第二章 鍋爐燃料及燃燒計算31

§2.1燃料的化學(xué)成分及其性質(zhì)§2.2煤的燃燒特性

§2.3鍋爐燃料§2.4燃料的燃燒計算第二章燃料及燃燒計算§2.5鍋爐運(yùn)行時煙氣分析及其應(yīng)用§2.1燃料的化學(xué)成分及其性質(zhì)一、燃料的化學(xué)成分及其性質(zhì)燃料（s、l、g）

可燃基：高分子化合物，成分C、H、O、N、S

惰性基：多種礦物質(zhì)、灰分1．碳(C)：主要的燃燒成分，約占50-95%，kJ/kg。純碳燃點(diǎn)高，燃燒緩

慢。燃料中的碳多以化合物形式存在。2．氫(H)：重要的燃燒成分，煤中約占2-8%，kJ/kg。十分容易著火，燃

燒迅速，易爆。液體和氣體燃料氫含量較高約占從百分之十幾到幾十不

等，燃燒室易析出碳黑而冒黑煙。3．硫(S)：是燃料中的有害成分，約占可燃成分的～8%，kJ/kg，燃燒后的產(chǎn)物是SO2、SO3，與水蒸汽相遇會生成亞硫酸和硫酸?！?.1燃料的化學(xué)成分及其性質(zhì)1）SO2、SO3排放造成大氣污染；2）鍋爐尾部受熱面造成低溫腐蝕。4．氧和氮氧和氮是不可燃成分。約占-40%，含氧量隨煤化程度增高而明顯減少。氮主要以有機(jī)氮形態(tài)存在，約占0.5-2%。高溫燃燒生成NOx，有害。5．水分(Water、Moisture)：燃料中的主要雜質(zhì)，約占5-60%。

1）水分進(jìn)入爐內(nèi)吸熱汽化成水蒸汽，對燃燒不利。

2）

在煙氣露點(diǎn)時，水蒸氣與SO2、SO3生成亞硫酸和硫酸，造成低溫腐蝕；

3）§2.1燃料的化學(xué)成分及其性質(zhì)6．灰分(Ash)燃料中主要不可燃的礦物雜質(zhì)成分，與成煤條件、開采方式、運(yùn)輸條件有關(guān)。1）可燃物減少，，著火困難，灰渣量增加，運(yùn)行操作繁重；2），爐內(nèi)易結(jié)渣，使受熱面?zhèn)鳠釔夯?）第二章§2.1燃料的化學(xué)成分及其性質(zhì)二、燃料成分分析數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)及換算1．燃料成分表示方法1）應(yīng)用基—以進(jìn)入鍋爐房準(zhǔn)備燃燒的煤為分析基準(zhǔn)。燃料的應(yīng)用基成分是鍋爐燃用燃料的實(shí)際應(yīng)用成分，用于鍋爐的燃燒、傳熱、通風(fēng)和熱工試驗的計算。2）分析基—在實(shí)驗室條件下（20℃，相對濕度60%），風(fēng)干后的煤作為分析基準(zhǔn)。

3）干燥基—除去全部水分后的煤作為分析基準(zhǔn)。4）可燃基—將變化較大，對燃燒不利的雜質(zhì)灰分和水分除去后的煤作為分析基準(zhǔn)?！?.1燃料的化學(xué)成分及其性質(zhì)4）可燃基——將變化較大，對燃燒不利的雜質(zhì)灰分和水分除去后的煤作為分析基準(zhǔn),燃料的可燃基成分不再受水分和灰分變化的影響，是—種穩(wěn)定的組成成分，常用于判斷煤的燃燒特性和進(jìn)行煤的分類的依據(jù)，如可燃基揮發(fā)分Vr。煤礦提供的煤質(zhì)成分，通常也是可燃基各組成成分。上述基準(zhǔn)的換算關(guān)系如圖2-12．燃料成分各種表示方法之間的換算1）換算方法

2）換算系數(shù)k：見平衡4表2-13．全水分計算方法

全水分是分析基水分和應(yīng)用基風(fēng)干水分之和，由于其基準(zhǔn)不同，需換算： %或 %§2.2煤的燃燒特性

一、煤在爐內(nèi)加熱燃燒過程1．預(yù)熱和干燥2．揮發(fā)物的逸出3．焦炭的形成4．灰渣的形成二、煤的工業(yè)分析1.水分(Wy):內(nèi)在水分和外在水分。2．揮發(fā)分(Vr)——失去水分的干燥煤樣，在隔絕空氣的條件下，加熱到一定溫度時，析出的氣態(tài)物質(zhì)的百分含量。1）揮發(fā)份主要有C-H化合物、H2、CO、H2S等可燃?xì)怏w和少量O2、CO2和N2組成；2)揮發(fā)份煤分類的主要依據(jù)℃?！?.2煤的燃燒特性煤種Vr逸出溫度（℃）著火溫度（℃）褐煤>40130~170250~450煙煤20~40170~320400~500貧煤10~20370~390600~700無煙煤<10380~400>700

3)煤中揮發(fā)分逸出后，如與空氣混合不良，在高溫缺氧條件下易化合成難以燃燒的高分子復(fù)合烴，產(chǎn)生碳黑，造成大量黑煙，3．灰分(Ag)——焦炭燃燒后的殘留物質(zhì)

4．固定碳(Cgd)——焦炭中的可燃物質(zhì)，焦炭燃燒主要是固定碳的燃燒§2.2煤的燃燒特性

三、焦炭的性質(zhì)——焦結(jié)性焦炭——煤在隔絕空氣加熱時，水分蒸發(fā)、揮發(fā)分析出后固體殘余物質(zhì)。焦結(jié)性——由于煤種不同，焦炭的物理性質(zhì)、外觀等各不相同焦結(jié)性狀。1．焦炭結(jié)構(gòu)特征1）粉狀；

2）粘結(jié)（弱粘結(jié)、不熔融粘結(jié)、不膨脹熔融粘結(jié)、微膨脹熔融粘結(jié)、膨脹熔融粘結(jié)、強(qiáng)膨脹熔融粘結(jié)）2．焦結(jié)性對層燃爐燃燒過程的影響1）粉狀焦炭——堆積緊密，妨礙空氣流動①煙氣流速過大，易被氣流攜帶，形成火床火口；②煙氣流速過小，燃燒通風(fēng)不暢，易從通風(fēng)孔隙中漏入灰坑2）強(qiáng)焦結(jié)性煤——揮發(fā)分逸出后，焦炭呈熔融狀態(tài)，粘結(jié)成片①內(nèi)部固定碳難于空氣接觸而燃盡；②燃燒層通風(fēng)不暢§2.2煤的燃燒特性

t1——變形溫度：測試角錐開始變園或彎曲時的溫度1.t2——軟化溫度：灰錐頂彎曲道平盤上或呈半球形時的溫度

t3——流動溫度：灰錐熔融倒在平盤上，并開始流動時的溫度

易熔性灰分——2.可熔性灰分——難熔性灰分——

3．為避免爐膛出口結(jié)渣，要求鍋爐設(shè)計或運(yùn)行時，℃四、灰分的熔融特性——灰熔點(diǎn)灰分：焦炭燃燒后的殘留物質(zhì)。灰分的組成：SiO2、Al2O3、各種氧化鐵、CaO、MgO、K2O、Na2O等，不是單一物質(zhì)，無固定熔點(diǎn)，采用角錐法測定特征溫度?！?.2煤的燃燒特性五、煤的可磨性——衡量煤的機(jī)械強(qiáng)度的特性可磨性系數(shù)：以風(fēng)干狀態(tài)下的硬質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)煤（一般以難磨的無煙煤Kkm=1為基準(zhǔn)）與待磨煤在相同顆粒度的情況下，磨制成相同細(xì)度的煤粉，各自電耗量之比。

為易磨煤；為難磨煤六、發(fā)熱量1．燃料的發(fā)熱量Q：單位質(zhì)量的固體、液體燃料，在完全燃燒時所放出的熱量(kJ/kg)；單位容積的氣體燃料在完全燃燒時所發(fā)出的熱量（kJ/Nm3）2．高位發(fā)熱量：每公斤燃料完全燃燒后所放出的熱量，含所生產(chǎn)水蒸汽汽化潛熱，(kJ/kg)。

3．低位發(fā)熱量：每公斤燃料完全燃燒后所放出的熱量，扣除隨煙氣帶走的水蒸汽的汽化潛熱的熱量，(kJ/kg)。水分來自①H與氧的反應(yīng)；②燃料中的含水量Wy?！?.2煤的燃燒特性4．各成分分析的高、低位發(fā)熱量間的關(guān)系

1）

2）

3）

4）

5．發(fā)熱量的測定：采用氧彈測熱儀6．發(fā)熱量的計算

門捷列夫經(jīng)驗計算公式

2）煤碳科學(xué)研究院kJ/kgkJ/kgkJ/kgkJ/kg§2.2煤的燃燒特性

3）計算值與實(shí)測值的誤差當(dāng)時，

kJ/kg

當(dāng)時，

kJ/kg7．標(biāo)準(zhǔn)煤——國際上法定的能量折算單位，即kJ/kg kg/h8．折算灰分和折算水分在討論雜質(zhì)(水分、灰分)對鍋爐工作的影響時,使用其折算值更合理?！?.2煤的燃燒特性

1）折算水分—煤低位應(yīng)用基發(fā)熱量中每4186.8kJ熱量所對應(yīng)的水分。

%；為高水分燃料。

2）折算灰分——煤低位應(yīng)用基發(fā)熱量中每4186.8kJ熱量所對應(yīng)的灰分

%；為高灰分燃料。3）折算硫分——煤低位應(yīng)用基發(fā)熱量中每4186.8kJ熱量所對應(yīng)的硫分。 %；為高硫分燃料。9.發(fā)熱量作為煤種細(xì)分類的依據(jù)之一：揮發(fā)分和應(yīng)用基低位發(fā)熱量?！?.3鍋爐燃料二、燃料油鍋爐燃用的液體燃料主要是重油和渣油。重油——石油提煉汽油、煤油和柴油后的剩余物。渣油——進(jìn)一步提煉后的剩余物。

1．重油重油的成分與煤一樣，也是由碳、氫、氧、氮、硫和灰分、水分組成。它的主要元素成分是碳和氫，其含量甚高(Cr=81-87%，Hr=11-14%)，而灰分、水分的含量很少，其發(fā)熱量高而穩(wěn)定,通常一、煤炭1.褐煤、2.煙煤、3.貧煤、4.無煙煤=40600-43100kJ/kg?！?.3鍋爐燃料

特點(diǎn)：

1)氫含量多，發(fā)熱量高，極易著火與燃燒，2)可以方便地實(shí)現(xiàn)管道輸送，便于運(yùn)行調(diào)節(jié)，貯存和管理都較簡便。3)由于重油的灰含量甚低，既不需裝置除渣設(shè)備，鍋爐受熱面很少積灰和腐損。4)由于重油中氫含量高，燃燒后會生成大量水蒸汽，容易在尾部受熱面的低溫部位凝結(jié)，這樣使重油中所含硫分要比煤中含等量硫分對鍋爐受熱面的低溫腐蝕更為有害。5)在貯存和燃用重油時，必須重視防火、防爆，避免意外事故。2．燃料油的特性指標(biāo)

1）粘度：液體對其自身流動具有的阻力，是表征流動性能的特性指標(biāo)。粘度大，流動性能差，在管內(nèi)輸送時阻力就大，裝卸和霧化都會發(fā)生困難?！?.3鍋爐燃料

恩氏粘度——是以200ml試驗重油在溫度為t℃時，從恩氏粘度計中流出的時間與200ml溫度為20℃的蒸餾水從同一粘度計中流出的時間之比，即式中為粘度計常數(shù)或K值，=51±ls。

(1)重油的粘度和它的成分、溫度、壓力有關(guān)。加熱溫度愈高，重油的粘度愈小。因此，重油在運(yùn)輸、裝卸和燃用時都需要預(yù)熱。(2)通常要求油噴嘴前的重油溫度在100~C以上，粘度不大于4。2）閃點(diǎn)和燃點(diǎn)閃點(diǎn)——在大氣壓下，重油表面油氣和空氣的混合物在標(biāo)準(zhǔn)條件下接觸明火時，發(fā)生短暫的閃光(一閃即滅)現(xiàn)象的最低油溫?！?.3鍋爐燃料

燃點(diǎn)——當(dāng)油面上的油氣與空氣的混合物遇明火能著火持續(xù)燃燒(持續(xù)時間不少于5s)的最低油溫。重油的上閃點(diǎn)為80~130℃，燃點(diǎn)比閃點(diǎn)高10～30℃。閃點(diǎn)是防止油發(fā)生火災(zāi)的一個重要指標(biāo)，因此燃料油的預(yù)熱溫度必須低于閃點(diǎn)。對于敞口容器中的油溫至少應(yīng)比閃點(diǎn)低10℃，對于封閉的壓力容器和管道內(nèi)的油溫則可不受此限。

3）凝固點(diǎn)——重油在傾斜45o的試管中，經(jīng)過1min不發(fā)生流動變化的最低溫度。重油凝固點(diǎn)與所含石蠟含量有關(guān),含蠟量越高,油的凝固點(diǎn)越高。三、氣體燃料1．氣體燃料的種類§2.3鍋爐燃料§2.3鍋爐燃料2．氣體燃料的主要成分1）天然氣：甲烷約占80-98%，其次是烷屬重碳氧化合物和H2S，還含有少量N2、CO2、H2O和礦物雜質(zhì)，發(fā)熱量很高（33490~37680kJ/Nm3）。天然氣是一種優(yōu)質(zhì)燃料，也是優(yōu)質(zhì)的重要化工原料。2）高爐煤氣：是煉鐵的副產(chǎn)品，產(chǎn)量大?？扇?xì)怏wCO約占20-30%，H2約占5-15%；惰性氣體CO2約占5-15%，N2約占45-55%，發(fā)熱量4200-6300kJ/Nm3。含量高達(dá)60-80g/Nm3；通常作為工業(yè)爐或鍋爐摻加燃料。3）焦?fàn)t煤氣：是冶金企業(yè)煉焦的副產(chǎn)品，H2占46~61%，CH4=21~30%，N2=7~8%，CO2=2~3%,發(fā)熱量16300-17200kJ/Nm3。

4）液化石油氣3．氣體燃料的發(fā)熱量：

kJ/Nm3（式中等為氣體成分低位發(fā)熱量）§2.4燃料的燃燒計算基本假設(shè)：

1.空氣、煙氣均為理想氣體，每kmol體積等于22.4Nm3；2.空氣中只有O2和N2成分，其容積比為：；

3.每kg燃料都是在完全燃燒的條件下計算。

一、理論空氣量及過量空氣系數(shù)1.理論空氣量的計算§2.4燃料的燃燒計算

2．過量空氣系數(shù)、實(shí)際空氣量和漏風(fēng)系數(shù)1）過量空氣系數(shù)—燃燒時實(shí)際供給空氣量與理論空氣量之比。（爐膛出口處過量空氣系數(shù)為平均值，與燃燒設(shè)備、燃料種類、燃燒方式等有關(guān)。層燃爐；室燃爐）2）實(shí)際空氣量： Nm3/kg3）漏風(fēng)系數(shù)鍋爐運(yùn)行時，爐中處于負(fù)壓工作狀態(tài)，爐外冷空氣從爐墻、門孔幾個受熱面貫穿墻處漏入爐內(nèi)，使?fàn)t內(nèi)過量空氣系數(shù)煙煙氣流程逐漸增大，其值為：

各受熱面漏風(fēng)量：Nm3/kg§2.4燃料的燃燒計算二、燃燒生成煙氣量完全燃燒時煙氣成分是：CO2、SO2、H2O、O2、N21．理論煙氣量的計算(α=1)——不含有O2

Nm3/kgNm3/kg（四個來源）

Nm3/kg§2.4燃料的燃燒計算2．實(shí)際煙氣量的計算(α>1)——含有過量O21）過量空氣中氧容積：Nm3/kg2）過量空氣中氮容積：

Nm3/kg3）過量空氣中水蒸汽容積：Nm3/kg4）實(shí)際煙氣量——理論煙氣量與過量空氣之和Nm3/kg三、空氣和煙氣的焓1.理論空氣的焓——每kg固體(液體)燃料燃燒時所需理論空氣量，在等壓下，從0℃加熱到℃所需要的熱量，單位kJ/kg。

kJ/kg§2.4燃料的燃燒計算2．理論煙氣的焓——每kg固體(液體)燃料燃燒后所生成理論煙氣量，在等壓下，從0℃加熱到℃所需要的熱量，單位kJ/kgkJ/kg式中等由表2-10查取。3．實(shí)際煙氣焓1）煙氣中過量空氣的焓： kJ/kgafh——入爐燃料灰分隨煙氣帶出的灰分重量比，稱飛灰份額，層燃爐afh＝0.2-0.3，煤粉爐afh＝0.85-0.9。只有當(dāng)燃料中灰分很大時，才需加以考慮，即：§2.5鍋爐運(yùn)行時煙氣分析及其應(yīng)用一、煙氣分析的目的

在鍋爐運(yùn)行時，通過煙氣取樣分析，計算出CO、、，從而了解和掌握鍋爐實(shí)際燃燒情況，便于制定合理的燃燒調(diào)整及燃燒設(shè)備的改進(jìn)方案，從而提高燃燒效率和鍋爐熱效率。爐膛出口過量空氣系數(shù)有一最佳值：qmin=q2+q3+q4二、理論上煙氣分析成分

1．每kg燃料完全燃燒時產(chǎn)生的煙氣成分：RO2、N2、H2O；§2.5鍋爐運(yùn)行時煙氣分析及其應(yīng)用2．燃料完全燃燒時產(chǎn)生的煙氣成分：RO2、N2、H2O、O2；3．燃料不完全燃燒時產(chǎn)生