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1、第二章 燃料及燃烧计算,1 燃料的成分及其主要特性 2 燃料的燃烧计算 3 烟气分析方法 4 空气和烟气焓的计算,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 2,1、煤的元素分析成分2、煤的工业分析成分3、煤的分析基准4、各种基准的换算5、煤的发热量6、高、低发热量间的换算7、煤的灰分特性8、煤的结渣特性指标9、煤的常规特性对锅炉工作的影响10、煤的可磨性系数与磨损指数11、煤的分类,1 燃料的成分及其主要特性,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 3,煤的元素分析成分,碳C：主要可燃成分,地质年龄越长，含碳越多，放热量越高，但不易
2、着火与燃烬。氢H：可燃成分，放热量，是碳的3倍，含量低,有利元素。氧O：可助燃，含量低。氮N：不可燃，含量低,燃烧反应可生成NOX，有害成分。硫S：可燃，放热量低可生成Sox 有机硫、黄铁矿硫、硫酸盐硫 水分M：外部水分、内部水分。灰分A：杂质，污染环境，磨损受热面。,煤的元素分析成分,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 4,煤的工业分析成分,水分(M)灰分(A)挥发分(V)固定碳(FC),2023/9/16,Principles of Boiler,Page 5,煤的分析基准,收到基（ar）以入炉煤（包括煤的全部成分）为基准 空气干燥基（ad）以风干状态煤
3、（除外部水分）为基准 干燥基（d）以去掉全部水分煤为基准 干燥无灰基（daf）以去掉全部水分及灰分煤为基准,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 6,各种基准的换算,收 到 基:Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100 空气干燥基:Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100 干 燥 基:Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100 干燥无灰基:Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100,不同基准之间的换算公式 X=K X0 X0、X 某成分原基准及新基准质量百分比，%K 换算系数,例:,2023/9/16,
4、Principles of Boiler,Page 7,煤的发热量,煤的发热量（kJ/kg)单位质量的煤完全燃烧时所释放的热量,低位发热量（Qnet）燃料完全燃烧,产生的水释放出气化潜热(以汽态的形式存在）,则所得到的发热量称为低位发热量。QbQgrQnet,高位发热量(Qgr)燃料完全燃烧,产生的水未放出气化潜热(以液态的形式存在）,则所得到的发热量 由实验测得的弹筒发热量（Qb）减去校正值确定,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 8,发热量的测定,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 9,高、低发热量间的换算,干燥基高、
5、低位发热量之间的换算 式中 r水的汽化潜热，通常取r=2510 kJ/kg,收到基高、低位发热量之间的换算,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 10,几个重要概念,标准煤 Q=29310 kJ/kg 劣质煤 Q 12500 kJ/kg,折算成分 相对于每4190 kJ/kg收到基低位发热量的煤中所含的收到基水分、灰分和硫分，称为折算水分、折算灰分和折算硫分,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 11,煤的灰分特性,影响灰的熔融性的主要因素灰分成分的影响 煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高；碱性氧化物使灰熔点降低周围介质的影响 氧化
6、性介质中，灰熔点较高；还原性介质中，灰熔点较低；弱还原性介质中，灰熔点很低。,煤的灰分特性 用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定 变形温度 DT 软化温度 ST 流动温度 FT,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 12,煤的结渣特性指标,结渣率:在一定的空气流速下燃料燃烧并燃烬时,大于6mm的渣块占 灰渣总质量的百分数。结渣率越大的煤越容易发生结渣。煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高；碱性氧化物使灰熔点降低 碱酸比B/A:灰中碱性成分与酸性成分含量之比。B/A 易结渣硅铝比:即2SiO2/Al2O3的比值。硅铝比 易结渣,2023/9/16,Principles of
7、Boiler,Page 13,煤的常规特性对锅炉工作的影响,挥发分的影响:地质年龄Vadf易着火易燃烬硬度但Q水分的影响:MarQ着火燃烬”lQ4积灰腐蚀灰分的影响:AarQQ6Q4Q4积灰磨损结渣灰熔点的影响:灰熔点（DT、ST、FT）结渣硫分的影响:Sar tld 低温腐蚀 污染环境 煤粉仓自燃煤的燃烧特性及其影响,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 14,煤的可磨性系数与磨损指数,煤的可磨性系数：国际标准：哈德格罗夫法（Hardgrove法），测定哈氏可磨性指数HGI 煤的磨损性指数表示磨损的轻重程度；旋转磨损试验仪；冲刷式磨损试验仪：KeE/At,2
8、023/9/16,Principles of Boiler,Page 15,煤的分类,我国动力煤的分类（分类依据:Vadf）Vadf10%无烟煤 Vadf1020 贫 煤 Vadf2040 烟 煤 Vadf37 褐 煤 发电用煤粉锅炉用煤的分类标准：根据煤粉炉运行要求，按V，Q，Azs,Mzs,Szs 挥发分Vdaf（与其相对应的发热量）等级：V1V5灰分Ad等级：A1A3水分Mf等级：M1M3硫分Sd等级：S1S3灰融特性ST：ST1ST2,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 16,煤的类型,无烟煤 碳化程度高，含碳量很高，达95%，杂质很少，发热量很高,
9、约为2500032500 kJ/kg；挥发份很少，小于10%，Vdaf析出的温度较高（可达400），着火和燃尽均较困难,储存时不易自燃,褐煤 碳化程度低，含碳量低，约为4050%，水分及灰分很高，发热量低,约1000021000 kJ/kg；挥发分含量高，约4050%，甚至60%，挥发分的析出温度低（200），着火及燃烧均较容易,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 17,煤的类型,烟煤 碳化程度次于无烟煤，含碳量较高，4060%,杂质少，发热量较高,约为2000030000 kJ/kg；挥发分含量较高，约10 45%，着火及燃烧均较容易 贫煤 挥发分含量10
10、20%的烟煤 挥发份较少，性质介于无烟煤与烟煤之间，燃烧性能方面比较接近无烟煤；劣质烟煤 挥发份2030%；但水分高，灰分更高的烟煤 发热量低，为1100012500 kJ/kg 这两种烟煤着火及燃烧均较困难,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 18,2 燃料的燃烧计算,1、燃烧计算的物理模型2、燃料的燃烧工况3、煤的燃烧反应4、燃烧所需要的空气量5、过剩空气系数与漏风系数6、过剩空气系数与漏风系数7、烟气容积,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 19,燃烧计算的物理模型,以1kg燃料为计算基础 所有气体均视为理想气体（2
11、2.4Nm3/kg）假定完全燃烧认为空气只由N2和O2组成,容积比为79:21,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 20,燃料的燃烧工况,理论工况 燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成成分 CO2、SO2、N2、H2O 理论烟气量,实际工况 实际送入的空气量大于理论空气量，仍为不完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成成分 CO2、SO2、N2、H2O、O2、CO 实际烟气量 Vy,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 21,煤的燃烧反应,煤中可燃元素的燃烧反应是燃烧计算的基础，1kg收到基燃料包括 Kg的碳、kg
12、的氢、kg的硫,碳完全燃烧反应方程式 C+O2 CO2 12 kg C+22.41 Nm3 O2 22.41 Nm3 CO2,1kg C+1.866 Nm3 O2 1.866 Nm3 CO2 1kg H+5.56 Nm3 O2 11.1 Nm3 H2O 1kg S+0.7 Nm3 O2 0.7 Nm3 SO2,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 22,燃烧所需要的空气量,理论空气量 V 0 1kg 燃料完全燃烧时所需要的最小空气量(无剩余氧)可通过燃料中可燃元素（C、H、S）的燃烧化学反应方程式求得,实际空气量 V 式中、分别为烟气侧和空气侧的过剩空气系数,
13、2023/9/16,Principles of Boiler,Page 23,过剩空气系数与漏风系数,各受热面处烟气侧漏风系数，V为烟道漏风量 为炉膛出口处过剩空气系数，表征炉内燃烧状况,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 24,过剩空气系数与漏风系数,为空气预热器出、进口处空气侧过剩空气系数 分别为炉膛、制粉系统和空预器漏风系数,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 25,烟 气 容 积,理论烟气容积=1、完全燃烧：O2=0；CO=0,实际烟气容积 1、完全（不完全）燃烧：O2 0；CO=0（CO0）,2023/9/16,
14、Principles of Boiler,Page 26,烟气分析方法,1、烟气分析2、不完全燃烧方程式及烟气中CO含量的计算3、RO2和RO2max的计算4、运行中过剩空气系数及烟气容积的确定5、漏风系数,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 27,烟气分析,烟气分析的目的:测锅炉反平衡效率、测量过量空气系数、监督RO2 O2的含量、检查锅炉漏风情况等。(锅炉运行监督、测试),奥氏烟气分析仪的工作原理:利用不同的吸收剂吸收不同的气体成分 氢氧化钾溶液(KOH)RO2 焦性没食子酸溶液 C6H3(OH)3O2、RO 氯化亚铜氨溶液 Cu(NH3)2ClCO、O
15、2,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 28,烟气成分分析,烟气分析是以1kg燃料燃烧生成的干烟气（除去水分后的烟气）容积为基础 烟气分析可得到 在干烟气Vgy中所占的容积百分比,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 29,不完全燃烧方程式及烟气中CO含量的计算,不完全燃烧方程:21=RO2+O2+0.605CO+(RO2+CO)烟气中CO含量的计算:,燃料特性系数:,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 30,RO2和RO2max的计算,不完全燃烧方程:21=RO2+O2+0.605CO+
16、(RO2+CO)当完全燃烧时,CO=0,则得,完全燃烧方程式:21=O2+(1)RO2,若在1的情况下完全燃烧,则得RO2max,即:,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 31,运行中过剩空气系数及烟气容积的确定,RO2、O2 可由烟气分析或相关仪表测定,过剩空气系数 完全燃烧,烟气容积,干烟气容积,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 32,漏风系数,对于空气预热器:kyky ky考虑炉膛及制粉系统的漏风,则:kyll zf l、zf炉膛及制粉系统的漏风系数。,2023/9/16,Principles of Boiler,
17、Page 33,空气和烟气焓的计算,1、空气和烟气的焓2、烟气的焓值3、焓 温 表,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 34,空气和烟气的焓,空气的焓：理论空气的焓:I0k=V0(ct)k,kJ/kg 实际空气的焓:Ik=I0k=V0(ct)k,kJ/kg,烟气焓 1kg燃料燃烧生成的烟气在定压下从0（）加热到（）时所需要的热量,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 35,烟气的焓值,为1Nm3空气、烟气各成分和1kg灰在温度为 时的焓值；为烟气携带飞灰的质量份额。对固态排渣煤粉炉，,为理想烟气焓、理想空气焓和飞灰焓,202
18、3/9/16,Principles of Boiler,Page 36,焓 温 表,烟气的焓值 取决于燃料种类、过剩空气系数及烟气温度,由（、）查焓温表可很快确定烟气温度；由（、）查表可很快确定烟气焓,焓温表 对给定的燃料和各受热面前、后的过剩空气系数计算出该受热面对应烟气温度 范围内的烟气焓，制成的烟气（）表,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 37,作业与思考题,1、煤中所含的灰分、水分对锅炉运行有哪些不利影响？2、试述Vdaf、Sar及灰熔点对锅炉的工作有哪些影响.3、灰渣熔融特性在锅炉设计和运行中有何意义？影响灰熔点的因素有哪些？4、什么是折算成分，
19、在锅炉运行中有何意义？5、推导换算系数Kadf-ar6、某种煤收到基含碳量为4。由于受外界条件的影响，其收到基水分由15减少到10，收到基灰分由25增加到35，试求其水分和灰分变化后的收到基含碳量（要求先推导换算公式，后计算）。7、已知甲种煤的Qnet，ar=29166kJ/kg,Aar18；乙种煤的Qnet，ar=18788kJ/kg Aar15。如果锅炉效率、负荷等条件相同，试问用哪一种燃料锅炉出灰量大？,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 38,作业与思考题,8、已知某锅炉燃用煤的元素分析成分如下：Car=58.14%Har3.86 Oar8.09 N
20、ar=0.62%Sar0.22 Aar20.07 Mar=9%Mad=1%试求：1、该燃料的空气干燥基和干燥基成分。2、判断属何种煤。3、按发电煤粉锅炉用煤标准划分属哪类。9、试比较煤的收到基水分Mar和空气干燥基水分Mad的区别，并推导Mar、Mad、外在水分Mf、内在水分Minh之间的关系式。10、已知煤的分析数据如下：Car=57.87%Har3.90 Oar5.70 Nar=1.13%Sar0.72 Aar14.01Mar=16.67%V daf=18.0%Qnet，ar=22600kJ/kg 试计算：（1）理论空气量V0；（2）实际空气量Vk；（=1.2）（3）完全燃烧时的烟气体积V
21、y、Vgy、VH2O；（4）完全燃烧时形成的烟气在1200时的焓。11、某锅炉燃煤的特性系数0.09，理论空气量V016Nm3/kg。运行中测知省煤 器前后的RO2值分别为15.2%及14.9%。求该省煤器处的漏风系数及漏风量。,2023/9/16,Principles of Boiler,Page 39,作业与思考题,12、已知：某燃料每千克完全燃烧后，形成的烟气体积Vy=7.5Nm3/kg，其中：VH2O=0.6Nm3/kg，VRO2=0.8Nm3/kg，VO2=0.2Nm3/kg求：完全燃烧时过量空气系数（不能用近似公式）及三原子气体的容积份额。13、已知锅炉每小时燃煤60 t/h，燃料成分如下：Car=42.68%Har2.88 Oar4.20 Nar=0.83%Sar0.53 Aar29.84 Mar=19.04%锅炉在完全燃烧情况下，如果测得炉膛出口处RO2”=16.1%，而排烟处RO2py=13.1%，试求每小时漏入烟道的空气量。14、已知理论空气量V=5Nm3/kg，每小时耗煤量40 t/h。当完全燃烧时，测得省煤器前烟气中含氧量O2=6.0%，省煤器后烟气中含氧量O2=6.6%求：实际漏入省煤器的空气量。,
