測定 灰熔點對鍋爐工作的影響灰熔點對鍋爐工作的影響 軟化溫度軟化溫度ST1200ST1400ST14000 0C C 稱為難熔灰，宜采用固態(tài)排渣；稱為難熔灰，宜采用固態(tài)排渣；軟化溫度軟化溫度120012000 0CST1400CST14000 0C C 采用固態(tài)排渣；采用固態(tài)排渣；STSTDT100DT200

10、DT2000 0C C 稱為長渣，適于液態(tài)排渣爐。稱為長渣，適于液態(tài)排渣爐。 煤的可磨性指數(shù)煤的可磨性指數(shù) 用來表示磨煤機將煤磨成一定細度煤粉的難易程度用來表示磨煤機將煤磨成一定細度煤粉的難易程度前蘇聯(lián)法（前蘇聯(lián)法（Kkm）：）： 在風干狀態(tài)下，將等量的標準樣煤和被測試煤由相同在風干狀態(tài)下，將等量的標準樣煤和被測試煤由相同的初始粒度磨制成同一規(guī)格的細煤粉時，所消耗的能量之的初始粒度磨制成同一規(guī)格的細煤粉時，所消耗的能量之比，即比，即sbkmEEK Eb磨制標準煤樣消耗的能量；磨制標準煤樣消耗的能量； Es磨制被測試煤消耗的能量。磨制被測試煤消耗的能量。 K Kkmkm1.21.51.5的煤稱為

11、的煤稱為易磨煤。易磨煤。 哈得羅法（哈得羅法（HGIHGI）：）： 將規(guī)定粒度的將規(guī)定粒度的50g煤樣置于實驗用中速磨煤機內，磨制煤樣置于實驗用中速磨煤機內，磨制約約3min后取出篩分后取出篩分 7493. 613DHGIHGI哈氏可磨性指數(shù)；哈氏可磨性指數(shù)；D7450g50g煤中通過孔徑為煤中通過孔徑為74m74m篩子煤粉質量。篩子煤粉質量。 HGIHGI648686的煤稱為的煤稱為易磨煤。易磨煤。 Kkm與與HGI的換算關系：的換算關系： 61. 0)(0034. 025. 1HGIKm 煤的磨損指數(shù)（煤的磨損指數(shù)（Ke） 煤在磨制過程中，對磨煤機金屬碾磨部件磨損的輕重程度。煤在磨制過程中

12、，對磨煤機金屬碾磨部件磨損的輕重程度。 沖擊式磨損試驗裝置：沖擊式磨損試驗裝置：在一定的試驗條件下，某種煤每分鐘對純鐵的在一定的試驗條件下，某種煤每分鐘對純鐵的磨損量磨損量X X與相同條件下標準煤每分鐘對純鐵的磨損量的比值。標準煤每分鐘與相同條件下標準煤每分鐘對純鐵的磨損量的比值。標準煤每分鐘能使純鐵磨損能使純鐵磨損10mg10mg。 10XKe5.0，極強。，極強。55第三節(jié)煤的發(fā)熱量和灰的熔融性l熱重分析l著火指數(shù)爐l沉降爐l一維燃燒爐l熱顯微鏡法l重力篩分法l比表面積測定l組成：坩堝、加熱爐、天平、程序控制板、數(shù)字處理機、記錄儀、打印機l可完成工作簡介熱重分析曲線（TG），可求熱解，著火

13、溫度，燃燒速度mg/min經(jīng)計算機處理，可得微商熱重曲線（DTG）熱重曲線(TG曲線)微商熱重曲線(DTG曲線)l是一種爐溫可以控制的測量著火溫度的電加熱爐。當一定量的煤粉由空氣（或氧氣）攜帶流經(jīng)正在升溫的著火指數(shù)爐，人們從窗口觀察，當發(fā)現(xiàn)火焰時的爐膛溫度定義為著火指數(shù)。l著火指數(shù)爐設備簡單，使用方便，功能單一；l著火指數(shù)與介質和試驗規(guī)范有關。l是微量煤粉作一維流動的電加熱熱態(tài)試驗爐，由預熱段，反應段構成。l給粉量：0.1100g/minl爐內最高溫度：可達1600l功能功能：l煤的熱解特性熱解率，熱膨脹性l煤的燃燒（著火，燃燒，燃盡）各種試驗l煤的化學動力學參數(shù)，活化能，反應級數(shù)l煤的燃燒產(chǎn)

14、物構成成分（環(huán)境保護）給粉系統(tǒng)取樣溫控系統(tǒng)煙 氣分 析儀爐本體配氣空壓機真空泵水冷l是煤粉作一維流動的燃燒試驗裝置，上部設錐形擴流裝置，保持煤粉氣流速度近似不變l煤粉量：幾kg/h幾百kg/h，煤粉一經(jīng)著火，可依靠自身熱量繼續(xù)燃燒l功能：可做著火，燃燒，燃盡各種試驗l包括以下項目細度；爐溫；一次風量，風溫；二次風量，風溫；添加劑；l費用高：每次34萬元 l用顯微鏡觀察并拍攝煤灰在加熱過程中的形態(tài)變化過程l試驗條件：煤樣粒度60%，熔點較高。l前蘇聯(lián)常用此法，灰渣在無冷卻的表面上（或已被沉積層覆蓋的有冷卻的表面上）開始形成突峰狀沉積層的煙氣溫度，叫結渣溫度。l當煙氣溫度高于結渣溫度時，在迎火焰方

15、向形成突峰狀的沉積層，若低于結渣溫度，形成均勻疏松的沉積層。l結渣溫度tjz與灰的成分有關系，經(jīng)驗公式：l堿金屬多，tjz低，易結渣。232222)(048. 0)(57. 31090OFeCaOOKONaRRtjz67第四節(jié)煤的分類1.按原始植物的質料和積聚環(huán)境腐植煤（高等植物遺體在沼澤中形成）腐泥煤（低等植物遺體在湖泊等形成）腐植腐泥煤（兼高、低等植物在過度區(qū)形成）2.按技術指標分類Vdaf干燥無灰基揮發(fā)分 G粘結指數(shù)（成焦的耐磨性）Y角質層指數(shù)（軟化點與固化點距離）P透光率（溶于混合酸某波長透光）68煤的分類（2）煙煤Vdaf1037%，Car4060%，Aar730%， Mar 318

16、% ，Qar,net2000030000kJ/kg 民用、鍋爐、氣化、煉焦 山西大同、太原古交（1）無煙煤（白煤）Vdaf 10 %，Car 4095%， Aar 525%， Mar ， Qar,net 2500032500kJ/kg ，著火困難，不結焦 民用、鍋爐、合成氣、炭素材料 華北、陽泉、潞城、晉城碳化程度高69煤的分類（3）煙煤（劣質煙煤）Vdaf 2030 %， Mar 和Aar較高， Qar,net1100012500kJ/kg 鍋爐 太原西山（2）煙煤（貧煤）Vdaf 1020%，著火困難，不結焦 鍋爐、氣化 太原西山70煤的分類（3）褐煤Vdaf37%，Car4050%，Aa

17、r650%， Mar 2050% ，Qar,net1000021000kJ/kg 鍋爐 東北、西南，儲存困難、長距離運輸？71煤的分類（4）泥煤Vdaf70%， Car ，Oar30%，Aar3050%， Mar 4050% ，Qar,net800010000kJ/kg 鍋爐 西南江浙72煤的分類（6）煤矸石 Aar， Qar,net 40008000kJ/kg 鍋爐劣質燃料選煤廠Vdaf7080%，Aar70%，Qar,net 600011000kJ/kg 鍋爐劣質燃料 東北、廣東（5）油頁巖73煤的分類3.電站鍋爐用煤分類收到基低位發(fā)熱量收到基水分干燥基灰分干燥基硫分DTSTFT五大類和十

18、小類參考指標l無煙煤無煙煤揮發(fā)分含量最低，一般Vdaf10%，且揮發(fā)分析出的溫度也較高，因而著火困難燃燼也不容易，燃燒時沒有煤煙，僅有很短的青藍色火焰，焦碳也沒有粘結性。無煙煤的埋藏年代最久，碳化程度最深，因而含碳量高，一般Car40%，最高可達95%，而灰分又不大，Aar=635%(少量30%)，水分也很低Mar15%，所以發(fā)熱量都很高，一般為Qnet,ar2532.5MJ/kgl煙煤揮發(fā)分含量較高，范圍也較寬，一般Vdaf2040%碳化程度較無煙煤淺，含碳量Car4060%，少數(shù)可高達75%，一般灰分不大，Aar730%，但高的可達50%，水分Mar=318%，Qnet,ar2030MJ/

19、kg表面呈灰黑色，有光澤，質松軟l貧煤揮發(fā)分含量較低，Aar=1020%，著火較困難但不結焦。l劣質煙煤揮發(fā)分中等，但水分高，灰分更高，因而發(fā)熱量較低，Vdaf2030，Mar接近12、Aar4050%，Qnet,ar=1112.5MJ/kgl褐煤揮發(fā)分含量很高，Vdaf4050%，揮發(fā)分的析出溫度較低，著火及燃燒均較容易褐煤的碳化程度次于煙煤，含碳量Car4050%但水分及灰分很高Mar2050%，Aar650%發(fā)熱量低，Qnet,ar1021MJ/kg78煤的分類3.電站鍋爐用煤分類大類別小類別分 類 指 標揮發(fā)份Vdaf(%)灰分 (%)水分 (%)硫分 (%)發(fā)熱量Qar,net(MJ

20、/kg)ST(0C)無煙煤超低揮發(fā)分煤6.51021.0貧煤低揮發(fā)分煤102018.5煙煤中揮發(fā)分煤202716.5高揮發(fā)分煤273715.5褐煤超高揮發(fā)分煤3711.579煤的分類大類別大類別小類別小類別分分 類類 指指 標標揮發(fā)份揮發(fā)份Vdaf(%)灰分灰分 (%)水分水分 (%)硫分硫分 (%)發(fā)熱量發(fā)熱量Qar,net(MJ/kg)ST(0C)低質煤低質煤（五小類（五小類）低發(fā)熱量煤低發(fā)熱量煤101020202727373746超高水分煤超高水分煤40404012高硫煤高硫煤3易結渣煤易結渣煤12.51200 重油：根據(jù)重油：根據(jù)8080時不同的運動粘度而分成時不同的運動粘度而分成20

21、20、6060、100100、200200四種牌號，其質量指標如表四種牌號，其質量指標如表2-92-9所示。所示。 渣油：石油煉制過程中排出的殘余物不經(jīng)處理，直接作為渣油：石油煉制過程中排出的殘余物不經(jīng)處理，直接作為燃料油時稱為渣油。燃料油時稱為渣油。燃油和燃氣的特性燃油和燃氣的特性燃料油燃料油 以輕柴油為主，重油和輕柴油常作為鍋爐點火以輕柴油為主，重油和輕柴油常作為鍋爐點火和穩(wěn)燃用油。和穩(wěn)燃用油。 燃料油成分和煤一樣，也是由碳、氫、氧、氮、燃料油成分和煤一樣，也是由碳、氫、氧、氮、硫以及水分、灰分等組成。但主要成分是碳和氫，一硫以及水分、灰分等組成。但主要成分是碳和氫，一般碳含量在般碳含量在8484一一8787，氫含量為，氫含量為1111一一1414發(fā)熱發(fā)熱量常在量常在377003770044000kJ44000kJkgkg，且變化不大。，且變化不大。81 燃料油的物理特性燃料油的物理特性 凝固點：燃料油是各種烴的復雜混合物，沒有凝固點：燃料油是各種烴的復雜混合物，沒有固定的凝固點。固定的凝固點。 粘度：恩氏粘度粘度：恩氏粘度E E。 閃點：油氣和空氣的混合物與明火接觸而發(fā)生閃點：油氣和空氣的混合物與明火接觸而發(fā)生短促閃光時的油溫稱為燃油的閃點。短促閃光時的油溫稱為燃油的閃點。 燃點：燃點是油面上的油氣和空氣的混合物遇燃點：燃點是油面上的油氣和空氣的混合物