第一章燃料及燃燒計(jì)算

第一篇燃料與燃燒本篇主要內(nèi)容：鍋爐燃煤的特性、燃料的基本燃燒計(jì)算；鍋爐熱平衡：要求學(xué)生建立熱平衡的概念，掌握鍋爐熱效率的計(jì)算方法；通過講授鍋爐制粉系統(tǒng)、煙風(fēng)及燃燒系統(tǒng)，使學(xué)生掌握各個(gè)系統(tǒng)的工作過程、工作特點(diǎn)和設(shè)備及系統(tǒng)的工作原理。2/4/20231沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2第一章燃料及燃燒計(jì)算燃料部分（1-5節(jié)）主要內(nèi)容：鍋爐用燃料有哪些？煤的成分分析方法；煤的成分組成及各成分特點(diǎn)；煤的分析基準(zhǔn)及換算；煤的主要特性：發(fā)熱量、標(biāo)準(zhǔn)煤、折算成分、灰的熔融性；煤的分類。2/4/20232沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2§1.1鍋爐用燃料1.燃料：燃燒時(shí)能發(fā)熱的物質(zhì)。2.分類：物態(tài)：固體、液體、氣體獲得方式：人工：木炭、煤粉、汽油等3.選擇燃料的原則：不占用其它行業(yè)所必須的優(yōu)質(zhì)燃料；盡可能采用當(dāng)?shù)厝剂?；提高燃料使用的?jīng)濟(jì)性；盡可能減少污染；劣質(zhì)煤：兩種含義.一是指水分、灰分或硫分含量較多、發(fā)熱量較低，（三高一低）在其它方面沒有多大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的煤。二是指發(fā)熱量雖然很高,但是難于著火燃燒的煤。2/4/20233沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2§1.2煤的成分一、元素分析和工業(yè)分析煤是由有機(jī)化合物和無機(jī)礦物質(zhì)等組成的一種復(fù)雜物質(zhì)。兩種分析方法：元素分析法、工業(yè)分析法。（一）元素分析成分及表示符號(hào)碳Ｃ、氫Ｈ、氧Ｏ、氮Ｎ、硫Ｓ、灰分Ａ、水分M（二）煤的工業(yè)分析及表示符號(hào)水分M、揮發(fā)分V、固定碳FC、灰分A2/4/20234沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2二、元素分析成分１、碳：主要可燃元素，含量最高，5０～９０％。

C+02=CO2+32700存在形式：Ｃ與氫、氮、硫等結(jié)合生成揮發(fā)性物質(zhì)；

單質(zhì)狀態(tài)，稱固定碳（FC).固定碳越多，煤不易著火，燃燒緩慢，火苗短。2/4/20235沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2２、氫：發(fā)熱量最高，3～６％,H含量越高，越容易著火、燃燒。2H2+O2=2H2O+1200003、氧、氮：含量很少高溫下生成氮氧化物(NOx)，污染大氣。4、硫：可燃、有害氣體，1.５％需脫硫S+O2=SO2+9040有機(jī)硫（S0）—--與C、H、O等結(jié)合成復(fù)雜的化合物。黃鐵礦硫（FeS2)—煤種S元素80%以黃鐵礦形式存在。硫酸鹽硫—CaSO4、MgSO4、FeSO4等，不能燃燒，歸入灰分中。2/4/20236沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2５、水分：主要不可燃成分，２～６０％。

全水分Mt①表面水分（外在水分）Mf—通過自然干燥可除去的水分。②固有水分（內(nèi)在水分）Minh—原煤失去外在水分后剩余的水分。需要在較高溫度下（105-110℃，加熱1.5-2小時(shí)）才能從煤樣中除去。６、灰分：將煤樣在空氣中加熱到800±25℃，灼燒2h后的剩余物就是灰分。 煤中不可燃物質(zhì)統(tǒng)稱灰分。10～50%。2/4/20237沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2三、工業(yè)分析成分水分（M）、揮發(fā)分(V)、固定碳(FC)、灰分(A)

1、全水分Mt①表面水分（外在水分）Mf—通過自然干燥可除去的水分。②固有水分（內(nèi)在水分）Minh—原煤失去外在水分后剩余的水分。需要在較高溫度下（105-110℃，加熱1.5-2小時(shí)）才能從煤樣中除去。2/4/20238沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-22、揮發(fā)分：失去水分的煤在隔絕空氣條件下加熱到900±10℃溫度時(shí)，有機(jī)物質(zhì)會(huì)分解成各種氣體，這些氣體成分稱揮發(fā)分。１）組成：可燃?xì)怏w(CmHn、H2、COH2S等)、不可燃?xì)怏w(CO2等)。２）特點(diǎn)：自身容易著火燃燒；且能促進(jìn)焦炭的燃燒。３）作用：燃燒的重要特性、煤分類的依據(jù)。2/4/20239沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-23、固定碳（FC）和灰分（A)揮發(fā)分析出后剩下的物質(zhì)稱焦炭。焦炭＝固定碳＋灰分將煤樣在空氣中加熱到815±10℃，灼燒2h后的剩余物就是灰分。2/4/202310沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2四、煤中成分對(duì)鍋爐工作的影響1、硫分危害：１）Ｓ＋Ｏ２＝ＳＯ２→ＳＯ3+Ｈ２Ｏ生成硫酸，造成低溫腐蝕；2）污染大氣；3）硫化鐵導(dǎo)致磨煤機(jī)磨損。

2/4/202311沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-22、灰分危害：１）可燃元素減少，發(fā)熱量降低；２）阻礙可燃質(zhì)與氧接觸，影響燃燒、燃盡；３）受熱面積灰、結(jié)渣，影響傳熱；４）煙氣中飛灰引起設(shè)備磨損、腐蝕，降低使用壽命；５）增加灰渣物理熱損失；６）污染環(huán)境；７）增加除塵、除灰設(shè)備；增加開采、運(yùn)輸費(fèi)用，制粉系統(tǒng)電耗。2/4/202312沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-23、水分危害：１）發(fā)熱量降低；２）增加不完全燃燒損失；３）煙氣體積增大，排煙損失和引風(fēng)電耗增加；４）影響磨煤，堵塞煤粉管道；５）低溫受熱面堵灰、腐蝕。

2/4/202313沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-24、揮發(fā)分1）特點(diǎn)：自身容易著火燃燒；且能促進(jìn)焦炭的燃燒。2）作用：燃燒的重要特性、煤分類的依據(jù)。2/4/202314沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2五、煤的成分計(jì)算基準(zhǔn)1.收到基ar(asreceivedbasis)以入爐煤（實(shí)際工作煤）為基準(zhǔn)進(jìn)行分析的各個(gè)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%FCar+Var+Aar+Mar=100%應(yīng)用：鍋爐熱力計(jì)算。2.空氣干燥基ad(airdriedbasis)除去外在水分后的各個(gè)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%FCad+Vad+Aad+Mad=100%應(yīng)用：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)煤樣分析使用。2/4/202315沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-22/4/202316沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-23.干燥基d(drybasis)：假想無水狀態(tài)的各個(gè)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%FCd+Vd+Ad=100%應(yīng)用：灰分含量常用干燥基表示。4.干燥無灰基daf(dryandashfreebasis)：假想無水無灰狀態(tài)的各個(gè)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%FCdaf+Vdaf=100%應(yīng)用：揮發(fā)分含量常用干燥無灰基表示。2/4/202317沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2§1.3燃料的某些特性一、發(fā)熱量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的煤完全燃燒時(shí)所放出的熱量。(1)高位發(fā)熱量(Qar,gr)：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的煤形成的水蒸氣凝結(jié)為液態(tài)水時(shí)最大可能的發(fā)熱量。(2)低位發(fā)熱量(Qar,net)：高位發(fā)熱量中扣除汽化潛熱后的發(fā)熱量。Qar,net=Qar,gr-r(9Har/100+Mar/100)Qar,net=4.19(81Car+246Har+26Sar-26Oar-6Mar)2/4/202318沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2二、折算成分：折算水分、折算灰分、折算硫分相對(duì)于發(fā)熱量中每4190KJ/Kg收到基低位發(fā)熱量的煤的水分、灰分、硫分的含量。Mar,red=4190*Mar/Qar,netAar,red=4190*Aar/Qar,netSar,red=4190*Sar/Qar,netMar,red＞8%Sar,red＞0.2%Aar,red＞4%分別稱為高水分、高硫分、高灰分.標(biāo)準(zhǔn)煤：收到基低位發(fā)熱量為29310KJ/Kg的煤。Bb=BQar,net,p/292702/4/202319沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2三、灰的熔融性煤灰在某一確定溫度下開始熔化，此溫度定義為灰熔點(diǎn)。DT－變形溫度，錐體頂點(diǎn)開始變成圓或傾斜ST－軟化溫度，錐體頂點(diǎn)彎曲至錐地面或成球狀（灰熔點(diǎn)）固態(tài)排渣爐的灰熔融性用軟化溫度ST來代表FT－熔化溫度，完全熔化成液體并能在底面流動(dòng)。2/4/202320沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-22/4/202321沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-22/4/202322沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2影響灰熔點(diǎn)因素：１）灰的成分：酸性氧化物增加，灰熔點(diǎn)升高；堿性氧化物增加，灰熔點(diǎn)降低２）所處環(huán)境介質(zhì)的性質(zhì)：還原性氣體存在，共晶體生成，灰熔點(diǎn)降低３）灰分含量：灰分越多，灰熔點(diǎn)降低當(dāng)灰的軟化溫度ST＞1350℃,爐內(nèi)結(jié)渣的可能性不大。為避免爐膛出口處結(jié)渣，爐膛出口處溫度比ST低50～100℃2/4/202323沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2§1.4煤的分類發(fā)電廠用煤主要以揮發(fā)分、發(fā)熱量、灰分、水分等作為指標(biāo)進(jìn)行分類。１.無煙煤：Vdaf10％、Ｃar=95--96%，含碳量高，揮發(fā)分少；特點(diǎn)：不易點(diǎn)燃，燃燒緩慢且火焰短；焦炭無膠結(jié)性，質(zhì)硬，不易研磨；儲(chǔ)存不會(huì)自燃。２.貧煤：Vdaf＝10－20％；性質(zhì)介于煙煤和無煙煤之間。３.煙煤：Vdaf＝20－40％；含碳低于無煙煤，但揮發(fā)分較多；特點(diǎn)：易點(diǎn)燃，火焰長，含氫量高，發(fā)熱量高；儲(chǔ)存時(shí)會(huì)自燃。４.褐煤：Vdaf＞４０％，含碳量少，揮發(fā)分高，水分、灰分含量大；特點(diǎn)：發(fā)熱量低，儲(chǔ)存時(shí)極易發(fā)生自燃。§1.5液體和氣體燃料（了解）2/4/202324沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2例題：某褐煤收到基元素分析各成分的百分含量為：Car=34%，Har=2.7%，Oar=8.6%，Sar=2.2%，Nar=0.6%，Aar=26.9%，Mar=25%，經(jīng)過短時(shí)間干燥后測(cè)得Mad=20%。請(qǐng)計(jì)算干燥后，煤的空氣干燥基元素分析百分含量為多少?2/4/202325沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2思考題:1.元素分析法分析煤的組成時(shí),煤由哪些成分組成？各有何特點(diǎn)？2.煤中硫分、水分、灰分對(duì)鍋爐工作有何影響？3.什么叫內(nèi)在水分、外在水分、全水分？內(nèi)在灰分、外在灰分？4.煤的工業(yè)分析有哪些分析成分？各有何特點(diǎn)？5.煤的含碳量、固定碳和焦炭有何區(qū)別和聯(lián)系？6.什么叫煤的揮發(fā)分、發(fā)熱量、高位發(fā)熱量、低位發(fā)熱量？7.DT、ST、FT分別代表什么含義？有哪些影響因素？8.煤種一定時(shí),灰熔點(diǎn)是否是定值？為什么？9.電力用煤有哪幾種？

2/4/202326沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2第一章燃料及燃燒計(jì)算燃燒計(jì)算部分（6-7節(jié)）主要內(nèi)容：1.燃燒所需空氣量計(jì)算；2.煙氣量計(jì)算（理論狀態(tài)下和實(shí)際運(yùn)行中兩種算法）；3.過量空氣系數(shù)和漏風(fēng)系數(shù)計(jì)算；4.煙氣和空氣焓計(jì)算（為鍋爐課程設(shè)計(jì)服務(wù)）；

2/4/202327沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2§1.6燃料的燃燒計(jì)算鍋爐燃燒計(jì)算的前提:1.空氣量與煙氣量的計(jì)算均以1kg燃料的收到基為基礎(chǔ)；2.計(jì)算狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，0℃；3.空氣和煙氣的所有組成成分（包括水蒸汽，分壓很?。勺骼硐霘怏w，1千摩爾氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的容積是22.4Nm3；4.氣體容積計(jì)算單位均為Nm3/kg。（Nm3含義是標(biāo)準(zhǔn)立方米）2/4/202328沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2一、燃燒所需空氣量1.理論空氣量1kg收到基燃料完全燃燒而又沒有剩余氧存在時(shí)所需要的空氣量。

C燃燒消耗的氧氣量H燃燒消耗的氧氣量S燃燒消耗的氧氣量扣除燃料本身的氧量需要的總氧氣量2/4/202329沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2理論氧氣量和理論空氣量：2/4/202330沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-22.實(shí)際空氣量：1KG燃料燃燒實(shí)際需要的空氣量。

爐膛內(nèi)的混合不可能絕對(duì)均勻，為保證完全燃燒，需多送一部分空氣。

一般煤粉爐過量空氣系數(shù)為1.15～1.25。無煙煤、貧煤及劣質(zhì)煙煤，過量空氣系數(shù)為1.20-1.25，煙煤及褐煤，過量空氣系數(shù)為1.15-1.20。過量空氣系數(shù)2/4/202331沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-23.漏風(fēng)系數(shù)

※鍋爐的通風(fēng)方式： （1）鍋爐通風(fēng)的方式——主要采用“平衡通風(fēng)”，即同時(shí)使用送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，爐膛保持微負(fù)壓

的方式；另外還有“負(fù)壓通風(fēng)”和“正壓通風(fēng)”的方式。 （2）平衡通風(fēng)的特點(diǎn)——鍋爐不向外噴火焰和冒煙氣，但會(huì)有空氣從未密封處或密封不嚴(yán)密處漏入爐膛內(nèi)，從而使煙氣沿?zé)煔饬鞒痰倪^量空氣系數(shù)不斷增大。 2/4/202332沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2漏風(fēng)系數(shù)：

負(fù)壓環(huán)境下的鍋爐，爐外的空氣漏入爐內(nèi)的漏風(fēng)量與理論空氣量的比值。

★爐外漏入的空氣量為對(duì)應(yīng)1KG燃料的漏風(fēng)量。2/4/202333沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2二、煙氣量計(jì)算（煙氣容積計(jì)算）★★煙氣成分組成：當(dāng)＝１完全燃燒：二氧化碳、二氧化硫、氮?dú)?、水蒸氣?/p>

１完全燃燒：二氧化碳、二氧化硫、氮?dú)?、水蒸氣、氧氣。＞１不完全燃燒：二氧化碳、二氧化硫、氮?dú)狻⑺魵?、氧氣、一氧化?/4/202334沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2（一）化學(xué)反應(yīng)方程式法（完全燃燒，鍋爐設(shè)計(jì)采用）1.理論煙氣量：定義(1）三原子氣體煙氣量(2)理論氮?dú)饬?3)理論水蒸汽量2/4/202335沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2(1)三原子氣體煙氣量2/4/202336沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2(2)理論氮?dú)饬?/4/202337沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2(3)理論水蒸汽量①由煤中的水分②煤中H元素轉(zhuǎn)換的水分③由理論空氣量V0帶入的水分，即相對(duì)于每1kg燃煤帶入的水蒸汽容積0.0161V0(Nm3/kg)2/4/202338沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2理論水蒸汽容積理論煙氣量(4)采用蒸汽霧化等設(shè)備帶入的水蒸汽容積2/4/202339沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-22、實(shí)際煙氣容積

（1）完全燃燒且過量空氣系數(shù)大于1的煙氣量(理論狀態(tài)下）※計(jì)算思路：實(shí)際煙氣容積=理論煙氣容積+過量空氣容積（干）+過量空氣帶入的水蒸氣容積或：實(shí)際煙氣容積=干煙氣容積+水蒸氣容積2/4/202340沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-22/4/202341沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2三原子氣體的容積份額在輻射換熱計(jì)算中，三原子氣體RO2，H2O均參與輻射換熱,灰粒的濃度對(duì)輻射換熱有影響。三原子氣體的容積份額和分壓力為：2/4/202342沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2飛灰濃度：即每1kg煙氣中飛灰的質(zhì)量。

afa—煙氣攜帶出爐膛的飛灰占總灰量的份額。2/4/202343沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2（二）不完全燃燒時(shí)的煙氣量（實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)）計(jì)算方法：實(shí)際煙氣容積=干煙氣容積+水蒸氣容積干煙氣容積利用煙氣分析實(shí)驗(yàn)獲得的公式1-44計(jì)算；水蒸氣容積使用前面的公式1-28計(jì)算。2/4/202344沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-22/4/202345沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2★煙氣分析

（1）計(jì)算實(shí)際的煙氣容積；（2）確定實(shí)際的過量空氣系數(shù)、“漏風(fēng)系數(shù)”、燃燒的不完全程度（CO含量）；（3）指導(dǎo)燃燒調(diào)整、燃燒設(shè)備的改進(jìn)。2/4/202346沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-21、煙氣成分分析各氣體成分占干煙氣容積的百分?jǐn)?shù) 2/4/202347沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-22/4/202348沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-22.奧氏煙氣分析器（1）結(jié)構(gòu)2/4/202349沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2（2）原理 選擇性吸收方法——化學(xué)吸收劑吸收煙氣中的一種或兩種氣體成分2/4/202350沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-22/4/202351沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2★★不完全燃燒方程式（CO含量計(jì)算）

因傳統(tǒng)煙氣分析實(shí)驗(yàn)中CO測(cè)量不準(zhǔn)，故可以使用CO計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，使用計(jì)算的CO含量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。在不完全燃燒的條件下，且認(rèn)為僅存在CO.不完全燃燒方程干煙氣中CO的含量2/4/202352沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2其中燃料特性系數(shù)為燃料特有性質(zhì)，只和燃料成分有關(guān)，可按下式計(jì)算

2/4/202353沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2

★★完全燃燒方程式CO=02/4/202354沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2

由完全燃燒方程得：在鍋爐運(yùn)行中，如果RO2值過小，供應(yīng)的空氣量過大。當(dāng)送入理論空氣量，且完全燃燒時(shí)，煙氣中三原子氣體的最大百分比含量:上式只取決于燃料性質(zhì)，燃料成分一定，數(shù)值一定。故可使用其驗(yàn)證煙氣分析實(shí)驗(yàn)RO2數(shù)值。2/4/202355沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2三、空氣和煙氣焓的計(jì)算

空氣或煙氣焓是指在定壓條件下，將1kg燃料燃燒所需要的空氣量或產(chǎn)生的煙氣量從0℃加熱到t℃時(shí)需要的熱量。計(jì)算基礎(chǔ)：1kg燃料，規(guī)定0℃時(shí)的焓值等于零。1.理論空氣焓 2/4/202356沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2

實(shí)際空氣焓 式中——在空氣量計(jì)算時(shí)表示過量空氣系數(shù) 的符號(hào)。2/4/202357沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2

2.煙氣焓的計(jì)算

2/4/202358沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-2四、運(yùn)行中過量空氣系數(shù)計(jì)算

1.精確計(jì)算方法：由鍋爐過量空氣系數(shù)的定義，完全燃燒的情況下不完全燃燒的情況下2/4/202359沈陽工程學(xué)院王樹群動(dòng)本091-22.粗略計(jì)算法完全燃燒且不計(jì)燃料特性時(shí)：實(shí)際運(yùn)行中，