1第三章 锅炉燃料§3—1 燃料的分类及其组成一、燃料的分类燃料是指可以用来获取大量热能的物质燃料是锅炉的“粮食” 目前地球上的燃料可分为两大类，即核燃料和有机燃料锅炉大都燃用有机燃料所谓有机燃料就是通过燃烧可以放出大量热量的物质尽管许多物质的反应都是放热反应，但作为燃料，应该满足下列条件：就单位数量而言，燃烧时能放出大量的热量；能方便而很好地燃烧；在自然界中蕴藏量丰富，能大量开采，价格低廉；燃烧产物对人体、动植物、环境等有较小危害或无害按物态有机燃料可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料按获得的方法又可分为天然燃料和人工燃料人工燃料是经过一定处理后所获得的燃料燃料分类见表 3-1表 3-1 燃料分类 类 别 天然燃料 人工燃料固体燃料 木柴，泥煤，烟煤，石煤，油页岩木炭，焦炭，泥煤砖，煤矸石，甘蔗渣，可燃垃圾等液体燃料 石油 汽油，煤油，柴油，沥青，焦油气体燃料 天然气 高炉煤气，发生炉煤气，焦炉煤气，液化石油气 按用途有机燃料又可分为工艺燃料和动力燃料工艺燃料是指特殊工艺生产过程所需用的燃料，大都是优质燃料而动力燃料是指除了其燃烧放热可供利用外，在其他方面没有更大经济价值的燃料，主要是劣质燃料。
锅炉一般燃用劣质燃料，这些劣质燃料燃烧比较困难，而且会给锅炉工作带来许多不利影响虽然我国燃料资源比较丰富，但为了满足国民经济建设各方面的要求，要做到能源的合理使用，所以我国的燃料政策规定电站锅炉以燃煤为主，并且在保证综合效益的条件下主要燃用劣质煤煤、石油、天然气、油页岩等也称为化石燃料（即矿物燃料） 这类燃料是地壳内动植物遗体，经过漫长的地质年代，经历长期的化学、物理变化而形成的远古时代的植物通过光合作用收集、转化了太阳能，接着转存于动植物的有机体中，成为化石燃料的原料从数百万年前照到绿色植被的太阳能，到今天埋在地下的化石燃料的化学能，不仅需要漫长的岁月，而且转换效率极低可见因此，目前地球上储存的化石燃料是多么非常宝贵的而且有限！燃料特性是锅炉设计、运行的基础对于不同的燃料，要相应采用不同的燃烧设备和运行方式对于锅炉设计及运行人员，必须了解锅炉燃料的性能、特点，才能保证锅炉运行的安全性和经济性二、燃料的组成固体燃料的成分有：碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)、水分（M） 、灰分(A)其中 C、 H、S 为可燃元素液体燃料的成分也是碳、氢、氧、氮、硫、水分和灰分，但碳和氢含量较高。
气体燃料有天然气和人造气两类天然气分气田气和油田伴生气两种气田气主要成分是甲烷；油田气除含甲烷外，还有丙、丁烷等烷烃类，CO 2 含量也比气田气高碳是燃料中基本可燃元素，煤中碳含量(质量分数) 一般占 煤成分的 20％～70％，油类2燃料中碳的含量达 83%～88%氢是燃料中热值最高的元素， 煤中含量(质量分数)一般占煤成分的 3％～5％，油类燃料中氢的含量达 11%～14% 碳和氢两种元素结合成各种碳氢化合物，也称为烃，按其化学结构不同一般分为烷烃、环烷烃和芳香烃三类l kg 碳完全燃烧生成二氧化碳时可放出 32783 kJ 的热量；在缺氧或燃烧温度较低时会形成不完全燃烧产物一氧化碳，仅放出 9270 kJ 的热量烃类物质受热分解成为氢气或各种碳氢化合物气体挥发出来氢是一种着火容易、燃烧性能好的气体，l kg 氢完全燃烧时可放出 120370 kJ 的热量，约是碳燃烧放热量的 3.67 倍燃料中碳和氢各自含量的比例称为碳氢比，用符号 表示， 碳氢比可以用来衡量燃料及燃烧的性能碳CHkC/氢比小的燃料热值较高，燃烧过程中着火容易、燃烧完全，形成的不完全燃烧产物（如炭黑、一氧化碳）较少。
碳是煤中的主要可燃物，在煤中通常和 H、O 、S 形成复杂的化合物含碳量的高低基本上决定了该煤种发热量的大小氧是燃料中反应能力最强的元素，燃烧时能与氢化合成水，降低了燃料的热值氮是燃料中的惰性和有害元素，燃烧时，燃料中氮易转化成为氮氧化物 NOX(NO 及 NO2)，排放后对环境造成污染氧和氮都是煤在形成期间便存在的，它们都不是可燃质，不能燃烧放热氧虽能助燃，但它在煤中含量与大气中的氧含量相比是很少的氮的质量分数约为 0.1%～2.5% ，氧的质量分数一般小于 2%但泥煤的氧含量可高达 40％氧随煤的碳化程度加深而减少氧在煤中主要以羧基、羟基、甲氧基、羰基和醚基形态存在，也有些氧与碳骨架结合成杂环燃料中氮绝大部分为有机氮硫也是有害成分尽管硫也是一种可燃物质，但其热值很低，1kg 硫燃烧后仅放出9040 kJ 的热量燃烧生成 SO2 和少量 SO3，排出锅炉后造成严重污染，是形成酸雨的主要物质若与烟气中的水蒸气反应生成硫酸或亚硫酸，在锅炉低温受热面凝结后产生强烈的腐蚀作用燃烧生成 SO2 和少量 SO3，在锅炉内部引起金属受热面腐蚀，排出锅炉后造成严重污染硫在煤中以三种形式存在：①有机硫，与碳、氢等结合成复杂化合物；②黄铁矿硫，如 FeS2 等；③硫酸盐硫，如 CaSO4、Na 2SO4 等。
其中有机硫和黄铁矿硫参加燃烧；硫酸盐硫进入灰分，我国煤的硫酸盐硫含量极少我国动力用煤的含硫量大部分为1%～1.5%，一些煤种含硫 3%～5% ，个别的高达 8%～10%含硫量高于 2%的煤称为高硫煤，直接燃烧可生成大量的 SO2，若不处理则危害严重硫在石油中以硫酸、亚硫酸或硫化氢、硫化铁等化合物的形式存在燃料油在运输过程中对金属管道也有很强的腐蚀性硫是评价油质的重要指标按照硫在燃料中的含量多少，可分为：高硫油，质量分数大于 2%；含硫油，质量分数 0.5%～2%；低硫油，质量分数小于 0.5%也有的将含量大于 1%的油即视为高硫油我国低硫石油有大庆、大港、克拉玛依等地的产品，胜利油田原油属含硫油，而高硫油主要集中在中东产油区石油在加热蒸馏提取各种燃料油的过程中，80%的硫残存在重馏分 (润滑油、渣油)中煤的灰分是煤燃烧后剩余的固体残余物灰分降低了煤的品质；给燃烧造成困难；可能使锅炉积灰、结渣，并磨损金属受热面我国煤的灰分随煤种变化很大，少则4%～5%，多则 60%～70%煤中灰分的组成如表 3-2 所示表 3-2 煤中灰分的组成成分 含量(%) 成分 含量(%) 成分 含量(%) 成分 含量(%)SiO2 20～60 Fe2O3 5～35 MgO 0.3～0.4 Na2O 和 K2O 1～4Al2O3 10～35 CaO 1～20 TiO2 0.5～2.5 SO3 0.1～1.23液体燃料主要由石油提炼而得。
锅炉燃油主要是重油，它是原油分馏出汽油、煤油和柴油后的剩余物常用于锅炉燃烧的重油有四种，以牌号 20 号、60 号、100 号、200 号表示，此牌号数值系该重油 50℃时的恩氏粘度 oE50重油的特性指标有密度、粘度、闪点、燃点、自燃点、凝固点、硫分、机械杂质、发热量等这些特性对重油的雾化燃烧、运输、贮存有重要的影响重油的化学成分也是碳、氢、氧、氮、硫、水分和灰分，但碳和氢含量较高重油一般含碳 81%～87%，含氢 10%～13% ，水分不大于 3%，灰分不大于 0.3%，低硫重油中含硫量小于 0.5%，高硫重油含硫量则在 1%～3%在原油中，硫以有机硫形式存在，质量含量 0.1%～7% ，约有 80%～90% 残留于重馏分中，所以原油中的硫分大部分转人重油之中1)碳和氢碳是燃料中基本可燃元素，其含量( 质量分数)一般占燃料成分的 83%～ 88%氢是燃料中热值最高的元素，其含量( 质量分数)一般占燃料成分的 11%～14% 这两 种元素结合成各种碳氢化合物，也称为烃，按其化学结构不同一般分为烷烃、环烷烃和芳香烃三类碳在高温下着火燃烧，l kg 碳完全燃烧生成二氧化碳时可放出 32783 kJ 的热量；在缺氧或燃烧温度较低时会形成不完全燃烧产物一氧化碳，仅放出 9270 kJ 的热量。
烃类物质受热分解成为氢气或各种碳氢化合物气体挥发出来氢是一种着火容易、燃烧性能好的气体，l kg 氢完全燃烧时可放出 120370 kJ 的热量，约是碳燃烧放热量的 3.67 倍燃料中碳和氢各自含量的比例称为碳氢比，用符号 kCH 表示，k CH=C/H碳氢比可以用来衡量燃料及燃烧的性能 碳氢比小的燃料热值较高，燃烧过程中着火容易、燃烧完全，形成的不完全燃烧产物如炭黑、一氧化碳较少2)氧和氮氧是燃料中反应能力最强的元素，燃烧时能与氢化合成水，降低了燃料的热值氮是燃料中的惰性与有害元素，在高温烟气中与氧生成氮氧化合物 NOX(NO 及NO2)，排放后对环境形成污染这两种元素在石油中的含量均很少，氮的质量分数约为0.1%～1.5% ，氧的质量分数一般小于 2%氧的化合物大多数存在于沥青中，少数分布在渣油的油质和胶质中；而氮在石油中主要构成重杂原子化合物和石油酸(脂肪酸、环烷酸和酚)，其中环烷酸其质量分数约占石油酸的 95%，特别易溶于水，是寻找石油田的重要标志硫是燃料中的有害元素，在石油中以硫酸、亚硫酸或硫化氢、硫化铁等化合物的形式存在硫也是一种可燃物质，其热值很低，1kg 硫燃烧后仅放出 9040kJ 的热量。
硫的燃烧产物二氧化硫和三氧化硫会对大气产生严重的污染，是形成酸雨的主要物质若与烟气中的水蒸气反应生成硫酸或亚硫酸，在燃油锅炉低温受热面凝结后产生强烈的腐蚀作用燃料在运输过程中对金属管道也有很强的腐蚀性硫是评价油质的重要指标按照硫在燃料中的含量多少，可分成高硫油，质量分数大于 2%；含硫油，质量分数 0.5%～2%；低硫油，质量分数小于 0.5%也有认为含量大于 1%的即为高硫油我国低硫石油有大庆、大港、克拉玛依等地的产品，胜利油田原油属含硫油，而高硫油主要集中在中东产油区石油在加热蒸馏提取各种燃料油的过程中，80%的硫残存在重馏分(润滑油、渣油)中石油中的 (4)灰分和水分 灰分是石油中的矿物杂质在燃烧过程中经过高温分解和氧化作用后形成的固体残存物(V 2O5、Na 2SO4、MgSO 4、CaSO 4 等)，会在锅炉的各种受热面上形成积灰并引起金属的腐蚀油灰分的含量极少，质量分数小于 0.05%，但化学成分十分复杂，含有 30 多种微量元素，如铁、镁、镍、铝、铜、钙、钠、硼、硅、氯、磷、砷等由于石油中的灰分具有较强的粘结性，燃油锅炉受热面上的积灰不易清除，含量很少的灰分会对长期运行的锅炉产生很大的影响。
4除了灰分以外，石油及其产品在开采、输运、贮存过程中还会混入一些不溶物质，称为机械杂质，在燃料油中的含量(质量分数) 约为 0.1%～0.2%这些以悬浮或沉淀状态存在的杂质有可能堵塞或磨损油喷嘴和管道设备，使锅炉的正常运行受到影响水分也是燃料中的不可燃成分不同燃料的水分含量变化也很大液体燃料约含有1％～4％，褐煤可达 40％～60％水分增加，影响燃料的着火和燃烧速度，增大烟气量，增加排烟热损失，加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰通常石油与水共存在于油田中，原油中含有很高的水分燃料油中的高水分会使燃料的热值降低，导致燃烧过程中出现火焰脉动等不稳定工况或熄火，增大排烟热损失，一般是有害成分但若只有少量水分呈乳状液并与油均匀混合，雾化后的油滴中水分先受热蒸发膨胀，产生所谓的“微爆”效应，油滴形成二次破碎雾化，改善了燃烧条件，提高燃烧火焰温度，可以降低不完全燃烧热损失石油输运前要经过脱水处理，燃料油中的水分含量(质量分数)应低于 2%气体燃料有天然气和人造气两类天然气分气田气和油田伴生气两种气田气主要成分是甲烷，体积含量为90%～98%；油田气含甲烷 75%～85% ，其余为丙、丁烷等烷烃类，CO 2 含量也比气田气高，一般 0～5%，个别达 10%。
天然气发热量很高，一般为 35000～50000kJ/Nm 3人造气包括:液化石油气、炼焦炉煤气、发生炉煤气、高炉煤气、地下。