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1、 锅炉原理 樊小朝 电气学院 电厂锅炉原理及设备电厂锅炉原理及设备（ （ 第三版）第三版） 电气工程学院电气工程学院 热动系热动系 樊小朝樊小朝 在读博士在读博士 fxc0102fxc0102 qqqq：563803372563803372 1899942267918999422679 1 第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 2.2.1 1 燃料的成分及其主要特性燃料的成分及其主要特性 2.2 2.2 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算 2.3 2.3 烟气分析方法烟气分析方法 2.4 2.4 空气和烟气焓的计算空气和烟气焓的计算 2 锅炉原理 樊小朝 电气学院 1 1、煤的元素分析成分、煤
2、的元素分析成分 2 2 、煤的工业分析成分、煤的工业分析成分 3 3 、煤的分析基准、煤的分析基准 4 4 、各种基准的换算、各种基准的换算 5 5 、煤的发热量、煤的发热量 6 6 、高、低发热量间的换算、高、低发热量间的换算 7 7 、煤的灰分特性、煤的灰分特性 8 8 、煤的结渣特性指标、煤的结渣特性指标 9 9 、煤的常规特性对锅炉工作的影响、煤的常规特性对锅炉工作的影响 10 10 、煤的可磨性系数与磨损指数、煤的可磨性系数与磨损指数 11 11 、煤的分类、煤的分类 2.1 2.1 燃料的成分及其主要特性燃料的成分及其主要特性 3 锅炉原理 樊小朝 电气学院 l 燃料是可以用来取得
3、大量热能的物质。燃料是可以用来取得大量热能的物质。 l l 目前世界上所用的燃料，可分为目前世界上所用的燃料，可分为两个大类两个大类，一是核燃料，二是有机燃料。电，一是核燃料，二是有机燃料。电 站锅炉大都是燃用有机燃料。有机燃料就是可以与氧化剂发生强烈化学反应站锅炉大都是燃用有机燃料。有机燃料就是可以与氧化剂发生强烈化学反应 （燃烧）而放出大量热量的物质。（燃烧）而放出大量热量的物质。 l l 有机燃料按其物态可分为固体燃料（煤、木材、油页岩等）、液体燃料（石有机燃料按其物态可分为固体燃料（煤、木材、油页岩等）、液体燃料（石 油及其产品）油及其产品） 和气体燃料（天然气、高炉煤气、焦炉煤气及发
4、生炉煤气等）和气体燃料（天然气、高炉煤气、焦炉煤气及发生炉煤气等） 三种。三种。 l l 我国燃料政策规定我国燃料政策规定：石油、天然气和某些优质煤应优先作为冶金及化学工业：石油、天然气和某些优质煤应优先作为冶金及化学工业 的原料；电的原料；电 厂锅炉要以煤为主要燃料，并尽量利用水分和灰分含量高、发热厂锅炉要以煤为主要燃料，并尽量利用水分和灰分含量高、发热 量低的劣质煤。量低的劣质煤。 l l 燃料特性是锅炉设计、运行的基础燃料特性是锅炉设计、运行的基础。对于不同的燃料，要相应采取不同的燃。对于不同的燃料，要相应采取不同的燃 烧设备和运烧设备和运 行方式。对于锅炉设计及运行人员，掌握好锅炉燃料
5、的性能、特行方式。对于锅炉设计及运行人员，掌握好锅炉燃料的性能、特 点，才能保证锅炉运行的安全性和经济性。点，才能保证锅炉运行的安全性和经济性。 2.1 2.1 燃料的成分及其主要特性燃料的成分及其主要特性 p12 4 锅炉原理 樊小朝 电气学院 l 煤煤是古代植物在地质变化过程中形成的。它是包括有机成是古代植物在地质变化过程中形成的。它是包括有机成 分和无机成分等物质的混合分和无机成分等物质的混合 物，其化学组成和结构十分物，其化学组成和结构十分 复杂。为了实用方便，一般通过元素分析和工业分析来确复杂。为了实用方便，一般通过元素分析和工业分析来确 定煤中定煤中 各组成成分的含量。各组成成分的
6、含量。 l l 元素分析元素分析测出煤由无机物水分测出煤由无机物水分(M)(M)、灰分、灰分(A)(A)和有机物碳和有机物碳 (C)(C)、氢、氢(H)(H)、氧、氧(O)(O)、 氮氮(N)(N)、硫、硫(S)(S)五神元素组成。工业分五神元素组成。工业分 析测出煤的组成成分为水分析测出煤的组成成分为水分(M)(M)、挥发分、挥发分(V)(V)、 固定碳固定碳 (FC)(FC)和灰分和灰分(A)(A)。 2.1 2.1 燃料的成分及其主要特性燃料的成分及其主要特性 一、煤的成分及分析基准一、煤的成分及分析基准 p12 5 锅炉原理 樊小朝 电气学院 ( (一一) )煤的元素分析成分煤的元素分
7、析成分p12p12 碳碳C C：主要可燃成分主要可燃成分, , 地质年龄越长 地质年龄越长，含碳越多含碳越多，放热量越高放热量越高， 但不易着火与燃烬。但不易着火与燃烬。 氢氢H H：可燃成分可燃成分，放热量放热量，是碳的是碳的3 3倍倍，含量低含量低，有利元素。有利元素。 氧氧O O：可助燃可助燃，含量低含量低。 氮氮N N：不可燃不可燃，含量低含量低，燃烧反应可生成燃烧反应可生成NONOX X ， ，有害成分。有害成分。 硫硫S S：可燃可燃，放热量低可生成放热量低可生成SOSO x x 有机硫有机硫、黄铁矿硫、硫酸盐硫黄铁矿硫、硫酸盐硫 水分水分M M：外部水分、内部水分。外部水分、内部
8、水分。 灰分灰分A A：杂质杂质，污染环境污染环境，磨损受热面。磨损受热面。 煤的元素分析成分煤的元素分析成分 6 锅炉原理 樊小朝 电气学院 （一）煤的组成成分及其性质 煤由碳(C)、氢(H)、氧(0)、氮(N)、硫(S)五种元素成分及灰分(A)、水分 (M)组 成。煤中各组成成分的含量，通常以它们各自质量占总质量的百分数表示。 l 1碳(C) 碳是煤中主要可燃元素，其含量约占20%70%（指收到基，下同）。1kg碳 完全燃烧约放出32866kJ的热量。碳是煤的发热量的主要来源。煤中碳的一部 分与氢、氧、硫等结合成有机物，在受热时会从煤中析出成为挥发分；另一 部分则呈单质称为固定碳。煤的地质
9、年代越长，碳化程度越深，含碳量就越 高，固定碳的含量相应也越多。固定碳不易着火，燃烧缓慢。因此，含碳量 越高的煤，着火及燃烧越困难。 l 2氢(H) 煤中氢元素含量不多，约为2%6%，且多以碳氢化合物状态存在，但氢却是 煤中发热量最高的可燃元素。1kg氢完全燃烧(生成物为H2O)可以放出 120370kJ的热量（扣除水的汽化潜热后所剩的热量）。H2和CmHn等这些气 体物质极易着火燃烧。因此，氢的含量愈高，煤就愈易着火和燃尽。 2.1 2.1 燃料的成分及其主要特性燃料的成分及其主要特性 一、煤的成分及分析基准一、煤的成分及分析基准 p12 7 锅炉原理 樊小朝 电气学院 （一）煤的组成成分及
10、其性质 l 3氧(O)和氮(N) 氧和氮都是煤中的不可燃元素。氧与碳、氢化合将使煤中的可燃碳和可燃氢含量减少， 降低了煤的发热量；氮则是有害元素，煤在高温下燃烧时，其所含氮的一部分将与氧 化合而生成NOX，造成大气污染。 煤中氧的含量变化很大，少的只有1%2%，多的可达40%;氮的含量一般都很少，约为 0. 5%2. 5%。 l 4硫(S) 煤中硫的含量一般不超过2%，但个别煤种高达8%10%。硫在煤中以三种形式存在，即有 机硫（与C、H、O等元素结合成复杂的化合物）、黄铁矿( FeS2)和硫酸盐硫（如 CaSO4、MgSO4、FeSO4等）。前两种硫均能燃烧，称为可燃硫或挥发硫。1kg硫完全
11、 燃烧可放出9050kJ的热量。硫酸盐硫不能燃烧，只能计入灰分。我国多数煤的硫酸盐硫 含量很少，常将全硫当作可燃硫对待。 硫的燃烧产物是SO2，其一部分将进一步氧化成为S03。SO3与烟气中的水蒸气结合成硫酸 蒸汽，当其在低温受热面上凝结时，将对金属受热面造成强烈腐蚀；烟气中的S03在一 定条件下还可造成过热器、再热器烟气侧的高温腐蚀。随烟气排人大气的SO2 SO3， 将造成环境污染，损害人体健康及其他动物和植韧的生长。此外，煤中的黄铁矿(FeS2) 质地坚硬，在煤粉磨制过程中将加速磨煤部件的磨损，在炉膛高温下又容易造成炉内 结渣。因此，硫是煤中有害的可燃元素。 2.1 2.1 燃料的成分及其
12、主要特性燃料的成分及其主要特性 一、煤的成分及分析基准一、煤的成分及分析基准 p12 8 锅炉原理 樊小朝 电气学院 （一）煤的组成成分及其性质 l 5灰分(A) 灰分是煤燃烧后剩余的不可燃矿物杂质，它与燃烧前煤中的矿物质在成分和数量 上有较大区别。灰分的含量在各种煤中变化很大，少的只有4%5%，多的可 高达60%70%。 A.煤中灰分含量增加，煤中可燃成分相对减少，降低了发热量；B.当煤燃烧时， 煤中矿物质转化成灰分，并会熔融，它要吸收热量，C.并由排渣带走大量的 物理显热；D.灰分多，使理论燃烧温度降低，而且煤粒表面往往形成灰分外 壳，妨碍煤中可燃质和氧气接触，使煤不易燃尽，增加机械不完全
13、燃烧热损 失；E.灰分多，还会使炉膛温度下降，燃烧不稳定，也增加不完全燃烧热损 失；F.灰分多，灰粒随烟气流过受热面时，如果烟速高，会磨损受热面，如 果烟速低，会形成受热面积灰，降低传热效果，并使排烟温度升高，增加排 烟热损失，降低锅炉效率；G.灰分多，也会产生炉内结渣，同时会腐蚀金属 ；H.灰分多，增加煤粉制备的能量消耗；灰分还是造成环境污染的原因之一 。显然，灰分是煤中的有害成分。 2.1 2.1 燃料的成分及其主要特性燃料的成分及其主要特性 一、煤的成分及分析基准一、煤的成分及分析基准 p12 9 锅炉原理 樊小朝 电气学院 （一）煤的组成成分及其性质 l 6水分(M) l水分也是煤中的
14、不可燃杂质，其含量差别甚大，少的仅为2%庄右，多的可达 50%60%。水分含量一般随煤的地质年代的延长而减少，同时也受开采方法 、运输和贮存条件的影响。 lA.煤中水分含量增加，煤中可燃成分相对减少，发热量降低； lB.水分多，会增加着火热，使着火推迟； lC.水分多，会降低炉内温度，使着火困难，燃烧也不完全，机械和化学不完 全燃烧热损失会增加。 lD.煤中水分会吸热变成水蒸气并随同烟气排出炉外，增加烟气量而使排烟热 损失增大，降低锅炉效率； lE.同时使引风机电耗增大；也为低温受热面的积灰、腐蚀创造了条件。 lF.此外，原煤水分过多，会给煤粉制备增加困难，也会造成原煤仓、给煤机 及落煤管中的
15、黏结堵塞以及磨煤机出力下降等不良后果。 2.1 2.1 燃料的成分及其主要特性燃料的成分及其主要特性 一、煤的成分及分析基准一、煤的成分及分析基准 p12 10 锅炉原理 樊小朝 电气学院 ( (二二) )、煤的工业分析成分、煤的工业分析成分p14p14 l l 水分水分(M)(M) l l 灰分灰分(A)(A) l l 挥发分挥发分(V)(V) l l 固定碳固定碳(FC)(FC) 11 锅炉原理 樊小朝 电气学院 l 煤的元素分析及水分、灰分含量是锅炉燃烧计算的依据，但它们并不能直煤的元素分析及水分、灰分含量是锅炉燃烧计算的依据，但它们并不能直 接反映出煤的燃烧特性，也不能充分确定煤的性质。另外，由于煤的元素分接反映出煤的燃烧特性，也不能充分确定煤的性质。另外，由于煤的元素分 析比较复杂，所以电厂常采用比较简单的工业分析。析比较复杂，所以电厂常采用比较简单的工业分析。 l l 计算煤中水分、挥发分、固定碳和灰分等四种成分的质量百分数，称为煤计算煤中水分、挥发分、固定碳和灰分等四种成分的质量百分数，称为煤 的工业分析。煤的工业分析成
