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1、锅 炉 原 理 与 设 备电力学院赵鹏飞第二章第二章 燃料燃料21.定义一 燃料概述为了取得热量而使之燃烧的工质德米特里德米特里伊万诺维奇伊万诺维奇门捷列夫门捷列夫 l锅炉设计：炉型、整体结构与布置l锅炉运行：稳定性、结渣、积灰等l辅机选型2.重要性33.分类燃料概述天然人工固体燃料煤、木柴焦炭、木炭液体燃料原油汽油、煤油气体燃料天然气高炉煤气分类1：物态和获得方法动力燃料工艺燃料分类2：用途41.固体燃料n生物质n原煤n页岩n煤矸石天然锅炉用燃料n煤粉n焦炭n型煤人工垃圾污泥人工？天然？52.液体燃料u原油天然锅炉用燃料u柴油u重油人工水煤浆液体？固体？燃油锅炉少燃油锅炉少燃油锅炉燃料油点火
2、低负荷稳燃63.气体燃料l天然气l煤层气天然第二节锅炉用燃料l高炉煤气l焦炉煤气l发生炉煤气l水煤气l液化石油气人工燃气锅炉少燃料气生活点火燃气轮机窑炉还原介质燃燃料料 核燃料核燃料有机燃料有机燃料（主要成分：碳、（主要成分：碳、氢、硫、氧、氮、水份、灰份）硫、氧、氮、水份、灰份） 固体燃料固体燃料液体燃料液体燃料气体燃料气体燃料天然天然 木材、木材、煤、煤、 油油页岩岩人工人工 焦炭、煤焦炭、煤砖、煤粉、煤粉天然天然石油石油人工人工 汽油、煤汽油、煤油、重油、油、重油、渣油、酒渣油、酒精精天然天然 天然天然气气人工人工 高炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气、生炉煤气、炼焦炉煤气、地焦炉煤气、地下气
3、化煤气下气化煤气二二 我国燃料情况我国燃料情况l储量丰富煤已探明储量：7800亿吨，居世界第三位石油： 116亿吨， 居世界第八位天然气： 少 居世界第十六位经济可采储量俄罗斯 2440亿吨美国 2405亿吨中国 1145亿吨澳大利亚 909亿吨煤石油天然气2334066三种主要化石能源可应用年限估计我国燃料情况我国燃料情况l发展迅速燃料总产量（折合亿吨标准煤）年19501960197019801990年产量0.213610我国燃料情况我国燃料情况l能源消费以煤为主能源构成的百分比煤石油天然气水力核能中国7419241世界30441862我国燃料情况我国燃料情况l燃料供给相对不足人均消费能源低
4、l1995年，中国发电业装机容量2亿千瓦，发电量1万亿千瓦时，居世界第4位，但人均发电量仅为世界的1/3l1989年，世界人均煤炭储量312.7吨，中国234.4吨，同期苏联为1045吨，美国为1846吨设备效率低，燃烧效率太低我国能源政策我国能源政策l1979年，国家提出能源政策开发与节约并重，近期把节约放在优先地位。l至今未变l优质燃料做化工产品l低品质煤直接燃烧13第三节煤的成分元素分析的意义计算发热量 燃烧所需空气量计算燃烧产物组成可燃元素不可燃元素内部杂质O、N 外部杂质M（内、外）、AC、H、S元素分析l元素分析煤的成分：煤的成分： C、H、O、N、S、A、M 1.碳碳(C) a.
5、 含量含量:5090%.是主要可燃元素是主要可燃元素,含量多少与地质年龄含量多少与地质年龄 有关有关. 煤的地质年代越久远，碳化程度越深，含碳越多，无烟煤占90% 无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤、泥煤无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤、泥煤 b.形式形式:与氢、氧、硫结合成有机物，受热时从煤中析出成为挥发分；以单质形式存在称为固定碳。 c.对运行的影响对运行的影响:含碳高的煤不易着火含碳高的煤不易着火. d.发热量发热量: 32700kj/kg. 2.氢氢(H) a.含量含量:36% 随地质年龄升高而降低随地质年龄升高而降低. b.形式形式:与氧结合生成水与氧结合生成水,或成为有机物或成为有机物. c.运行运
6、行:含量越高含量越高,越容易燃烧越容易燃烧. d.发热量发热量:120103 kj/kg.3.3.硫硫( (S S) ) a.含量:一般为37煤的发热量 发热量的测定方法发热量的测定方法氧弹测热计的基本原理：氧弹测热计的基本原理：把把空空气气干干燥燥基基煤煤样样置置于于充充满满压压力力氧氧的的氧氧弹弹中中并并使使其其燃燃烧烧，氧氧弹弹沉沉没没于于水水中中，根根据据水水温温升升计计算算出出煤煤的的干干燥燥基基定定容容高高位位发发热热量量Qar,gr。换算为低位发热量：换算为低位发热量： 硫、氮氧化物的生成热硫、氮氧化物的生成热及溶于水的溶解热及溶于水的溶解热煤的发热量标准煤标准煤 收到基低位发热
7、量为收到基低位发热量为29310kJ/kg29310kJ/kg的燃料为标准煤的燃料为标准煤 标准煤耗量标准煤耗量 折折算算成成分分 把把相相对对于于每每4190kJ/kg4190kJ/kg收收到到基基低低位位发发热热量量的的煤煤所所含含的的收收到到基基水水分分、灰灰分分和和硫硫分分，分分别别称称为为折折算算水水分分、折折算算灰灰分分和折算硫分。和折算硫分。 折算水分折算水分 折算灰分折算灰分 折算硫分折算硫分 Mar,zs8% 高水分燃料高水分燃料Aar,zs4% 高灰分燃料高灰分燃料Sar,zs0.2% 高硫分燃料高硫分燃料灰的熔融特性灰熔点的影响因素灰熔点的影响因素 灰的成分灰的成分 各成
8、分含量的比例各成分含量的比例所处的环境介质的性质所处的环境介质的性质煤中灰含量煤中灰含量灰熔点灰熔点 煤灰再某一确定的温度下开始熔化，此温度定义为煤灰再某一确定的温度下开始熔化，此温度定义为煤灰的煤灰的熔化温度熔化温度，也称为，也称为灰熔点灰熔点48灰熔点特性成分气氛（1）影响因素碱金属氧化物、铁氧化物硅、铝氧化物硅氧化物/铝氧化物 弱还原气氛（Fe2O3还原FeO）（2）对锅炉的影响受热面结渣锅炉的经济性、安全性1550 142049灰的熔融性（1）表示3个特征温度t1 变形温度（DT）t2 软化温度（ST）t3 流动温度（FT）t2 软化温度（ST）大于1400小于1200难结渣煤易结渣煤
9、50第三节煤的发热量和灰的熔融性氧化气氛还原气氛实验测定加热观察经验公式计算（2）测定灰的熔融特性 灰熔点对锅炉工作的影响灰熔点对锅炉工作的影响 软化温度软化温度ST1200ST1400ST14000 0C C 称为难熔灰，宜采用固态排渣；称为难熔灰，宜采用固态排渣；软化温度软化温度120012000 0CST1400CST14000 0C C 采用固态排渣；采用固态排渣；STSTDT100DT200DT2000 0C C 称为长渣，适于液态排渣炉。称为长渣，适于液态排渣炉。（三）煤的可磨性指数与磨损指数 煤的可磨性指数煤的可磨性指数 用来表示磨煤机将煤磨成一定细度煤粉的难易程度用来表示磨煤机
10、将煤磨成一定细度煤粉的难易程度前苏联法（前苏联法（Kkm）：）： 在风干状态下，将等量的标准样煤和被测试煤由相同在风干状态下，将等量的标准样煤和被测试煤由相同的初始粒度磨制成同一规格的细煤粉时，所消耗的能量之的初始粒度磨制成同一规格的细煤粉时，所消耗的能量之比，即比，即 Eb磨制标准煤样消耗的能量；磨制标准煤样消耗的能量； Es磨制被测试煤消耗的能量。磨制被测试煤消耗的能量。 K Kkmkm1.21.51.5的煤称为的煤称为易磨煤。易磨煤。 （三）煤的可磨性指数与磨损指数哈得罗法（哈得罗法（HGIHGI）：）： 将规定粒度的将规定粒度的50g煤样置于实验用中速磨煤机内，磨制煤样置于实验用中速磨
11、煤机内，磨制约约3min后取出筛分后取出筛分 HGI哈氏可磨性指数；哈氏可磨性指数；D7450g50g煤中通过孔径为煤中通过孔径为74m74m筛子煤粉质量。筛子煤粉质量。 HGIHGI648686的煤称为的煤称为易磨煤。易磨煤。 （三）煤的可磨性指数与磨损指数Kkm与与HGI的换算关系：的换算关系： 煤的磨损指数（煤的磨损指数（Ke） 煤在磨制过程中，对磨煤机金属碾磨部件磨损的轻重程度。煤在磨制过程中，对磨煤机金属碾磨部件磨损的轻重程度。 冲击式磨损试验装置：冲击式磨损试验装置：在一定的试验条件下，某种煤每分钟对纯铁的磨在一定的试验条件下，某种煤每分钟对纯铁的磨损量损量X X与相同条件下标准煤
12、每分钟对纯铁的磨损量的比值。标准煤每分钟能与相同条件下标准煤每分钟对纯铁的磨损量的比值。标准煤每分钟能使纯铁磨损使纯铁磨损10mg10mg。 5.0，极强。，极强。55第三节煤的发热量和灰的熔融性特种分析方法l热重分析l着火指数炉l沉降炉l一维燃烧炉l热显微镜法l重力筛分法l比表面积测定热重分析l组成：坩埚、加热炉、天平、程序控制板、数字处理机、记录仪、打印机l可完成工作简介热重分析曲线（TG），可求热解，着火温度，燃烧速度mg/min经计算机处理，可得微商热重曲线（DTG）TG和DTG曲线热重曲线(TG曲线)微商热重曲线(DTG曲线)着火指数炉l是一种炉温可以控制的测量着火温度的电加热炉。当
13、一定量的煤粉由空气（或氧气）携带流经正在升温的着火指数炉，人们从窗口观察，当发现火焰时的炉膛温度定义为着火指数。l着火指数炉设备简单，使用方便，功能单一；l着火指数与介质和试验规范有关。沉降炉l是微量煤粉作一维流动的电加热热态试验炉，由预热段，反应段构成。l给粉量：0.1100g/minl炉内最高温度：可达1600l功能功能：l煤的热解特性热解率，热膨胀性l煤的燃烧（着火，燃烧，燃尽）各种试验l煤的化学动力学参数，活化能，反应级数l煤的燃烧产物构成成分（环境保护）给粉系统取样温控系统烟 气分 析仪炉本体配气空压机真空泵水冷一维燃烧炉l是煤粉作一维流动的燃烧试验装置，上部设锥形扩流装置，保持煤粉
14、气流速度近似不变l煤粉量：几kg/h几百kg/h，煤粉一经着火，可依靠自身热量继续燃烧l功能：可做着火，燃烧，燃尽各种试验l包括以下项目细度；炉温；一次风量，风温；二次风量，风温；添加剂；l费用高：每次34万元 热显微镜法l用显微镜观察并拍摄煤灰在加热过程中的形态变化过程l试验条件：煤样粒度60%，熔点较高。结渣温度l前苏联常用此法，灰渣在无冷却的表面上（或已被沉积层覆盖的有冷却的表面上）开始形成突峰状沉积层的烟气温度，叫结渣温度。l当烟气温度高于结渣温度时，在迎火焰方向形成突峰状的沉积层，若低于结渣温度，形成均匀疏松的沉积层。l结渣温度tjz与灰的成分有关系，经验公式：l碱金属多，tjz低，
15、易结渣。67第四节煤的分类1.按原始植物的质料和积聚环境腐植煤（高等植物遗体在沼泽中形成）腐泥煤（低等植物遗体在湖泊等形成）腐植腐泥煤（兼高、低等植物在过度区形成）2.按技术指标分类Vdaf干燥无灰基挥发分 G粘结指数（成焦的耐磨性）Y角质层指数（软化点与固化点距离）P透光率（溶于混合酸某波长透光）68煤的分类（2）烟煤Vdaf1037%，Car4060%，Aar730%， Mar 318% ，Qar,net2000030000kJ/kg 民用、锅炉、气化、炼焦 山西大同、太原古交（1）无烟煤（白煤）Vdaf 10 %，Car 4095%， Aar 525%， Mar ， Qar,net 25
16、00032500kJ/kg ，着火困难，不结焦 民用、锅炉、合成气、炭素材料 华北、阳泉、潞城、晋城碳化程度高69煤的分类（3）烟煤（劣质烟煤）Vdaf 2030 %， Mar 和Aar较高， Qar,net1100012500kJ/kg 锅炉 太原西山（2）烟煤（贫煤）Vdaf 1020%，着火困难，不结焦 锅炉、气化 太原西山70煤的分类（3）褐煤Vdaf37%，Car4050%，Aar650%， Mar 2050% ，Qar,net1000021000kJ/kg 锅炉 东北、西南，储存困难、长距离运输？71煤的分类（4）泥煤Vdaf70%， Car ，Oar30%，Aar3050%， M
17、ar 4050% ，Qar,net800010000kJ/kg 锅炉 西南江浙72煤的分类（6）煤矸石 Aar， Qar,net 40008000kJ/kg 锅炉劣质燃料选煤厂Vdaf7080%，Aar70%，Qar,net 600011000kJ/kg 锅炉劣质燃料 东北、广东（5）油页岩73煤的分类3.电站锅炉用煤分类收到基低位发热量收到基水分干燥基灰分干燥基硫分DTSTFT五大类和十小类参考指标动力煤的特点l无烟煤无烟煤挥发分含量最低，一般Vdaf10%，且挥发分析出的温度也较高，因而着火困难燃烬也不容易，燃烧时没有煤烟，仅有很短的青蓝色火焰，焦碳也没有粘结性。无烟煤的埋藏年代最久，碳化
18、程度最深，因而含碳量高，一般Car40%，最高可达95%，而灰分又不大，Aar=635%(少量30%)，水分也很低Mar15%，所以发热量都很高，一般为Qnet,ar2532.5MJ/kg动力煤的特点l烟煤挥发分含量较高，范围也较宽，一般Vdaf2040%碳化程度较无烟煤浅，含碳量Car4060%，少数可高达75%，一般灰分不大，Aar730%，但高的可达50%，水分Mar=318%，Qnet,ar2030MJ/kg表面呈灰黑色，有光泽，质松软动力煤的特点l贫煤挥发分含量较低，Aar=1020%，着火较困难但不结焦。l劣质烟煤挥发分中等，但水分高，灰分更高，因而发热量较低，Vdaf2030，M
19、ar接近12、Aar4050%，Qnet,ar=1112.5MJ/kg动力煤的特点l褐煤挥发分含量很高，Vdaf4050%，挥发分的析出温度较低，着火及燃烧均较容易褐煤的碳化程度次于烟煤，含碳量Car4050%但水分及灰分很高Mar2050%，Aar650%发热量低，Qnet,ar1021MJ/kg78煤的分类3.电站锅炉用煤分类大类别小类别分 类 指 标挥发份Vdaf(%)灰分 (%)水分 (%)硫分 (%)发热量Qar,net(MJ/kg)ST(0C)无烟煤超低挥发分煤6.51021.0贫煤低挥发分煤102018.5烟煤中挥发分煤202716.5高挥发分煤273715.5褐煤超高挥发分煤3
20、711.579煤的分类大类别大类别小类别小类别分分 类类 指指 标标挥发份挥发份Vdaf(%)灰分灰分 (%)水分水分 (%)硫分硫分 (%)发热量发热量Qar,net(MJ/kg)ST(0C)低质煤低质煤（五小类（五小类）低发热量煤低发热量煤101020202727373746超高水分煤超高水分煤40404012高硫煤高硫煤3易结渣煤易结渣煤12.51200 重油：根据重油：根据8080时不同的运动粘度而分成时不同的运动粘度而分成2020、6060、100100、200200四种牌号，其质量指标如表四种牌号，其质量指标如表2-92-9所示。所示。 渣油：石油炼制过程中排出的残余物不经处理，直
21、接作为渣油：石油炼制过程中排出的残余物不经处理，直接作为燃料油时称为渣油。燃料油时称为渣油。燃油和燃气的特性燃油和燃气的特性燃料油燃料油 以轻柴油为主，重油和轻柴油常作为锅炉点火以轻柴油为主，重油和轻柴油常作为锅炉点火和稳燃用油。和稳燃用油。 燃料油成分和煤一样，也是由碳、氢、氧、氮、燃料油成分和煤一样，也是由碳、氢、氧、氮、硫以及水分、灰分等组成。但主要成分是碳和氢，一硫以及水分、灰分等组成。但主要成分是碳和氢，一般碳含量在般碳含量在8484一一8787，氢含量为，氢含量为1111一一1414发热发热量常在量常在377003770044000kJ44000kJkgkg，且变化不大。，且变化不
22、大。81 燃料油的物理特性燃料油的物理特性 凝固点：燃料油是各种烃的复杂混合物，没有凝固点：燃料油是各种烃的复杂混合物，没有固定的凝固点。固定的凝固点。 粘度：恩氏粘度粘度：恩氏粘度EE。 闪点：油气和空气的混合物与明火接触而发生闪点：油气和空气的混合物与明火接触而发生短促闪光时的油温称为燃油的闪点。短促闪光时的油温称为燃油的闪点。 燃点：燃点是油面上的油气和空气的混合物遇燃点：燃点是油面上的油气和空气的混合物遇到明火能着火燃烧并持续到明火能着火燃烧并持续5s5s以上的最低油温。以上的最低油温。燃油和燃气的特性燃油和燃气的特性82 含硫量：石油中的硫以硫化氢、单质硫和各种含硫量：石油中的硫以硫
23、化氢、单质硫和各种硫化物的形式存在。按含硫量的多少，分为低硫硫化物的形式存在。按含硫量的多少，分为低硫油油(Sar(Sar0.5%)0.5%)、中硫油、中硫油(Sar(Sar0.5-2%)0.5-2%)和高硫油和高硫油(Sar(Sar2 2) )三种，当含硫量高于三种，当含硫量高于0.30.3时，就应注时，就应注意低温腐蚀问题。意低温腐蚀问题。 灰分：重油的灰分很少，但含有钒、钠、钾、灰分：重油的灰分很少，但含有钒、钠、钾、钙等元素的化合物。钒酸钠的熔点约为钙等元素的化合物。钒酸钠的熔点约为600600，对，对壁温高于壁温高于610610的受热面会产生高温腐蚀。的受热面会产生高温腐蚀。燃油和燃
24、气的特性燃油和燃气的特性 天然气：气田煤气和油田伴生煤气。主要成分天然气：气田煤气和油田伴生煤气。主要成分都是甲烷都是甲烷(CH(CH4 4) )，气田煤气的甲烷含量高达，气田煤气的甲烷含量高达7575- -9898，油田伴生煤气的甲烷含量为，油田伴生煤气的甲烷含量为3030一一7070，而而COCO含量达含量达5%5%。两者的发热量均很高，可达。两者的发热量均很高，可达35000-54400kJ35000-54400kJm3m3。 人工气体燃料：高炉煤气、焦炉煤气、发生炉人工气体燃料：高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气和液化石油气。煤气和液化石油气。燃油和燃气的特性燃油和燃气的特性气体燃料气体燃料通常以各种气体的容积百分数来表示其成分通常以各种气体的容积百分数来表示其成分
