课件：第二章燃料.ppt

第二章 燃料与燃烧计算 2.1 燃料的化学成分 2.2 煤的燃烧特性 2.3 煤的分类 2.4 液体燃料与气体燃料 2.5 燃料的燃烧计算 2.6 锅炉烟气分析及其计算结果的应用,电厂是消耗燃料的大户，越发达的国家电厂消耗的燃料越多。 三种状态的燃料：固体、液体、气体。我国煤是主要燃料，占总燃料发热量的90%，其他的燃料很少。石油不到10%，天然气不到10%（石油和天然气之和为10%左右）。而美国的石油和天然气之和高达50%，比我国的条件好。 我国电站锅炉利用燃料的原则：电站锅炉尽量利用比较差的燃料，把好燃料让给其他的部门，因为电站对燃料的燃烧研究最好。 我们这个锅炉原理课程介绍的是燃煤锅炉。,燃料的定义,燃料是一种由有机可燃质，不可燃无机矿物成分和水分等物质组成的复杂混合物，在燃烧过程中，能够产生大量的热能。 燃料的分类 按其物态，燃料可分为固体，液体，气体 三大类。,天然矿物燃料 固体燃料 煤 油页岩 液体燃料 石油 气体燃料 天然气 人造燃料 木炭 焦炭 粉煤 型煤等 汽油 煤油 柴油 重油 渣油 煤焦油等 煤气 石油裂化气等,液体燃料 目前，液体燃料均取自石油，是石油炼制而得的各种产品。锅炉燃用的主要是重油，轻柴油则作为锅炉点火时的用油。 石油炼制的基本方法是直接蒸馏法，即根据石油中各种成分沸点不同，利用分馏原理得到不同的产品。 气体燃料 气体燃料是比较理想的燃料。气体燃料包括天然气与人造煤气两种类型。气体燃料是由多种可燃与不可燃气体组成的混合气体，除少数低热值人造煤气外，其绝大部分为可燃气体成分。天然气产生于气田或油田，是发热量很高的优质燃料。,2.1 燃料的化学成分,元素分析和工业分析 元素分析定义：元素分析一般指分析燃料中的碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种元素。这个方法、这个结果叫元素分析。 1为什么要用元素分析：现有的分析方法中不能直接分析煤中有机物的各种化合物，很多物质在分析的过程中分解。所以一般用煤的元素分析表示煤的有机物特性。 2为什么不是完全彻底的元素分析？有一些化合物在煤的燃烧前后没有改变，就是他们不参与燃烧。分析他们的元素组成对于锅炉燃烧没用。这里指的就是煤的水分和煤的灰分。 3元素分析成分：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、灰分、水分。,4元素分析方法的简单介绍。有这个方面的国家标准，可以查阅。简单说来就是把煤制成煤样（磨成煤粉），在炉子里加热。先失去的是水分。紧接着燃烧煤粉。分析燃烧产物可以知道煤粉的元素分析成分。最后剩下的是灰分。 5为什么在定义中只有碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种成分。因为这个五种成分和燃烧有关。其余的灰分和水分和燃烧无关（不参与燃烧）。但是灰分和水分是煤里面都有的，也占一定的百分比，因此元素分析成分包括七种成分。,工业分析的定义：分析煤粉中的灰分、水分、挥发分和固定碳的分析。 1为什么发电厂要用煤的工业分析。元素分析比较复杂，一般发电厂不能做。而煤又要进行快速分析，以指导运行。所以用比较简单的工业分析。 2工业分析成分：灰分、水分、挥发分和固定碳。 3工业分析简单介绍：和元素分析近似，也借助于燃烧。把煤样加热，先失去水分，然后隔绝空气继续加热，再失去的是挥发分。剩下的是焦碳（固定碳和灰分之和）。把焦碳燃烧，失去的是固定碳，余下的是灰分。 4发电厂每天都要对煤进行工业分析，让运行人员掌握煤种的变化情况，有利于锅炉运行。,一.燃料的元素分析成分 (常将各个成分用 百分比示),1碳 是煤的各个成分中含量最多的元素，有的高达90%，最少也有50%。是煤的发热量的主要来源。其中一部分与其他元素化合，其余是单质状态，称为固定碳。固定碳多了不容易着火。所以含碳多的煤不好着火。 2氢 大部分含量在36%的范围内。一部分和氧结合成水；另一部分在有机物中，我们在元素分析中的氢就是这一部分。在加热的时候形成氢气或各种碳氢化合物，容易着火和燃烧。氢的发热量很高。 3氧 一部分和氢化合成水，不能燃烧；另一部分和碳化合成碳氢化合物，可以燃烧。含量差距很大，最高达40%。随着煤化程度的提高，含量降低。 4氮 煤中的氮的含量不多，只有0.52.0%。在燃烧的时候有很少一部分与氧化合成氧化氮。,5硫 煤中的硫有三种形态存在：有机硫、黄铁矿硫（FeS2）和硫酸盐硫（CaSO4、MgSO4、FeSO4等）。一般来说，硫酸盐是灰分，不参与燃烧。 6水分 把煤样在102105条件下干燥带恒重，失去的就是水分。一般地质年代增加，水分减少。还和运输、贮藏的方法有关。两个概念：内在水分（固有水分、分析水分）和外在水分（外部水分）。长期放在阴凉的地方，使水分的逸出和水分的吸收平衡时的水分叫内在水分。用自然干燥法失去的水分为外在水分。两部分之和叫全水分。 7灰分 把煤样加热到80025，灼烧二小时，余 下的就是灰分。最少为10%，最多可以达到50%以上。灰分由多种元素组成，和开采方法、运输、贮存方法有关。,二 燃料成分分析数据的基准与换算,1. 应用基: 上标符号是“y” 以应用燃料取样，以其质量作为100%计算其各组成成分的质量百分数含量。 Cy+Hy+Oy+Ny+Sy+Ay+Wy=100% 2. 分析基: 上标符号“f” 以实验条件（20度，60%）进行风干后的燃料作为分析基准，分析所得的组成成分的质量百分数含量。 Cf+Hf+Of+Nf+Sf+Af+Wf=100%,3. 干燥基: 上标符号“g” 以除去全部水分的干燥燃料作为分析基准，分析所得的组成成分的质量百分数含量。 Cg+Hg+Og+Ng+Sg+Ag=100% 4. 可燃基: 上标符号“r” 以除去全部水分和灰分的燃料作为分析基准 分析所得的其它组成成分的质量百分数含量。 Cr+Hr+Or+Nr+Sr=100% 5. 换算关系 见书13页,2.2 煤的燃烧特性,一发热量 1. 发热量的定义：单位质量或容积的燃料完全 燃烧时所放出的热量。单位是KJ/kg 2. 发热量分高位发热量和低位发热量，两者的 区别是燃烧产物中全部水分凝结成水放出的 汽化潜热。 高位发热量:1kg燃料完全燃烧后所放出的热量，包括生成的水蒸气的汽化潜热，即水蒸气全部凝结为水。 低位发热量： 1kg燃料完全燃烧后所放出的不包括汽化潜热的热量。,高位发热量包括汽化潜热； 低位发热量不包括汽化潜热，因而高位发热量数值大一些。 低位发热量在热平衡中应用（我国），因为排烟温度比较高（110160），烟气中的水蒸气通常不会凝结成水。 两者的应用基换算公式为： Qgwy=Qdwy+2512（9Hy/100+Wy/100) = Qdwy+226Hy+25Wy,二. 挥发分 定义：在隔绝空气的条件下加热85020，使得煤粉中的有机物分解而析出，称为挥发分。主要成分：各种碳氢化合物、氢、一氧化碳、硫化氢等可燃气体；少量的氧气、二氧化碳、氮气等不可燃气体。释放挥发分的温度：煤化程度比较低的煤，200；煤化程度比较高的煤，400左右。挥发分的含量：无烟煤210%；褐煤3760%；挥发分多着火容易；挥发分少着火困难。对着火温度的影响：褐煤370；无烟煤700。,三. 焦结性 煤在隔绝空气加热时，水分蒸发、挥发分 析出后的固体残余物是焦炭。 煤种不同，焦炭的物理性质、外观也各不相 同，有粉末状或焦块等。 焦炭的不同结焦性状，称为煤的焦结性。 不粘性和强粘接的煤，不易燃烧。 四. 灰熔点 当焦炭中的可燃物-固定碳燃烧完后，残留下来 的就是煤的灰分。 灰分的熔融性，是煤的灰熔点。 灰熔点低，受热面容易结渣，燃烧恶化。,2.3 煤的分类,一煤的分类方法 可以按照很多指标进行分类，分完大类再细分。 1. 通常把煤分成三个阶段：褐煤、烟煤和无烟煤。 2. 在无烟煤中根据挥发分的多少，分为: 1号（6.510%),2号(3.56.5%)和3号(3.5%)。 3. 在烟煤中根据挥发分和粘结指数分类。分为:贫煤、瘦煤、焦煤、亚焦煤、弱焦煤、不粘煤、肥煤、肥气煤、气煤和长焰煤。 4. 褐煤用目视透光率来表征年轻煤的煤化程度的比较好的指标。,二几种主要动力煤的特点 1无烟煤有光泽、机械强度高、焦结性差、含碳高、发热量高、难点燃、燃尽困难。 2贫煤是变质程度最高的烟煤、介于无烟煤和烟煤之间、挥发分少、燃烧接近无烟煤。 3烟煤挥发分多、水分和灰分少、发热量高容易着火和燃尽。 4褐煤外表呈褐色，似木质、挥发分高、好着火、发热量低。 5. 在两种煤的分界处，有的烟煤的挥发分比有的贫煤低，但是是烟煤。同时有的贫煤挥发分比有的烟煤高，但是是贫煤。这是因为这个贫煤的着火性质（着火和燃尽）是贫煤的，这个烟煤的着火性质（着火和燃尽）是烟煤的。,2.5 燃料的燃烧计算,1. 燃烧计算的任务 确定燃料燃烧所需要的空气量、燃烧产物烟气量、以及他们的热焓。 2. 燃烧计算的基本方法 在计算时，把空气和烟气均看作理想气体，即每千摩尔气体在标准状况下其容积为22.4标准立方米，以此原则计算空气量和烟气量。,一. 燃烧所需空气量和过量空气系数 1理论空气量定义：1kg应用基燃料完全燃烧 而又没有剩余氧存在，此时所需的空气量称为理论空气量。 2标准状态：0、一个物理大气压。在标准状态下，1kmol气体的容积为22.41Nm3。 31kg固体或液体燃料完全燃烧所需的理论空气量为：公式 2-18 4过量空气系数的定义：实际供给的空气量与理论空气量的比值。,5最佳过量空气系数的定义：不完全燃烧热损失最小，燃烧效率最高的过量空气系数。 6漏风系数的定义：漏入的空气量与理论空气量的比值。排烟的过量空气系数等于炉膛出口的过量空气系数加上烟道漏风系数之和。 7漏风的害处，炉膛漏风使得炉膛温度降低，增加机械未完全燃烧损失、增加烟气流量；烟道漏风，影响受热面的传热、排烟温度升高（具体要看什么地方漏风：离炉膛出口近的地方漏风往往使得排烟温度升高；远离炉膛出口的地方漏风使得排烟温度降低）；排烟温度升高和排烟体积增大都增加排烟损失，增加风机电耗。,1. 固体燃料及液体燃料的燃烧计算方法是： 根据燃料中的可燃成分碳、氢、硫的完全燃烧化学反应式，计算出理论空气量及理论烟气量，再考虑过量空气的存在，计算出实际所需要空气量，以及实际产生的烟气量。 2. 气体燃料燃烧计算的方法是： 先找出气体燃料中各种碳氢化合物的反应通式，然后按他们各自的化学反应式分别确定各种气体完全燃烧所需的空气量和产生的烟气量，即可计算出单位容积气体燃料完全燃烧时所需的空气量与产生的烟气量。,3. 混合燃料的计算方法是： 若固体及固体燃料混合，或固体与液体燃 料混烧时均可按各自所占的质量百分比， 折算出各种成分的含量，作为一种新的燃 料进行燃烧计算； 若气体与气体燃料混烧，则可按各自所 占的摩尔容积百分数，折算出各种气体成 分的含量,作为一种型的气体燃料进行燃烧 计算。,燃烧所需空气量 理论空气量：1kg燃料完全燃烧时所需的最小空气量。 实际空气量 = 理论空气量 + 过量空气量 过量空气量：在锅炉的实际运行中，由于现有的燃烧设备难于保证燃料和空气的彻底混合，因此，为使燃料尽可能的完全燃烧，必须多供给一些空气，称为过量空气量。 过量空气系数：实际空气量与理论空气量的比值，用或表示。,漏风系数：各部件所处烟道内漏入的空气量与理论燃烧空气量的比值。用 表示。 理论烟气量：燃料在供给理