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1、第二章 燃料及其燃烧特性 n研究对象 燃料性质 描述 成分 1 发热量 2 灰的性质 3 种类 4 为什么要研究燃料？ n燃料的性质影响锅炉中许多部件和设备 的结构 n影响设备在锅炉中的布置位置 n影响设备中进行某些过程的安全性和经 济性 n如：风机的选型，燃烧设备，灰熔点的 影响，污染物的影响。 第二章 燃料及其燃烧特性 n第一节 电站锅炉燃料 燃料的定义 n通过燃烧释放热能的可燃物质称为燃料。 核能燃料可控核裂变与和聚变 有机燃料以各种形式在自然界存在的碳氢化合物 燃料总类 有机燃料的物理状态分为： 固体燃料、液体燃料和气体燃料 液体燃料石油及其制品轻油、柴油、重油 煤气城市煤气、高炉煤气
2、、焦炉煤气 油页岩 锅炉燃料 气体燃料 固体燃料 煤无烟煤、烟煤、褐煤等 木材，生物质 沼气 天然气、液化石油气 第二章 燃料 n第二节 煤的元素分析和工业分析 (燃料的成分) 一、元素分析成分 1. 元素分析的概念及成分分析 n分析煤的元素组成成分及其含量的方法 2. 元素成分的含量及其换算 n含量：指燃料中各成分的质量占燃料总质量的百分比，用 各个成分的质量百分数来表示。所以 水分和灰分所占质量较大，且随外界条件有较大的波动; 因此有四种不同“基”准的煤样: 1.收到基ar； 2.空气干燥基ad； 3.干燥基d； 4.干燥无灰基daf. 某成分的含量= 煤样中该成分的质量 煤样的总质量 1
3、00 收到基（下标符号为ar） n表示燃料中全部成分的质量百分数总和，特别是包括了全 部的水分和灰分，是以锅炉实际燃烧的燃料来测定各成分 的含量。 n是锅炉燃料燃烧计算的原始依据。 Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100% 空气干燥基（下标符号为ad） n表示在不含外在水分，只包含内在水分的实验条件 下，燃料各组成成分的质量百分数总和， n空气干燥基成分用于实验室分析，是实验室煤质分 析所用煤样的成分组成。 Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100% 干燥基（下标符号为d） n表示在不含水分的条件下干燥燃料各组成成分的质 量百分数总和 n干基中各成
4、分不受水分变化的影响 n可用于准确的表示灰分的含量 Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100% 干燥无灰基（下标符号为daf） n表示在不含水分和灰分的条件下，干燥无灰燃料各 组成成分的质量百分数总和， n干燥无灰基中只包含燃料的可燃成分，各成分不受 水分和灰分变化的影响，表示了燃料中最本质的部 分，可用于区别燃料的种类 n煤炭交易。 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100% 元素分析成分各基准关系 2. 元素成分的含量及其换算 n换算：不同基准下同类成分间的换算 n依据：1）任意两种不同基准下的同类成 分的比值都相等； n2）分比定理。 n公式：未知成分= 换算系数K已知
5、成分 各种基的换算：x=k x0 n该式不能用于水分换算，因为内、外部 水分不是成比例的，换算式为书式2-7。 二、工业分析 n在一定实验条件下，经过分析(干燥、加热、燃烧)得到水分 、挥发分、固定碳和灰分这四种成分的质量百分数。工业 分析在电厂常用（唯一的实验内容） n方法：自然干燥，1g煤样，1455干燥箱 1 小时，失去重 量为空干基水分； n然后隔绝空气，920电炉，7分钟，干燥箱冷却至室温， 失去重量为空干基挥发分； n挥发分为有机气体，对锅炉影响很大； n剩余为焦碳，为固定碳及灰分组合。在8155下燃烧1小 时，剩余为空干基灰分。 n最后可得固定碳。 挥发份及其测定 n挥发份定义：
6、失去水分的煤样在隔绝空气的条件下加热到 一定温度时，煤分解逸出的部分可燃质和矿物质。 n主要成分是CO、CO2、CmHn、H2等。 n收到基挥发份含量在5%40%之间。 n表示方法：V，Vdaf，等，也存在换算。 影响因素： l挥发份的多少和组成与煤的年代有关 l热解程度随加热速率、加热温度和加热时间而变，须 在统一条件下测定。 l挥发份的发热量取决于挥发份的成分 l挥发份的多少与组成影响到着火，是对动力用煤进行 分类的重要依据。 焦炭=固定炭+灰分：失去水分并放出挥发份后所剩余 的残留物称为焦炭。 元素分析成分与工业分析成分关系 第三节、煤的发热量及相关概念 一、煤的发热量 n两种发热量的定
7、义： n1高位发热量Qgr n1kg煤完全燃烧时放出的全部热量，包括烟气 中水蒸汽凝结时放出的热量。 n2低位发热量Qnet n在1kg煤完全燃烧时放出的全部热量中扣除水 蒸汽汽化潜热后所得的热量。即煤中可燃质的 一部分燃烧热量被用于水分的汽化，没有得到 利用。 n单位为kcal/kg，或者kJ/kg，MJ/kg。 几点说明 n实验室所测是全部热量（高位），锅炉排烟温度均 较高（110以上），烟气中水未蒸汽凝结，将这部 分气化潜热带走。 n我国均采用低位发热量。有些国家采用高位发热量 ，必要时说明。 n表示煤的发热量同样分为不同的“基”，因此，也存 在之间的换算。 二、煤的折算成分 n硫分、灰
8、分与水分对锅炉工作的影响 1）降低煤的发热量 2）降低燃烧温度，不利于燃料的着火与燃烧 3）增加烟气容积，排烟温度升高，排烟损失增加， 锅炉效率下降 4）加剧锅炉受热面的低温腐蚀与积灰 5）增加通风电耗。 采用折算成分的目的 n比较锅炉燃烧不同煤时，带入炉内的水、灰和硫的 质量煤的折算成分； n定义：每送入炉内1MJ（1000kJ）热量，随燃料带入 炉内的某成分的质量； n分别为折算水分、折算灰分和折算硫分； n过去以每1000kcal为标准，现在是1000kJ对应的克数 ；单位g/MJ（SI制） n 以灰分为例，同一锅炉燃烧不同煤时，采用折算成分的必 要性（此为成分的百分含量%） 折算成分的
9、表达式 n要产生同样的热量，带入锅炉的灰量取决于煤灰分含 量与发热量； n与灰分含量成正比，与发热量成反比； n采用此比例式来代表带入的灰量； 折算水分 折算灰分 折算硫分 n采用折算成分判断煤中水分、灰分和硫分高、中、低 的大致范围如表所示。 n折算水分： 8% 高水分煤 n折算灰分： 4% 高灰分煤 n折算硫分： 0.2% 高硫分煤 四、标准煤 n单纯以燃煤量的多少来比较不同锅炉的经济性不妥 ，须折算到统一标准； n标准煤的概念，规定低位发热量为7000kcal/kg（或 者29310kJ/kg，29.31MJ/kg）的煤为标准煤； n将发热量不是7000 kcal/kg的煤统一折算到70
10、00 kcal/kg来进行比较； n用于计算和比较标准煤耗等。 第四节 煤灰的结渣和积灰特性判别 一、煤灰的熔融特性（灰熔点） n炉膛内温度很高，煤中灰颗粒一般呈熔化或软化状 态，对锅炉工作影响极大。 n对锅炉的主要危害是造成锅炉受热面结渣，传热恶 化，掉渣灭火或事故。 n灰分成分不同，发生熔化的温度也不同。 n高熔点成分+低熔点成分，无固定的熔点。 n温度见表2-2 灰熔融性的测定 n将灰制成特定形状的灰堆，加热升温1300以上，采用三 个特征温度来表示灰的熔融特性。 nDT开始变形温度(Deformation Temp.)；(t1) nST开始软化温度(Softening Temp.);
11、(t2) nFT开始液化化温度(Fluid Temp.). (t3) n试验中：ST1390，轻微结渣煤。 n ST=1260-1390，为中等易结渣煤 。 n ST1260，为严重结渣煤。 n温度间隔 200-400 长渣 n温度间隔 100-200 短渣 n200，长渣，用于液态排渣炉 n对灰熔融特性的影响因素 化学成分：酸性成分（难）、碱性成分 环境气氛：氧化（难）、还原 n二、煤的积灰结渣特性 n结渣：煤灰熔化、软化后粘附水冷壁等受热面形成渣层； n沾污：煤灰中挥发物质在受热面上凝结并粘结灰粒。 n结渣判别方法： 碱酸比，硅比 n沾污判别方法： 沾污指数，烧结强度 结渣判别方法 n碱酸
12、比（B/A72不结渣，G40%，水分与灰分高，发热量低，着火 与燃烧容易。 无烟煤 年代 挥发份含量% 贫煤 烟煤 褐煤 n四、我国电厂常用煤种 n表2-8 第六节 煤的燃烧特性 n一、煤的分解机理 n热解，挥发分析出。 n热解温度：快速热解，慢速热解，中速热解； n热解条件：温度、压力、形状、颗粒尺寸、流动条件等； n热解过程： 105以前，主要水分、部分吸附气体； 200300，水分、CO、CO2及焦油； 300500，大量焦油、CH4、CO、CO2等； 500700，含氢较多的气体； 7591000，少量含氢气体。 n二、煤的热重分析 n燃烧特性研究：热天平、热显微镜、着火指数炉、管式沉
13、 降炉、燃烧实验台等 n热重分析：热天平 n热重；TG，物质质量与温度关系，曲线为TG 曲线； n微商热重：DTG，TG曲线对温度（或时间）的一阶微商； n差热分析：DTA，当给予被测物和参比物同等热量时（以参 比物与样品间温度差为纵坐标，以温度为横坐标所得的曲 线，称为DTA曲线。） 第七节 燃油和燃气特性 n一、燃料油的物理特性 n石油的形成：低等动、植物遗体中脂肪、蛋白质和碳水化 合物，沉积地下后经长期缺氧、温度、压力、细菌分解等 作用，形成粘稠性液体。10004000m，60150，有机 质大量生成石油。石油可提炼成汽油、煤油、柴油、重油 ；残留物为渣油。 n电站锅炉用燃油为石油炼制产
14、品或尾品，主要是重油、柴 油和渣油。 重油 n重油是石油各种加工工艺过程中重质蒸馏分和残渣的总称 ，是油料中密度最大的油品。石油经过常压、减压蒸馏得 到重质直流重油；经过各种裂化加工得裂化重油；蒸馏和 裂化工艺中残留物为渣油。商品重油一般为调制品。 n基本方法为直接蒸馏，分为常、减压蒸馏，属于初加工。 从塔不同层次出来。塔顶出沸点最低的汽油，35200的 馏分为直流汽油；175310为煤油和柴油； 350以上 重馏分为润滑油原料和裂化原料；塔底为重油。 n深加工，裂化法。为多得轻质油。初加工只有25%35%。 主要特性 n流动性能 n凝固点：油品在一定条件下完全丧失流动能力时的温度称 为凝固点
15、。倾斜45试管，1分钟，油面不变。汽油-80； 重油1536或更高。 n粘度：流体粘性的度量。流体在剪切力作用下，将产生连 续不断的变形以抵抗外力，这就是粘性。我国用恩氏粘度 表示燃油粘度。美国用通用赛氏粘度或赛氏-福氏粘度（SU 或SF），英国用雷氏1号（R1）或雷氏2号（R2）粘度。 燃烧及爆炸性能 n闪点：提高油温会加速油气的挥发，油蒸汽与空气混合物 遇到火源发生瞬间的闪光现象时，油品的最低温度。 n燃点：遇火源持续燃烧不少于5秒，最低油温度。 其他特性 n静电特性：产生静电，火花； n含硫量：产生污染物，大于2%为高硫油；80%存于重油中 ； n灰分：很少，低于0.05%，但成分复杂。
16、另外开采、运输等 过程混入机械杂质，约0.10.2%。 n水分：原油中水分高，需经脱水处理。加工后含量很少， 低于2%。燃烧雾化。 n二、气体燃料 n天然气形成，较简单。可同石油并存，也有单独气田。高 等植物木质纤维腐烂分解、无机质等矿物质分解，都可形 成天然气。可分为气田气、油田气、煤田气三种。 n人工气体燃料：煤气（CO、H2）、石油液化气（烷类）等 。 n成分含量为容积百分数。 n气体燃料特点： n使用性能好，易与空气混合，燃烧效率高； n调节灵活； n污染小； n运输方便，管道，可液化。不需要存放场地、灰渣处理系 统。 n缺点：有毒，有爆炸可能。要求较高的安全措施。 n主要特性： n粘度，远程管道运输需考虑； n爆炸极限，与空气混合达一定比例，易爆。CH4的爆炸上、 下限为15%和5%，氢为75.9%4%、CO为74.2%12.5% 。 n临界参数：气体压
