锅炉原理 第二章燃料及燃烧计算

第二章燃料及燃烧计算?锅炉燃料?煤的分类?煤的常规特性?液体和气体燃料?燃料的燃烧计算?烟气 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ?习题锅炉燃料通过燃烧释放热能的可燃物质燃料分类?在自然界所处的状态：固体（煤）；液体（原油、重油和渣油）；气体（煤气和天然气）?获得方法：天然燃料（未加工）；人工燃料（木炭、焦炭和石油制品）?用途：工艺燃料（炼焦、锻造和化工，焦结性好，杂质少）；动力燃料煤的常规特性煤的元素分析与工业分析、氧(0)、氮(N)、硫(S)煤的元素碳(C)、氢(H)分析成分水分(M)、灰分(A)煤的工业水分(M)、挥发分(V)、灰分(A)、分析成分固定碳(FC)煤中的氢、氧、氮、硫与部分碳所组成的有机?可燃元素C（固定碳和挥发分中的C）、H、Sly）Sr和硫酸盐硫化合物加热后分解,形成S（可燃硫气体挥发出来O、N?不可燃元素（内部杂质）M（内、外）、A?不可燃成分（外部杂质）?可燃气体挥发分煤的常规特性煤的成分计算基准收到基（ar）（原应用基y）以入炉煤（包括煤的全部成分）为基准空气干燥基（ad）（原分析基f）以风干状态煤（除外部水分）为基准干燥基（d）（原干燥基g）以去掉全部水分煤为基准干燥无灰基（daf）（原可燃基r）以去掉全部水分及灰分煤为基准煤的常规特性煤成分基准间的换算Car?Har?Oar?Nar?Sar?Mar?Aar?100%Cad?Had?Oad?Nad?Sad?Mad?Aad?100%Cd?Hd?Od?Nd?S?A?100%ddCdaf?Hdaf?Odaf?Ndaf?Sdaf?100%例题:已知Mar、Mad,试将空气干燥基的各种成分换算成收到基。即推导换算系数K。煤的常规特性例题解：∵同种燃料去除全部水分其干燥基成分不变∴可以分别用收到基和空气干燥基 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示干燥基,也就是说用干燥基将收到基和空气干燥基联系起来。煤的常规特性例题CarCar∵Cd??100??100Car?Har?Oar?Nar?Sar?Aar100?MarCadCadCd??100??100Cad?Had?Oad?Nad?Sad?Aad100?MadCarCad??100?Mar100?Mad100?MarCad即Car?100?Mad100?Mar∴K?100?Mad煤的常规特性煤成分基准间的换算不同基准之间的换算公式：X=KX0式中X0、X—某成分原基准及新基准质量百分比，%K—换算系数（见表1-1）对于水分:Mar?Mf?Mad100?Mf100煤的常规特性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高位发热量(Qgr)煤的理论发热量。由实验测得的弹筒发热量（Qb）减去硫和氮生成酸的放热量校正值确定。低位发热量（Qnet）高位发热量减去水蒸气凝结放出的汽化潜热后，称为低位发热量（燃料在锅炉中的实际发热量）。煤的常规特性高、低位发热量间的换算收到基高、低位发热量之间的换算Qar.netHarMar??9?Qar.gr?r????100100?H??9d?r???100?干燥基高、低位发热量之间的换算Qd.net?Qd.gr煤的常规特性发热量各基准间的换算高位发热量(Qgr)各基准间的换算采用换算系数低位发热量(Qnet)各基准间的换算分三步进行1.已知基准的Qnet→已知基准的Qgr2.已知基准的Qgr→所求基准的Qgr3.所求基准的Qgr→所求基准的Qnet煤的常规特性相关概念折算成分相对于每4190(4187)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MarMar.zs??4190,%?8%Qar.netAarAar.zs??4190,%?4%Qar.netSarSar.zs??4190,%?0.2%Qar.net煤的常规特性相关概念 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 煤收到基低位发热量为29310kJ/kg的燃料为标准煤Qar.net标准煤耗量Bb?Bs?29310Bb、Bs式中——分别为标准煤耗量与实际煤耗量煤的常规特性煤灰的熔融性高温下煤灰的熔融性?用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定变形温度DT（原t1）软化温度ST（原t）2流动温度FT（原t3）?温度间隔200-400℃，称为长渣温度间隔100-200℃，称为短渣判断锅炉运行中是否会结渣的主要因素之一。煤的常规特性煤灰的熔融性影响因素煤灰的化学组成煤灰中酸性氧化物（SiO2、Al2O3等）使灰熔点提高；碱性氧化物（Fe2O3、CaO、MgO等）使灰熔点降低煤灰周围高温介质的性质氧化性介质中，灰熔点较高；弱还原性介质中，灰熔点较低煤的常规特性煤灰的烧结性煤灰的烧结性影响因素煤灰的成分灰分在高温对流受热面生成高温烧结性积灰的能力Na2O、K2O）越多，灰的煤灰中碱性氧化物（主要是烧结性越强；烟气中SO2是生成烧结性积灰的重要条件。熔融性影响炉膛内的运行工况；烧结性影响对流受热面，特别是过热器的积灰特性。煤的常规特性煤的常规特性对锅炉工作的影响挥发分VV的含量代表了煤的地质年龄，地质年龄越短，煤的碳化程度越浅,V含量越多?V含量越多（C含量越少），V中含O量亦多，其中的可燃成分相应减少，这时，煤的热值低?V含量越多，煤的着火温度低，易着火燃烧?V多，V着火燃烧造成高温，有利于碳的着火、燃烧?V多，煤中难燃的固定碳含量少，煤易于燃尽煤的常规特性煤的常规特性对锅炉工作的影响水分M、灰分A?M、A高，煤中可燃成分相对减少，煤的热值低?M、A高，M蒸发、A熔融均要吸热，炉膛温度降低?M、A高，增加着火热或包裹碳粒，使煤着火、燃烧与燃尽困难；?M、A高，锅炉热损失增加，热效率下降?M、A高，过热器易超温?M、A高，受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重?M、A高，煤粉制备困难或增加能耗煤的常规特性煤的常规特性对锅炉工作的影响?高（H2S）、低(SO2)温腐蚀；易造成受热面的堵灰?形成酸雨，污染环境?燃料中的硫化铁加剧磨煤部件的磨损灰熔点（ST）硫分S灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣，危及锅炉运行的安全性和经济性。对于固态排渣炉，ST<1350℃可能结渣;为避免炉膛出口结渣，炉膛出口温度应该至少比ST低50-100℃煤的分类我国煤的主要分类指标干燥无灰基挥发分Vdaf含量可分为三大类：褐煤（V含量＞37%）、烟煤daf（Vdaf含量＞10%）、无烟煤（V含量≤10%）daf为实现能源的综合利用，考虑各种工艺（炼焦、燃烧、气化或液化等）对煤质的要求，每一类煤还要进一步划分为小类煤的分类为反映煤的燃烧特性，电厂用煤还以收到基低位发热量Qar,net、收到基水分、干燥基灰分、干燥基硫分及灰的熔融特性DT、ST、FT作为参考指标，分为五大类和十小类其中低（劣）质煤单独燃烧有困难，或燃烧不稳定，或燃烧经济性差，或煤中有害杂质含量高的煤，可分为五小类煤的分类电厂锅炉用煤分类分类指标大类别小类别挥发份Vdaf(%)灰分A(%)d水分无烟煤超低挥发>6.5～9份煤贫煤低挥发份煤>9～19烟煤中挥发份煤高挥发份煤褐煤超高挥发份煤>19～27>27～40>40硫分发热量Qar,netM(%)(MJ/kg)S(%)ard>21.0灰融特性ST(0C)>18.5>16.5>15.5>11.5煤的分类电厂锅炉用煤分类分类指标大类别小类别挥发份Vdaf(%)灰分水分硫分发热量灰熔融MarSdAd(%)(%)(%)Qar,net特性0C)(MJ/kg)ST(低质煤低发热≤9量煤>9～19>19～27>27～40>40超高灰分煤超高水分煤>40≤40高硫煤易结渣煤>46>40>12>3>12.5<21.0<18.5<16.5<15.5<11.5<1350煤的分类发电厂煤的分类及燃烧特性无烟煤?碳化程度高，含碳量很高，达95%，杂质很少，发热量很高,约为21000～25000kJ/kg；?挥发分很少，小于10%，Vdaf析出的温度较高（可达400℃），着火和燃尽均较困难,储存时不易自燃煤的分类发电厂煤的分类及燃烧特性烟煤碳化程度次于无烟煤，含碳量较高，一般为40～60%,杂质少，发热量较高,约为20000～30000kJ/kg；挥发分含量较高，约10～45%，着火及燃烧均较容易煤的分类发电厂煤的分类及燃烧特性褐煤?碳化程度低，含碳量低，约为40～50%，水分及灰分很高，发热量低,一般小于16750kJ/kg；50%，甚至60%，挥发?挥发分含量高，约40～分的析出温度低（＜200℃），着火及燃烧均较容易煤的分类发电厂煤的分类及燃烧特性?贫煤挥发分含量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20～30%；但水分高，灰分更高的烟煤发热量低，为11000～12500kJ/kg这两种烟煤着火及燃烧均较困难?另外：泥煤、油页岩、煤矸石等燃油和燃气的特性燃料油以轻柴油为主，重油和轻柴油常作为锅炉点火和稳燃用油。?重油：根据80℃时不同的运动粘度而分成20、60、100、200四种牌号。?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，一般碳含量在84％一87％，氢含量为11％一14％．发热量常在37700—44000kJ／kg，且变化不大。燃油和燃气的特性燃料油的物理特性?凝固点：油温逐渐降低，直至发生凝固时的温度。含石蜡高，燃油凝固点高。?粘度：恩氏粘度°E。?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。?燃点：油气和空气的混合物遇到明火能着火燃烧并持续5s以上的最低油温。燃油和燃气的特性?含硫量：石油中的硫以硫化氢、单质硫和各种硫化物的形式存在。按含硫量的多少，分为低硫油(Sar＜0.5%)、中硫油(Sar＝0.5-2%)和高硫油(Sar＞2％)三种，当含硫量高于0.3％时，就应注意低温腐蚀问题。?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600℃，对壁温高于610℃的受热面会产生高温腐蚀。燃油和燃气的特性气体燃料通常以各种气体的容积百分数来表示其成分?天然气：气田煤气和油田伴生煤气。主要成分都是甲烷(CH4)，气田煤气的甲烷含量高达75％-98％，油田伴生煤气的甲烷含量为30％一70％，而CO含量达5%。两者的发热量均很高，可达35000-54400kJ／m3。?高炉煤气：CO与H2，发热量3800-4200kJ/m33?焦炉煤气:H2与CH4，发热量17000kJ/m燃料的燃烧计算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和H2O0V理论烟气量y设计工况实际送入的空气量大于理论空气量，以保证燃料完全燃烧燃烧产物（烟气）组成成分CO2、SO2、N2、H2O和剩余O2实际烟气量Vy燃料的燃烧计算燃料的燃烧工况实际工况实际送入的空气量大于理论空气量，但为不完全燃烧燃烧产物（烟气）组成成分CO2、SO2、N2、H2O、剩余O2和未完全燃烧气体CO实际烟气量Vy燃料的燃烧计算燃烧过程的化学反应燃烧计算的物理模型?以1kg燃料为计算基础3?所有气体均视为理想气体（22.4Nm/kmol）?假定完全燃烧?略去空气中的稀有成分，认为空气只由N2和O2组成，且二者容积比为79：21燃料的燃烧计算燃烧过程的化学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CarHarSarKg的碳、kg的氢、kg的硫100100100三种可燃元素（C、H、S）完全燃烧反应方程式COC+O2→22H2+O2→2H2OS+O→SO22燃料的燃烧计算三种可燃元素（C、H、S）完全燃烧反应方程式12kgC+22.4Nm3O2→22.4Nm3CO23HO4×1.008kgH2+22.4Nm3O→2×22.4Nm2232kgS+22.4Nm3O2→22.4Nm3SO23O→1.866Nm3CO1kgC+1.866Nm221kgH+5.56Nm3O2→11.1Nm3H2O1kgS+0.7Nm3O2→0.7Nm3SO2燃料的燃烧计算燃烧所需要的空气量理论空气量V01kg燃料完全燃烧时所需要的最少空气量(无剩余氧)。0CarSarOarHar1V?(1.866?5.56?0.7-0.7)0.21100100100100?0.0889(C?0.375S)?0.265H?0.0333Oarararar??0.0889Rar?0.265(HOar/8)arV??(?)?V0kV式中α、β—分别为烟气侧和空气侧的过量空实际空气量VkVk?(?)?0气系数燃料的燃烧计算过量空气系数α与漏风系数△α????VV0?????????????????????为炉膛出口处过量??空气系数，表征炉内燃烧状况的重要物理量，在推荐值范围内选取。燃料的燃烧计算过量空气系数β与漏风系数△α??????kyky???ky???????ky????????zf燃料的燃烧计算燃烧产生的烟气量1kgC+1.866Nm3O2→1.866Nm3CO21kgH+5.55Nm3O2→11.1Nm3Hα=1、完全燃烧：O2=02O；CO=01kgS+0.7Nm3O2→0.7Nm3SO20理论烟气量VyV?VCO2?VSO2?V?V0y0N20H2O?V?V?VRO20N2OH2O?V?V0gy0H2O(Car?0.375Sar)Nar0?1.866?0.8?0.79V100100HarMar03?11.1?1.24?0.0161V?1.24Wwh,Nm/kg100100理论空气带入的水蒸气:=1.24×1.293×0.01V0=0.0161V0燃料的燃烧计算燃烧产生的烟气量Vy实际烟气量α>1、完全燃烧：O2≠0；CO=0Vy?VCO2?VSO2?VN2?VH2O?VO2?0Vy0y???1?V????1?V?0.016100?V?1.0161(??1)V,Nm/kg03燃料的燃烧计算燃烧产生的烟气量Vy实际烟气量α>1、不完全燃烧：O≠0；CO≠02Vy?VCO2?VCO?VSO2?VN2?VO2?VH2O?Vgy?V1kgC+1.866Nm3O2→1.866Nm3CO21kgC+0.933Nm3O2→1.866Nm3COH2OCarVCO2?VCO?1.866100燃料的燃烧计算影响锅炉辐射换热的几个参数三原子气体、水蒸气的容积份额与分压力pRO?rROp1)容积份额2)分压力rRO?2VRO2Vgy22rH2O?VH2OVgypHO?rHOp22飞灰浓度：每千克烟气中的飞灰质量。Aarfh???100myaafh－烟气携带出炉膛的飞灰占总灰分的质量份额。燃料的燃烧计算影响锅炉辐射换热的几个参数烟气的质量:0my=1-Aar/100+(1+d)ραVk0=1-Aar/100+(1+0.01)1.293αV0=1-Aar/100+1.306αV燃料灰渣炉膛空气空气和烟气的焓空气的焓值空气和烟气的焓定压条件下，1kg燃料燃烧所需的空气或生成的烟气在从0（℃）加热到?（℃）时所需要的热量，单位为kJ/kg。理论空气焓实际空气焓h?V?c??k0k0hk??h??V?c??k0k0空气和烟气的焓烟气的焓值理论烟气焓h?VRO2?c??RO20y00?VN2?c??N2?VH2O?c??H2O实际烟气焓0y0khy?h????1?h?hfh飞灰焓Aarhfh?afh?c??h1004187afhAarQar.net?6时才计算空气和烟气的焓焓温表烟气的焓值取决于燃料种类、过量空气系数及烟气温度焓温表对给定的燃料和各受热面前、后的过量空气系数，计算出该受热面对应烟气温度范围内的烟气焓，制成的烟气焓温表。由（；hy、α）查焓温表可很快确定烟气温度?由（h?、α）查表可很快确定烟气焓y烟气分析烟气分析成分烟气分析是以1kg燃料燃烧生成的干烟气容积为基础，采用奥氏烟气分析仪进行的。烟气分析可得到2、CO、N2在干烟气VgyRO2、O中所占的容积百分比?N2?100,%RO2?O2?CORO2?VRO2VgyVCOCO??100,%Vgy?100,%O2?VO2VgyVN2?100,%N2?Vgy?100,%烟气分析奥氏烟气分析仪?工作原理:利用不同的吸收剂吸收不同的气体成分1瓶：氢氧化钾溶液KOH—RO22瓶：焦性没食子酸溶液C6H3(OH)3—O2、RO23瓶：氯化亚铜氨溶液Cu(NH3)2Cl—CO、O2?分析步骤:依次吸收?为什么分析成分是干烟气成分？在实验压力下水蒸气处于饱和状态,成比例的被吸收奥氏烟气分析仪示意图1，2，3—吸收瓶；4—疏形瓶；5，6，7—旋塞；8—过滤器；9—三通旋塞；10—量管；11—平衡瓶（水准瓶）；12—水套管；13，14，15—缓冲瓶；16—抽气烟气分析干烟气容积的计算干烟气容积RO2?CO?Vco2?Vso2?VcoVgy?100%1.866(Car?0.375Sar)3Vgy?,Nm/kgRO2?CO烟气容积Vy?Vgy?VH2O烟气分析燃烧方程式不完全燃烧方程式RO2?0.605CO?O2??(RO2?CO)?21推导过程O?0.038NHar?0.125arar??2.35Car?0.375Sar式中β为燃料特性系数，其物理意义：燃料中的自由氢(H-0.125Oar)与C的比值。21??RO2?(RO2?O2)CO?0.605??烟气分析燃烧方程式完全燃烧方程式：?α＞l、且完全燃烧：CO=021?O2RO2?,%1??CO=0，O=0?α=1、且完全燃烧：2ROmax2?211??,%烟气分析运行中过量空气系数的确定过量空气系数不完全燃烧1??O2?0.5CO791??21100??RO2?O2?CO?推导过程过量空气系数完全燃烧且不计β??maxRO2RO221??21?O2推导过程燃料的燃烧计算不完全燃烧时的过量空气系数VV??0??V-?VgV11?0?Vg???1?V1-1?0V?V00???1?V＋0.5VCO，可得???1?V＝由式VO2＝0.210N2VO2－0.5VCO0.21固体和液体燃料Nar比较小，可忽略不计。则由式VN2Nar0000V＝0.8＋0.79V，VN2?VN?0.79???1?V,得?V＝21000.791将以上两式代入第一式，得?＝0.79VO2?0.5VCO1?0.21VN2??燃料的燃烧计算不完全燃烧时的过量空气系数根据O2,N2,CO的定义式，解出VO2，VN2和VCO，代入上式得1?＝CO?79?O2?0.51??21N2?N2＝100??RO2＋O2＋CO?，代入上式得?＝1O792?0.5CO1??21100??RO2＋O2＋CO?燃料的燃烧计算完全燃烧时的过量空气系数完全燃烧CO?0,则?＝79O21??100??RO2＋O2?21由完全燃烧方程式21??RO2＝0，可知??RO2＋O2?21??79＋?RO2?整理得?＝，?79??1＋??＋21??RO2将分子分母都除以21RO2，得7979＋?＋?RORO22?＝＝1＋?7979＋?＋?max21RORO2＋O2＝21??RO2，O2＝21＋??RO2，代入上式??11燃料的燃烧计算完全燃烧时的过量空气系数??值相对较小，可忽略不计，则上式变为maxRO221??＝?1＋??RO2RO221??21?O2?1＋??RO2＝21?O2，代入上式得由完全燃烧方程式可知燃料的燃烧计算不完全燃烧时烟气中氧的体积VO2?0.21???1?V?0.5?1.8660Car,co100Car,co?VCO?1.866,则上式可写成1000VO2?0.21???1?V?0.5VCO???1?V，带入从上式中解出VN2?V00N20N2?0.79???1?V,得00.79VN2?V?VO2?0.5VCO0.21将上式带入Vgy?VRO2?VCO?VO2?VN2,得0.790Vgy?VRO2?VCO?VO2?VN2?(VO2?0.5VCO)0.21??燃料的燃烧计算燃烧方程式的推导0.79Vgy?VRO2?VCO?VO2?V?(VO2?0.5VCO)0.21RO2,CO,O2的定义式，得将上式两边除以Vgy并乘以100，结合0N20.2121＝0.21RO2－0.185CO＋O2＋V将式RO2＋CO＝VCO2?VSO2?VCOVgy0N2100?Vgy?100,代入上式整理得0??VN221＝RO2＋0.605CO＋O2＋?0.21?0.79??RO2?CO?(VCO2?VCO)?VSO2????NarCarSar00?VN2?0.8?0.79V,VCO2?VCO,VSO2?0.7,且?1.8661001001000?Car?0.375Sar??0.265V?0.0889Oar,则Har?0.0333燃料的燃烧计算燃烧方程式的推导?Har?0.125Oar?0.038Nar?21＝RO2＋0.605CO＋O2＋?2.35??RO2?CO?Car?0.375Sar??Har?0.125Oar?0.038Nar令?＝2.35，则上式可写成Car?0.375Sar21＝RO2＋0.605CO＋O2＋??RO2?CO?作业1.某锅炉燃用煤种的空气干燥基成分为：Cad=60.5%；Had=4.2%；Sad=0.8%；Aad=25.5%；Mad=2.1%；和风干水分Mf=3.5%；试计算上述各种成分的收到基含量。2.若已知风干水分Mf和空气干燥基水分Mad，试推导收到基水分Mar的计算式：100?MfMar?Mf?Mad1003.某种煤收到基含碳量为41％。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）。作业4.某锅炉燃用煤种的收到基成分为：Car=59.6%；Har=2.0%；Sar=0.5%；Oar=0.8%；Nar=0.8%；Aar=26.3%；Mar=10.0%；Qar.net=22186kJ/kg烟气中的飞灰份额a=95%fh0Vy计算：1）V2）及α=1.45时的Vy03）α=1.45，θ=300℃时的IyV5.已知Vy=Vgy＋,试推导Vy=V0y＋1.0161(α－1)V0。6.如果碳是唯一可燃元素，燃料完全燃烧，测得α=1，问烟气分析的结果是什么（干烟气中各种成分的含量）？H2O作业7.某锅炉燃用无烟煤，计算得到完全燃烧所需理论空气量V0为5.81Nm3/kg，实测得到炉膛出口过剩氧量O为2??4.846（%），如果炉膛的漏风系数?为0.05，此时供给炉膛的实际空气量是多少？复习思考题：1.简析燃料中硫分、挥发分、水分及灰分对锅炉工作的影响。2.煤的高、低位发热量的定义及其关系。