燃料与燃烧课件.ppt

2019 12 20 1 燃料 与 2019 12 20 2 燃料与燃烧 一 燃料 二 煤的燃烧 三 燃油的燃烧 四 气态燃料的燃烧 五 锅炉热平衡 六 新燃料的燃烧技术 2019 12 20 3 第一节燃料 一 总论 理解要点 燃料 是指燃烧时能够放出热量或者产生动力 并且伴随着生成光能的可燃物质 燃烧 是指燃料与氧化剂发生强烈化学反应 并伴有发光发热的现象 一 燃料性质1 单位质量的该物质燃烧能放出大量的热量 2 容易并能充分燃烧 3 在自然界中蕴藏丰富 能够大量开采 价格低廉 4 燃烧产物对人体与环境无害 2019 12 20 4 二 燃料的分类 理解要点 1 固态燃料固态燃料是能产生热能或动力的固态可燃物质 大都含有碳或碳氢化合物 2 液态燃料液态燃料的主要成分与固态燃料相似 包括碳 c 氢 h 氧 o 氮 n 硫 s 灰分 a 和水分 m 等 3 气态燃料各种气态燃料均由一些单一气体混合组成 包括可燃物质和不可燃物质两部分 2019 12 20 5 三 新燃料1 生物质燃料生物质是指有机物中除化石燃料外所有来源于动 植物能再生的物质 2 水煤浆20世纪70年代发展起来的一种新型煤基流体洁净燃料 是由煤 水和化学添加剂等经过一定的加工而制成的一种流体燃料 2019 12 20 6 二 燃料组成的表示方法 理解 一 固态燃料和液态燃料的表示方法固态燃料和液态燃料的各元素含量组成 碳 氢 氧 氮 硫 水分和灰分 通常用其相对质量 质量百分比 来表示 c h o n s a m 100 1 收到基 应用基 将全部水分和灰分都包括在内的燃料作为100 的成分 用下标ar表示 car har oar nar sar aar mar 100 2019 12 20 7 2 空气干燥基 分析基 以将外在水分去掉后的燃料作为100 的成分 用下标ad表示 cad had oad nad sad aad mad 100 3 干燥基以去掉全部水分的燃料作为100 的成分 用下标d表示 cd hd od nd sd ad 100 4 干燥无灰基 可燃基 以去掉全部水分和灰分的燃料作为100 的成分 用下标daf表示 cdaf hdaf odaf ndaf sdaf 100 2019 12 20 8 四种基准之间可以相互换算 2019 12 20 9 二 气态燃料的表示方法 理解 一般可将气态燃料分为干气体成分和湿气体成分两种表示方法 干气体成分 以去除水蒸气后的燃料成分作为100 ch4 c2h4 c2h6 co h2 o2 n2 co2 100 湿气体成分 包括水蒸气在内的燃料成分作为100 用上标w表示 ch4w c2h4w c2h6w cow h2w o2w n2w co2w 100 干 湿气体的体积分数之间的换算按教材公式 6 1 9 计算 2019 12 20 10 三 燃料的分析方法 一 煤的工业分析 理解 1 水分 煤的水分 全水分 可分为外在水分和内在水分两种 2 灰分 是指煤在燃烧时 其中的不可燃杂质经高温分解和氧化后形成的残渣 3 挥发分 是将煤在规定条件下隔绝空气加热时挥发性有机物的产率 4 固定碳 测定煤样除去挥发分和水分后形成焦炭 从焦炭中减去灰分后残留的部分 2019 12 20 11 二 煤的元素分析 理解要点 煤的组成以有机质为主 有机质的元素组成通常利用元素分析来测定 包括五种主要元素即碳 氢 氧 氮和硫 1 基本概念碳 煤中的主要可燃物质 占到20 70 甚至更多 氢 煤中含量仅次于碳的可燃成分 占到2 8 氮和氧 氮和氧是燃料内部的不可燃物质 煤中氮的含量约为1 2 硫 硫是燃料中的有害可燃元素 我国煤含约0 5 3 2 碳氢元素分析仪是利用吸收质量法测定煤或其它有机物中碳和氢的含量 2019 12 20 12 三 燃料的发热量1 基本概念 重点掌握 发热量 燃料的发热量 也称作热值 是指单位质量或者单位体积 气态燃料 的燃料完全燃烧时所能释放的最大热量 它是衡量燃料作为能源的一个很重要的组成部分 高位发热量 1kg 或1m3 的燃料完全燃烧后所产生的热量叫做燃料的高位发热量 它包括燃料燃烧时生成的水蒸气完全凝结成水放出的汽化潜热 低位发热量 1kg 或1m3 的燃料完全燃烧后所产生的热量减去燃料燃烧时生成的水蒸汽完全凝结成水放出的汽化潜热后的差值 2 氧弹式量热计 国内使用最多 全自动量热仪 有更高的测量精度 2019 12 20 13 四 样品的采集与制备 一 入炉原煤的采样 二 煤粉采样 三 入炉煤和煤粉采样后处理 四 飞灰采样 五 炉渣采样 六 入炉煤 煤粉 飞灰和炉渣样品的制备 2019 12 20 14 第二节煤的燃烧 2019 12 20 15 学习目标 了解煤的燃烧方式 燃烧过程和设备掌握煤的燃烧特性和煤的燃烧计算重点和难点 煤的完全燃烧时理论空气量与理论烟气量计算 2019 12 20 16 一 煤的燃烧特性 一 煤的发热量 二 煤的挥发分 三 煤的焦结性 四 煤的灰熔点 2019 12 20 17 二 煤的燃烧过程 一 准备阶段燃料进入炉膛吸热升温水分蒸发 析出挥发分着火点 2019 12 20 18 二 挥发分 焦炭着火与燃烧阶段着火挥发分燃烧 焦炭被加热挥发分消耗殆尽 焦炭与氧气接触燃烧出蓝色火焰焦炭燃烧表面会形成灰壳 灰壳外有co和co2气层 空气要冲破才能与碳发生反应 2019 12 20 19 燃烧阶段也是放热阶段 它放热的速度与燃烧温度 氧量 气流扰动 煤粒细度等有关 保证充分供风是控制的关键 燃烧根据反应物形态分均相和非均相燃烧 气态燃料基本为均相燃烧 固 液态燃料挥发分为均相燃烧 焦炭是非均相燃烧 扩散燃烧动力燃烧 2019 12 20 20 三 残碳燃尽形成灰渣阶段少量残碳燃烧燃尽成灰渣 放热少 应适量供风 加强扰动和保持高炉温 2019 12 20 21 三 燃烧计算 一 完全燃烧时的燃烧计算 掌握重点 1 燃烧需理论空气量收到基car har oar nar sar aar mar 100 燃料可燃成分主要是c h s等元素由碳完全燃烧 12kgc 22 4m3o222 4m3co2即1kgc完全燃烧需1 866m3o2 产1 866m3co2 2019 12 20 22 1kg燃料完全燃烧需理论空气量为 掌握 v0 1 0 21 1 866car 5 55har 0 7sar 0 7oar m3标准状态下空气 1 293kg m3 则理论空气量质量为 l0 1 293v0经验公式 v0 1 05 qnet ar 4186 0 278 2019 12 20 23 2 燃料需实际空气量与空气系数 掌握 实际送入燃烧器的空气量v 即实际空气量 它与理论空气v0的比值就是空气系数 v v0 低时 不完全燃烧损失大 高时 排烟损失大 确定最佳 的方法则为 低时损失 高时损失 为最小时 min 工业锅炉经济运行 gb t17954 2007 中有限值规定 根据燃烧方式和燃料不同 小于1 2 1 75 2019 12 20 24 3 理论烟气量vy0 掌握 共有四种组分 co2 so2 n2和h2o 根据化学反应式得出对应1kg燃料燃烧时产气体容积为 vy0 vco2 vso2 vn20 vh2o01 866car m3 0 7sar m3 空气中n2含79 则0 79v0 燃料本身含n2 则1kgn2体积 22 4 28 m3 1kg燃料含n2体积为22 4 28 nar 0 8nar m3 则 vn20 0 79v0 0 8nar 2019 12 20 25 vh2o0来源有三个方面 掌握 1 燃料中氢元素燃后生成水蒸气vh2o01vh2o01 2 22 4 2 2 016 har 11 1har 2 燃料中所含水蒸气vh2o02vh2o02 22 4 18 mar 1 24mar 3 理论空气v0带入的水蒸气容积vh2o03vh2o03 0 001293 0 804 10v0 0 0161v0所以理论烟气量为 vy0 vco2 vso2 vn20 vh2o0不计入vh2o0时为 vgy0 vco2 vso2 vn20 2019 12 20 26 4 实际烟气量vy 掌握 实际烟气量vy为 vy vgy vh2o实际干烟气量vgy 理论干烟气量vgy0 过量空气 1 v0 干空气 实际水蒸气vh2o 理论水蒸气vh2o0 过量空气带入水蒸气0 0161 1 v0 则 vy vgy vh2o vgy0 1 v0 vgy0 0 0161 1 v0 vy0 0 0161 1 v0经验公式 vy0 1 04 qnet ar 4186 0 77 2019 12 20 27 5 烟气焓 掌握 1kg燃料生成理论烟气焓为 iy0 vc02hco2 vs02hso2 vh020hho2 vn20hn2每种气体的比焓 h 都可查表取得 1kg燃料生成实际烟气中所含剩余空气量的焓为 ik 1 v0hgk 1 0 0161dv0hh2o则 iy iy0 ik燃高灰分燃料时 烟气携带飞灰应计入烟气焓为 ifh fhaarhfh 则 iy iy0 ik ifh 2019 12 20 28 二 不完全燃烧时的燃烧计算 掌握 通过烟气分析仪测定烟气个成分的容积份额 ro2 vco2 vco vgy 100 vro2 vgy 100 co vco vgy 100 整理为 vgy vco2 vco ro2 co 100 由碳的燃烧化学反应式可知 vro2 vco 1 866 car 0 375sar m3则 vgy 1 866 car 0 375sar ro2 co m3不完全燃烧的总烟气量为 vy vgy vh02 2019 12 20 29 不考虑烟气中含量极少的氢 碳氢化合物时 不完全燃烧烟气成分可以表示为 ro2 o2 co n2 100 烟气各成分份额应满足的关系由不完全燃烧方程式确定 即 21 ro2 o2 0 605co ro2 co 为燃料特性系数 2 35 har 0 125oar 0 038nar car 0 375sar 则 co 21 ro2 ro2 o2 0 605 不完全燃烧空气系数 完全燃烧时 co 0 得空气系数为 2019 12 20 30 四 燃煤燃烧设备 一 煤的层燃技术及层燃设备 重点掌握原理 特点与结构 图6 2 5链条炉结构1 煤斗 2 煤闸门 3 炉排 4 送风道 5 防焦道 6 看火孔 7 老鹰铁 8 渣井 9 灰斗 10 人孔 11 下导轨 2019 12 20 31 四 燃煤燃烧设备特点 通常要经历干燥 热解 挥发分着火 焦炭燃烧和燃尽四个阶段 图6 2 6链条炉排上每层燃烧阶段的分布1 新燃料区 2 挥发分析出与燃烧区 3a 焦炭氧化区 3b 焦炭还原区 4 灰渣燃尽区 2019 12 20 32 二 煤粉燃烧原理与煤粉炉 重点掌握原理 特点与结构 2019 12 20 33 2019 12 20 34 三 循环流化床锅炉 重点掌握原理 特点与结构 2019 12 20 35 第三节燃油的燃烧 理解要点 一 液态燃料的燃烧过程及特点1 液态燃料的燃烧方式分为 预蒸发型和喷雾型 2 燃油的雾化原理以及影响雾化质量的因素 雾化原理是通过喷嘴将燃油破碎为细小的颗粒 影响燃油雾化质量的主要因素有油温 雾化剂的压力和流量 油压 油烧嘴结构等 2019 12 20 36 一 液态燃料的燃烧过程及特点3 燃油的配风原理和一次风 二次风的作用配风 必须有根部风 油雾 空气早期混合要强烈 应有一个大小和位置都适当的回流区 后期混合要强烈 一次风 一次风起根部风作用 并在着火前与油雾混合均匀 其中 一次风应是旋转射流 以产生一个适当的回流区 保持火焰的稳定 二次风 二次风可以是直流的 或者为了控制火焰的形状 可有一个不大的旋流强度 这样既有利于早期混合 又由于直流气流的衰减比较慢 有利于后期混合 2019 12 20 37 一 液态燃料的燃烧过程及特点4 乳化燃烧常用的三种方法机械法 气动法 超声波法 二 燃油锅炉及燃油燃烧器的相关概念1 燃油锅炉的结构六种型式 干背式二回程锅壳式锅炉 干背式三回程锅壳式锅炉 干背式四回程锅壳式锅炉 半湿背式三回程锅壳式锅炉 湿背式中心回焰二回程锅壳式锅炉和湿背式三回程锅壳式锅炉 2019 12 20 38 二 燃油锅炉及燃油燃烧器的相关概念2 燃油燃烧器的分类燃油燃烧器一般按照其喷嘴形式或者配风方式来分类 按喷嘴形式分类方式见教材255页图6 3 2 2019 12 20 39 三 燃油燃烧器 1 回油管 2 进油管 3 点火设备 4 圆形调风门 5 二次风叶轮 6 稳焰器 2019 12 20 40 一 喷油嘴机械雾化喷油嘴气流雾化喷油嘴联合雾化喷油嘴 二 配风器旋流式配风器直流式配风器 2019 12 20 41 第四节气态燃料的燃烧 一 气态燃料的燃烧1 气态燃料的燃烧优点2 扩散式燃烧3 完全预混式燃烧4 部分预混式燃烧二 燃烧计算 掌握重点 一 完全燃烧时的燃烧计算 2019 12 20 42 1 理论空气量 实际空气量和空气系数 掌握重点 式中 理论空气量 干空气 干燃气 单位为立方米每立方米 燃气中各种可燃组分的体积分数 燃气中氧的体积分数 气态燃料燃烧所需的实际空气量与空气系数的计算 参照煤的燃烧所需的实际空气量与空气系数计算方法进行 2019 12 20 43 2 理论烟气量 掌握重点 m3 m3 3 实际烟气容积 1时 及烟气焓 m3 m3 烟气焓的计算参照煤的烟气焓的计算 2019 12 20 44 二 不完全燃烧时的燃烧计算 掌握重点 由给定的燃料特性系数 则可以确定 气态燃料的燃料特性系数计算公式 2019 12 20 45 二 不完全燃烧时的燃烧计算 掌握重点 不完全燃烧时 空气系数为 2019 12 20 46 三 燃气设备 一 燃气锅炉 二 燃气燃烧器1