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锅炉课件PPT1.ppt

锅炉课件PPT1

艾尔小茜茜
2018-05-06 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《锅炉课件PPT1ppt》,可适用于项目管理领域

燃料与燃烧计算燃料燃料燃料的定义有机燃料有机燃料的成分有机燃料的元素组成燃料的成分表达基准燃料的发热量发热量的定义发热量的换算发热量的经验值和经验关系式固体燃料煤的工业分析煤的分类其他燃料燃料的定义燃料是指从技术经济上讲适宜于用来获取大量热量的物质。一般可以将燃料分为两个大类:有机燃料和核子燃料后者用于核反应堆不属于常规能源的范畴我们以下所说的燃料一般是指有机燃料。有机燃料是指主要元素成分为碳和氢的物质它在空气中燃烧时可以释放出大量的热量。最重要的有机燃料是化石燃料。所谓化石燃料是指埋藏在地下的远古生物的遗体经过长期的地质作用所形成的物质主要有煤、石油、天然气、油页岩和煤页岩也包括石油伴生气和煤层气(瓦斯气)以及目前还难以开采的天然气水合物。生物质也是比较常见的有机燃料主要是柴薪和各种农林废弃物如甘蔗渣、稻壳、木屑、农作物秸秆等等。城市生活垃圾和某些工业废弃物中也含有可以燃烧的有机组分适当处理后也可以看成一种有机燃料。有机燃料按照其状态可以分为三类:固体燃料、液体燃料和气体燃料。有机燃料的元素组成()有机燃料由有机物和无机物组成。有机组分一般含有碳C、氢H、氧O、氮N、硫S五种元素而无机组分一般认为是由水分M和灰分A组成的通常将以上七个组分称为有机燃料的元素组成。有机燃料的元素组成()碳C它是有机燃料中的最主要的可燃组分在空气中完全燃烧时每千克碳可以放出千焦的热量其完全燃烧产物是二氧化碳。氢H它是有机燃料中重要的可燃组分在空气中完全燃烧时每千克氢可以放出千焦的热量所以含氢较多的燃料一般发热量也较高它的燃烧产物是水蒸气。有机燃料的元素组成()氧O它存在于燃料的有机组分中是一种不可燃组分。燃料有机组分中的氧元素和其它元素之间总是要由化学键连接起来氧元素的存在必然会降低燃料的化学能使得燃料的发热量下降所以含氧量较多的燃料的发热量必然较低。氮N它也是存在于燃料的有机组分之中的不可燃组分。燃料中的氮在燃烧之后绝大部分转化成氮气少部分经过复杂的中间过程生成各种氮的氧化物即NOX(主要是NO)烟气中这部分NOX称为燃料型NOX。有机燃料的元素组成()硫S硫也是一种可燃组分每千克单质硫燃烧生成二氧化硫时可以释放出的热量。燃料中的硫可以存在于有机组分和无机组分中分别称为有机硫和无机硫。有机硫以硫醚、噻吩或其它形式存在于燃料有机质的大分子中燃烧之后被氧化成硫的氧化物(SO或SO统称SOX)。无机硫有两种存在形式分别为硫铁矿和硫酸盐相应地称作硫铁矿硫和硫酸盐硫其中硫铁矿中的硫份在燃烧过程中生成SOX进入烟气硫酸盐根据燃烧条件可以分解释放出SOX或者维持原型进入灰渣。硫份是燃料中最为有害的成分。燃烧过程中生成的SOX进入烟气之后会对后续的受热面产生腐蚀并且是受热面上产生粘结性积灰的重要原因之一所以燃料中的硫份对于设备的工作有严重的不利影响。另外有机燃料的燃烧产生的SOX也是我国大气污染最大的污染源。有机燃料的元素组成()水分M燃料中的水分有多种可能的赋存方式。存在于燃料中的游离水分称为外在水分外在水分的含量极其不稳定容易随着环境条件的变化而变化以表面力或其它方式吸附或凝聚在微孔隙之中的水分称为内在水分它相对比较稳定只有在燃料受热时才会释放出来以结晶水的方式存在于矿物质中的水分称为结晶水。通常所说的燃料的水分不包括结晶水有机燃料的元素组成()水分M水分对燃料的燃烧过程有多方面的影响。燃料受热后所含水分的蒸发过程需要吸收大量的热量所以含水量较高的燃料着火比较困难这是水分的有害的方面但是水分的团聚作用可以降低火床燃烧过程的飞灰量更重要的是烟气中的水蒸汽可能直接或间接地参与燃烧反应这是其有利的方面。燃料所含的水分在燃烧过程中以蒸汽状态进入烟气所以燃料的含水量影响到烟气中水蒸汽的含量从而影响到烟气的性质进一步影响到受热面的工作过程包括辐射传热和对流传热过程以及受热面的腐蚀和积灰等。有机燃料的元素组成()灰分A燃料的无机组分中除了水分之外就是各种矿物质它在灼烧之后是各种氧化物的混合物常见的组分有SiO、AlO、FeO、CaO、MgO、NaO、KO、VO等等其中SiO和AlO是酸性组分其余为碱性组分。矿物质基本上是不可燃组分被视作燃料中的杂质含矿物质多的燃料常常称为劣质燃料。有机燃料的元素组成()灰分A燃料中的灰分是指燃料灼烧之后的剩余物所以严格地讲灰分和矿物质并不完全是同一个概念因为燃料的矿物质中的结晶水在灼烧之后可能消失碳酸盐也可能在灼烧过程中分解某些矿物质也可能在灼烧过程中升华(比如NaO、KO、VO等组分在℃以上即可升华这些组分通常称作升华灰)。煤的灰分一般采用灼烧失重法来测定为了尽量减小测定结果与煤中固有矿物质之间的差别同时为了减小水分和挥发份的析出带走部分样品所以灰分的测定过程应当严格控制升温速度和灼烧温度并且保证足够多的灼烧时间以使得残碳完全燃尽。有机燃料的元素组成()灰分A灰分对锅炉的工作过程有着非常深刻的影响。首先燃烧过程的几个重要指标比如着火性能、燃烧速度、燃尽率等等在很大程度上受到灰分含量和组成的某种限制其次灰分还决定着炉膛结渣过程和受热面积灰过程最后灰分中的某些组分可能参与受热面的烟气侧腐蚀过程和磨损过程所以必须要对燃料中的灰分含量和性质给予足够的重视。有机燃料的元素组成()灰分A燃料中灰分的来源有多种途径。成煤植物中所含的矿物质、成煤过程中地下水和微生物带入的矿物质是煤中固有的这部分灰分在煤中基本呈现均匀分布称之为内在灰分另外在燃料的开采、加工、运输、存储等环节可能混入各种杂质这部分灰分称为外在灰分。一般燃料的内在灰分的含量比较稳定而外在灰分的含量会随着外界的条件的不同而波动。燃料的成分表达基准如上所述燃料中的有机组分基本是稳定的但是无机组分的含量则是不稳定的尤其是外在水分和外在灰分在不同的场合可能会有较大的变化这就对燃料组分的定量描述带来不确定性所以在对燃料的组分进行表达时首先应当明确的就是采用何种基准也就是说应当指明样品的制备条件。收到基指以实际被使用的燃料作为成分基准又称应用基。燃料的收到基成分是设计计算和运行校核的依据。收到基成分用下标ldquoarrdquo表示即:CarHarOarNarSarMarAar=()其中Car表示燃料中碳占有的质量份额它是一个百分数通常在燃料的成分表示中约定将百分号约去比如ldquo某燃料Car=rdquo的含义是:该燃料的收到基碳份为余此类推。空气干燥基指实验室中以温度为℃、相对湿度的空气对燃料进行风干后制取的样品作为成分基准又称分析基。燃料的分析基成分可以比收到基更稳定地表示燃料的成分它基本排除了外在水分的波动对成分表达的影响常用于在实验室中用于描述燃料。分析基成分用下标ldquoadrdquo表示即:CadHadOadNadSadMadAad=()干燥基指以除去所有水分的燃料样品作为成分基准它完全排除了水分对成分表达的干扰。燃料的干燥基成分常用于表达燃料的灰分含量。干燥基成分用下标ldquodrdquo表示即:CdHdOdNdSdAd=()无水无灰基指以除去了所有水分和灰分的样品作为成分基准又称可燃基。无水无灰基以下标ldquodafrdquo表示即:CdafHdafOdafNdafSdaf=()基准之间的换算同一种燃料可以用不同的基准来表达不同的基准之间可以通过等比关系加以换算。比如某种燃料的成分用收到基和空气干燥基表达分别为:CarHarOarNarSarMarAar=CadHadOadNadSadMadAad=由于两个基准之间的差别仅在于水分将上面二式移项:CarHarOarNarSarAar=MarCadHadOadNadSadAad=Mad这二式的左侧具有完全相同的组成则以等式的右侧为基准时各组分的含量应当相同所以有:基准之间的换算()所以收到基和空气干燥基的碳份之间有如下的换算关系:其它组分之间也有完全相同的关系所以称为收到基和空气干燥基之间的基间换算系数。使用相同的方法可以得出任意两个基准之间的换算系数。基准之间的换算()例:已知某种固体燃料该燃料在实验室中的分析结果为空气干燥基碳分和水分分别为和现场取样分析得到该燃料的收到基水分为现欲求取该燃料的收到基碳分解:通过换算系数有:燃料的发热量的定义发热量是指单位质量(对于气体燃料指单位体积)的燃料在完全燃烧之后将燃烧产物冷却到燃烧前的温度所释放出的热量又称作燃料的热值。它的国际标准单位为ldquo千焦千克rdquo(kJkg)对于气体燃料为ldquo千焦标米立方rdquo(kJNm)。燃料的发热量是燃料最重要的经济性指标。燃料的发热量的定义()上述发热量的定义很不严密至少可以有三种不同的解释:、没有指定燃烧过程的条件:如果燃烧过程是定容过程对应的发热量称作恒容发热量如果燃烧过程是定压过程对应的发热量称为恒压发热量、未说明燃烧产物中水的状态:根据燃烧产物中水的状态又可以将发热量分为高位发热量(又称为毛热值)和低位发热量(又称为净热值)前者指烟气被冷却到燃烧前的温度时其中的水分以液态的方式存在后者指水分以水蒸气的方式存在二者之间相差烟气中所含的水蒸汽的凝结潜热、燃料的发热量还应当指明所用的样品的基准。燃料的发热量的定义()所以表示燃料的发热量时一定要指明燃烧过程特征、燃料的基准和燃烧产物中水的状态这三个条件符号表达中将这三个条件以下标的方式注明例如:Qnet,p,armdashmdash表示燃料的收到基恒压低位发热量Qgross,v,admdashmdash表示燃料的空气干燥基恒容高位发热量。使用氧弹量热计对燃料进行发热量测定得到的是燃料的空气干燥基恒容高位发热量。我国的国家标准规定:热工计算涉及燃料的热值时以收到基恒容低位发热量为准。同位之间的发热量换算根据定义可知同位异基之间的发热量的换算可以直接使用基间换算系数。同基之间的发热量换算根据定义同基之间高位发热量和低位发热量之差等于烟气中所含水分的凝结潜热。燃料燃烧生成的烟气中的水分有两个来源:燃料中的氢元素生成的水分和燃料中的水分蒸发生成的水分。由于每千克氢生成千克水所以每千克燃料生成的烟气中所含水分的质量为:千克则有式中r为水蒸气的凝结比潜热它的大小取决于燃烧产物的压力。我国的标准规定热值换算时统一取r=kJkg。异基异位之间的发热量换算这种换算可以分两步进行:先进行同位异基之间的换算再进行同基异位之间的换算。例:实验室中测得某燃料的空气干燥基恒容毛热值为kJkg空气干燥基水分为氢分为现场取样测得收到基水分为求该燃料的收到基恒容净热值。解:()()煤的工业分析成分元素分析成分反映了燃料的元素组成但是元素分析的设备和操作过程都很复杂普通用户难以进行而且元素分析所得的数据并不能有效地反映出它的实际燃烧特征。为此本着简单实用的原则将煤看成是由水分、灰分和可燃质组成的混合物而对可燃质不用元素组成来描述而是看作是由挥发份V和固定碳FC组成的用这种方式描述的煤组成称为煤的工业分析成分即:VFCAM=()煤的工业分析煤的工业分析包括:、工业分析成分的测定、粘结性的测定、灰的熔融性的测定、煤的可磨性指数的测定、其他性质的测定(比如冲蚀指数等)挥发份V挥发份被定义为:煤在受热时在释放出水蒸气之后继续释放出的那部分气相产物而固定碳则被定义为除了挥发份之外的那部分可燃质。确切地讲挥发份和固定碳并不是煤的固有成分而是煤炭使用过程中表现出的一种性能参数。挥发份的组成挥发份是气相混合物具体组成与煤种和加热条件相关它一般由CO、CO、H、N以及各种烃类组成是煤炭的有机大分子裂解后的气相产物挥发份的高低表征着煤炭的着火性能的好坏是一个非常重要的参数通常用无水无灰基的挥发份Vdaf来加以描述。挥发份的测定挥发份并不是煤中的固有组分它是在使用过程中表现出来的所以挥发份的大小与受热条件密切相关。为了得到统一的、可以比较的挥发份含量的数据必须对受热条件作出统一的规定。国家标准对于煤的挥发物测定作了如下限定:挥发份的测定在箱式电炉中进行炉温事先预热℃然后在天平上秤取克左右的粒度小于mm的煤样置于特制的带盖坩埚中打开炉门将坩埚置于炉内并快速关闭炉门开始计时到分钟时取出坩埚在干燥皿中冷却后秤重。煤样失去的质量占煤样的份额即为挥发份和水分的和。挥发份的意义煤的挥发份含量只是在规定条件下的测定结果这个结果可以用于煤种之间的比较但是这个结果并不能代表煤在实际燃烧过程中释放的气相产物事实上实际燃烧过程中煤炭释放的气相产物的多少是与升温速度和其它许多因素相关的。由于燃烧过程中气相可燃物的反应速度远大于固相可燃物所以挥发份的高低直接影响到煤的燃烧性能尤其是着火性能。固定碳FC固定碳指煤中除了水分、灰分和挥发份之外的剩余组分所以在测定了以上三个组分的含量之后就可以计算出煤中的固定碳含量而不需要测定。有机组分无机组分FCVAMCHONSAM工业分析与元素分析的比较煤的粘结性按照标准规定的方法进行挥发份测定之后坩埚中的剩余物是灰分和固定碳的混合物称为焦渣。不同的煤具有不同的焦渣特性又称为煤的粘结性。按照挥发物测定的剩余物的形态可以将焦渣分为种。粘结性的分类、粉状、粘着、弱粘结、粘结、弱膨胀粘结、不熔融膨胀粘结、弱熔融膨胀粘结、强膨胀熔融粘结粘结性的意义煤的粘结性对实际的锅炉工作过程有重要影响主要表现在:粘结性强的煤种十分容易在受热之后结焦也就是煤的颗粒之间相互粘结在一起而形成大的ldquo焦块rdquo火床燃烧时破坏燃料层的通风火室燃烧时在燃烧器出口或炉墙上形成大的焦渣。灰的熔融性煤在燃烧过程中必然要经受高温而煤中的灰分一旦在高温条件下发生熔化就会对锅炉的工作过程产生十分不利的影响主要表现在两个方面:、熔融的灰分将煤粒包裹起来阻隔了可燃质与氧气的接触从而造成可燃质无法燃尽的后果这种现象称为ldquo裹灰rdquo。、熔融的灰分结成大块的现象称为ldquo结渣rdquo。炉墙上结渣会破坏炉膛传热过程甚至引发严重事故火床炉的床层内结渣会破坏床层的通风工况。灰熔点表征灰的熔融性的指标是灰熔点它指的是煤中的灰分发生ldquo固液rdquo相变时对应的温度。但是煤中的灰分是多组分的混合物它并不象晶体那样具有固定的熔点它的相变过程是在一个温度范围内发生的所以灰熔点只能以几个特征温度来描述。灰熔点的测定将灰分测定后所得的灰样在模具内压制成底边为正三角形的灰锥底边边长为毫米灰锥高度为毫米置于托盘上送入管式电炉中缓慢升温观察灰锥形态变化与温度的对应关系从而得到三个特征温度:变型温度t、软化温度t和熔化温度t,这三个温度就用来代表灰熔点。特征温度三个特征温度与灰锥形态的对应关系为:灰锥ttt煤的可磨性指数煤粉锅炉使用的燃料形态是煤粉煤的可磨性指数是指在实验室内的一个标准磨煤机中样品的制粉电耗与参比煤样的制粉电耗的比值。它是制粉系统设计的重要依据。煤的分类工业锅炉用煤的分类我国的工业锅炉用煤以挥发份为一级指标将煤分为褐煤、烟煤、贫煤和无烟煤四个大类另外加上高灰分的煤矸石(称为石煤)组成了五个大类煤种。以发热量和灰分为二级分类指标再将石煤、烟煤和无烟煤各分为三个类别总共有个小类。工业锅炉煤质分类表液体燃料锅炉用液体燃料主要有两类:重油(燃料代号YZ)和轻油(一般指柴油燃料代号YQ)。液体燃料的主要性能指标有:热值、粘度、含硫量、机械杂质含量、闪点、凝固点等。粘度粘度是液体燃料使用过程中涉及的最为重要的指标它不仅影响到燃料的储存和输运更重要的是影响到燃烧时的雾化性能。粘度有两种:绝对粘度(单位为mms)和条件粘度。条件粘度是在实验室条件下采用某种方法测得的粘度常用的条件粘度有恩氏粘度(无量纲符号为E)、雷氏粘度(单位为秒)、赛氏粘度(单位为秒)等我国常用恩氏粘度。液体燃料的粘度与温度的关系密切一般可以通过提高温度的方法来降低粘度。凝固点一般指液体燃料失去流动性时对应的温度它对燃料的储运有极其重要的影响。液体燃料的牌号重油:一般用℃时的恩氏粘度的数值来表示重油的牌号常见的牌号比如号、号、号、号重油等等。轻油:一般用凝固点来表示柴油的牌号常用的有号、号、号等等。气体燃料锅炉用气体燃料主要有:天然气(燃料代号QT)、高炉煤气、焦炉煤气、城市煤气、煤层气、液化石油气等等。气体燃料几乎不含灰分对锅炉的工作十分有利。气体燃料之间的热值相差很大。高热值的石油液化气和天然气是优质的气体燃料低热值的高炉煤气是劣质的气体燃料。其他燃料锅炉常用燃料还有:生物质燃料:主要是农林产品的加工废弃物比如甘蔗渣(燃料代号G)、稻壳(燃料代号D)、木屑(燃料代号M)等等。人工燃料:比如水煤浆、油煤浆等等。工业废弃物:含有可燃质的工业废气、废液等比如造纸黑液。可燃固体废弃物:比如城市垃圾等。燃烧计算理论空气量计算实际空气量计算理论烟气量计算实际烟气量计算空气与烟气焓计算温焓表理论空气量VO定义:单位质量(对于气体燃料为单位体积)燃料完全燃烧时所需要的最小空气体积单位为Nmkg(对于气体燃料为NmNm)。计算:依照化学反应当量比得:实际空气量V指实际参与燃烧得空气量。定义:实际参与燃烧得空气量与理论空气量的比值称为过量空气系数即:理论烟气量Vy定义:指过量空气系数为的条件下单位质量(或体积)的燃料完全燃烧所生成的烟气量。根据定义和化学反应当量比可得理论烟气量得计算式:实际烟气量Vy定义:指实际燃烧条件下(过量空气系数大于)的单位质量(或体积)的燃料完全燃烧所生成的烟气量。根据定义可得实际烟气量的计算式:理论空气焓Ik定义为每千克标米立方的燃料的理论空气的焓值单位为kJkg(气体燃料为kJNm)根据定义可得理论空气焓的计算式:式中为空气在℃时的比焓可以通过手册查找数据。实际空气焓Ik定义为每千克标米立方的燃料燃烧时实际空气的焓值单位为kJkg(气体燃料为kJNm)根据定义可得实际空气焓的计算式:理论烟气焓Iy定义为理论烟气的焓值单位为kJkg(气体燃料为kJNm)根据定义可得理论烟气焓的计算式:式中为i成分在℃时的比焓可以通过手册查找相关数据。实际烟气焓Iy定义为实际烟气的焓值单位为kJkg(气体燃料为kJNm)根据定义可得实际烟气焓的计算式:温焓表将某燃料的理论空气量、实际空气量、理论烟气量、理论空气焓、理论烟气焓和实际烟气焓与温度和过量空气系数的关系编制在一张表格中形成一个对应于特定燃料的数据表称为温焓表。烟气分析测定不含水蒸气的干烟气中各个成分的体积份额的过程称为烟气分析。通常烟气分析需要测定干烟气中氧气、二氧化碳(含二氧化硫)和一氧化碳的份额必要时还需要测定烃类的份额。常用的烟气分析仪器有:奥氏分析仪由气体传感器及数据处理系统组成的燃烧分析仪。烟气分析成分定义:Vgy=VROVNVCOVO令:RO=VROVgyO=VOVgyCO=VCOVgyN=VNVgy,则烟气分析得最终结果表达为RO、O和CO得数值N可以通过归一化条件直接计算出来。燃烧方程式烟气中各个组分的份额之间有特定的相互约束关系称为燃烧方程式。将表达式定义为燃料特性系数其物理意义为:燃料中自由氢与折合碳的相对比例。以燃料特性系数表达的不完全燃烧方程式为:由此方程可得:完全燃烧方程式不完全燃烧方程式中如果CO含量为零则表达式的意义为完全燃烧此时的关系式称为完全燃烧方程式:当O=时RO取最大值:它与燃料特性系数一样也是燃料的性质参数。过量空气系数表达式经过推导可得过量空气系数与烟气分析成分之间的关系式为:或:过量空气系数的简化过量空气系数关系式做如下简化:若CO很小可以忽略则:二式联立得:过量空气系数的估算若beta很小可以忽略不计则有:或:此二式皆可作为现场估算式。

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