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1、锅炉燃料及特性第一节 概述锅炉是将燃料的化学能转换为蒸汽热能的设备。我国是世界上最大的煤炭生产国和消费 国，占世界煤产量的25。我国煤炭资源相对较为丰富，分布也广，而石油和天然气资源相 对不足，目前我国火力发电厂的主要燃料是煤，预计到 21世纪中叶，我国能源消耗仍是以煤 为主。煤种是锅炉设计的主要依据，煤种的特性会影响炉膛尺寸，燃烧设备和燃料制备系统、 受热面大小和布置、烟气处理等等。不同的燃料性能要求配备不同的制粉系统、燃烧器结构 和炉膛及锅炉本体型式，随之采取不同的运行参数及操作要求。 燃料特性、锅炉结构和运行方式是影响锅炉性能的三个要素，而后两项的主要依据是燃料特 性，只有充分掌握燃料性
2、能，采取相应的设计、运行措施，才能达到锅炉安全经济运行的目 的。第二节 煤的主要成分和特性煤的组成及各种成分，一般按元素分析和工业分析两种方法来进行研究。元素分析只能 确定元素含量的质量百分比，它不能表明煤中所含的是何种化合物，因而也不能充分确定煤 的性质。但是，元素组成与其他特性相结合可以帮助我们判断煤的化学性质。元素分析比较 繁杂，电厂一般只作工业分析，它能了解煤在燃烧时的主要特性。一、煤的元素分析 煤的元素分析成分，即煤的化学组成成分。煤的成分包括碳（C）、氢（H）、氧（0）、氮（N）、硫（S）五种主要元素以及水分 （W）和灰分（A）。煤的各种成分性质如下：1.碳碳是煤中的主要可燃物质。
3、通常各种煤的含碳量约占其可燃烧成分的 5090%。煤中的碳 不是以单质状态存在，而是一部分与氢、氧、硫等结合成挥发性的复杂化合物，其余部分为 煤受热析出挥发性化合物后余下的那部分，即固定碳。煤中固定碳含量越高，越不容易着火 和燃尽。1公斤碳完全燃烧可放出32866KJ的热量。2氢 煤中的氢，一部分与氧结合，叫做化合氢，不能燃烧放热；另一部分在煤受热时会挥发 成氢气或各种碳氢化合物形成（C H ）的气体，它们极易着火和燃烧。1公斤氢完全燃烧时约mn放出119743KJ的热量。3氧和氮 氧和氮都是不可燃元素，它们的存在使煤中的可燃元素相对减少，燃烧放出的热量降低。 煤中含氮量一般不多，只有0.52
4、%，但燃烧时会形成有害气体氧化氮（NO），污染大气。X4硫煤中硫可分为有机硫和无机硫两大类。有机硫和煤中的C、H、O等结合成复杂的化合物， 均匀地分布在煤中。无机硫包括黄铁矿硫（FeS ）和硫酸盐硫（CaSO、MgSO、NaSO ）等。2 4 4 4有机硫和黄铁矿硫可以燃烧，合称为可燃硫。硫酸盐不能燃烧，故并入灰分。煤中可燃硫的含量一般不超过12%。硫燃烧时的放热量不多，仅及碳的1/3.5 左右。但 硫燃烧后形成的SO和SO，与烟气中的水蒸汽相遇，能形成HSO和HSO蒸汽，并在锅炉低3 2 2 4 2 3温受热面等处凝结，从而腐蚀金属。此外，so2和so3随烟气排入大气，对人体和动、植物带 来
5、危害。硫是煤中的有害元素。5 水分煤的水分是由外部水分和内部水分组成。外部水分，即煤由于自然干燥所失去的水分， 又叫表面水分。失去表面水分后的煤中水分称为内部水分，也叫固有水分。水分的存在使煤中的可燃元素相对减少，同时它在煤燃烧时要汽化、吸热，从而使燃烧 温度降低，甚至会使煤难于着火。同时由于水分在煤燃烧后形成水蒸汽，使烟气体积增加， 即增加引风机电耗，又带走大量热量，降低锅炉热效率。另外，原煤的水分过大，常会造成 煤斗或落煤管道粘结，甚至堵塞，并增加碎煤和制粉的困难。6灰分煤中含有不能燃烧的矿物杂质，它们在煤完全燃烧后形成灰分。灰分的存在不仅使煤中 的可燃元素相对减少，还会阻碍空气与可燃质接
6、触，增加不完全燃烧损失。灰分在燃烧时会 熔化、沾污受热面（结渣或积灰）、降低传热系数。烟气中的飞灰会磨损受热面，因而限制 了烟速的提高，也影响传热效果。同时飞灰随烟气排入大气，会造成环境污染。因此，和水 分一样，灰分也是燃料中的有害成分。二、煤的工业成分分析工业分析主要测定煤中的水分、挥发分、固定碳和灰分含量，用以表明煤的主要燃烧特 性。根据工业分析测定的项目，煤的组成可用水分、挥发分、固定碳和灰分来表示。三、煤的分析基准表示方法1煤的分析基准为了确切地反映煤的特性，不但要知道煤的成分，还应当知道分析煤成分时煤所处的状 态。同一种煤当其所处的状态不同时，分析得出的成分含量，百分数是不同的。常用
7、的基准 有收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基四种，它们的工业和元素分析结果表达如下：（1）收到基 以收到状态的煤为基准来表示煤中各组成成分的百分比。用下标 ar 表示， 它计入了煤的灰分和全水分。其成分可用下列平衡式表示：工业分析：M +A +V +FC =100%ar ar ar ar元素分析： C +H +N +S +O +A +M =100%ar ar ar c.ar ar ar ar式中：M ,A，V，FC，C，H，N，S ,O为煤中的水分、灰分、挥发分、固定碳、 a a a a a a a c.a a 碳、氢、氮、可燃硫、氧成分的收到基含量的百分数。（2）空气干燥基 由于煤的外部
8、水分变动很大，在分析时常把煤进行自然风干，使它失 去外部水分，以这种状态为基准进行分析得出的成分称为空气干燥基，以下角码ad表示。其 成分可用下列平衡式表示：工业分析：M +A +V +FC =100%ad ad ad ad元素分析： C +H +N +S +O +A +M =100%ad ad ad c.ad ad ad ad（3）干燥基 以无水状态的煤为基准来表达煤中各组成成分，以下角码 d 表示。其成分 可用下列平衡式表示：工业分析： A+V+FC=100%d d d元素分析： C +H +N +S +O+A=100%d d d c.d d d（4）干燥无灰基 除灰分和水分后煤的成分，这
9、是一种假想的无水无灰状态，以此为基 准的成分组成，以下角码 daf 表示。其成分可用下列平衡式表示：工业分析： V +FC =100%daf daf元素分析： C +H +N +S +O =100%daf daf daf c.daf daf煤中本来只有碳、氢和可燃硫三者为可燃成分，但由于氧和氮总是同可燃元素结合在一 起，故常把去除水分和灰分后的成分都算作可燃部分，以此为基准进行分析得出煤的干燥无 灰基成分。煤的四种基准各有其用途。当进行锅炉热力计算和热力试验时采用收到基成分：为了避 免煤的水分在分析过程中变动，煤样要先进行自然干燥，故在试验室进行煤的分析时采用空 气干燥基成分，目前各煤矿提供的
10、分析资料，也多为空气干燥基成分；当确定煤中灰分含量 时，需要引用干燥基成分，因为只有在不受水分变化影响的情况下，才能真实的反映灰分的 含量；实际上煤中的水分和灰分都容易受外界因素的影响而发生变化，这就势必影响煤中其 它成分的含量，因此常用比较稳定的干燥无灰基成分来表明煤的燃烧特性和划分煤的种类。 一般同一矿井的煤干燥无灰基成分不会发生很大变化，因此煤矿的煤质资料以干燥无灰基成 分为基准比较合理。2各种基准的换算煤的各种基准成分之间，可以互相换算。由一种基质成分换算成另一种基质成分时，只 要乘以一个换算系数即可。从表 2-2 中可以查出煤的各种基质之间的换算系数。 分析结果要从一种基准换算到另一
11、种基准时，可按下式进行Y=KX0式中xo按原基准计算的某一组成含量百分比；Y按新基准计算的同一组成含量百分比；K基准换算的比例系数（见表2-2）。在表示试验项目的分析结果时，须在试验项目的代表符号下端标明基准，才能正确反映 燃煤质量。表 2-2 不同基准的换算系数收到基空气干燥基干燥基干燥无灰基收到基1ioo-4r10010 0%1000 0 -娠尸-九”空气干燥基10 0%100%1100100必10000干燥基10。必100100-1001100干燥无1 Q 01 Q 01。CM1灰基100100100四、发热量发热量是燃料的重要特性。单位质量的煤完成燃料时所放出的热量。单位是KJ/kg，
12、用 符号Q表示。煤的发热量分为高位发热量和低位发热量。高位发热量指1kg燃料完全燃烧时放出的全 部热量称为高位发热量，它包含燃料燃烧时产生的水蒸汽的汽化潜热，即认为烟气中的水蒸 气凝结成水放出它的汽化潜热。但是，锅炉实际运行时，烟气还具有相当高的温度，烟气中 的水蒸气不可能凝结成水而放出汽化潜热，故锅炉实际能利用的热量不包括水蒸气的汽化潜 热。从高位发热量中扣除烟气中水蒸气汽化潜热后，称为燃料的低位发热量，实际工程中常 利用收到基低位发热量。煤有不同的分析基准，因而也就有不同基质的发热量，通常采用空气干燥基发热量Qd。 ad 煤的各种基质的发热量之间可利用表22中的换算系数进行计算，例如：Q
13、=Q (100-A -M ) /100KJ/kggr.ad gr.dafad ad但各种基准的低位发热量之间的换算却不能这样，因为这时还必须考虑汽化潜热的影 响。由于1kg氢燃烧后生成9kg水蒸汽，所以每公斤燃料燃烧时将形成(9H +M )/100公斤 arar水蒸汽。如果取水的汽化潜热r=2508KJ/kg，则燃料收到基的高、低位发热量之间的关系为: Q = Q (54H +6M )KJ/kgnet.ar gr,arar ar同理可得：Q = Q ( 54H 6M )KJ/kgnet.ad gr,adad arQ = Q 54HKJ/kgnet.d gr,ddQ = Q 54HKJ/kgne
14、t.daf gr,dafdaf根据高、低位发热量之间的关系可解决各种基准低位发热量之间的换算。例如，已知煤 的无灰干燥基低位发热量Q，需求其收到基低位发热量Q。为此，可根据高、低发daf, netar, net.热量之间的关系可得：Q = Q(100A M )/100-6MKJ/kgar ,netdaf, netararar由于各种煤的发热量不同，有时差别很大，为使燃用不同煤种的锅炉煤耗有可比性和编 制燃煤计划方便，需要规定一种标准煤，其它煤必须折算成标准煤后才能互相比较。规定把收到基低位发热量Q=29270KJ/kg的煤叫做标准煤。ar, net实际燃煤量BKg折合成标准煤重量B (kg)的
15、公式为：bzB = BQ /29270KJ/kgbznet式中 B 标准煤耗量 Kg/hbB实际煤耗量Kg/h五、煤的其他性能1灰的性质灰的性质主要指它的熔化性和烧结性。熔化性影响炉内的运行工况，烧结性则影响对流受热 面的积灰性能。固态排渣煤粉炉中，火焰中心温度可达14001600C，在这样高的温度下，燃料燃烧后灰分多 呈现熔化或软化状态，随烟气一起运动的灰渣粒,由于炉膛水冷壁受热面的吸热而同烟气一起 被冷却下来，如果液态的渣粒在接近水冷壁或炉墙以前已因温度降低而凝固下来，那么它们附 着到受热面管壁上时，将形成一层疏松的灰层，运行中通过吹灰很容易将它们除掉，从而保持 受热面的清洁。若渣粒以液体或半液体粘附受热面管壁或炉墙上，将形成一层紧密的灰渣层， 即为结渣。目前判断燃煤燃烧过程是否发生结渣的一个重要依据是灰的熔融性。灰的熔融性是指当 它受热时， 由固体逐渐向液体转化没有明显的界限温度的特性。灰的熔融性常用灰的变形温度 DT,软化温度ST,熔化温度FT来表示，它们是固液相共存的三个温度，而
