鍋爐部分第二章燃燒系統(tǒng)

鍋爐部分第二章燃燒系統(tǒng)第一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五主要內(nèi)容燃料及燃燒制粉系統(tǒng)及其設備鍋爐機組的熱平衡燃燒設備輔助設備第二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)燃料及燃燒一、鍋爐燃料核燃料和有機燃料，其中有機燃料又可分為：固體燃料、液體燃料和氣體燃料。固體燃料主要以煤為主，鍋爐燃用的燃料亦稱為動力燃料。第三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五（一）煤的成分及其性質(zhì)煤是由多種有機物質(zhì)和無機物質(zhì)混合組成的復雜的固體碳氫燃料。其化學組成和結構十分復雜，一般通過元素分析和工業(yè)分析來確定煤中各組成成分的含量。其中元素分析用于設計計算等，工業(yè)分析比較簡單且能反應燃燒特性。第四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五1、煤的元素分析成分包括：碳、氫、氧、氮、硫、灰分和水分。（1）碳

含量最多（20-70%）可燃、發(fā)熱量較大，每kg純碳的發(fā)熱量為32.866×103KJ/kg。碳一部分與氫、氧、氮和硫結合成有機化合物，稱為揮發(fā)性碳，其燃點較低；而其余呈單質(zhì)狀態(tài)的稱為固定碳，其燃點較高，不容易著火和燃盡。煤的地質(zhì)年代越長，碳化程度越深，含碳量越高。第五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五（2）氫

發(fā)熱量最高的物質(zhì)，但含量較少（2-6%，以碳氫化合物存在。氫的燃點低，容易著火，完全燃燒時純氫的發(fā)熱量143.11×103KJ/kg，扣除水的汽化熱還有120.52×103KJ/kg；（3）氧

不可燃物質(zhì)，可視為雜質(zhì)。含量變化很大，年代久其含量較少（1-2%），年代淺的含量多達40%；第六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五（4）氮

不可燃物質(zhì)，其含量也較少（0.5-2.5%），煤中的氮在高溫條件下易生成污染大氣的NOx，被視為有害元素；（5）硫

雖然在燃燒時也放出熱量，但其燃燒產(chǎn)物SO2和SO3會造成鍋爐金屬的腐蝕并污染大氣，也是有害元素，一般不超過2%，但個別高達8-10%；常以三種形式存在，即有機硫、硫化鐵硫、硫酸鹽硫，前兩種可燃稱為可燃硫，后一種歸入灰分稱為固定硫。第七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五（6）灰分

不可燃物質(zhì)。不僅使燃料的發(fā)熱量減少，而且影響著火和燃燼，也是造成受熱面積灰、結渣、磨損的主要因素。變化很大，少則4-5%，多達60-70%。（7）水分

使爐內(nèi)溫度下降，影響燃料著火，增大排煙熱損失，加劇尾部受熱面的腐蝕和堵灰。少則2%，多達50-60%。第八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五

2、工業(yè)分析

測定煤中水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分等四種成分的質(zhì)量百分數(shù)；既能反映燃燒方面的某些特性，以便正確地進行燃燒調(diào)整，改善燃燒工況，提高運行經(jīng)濟性；又是我國電廠用煤分類的重要依據(jù)；在實驗室中，按煤的燃燒過程來測定。第九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五（1）水分(W)實際應用狀態(tài)下的煤中所含水分，稱為全水分，由外在水分（表面水分）和內(nèi)在水分（固有水分），兩部分組成；

外在水分（Mf）原煤試樣在(20±1)℃、相對濕度為（65士1)％的空氣中自然風干后失去的水分；

內(nèi)在水分（Winh）失去了外在水分后所剩余的水分，需在較高溫度下才能從煤樣中除掉。第十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五全水分的測定方法是：將原煤試樣置于105-110℃的烘箱內(nèi)約2h，使之干燥至恒重，其所失去的水分即為全水分。第十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五（2）揮發(fā)分(V)失去水分的煤樣置于隔絕空氣的環(huán)境中，加熱至一定溫度時，煤中有機物質(zhì)分解而析出的氣體。主要由各種碳氫化合物、氫、一氧化碳、甲烷、硫化氫等可燃氣體及少量的氧、二氧化碳、氮等不可燃氣體組成；揮發(fā)分并不是以固有的形態(tài)存在于煤中，而是煤被加熱分解后析出的產(chǎn)物。不同碳化程度的煤，揮發(fā)分析出的溫度和數(shù)量不同；

第十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五碳化程度淺的煤，析出的溫度就低；相同的加熱時間內(nèi)，析出的數(shù)量隨煤的碳化程度的提高而減少。揮發(fā)分析出除決定于煤的性質(zhì)外，還受加熱條件的影響，溫度愈高、時間愈長，則析出的揮發(fā)分越多；將失去水分的煤樣，在(900±10)℃下，隔絕空氣加熱7min,試樣所失去的質(zhì)量占原煤試徉質(zhì)量的百分數(shù)。第十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五不同種類的煤，揮發(fā)分燃燒時放出的熱量相差很大，低的只有17000kJ/kg，高的可達71000kJ/kg。一般含氧量高、碳化程度低的煤，其揮發(fā)分的發(fā)熱量就比較低。揮發(fā)分是煤的重要成分特性．是人們對煤進行分類的主要依據(jù)。同時揮發(fā)分對爐膛結構、燃燒器型式、受熱面的布置及煤的著火、燃燒調(diào)整都有很大的影響。第十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五揮發(fā)分可燃物，著火溫度較低，著火容易，燃燒迅速。揮發(fā)分多則固定碳含量便少，使煤易于燃燒完全。一則大量揮發(fā)分析出，其著火燃燒后可放出大量熱量，有助于固定碳的迅速著火和燃燒；二則揮發(fā)分是從煤的內(nèi)部析出的，析出后使煤具有孔隙性，揮發(fā)分愈多，煤的孔隙愈多愈大，使煤和空氣的接觸面增大，即增大了反應表面積，使反應速度加快，也使煤易于燃燒完全。第十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五（3）固定碳（Fc）和灰分(A）除掉水分、揮發(fā)分之后剩余的固體物質(zhì)稱為焦炭，由固定碳和灰分組成。焦炭的黏結性與強度稱為煤的焦結性，它是煤的重要特性指標之一。煤的焦結性對燃燒過程影響較大，尤其是層燃爐。第十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五把焦炭放在電爐內(nèi)，在(815±10)℃的溫度下灼燒2h，固定碳基本燒盡，剩余的部分就是灰分，其所占原煤試樣質(zhì)量的百分數(shù)，即為該煤的灰分含量，據(jù)此也就可以推算出該煤的固定碳的含量。第十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五

（二）煤的成分分析基準煤中的成分以質(zhì)量百分數(shù)表示。由于水分和灰分含量常隨外界條件而變化，其他成分含量也就隨之而變，因此在給出煤中各成分含量時，應標明其分析基準才有實際意義。常用的分析基準有收到基(asreceived)、空氣干燥基(airdry）、干燥基(dry)和干燥無灰基（dryandashfree）四種；相應的表示方法是在各成分符號右下角加角標ar、ad、d、daf第十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%FCar+Var+Aar+Mar=100%（1）收到基

以收到狀態(tài)為基準計算煤中全部成分的組合稱為收到基，其中包括全部水分，以下角標ar表示。第十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五（2）空氣干燥基煤樣在實驗室規(guī)定的溫度下自然干燥失去外部水分后，其余的成分組合便是空氣干燥基，以下角稱ad表示。

Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%FCad+Vad+Aad+Mad=100%第二十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五（3）干燥基以全部除去水分的煤為基準，以下角稱d表示；由于已不受水分的影響，灰分含量百分數(shù)相比較穩(wěn)定，可用于比較兩種煤的含灰量；

Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%FCd+Vd+Ad=100%第二十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五（4）干燥無灰基以除去全部水分和灰分的煤為基準，以下角稱daf表示；由于不受水分、灰分影響，常用于比較兩種煤中的碳、氫、氧、氮、硫成分含量的多少；

Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%FCdaf+Vdaf=100%元素分析和工業(yè)分析的關系如圖所示。第二十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五元素分析成分和工業(yè)分析成分的關系如下圖所示。第二十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五不同基準的換算系數(shù)KX0X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1第二十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五煤的常規(guī)特性對鍋爐工作的影響1.揮發(fā)分的影響:地質(zhì)年齡↓Vdaf↑易著火↑易燃燼↑硬度↓但Q↓；2.水分的影響:Mar↑Q↓著火↓燃燼↓

θl↓Q4↑積灰↑腐蝕↑3.灰分的影響:Aar↑Q↓Q6↑Q4↑積灰↑磨損↑結渣↑第二十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五4.灰熔點的影響:灰熔點（DT、ST、FT）↓結渣↑5.硫分的影響:Sar↑tld↑低溫腐蝕↑污染環(huán)境↑煤粉倉自燃↑第二十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五1、煤的發(fā)熱量單位質(zhì)量的煤在完全燃燒時放出的全部熱量，Qar；（1）高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量高位發(fā)熱量

當發(fā)熱量中包括煤燃燒后所產(chǎn)生的水蒸汽凝結放出的汽化潛熱時，用Qar，gr表示。（三）煤的主要性質(zhì)第二十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五低位發(fā)熱量

當發(fā)熱量中不包括水蒸汽凝結放出的汽化潛熱時，用Qar,net,p表示。高位發(fā)熱量與低位發(fā)熱量之間的關系為：Qar，net,p=Qar，gr-25.1（9Har+Mar）電廠排煙溫度一般在110-160℃之間，其中水蒸汽不可能凝結，鍋爐熱力計算中采用的是低位發(fā)熱量。第二十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五（2）發(fā)熱量的測定方法及估算氧彈式量熱儀原理

取1g左右的煤樣放在氧彈中，氧彈中充滿氧氣后點火燃燒，放出的熱量被水吸收，根據(jù)溫升計算高位發(fā)熱量，后換算為低位發(fā)熱量。第二十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五(3)標準煤

為比較不同發(fā)熱量的煤耗量，統(tǒng)一規(guī)定，收到基低位發(fā)熱量29310kJ/kg（7000kcal/kg）的煤為標準煤。發(fā)熱量為Qar，net，p的煤，消耗量為B（t/h）折和成標準煤耗為Bb，第三十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五2、灰的熔融性（1）灰熔點及其影響因素。煤灰開始熔化時的溫度，灰熔點。與灰的化學組成，環(huán)境性質(zhì)及灰的含量有關。一般高熔點成分（SiO2、AL2O3、MgO）含量越高，灰熔點越高；在還原性氣氛中高熔點的灰分被還原成低熔點的灰分，導致灰熔點降低。第三十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五（2）灰熔融特性的測定灰中成分復雜，沒有明確的熔點，在一定的溫區(qū)內(nèi)逐漸熔化，用灰的變形溫度DT、軟化溫度ST和流動溫度FT來表示；目前普遍采用測定方法主要為角錐法和柱體法兩種，國內(nèi)采用角錐法。將煤灰制成底邊為7mm的等邊三角形，高為20mm的角錐。將其放入半還原性氣體的灰熔點測定儀中，以規(guī)定的速度升溫，觀測灰錐在熔融過程中的三個特征溫度。第三十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五灰錐變形實驗第三十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五(3)灰熔融特性對鍋爐工作影響影響鍋爐運行經(jīng)濟性及安全性一般以ST為代表，ST多在1100~1600℃ST<1200℃易熔灰液態(tài)排渣ST>1400℃難熔灰固態(tài)排渣1200℃<ST<1400℃也常采用固態(tài)排渣長渣(ST-DT>200℃)，液態(tài)排渣短渣（ST-DT<100℃），固態(tài)排渣爐膛出口煙溫θ低于DT50～100℃第三十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五3、煤的可磨性系數(shù)與磨損指數(shù)(1)可磨性系數(shù)（消耗能量）風干狀態(tài)下，等量的標準煤樣和被測試煤，同樣的初始粒度磨制成同規(guī)格細粉所消耗的能量之比越大越容易磨制，一般0.8~2.0之間，KKm<1.2難磨，KKm>1.5易磨。第三十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五(2)磨損指數(shù)對金屬碾磨件磨損的輕重程度。測試煤樣與標準煤樣磨損量的比值指數(shù)越大，磨損越強烈，煤的磨損性越強；

注意容易磨成粉的不一定都具有弱磨損性；不易磨成粉的也不一定都具有強磨損性第三十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五（四）動力煤的分類埋入地下的深度和時間不同，會形成不同的煤種。采用表征煤化程度的干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf作為分類指標并將煤分為：

褐煤Vdaf≥37%

煙煤37%>Vdaf≥20%

貧煤20%>Vdaf>10%

無煙煤Vdaf≤10%第三十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五(1)無煙煤（白煤）煤化程度最深，有明亮的黑色光澤，硬度高不易研磨。它的含碳量很高，雜質(zhì)少而發(fā)熱量較高，大致為21000-25000KJ/kg。揮發(fā)分含量較低，難以點燃，燃燒特性差。不用作電廠燃料；(2)貧煤

揮發(fā)量含量稍高于無煙煤，其著火、燃盡特性優(yōu)于無煙煤，但仍屬于燃燒特性較差的煤種；第三十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五(3)煙煤

煙煤具有中等的煤化程度，它的揮發(fā)分含量較高20~40%，水分和灰分也較少，發(fā)熱量也較高。煙煤燃點低，容易著火和燃盡。多數(shù)具有弱的焦結性；(4)褐煤

外觀呈褐色，揮發(fā)分含量較高>40%，有利于著火。但其灰分和水分較高，發(fā)熱量較低，一般小于16750KJ/kg。含水分較高的年輕褐煤則燃燒性能較差，而且灰熔點也較低。在空氣中存放極易風化，容易發(fā)生自燃。第三十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五二、燃料的燃燒（一）燃燒過程1、著火前的準備階段（吸取熱量，無需空氣）預熱→烘干→揮發(fā)分分解逸出(300~400℃)2、燃燒階段溫度繼續(xù)升高到著火溫度時，起焰著火3、燃盡階段燃燒產(chǎn)生的三要素：燃料、足夠高的溫度和充分的氧氣。第四十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期五（二）燃燒的產(chǎn)物及完全燃燒條件1、燃燒的產(chǎn)物(1)完全燃燒不能再氧化，CO2、

SO2、

N2、

H2O、