第二章 燃料及燃料燃烧计算.ppt

1 第二章燃料及燃料燃烧计算 燃料的成分及其主要特性燃料燃烧计算烟气分析方法空气和烟气焓的计算 2 2 1燃料的成分及其主要特性 电厂锅炉以煤为主要燃料 并尽量利用水分和灰分含量高 发热量低的劣质煤 3 一 煤的成分及分析基准 元素分析 碳 C 氢 H 氧 O 氮 N 硫 S 工业分析 固定碳 FC 挥发分 V 水分 M 灰分 A 一 煤的组成成分及其性质由碳 C 氢 H 氧 O 氮 N 硫 S 水分 M 和灰分 A 组成 4 一 煤的成分及分析基准 1 碳 C 约占20 70 收到基 1kg碳完全燃烧约放出32866kJ热量 存在型式 与氢 氧 硫结合成有机物 受热时从煤中析出成为挥发分 以单质形式存在称为固定碳 碳含量越多 着火及燃烧越困难 5 一 煤的成分及分析基准 2 氢 H 发热量最高的可燃元素 1kg氢完全燃烧可放出120370kJ热量 约占2 6 多以碳氢化合物的形式存在 3 氧 O 和氮 N 不可燃元素 氧含量变化很大 少的约占1 2 多的占40 氮的含量约占0 5 2 5 6 一 煤的成分及分析基准 4 硫 S 有害成分 约占2 个别高达8 10 存在形式 有机硫 与C H O等结合成复杂的有机物 黄铁矿 FeS2 硫酸盐硫 CaSO4 MgSO4 FeSO4等 7 一 煤的成分及分析基准 5 灰分 A 危害 1 灰分增多 可燃物减少 发热量降低 着火困难 灰渣量增加 运行操作繁重 2 灰分增加 炉内易结渣 传热恶化 3 灰分增加 烟速高 磨损受热面 烟速低 受热面易积灰 影响传热效果 8 一 煤的成分及分析基准 6 水分 M 煤中的不可燃杂质 少的占2 多的占50 60 危害 1 水分增加 可燃成分相对减少 煤的发热量降低 燃烧困难 容易燃烧不完全 2 水分吸热变成水蒸汽排出 增加烟气量 使引风机电耗增加 排烟损失加大 3 易产生积灰 腐蚀 9 一 煤的成分及分析基准 二 煤的工业分析煤的工业分析 水分 挥发分 固定碳和灰分 1 水分 M 全水分 实际应用状态下煤中所含水分 由外在水分 Mf 和内在水分 Minh 组成 测定方法 原煤试样放置于105 1100C 褐煤的相应温度为1450C 的烘箱内约2h 使之干燥至衡重 其失去的水分为全水分 10 外在水分 Mf 又称为表面水分 是附着于煤粒表面的外来水分 可以通过自然干燥方法除去 测定方法 原煤试样在温度为20 10C 相对湿度为 65 1 的空气中自然风干后失去的水分 内在水分 Minh 又称固有水分 指原煤失去外在水分之后所剩余的水分 一 煤的成分及分析基准 11 一 煤的成分及分析基准 2 挥发分 V 将失去水分的煤样置于隔绝空气的环境中 加热至一定温度时 煤中的有机质分解而析出的气体 成分 碳氢化合物 CmHn 氢 H2 一氧化碳 CO 硫化氢 H2S 和氧 O2 二氧化碳 C2O 氮 N 等 测定方法 失去水分的煤样 在 900 10 0C的温度下 隔绝空气加热7分钟 试样失去的质量占总质量的百分数 12 一 煤的成分及分析基准 3 固定碳 FC 和灰分 A 原煤试样除去水分 析出挥发分后 剩余部分称为焦炭 由固定碳 FC 和灰分 A 组成 灰分测定 把焦炭放在箱行电炉内 在 850 10 0C的温度下灼烧2h 固定碳基本燃尽 剩余的部分为灰分 13 一 煤的成分及分析基准 三 煤的成分分析基准及其换算常用分析基准 收到基 asreceived 空气干燥基 airdry 干燥基 dry 干燥无灰基 dryandashfree 收到基 ar 以收到煤为基准计算煤中的全部成分组成 14 一 煤的成分及分析基准 干燥基 d 以假想无水状态的煤为基准 空气干燥基 ad 以与空气温度达到平衡状态的煤为基准 即供分析化验的煤样在实验室一定温度条件下 自然干燥失去外在水分 其余的成分组合便是空气干燥基 15 一 煤的成分及分析基准 干燥无灰基 daf 以假想无水 无灰状态的煤为基准 不同基准之间的换算公式 16 一 煤的成分及分析基准 表2 1不同基准的换算系数K 17 二 煤的主要特性 主要特性包括煤的发热量 灰分熔融特性和煤的可磨性 高位发热量 Qar gr 1kg煤完全燃烧所放出的热量 包括燃烧产物中的水蒸汽凝结成水所放出的汽化潜热 用Qar gr表示 低位发热量 Qar net p 烟气中的水蒸汽一般不会凝结 凝结热无法利用 使实际发热量降低 不包括燃烧产物中的水蒸汽凝结成水所放出的汽化潜热 用Qar net p表示 一 煤的发热量单位质量的煤完全燃烧时所释放的热量 18 一 煤的发热量 收到基高位发热量与低位发热量之间的换算 空气干燥基高位发热量与低位发热量之间的换算 干燥基高位发热量与低位发热量之间的换算 干燥无灰基高位发热量与低位发热量之间的换算 19 一 煤的发热量 高位发热量 Qgr 各基准间的换算采用表2 1换算系数 低位发热量 Qnet 各基准间的换算分三步进行已知基准的Qnet 已知基准的Qgr已知基准的Qgr 所求基准的Qgr 采用上述换算系数 所求基准的Qgr 所求基准的Qnet 20 一 煤的发热量 发热量的测定方法氧弹测热计的基本原理 把空气干燥基煤样置于充满压力氧的氧弹中并使其燃烧 氧弹沉没于水中 根据水温升计算出煤的干燥基定容高位发热量Qar gr 换算为低位发热量 硫 氮氧化物的生成热及溶于水的溶解热 21 一 煤的发热量 标准煤收到基低位发热量为29310kJ kg的燃料为标准煤标准煤耗量 折算成分把相对于每4190kJ kg收到基低位发热量的煤所含的收到基水分 灰分和硫分 分别称为折算水分 折算灰分和折算硫分 22 二 灰的熔融特性 灰熔点的影响因素灰的成分各成分含量的比例所处的环境介质的性质 灰熔点煤灰再某一确定的温度下开始熔化 此温度定义为煤灰的熔化温度 也称为灰熔点 23 二 灰的熔融特性 灰的熔融特性煤灰在一定的高温区间内逐渐熔化的性质角锥法确定灰的变形温度DT deformationtemperature 灰的软化温度ST softeningtemperature 灰的流动温度FT flowingtemperature 24 二 灰的熔融特性 灰熔点对锅炉工作的影响软化温度ST14000C称为难熔灰 宜采用固态排渣 软化温度12000C2000C称为长渣 适于液态排渣炉 25 三 煤的可磨性指数与磨损指数 煤的可磨性指数用来表示磨煤机将煤磨成一定细度煤粉的难易程度 前苏联法 Kkm 在风干状态下 将等量的标准样煤和被测试煤由相同的初始粒度磨制成同一规格的细煤粉时 所消耗的能量之比 即 Eb 磨制标准煤样消耗的能量 Es 磨制被测试煤消耗的能量 Kkm1 5的煤称为易磨煤 26 三 煤的可磨性指数与磨损指数 哈得罗法 HGI 将规定粒度的50g煤样置于实验用中速磨煤机内 磨制约3min后取出筛分 HGI 哈氏可磨性指数 D74 50g煤中通过孔径为74 m筛子煤粉质量 HGI86的煤称为易磨煤 27 三 煤的可磨性指数与磨损指数 Kkm与HGI的换算关系 煤的磨损指数 Ke 煤在磨制过程中 对磨煤机金属碾磨部件磨损的轻重程度 冲击式磨损试验装置 在一定的试验条件下 某种煤每分钟对纯铁的磨损量X与相同条件下标准煤每分钟对纯铁的磨损量的比值 标准煤每分钟能使纯铁磨损10mg 5 0 极强 28 三 发电用煤的分类 一 发电厂用煤的质量标准 分类根据干燥无灰基中挥发分的含量 无烟煤 Vdaf 10 贫煤 10 Vdaf 20 烟煤 20 Vdaf 40 褐煤 Vdaf 40 为反映煤的燃烧特性 电厂煤粉锅炉用煤还以VAMST及Q法分类 29 二 各类煤质的燃烧特性 无烟煤碳化程度高 含碳量很高达95 发热量很高 挥发份很少小于10 Vdaf析出的温度较高 着火和燃尽均较困难 储存时不易自燃 杂质很少 水分少 贫煤挥发分含量低Vdaf在10 20 碳含量高50 70 不容易着火 燃烧不易结焦 30 二 各类煤质的燃烧特性 烟煤含碳量较无烟煤低40 70 挥发分含量较多20 40 易点燃 燃烧快 火焰长 氢含量较高发热量较高 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 挥发分含量高约40 50 甚至60 挥发分的析出温度低 着火及燃烧均较容易 31 2 2燃料燃烧计算 基本假设 1 空气 烟气均为理想气体 每kmol体积等于22 4Nm3 2 空气中只有O2和N2成分 其容积比为 3 每kg燃料都是在完全燃烧的条件下计算 32 一 燃烧所需空气量及过量空气系数 理论空气量1kg 或1Nm3 收到基燃料完全燃烧而又没有剩余氧存在时所需要的空气量 称为理论空气量 用符号V0表示 单位Nm3 kg 或Nm3 Nm3 碳完全燃烧 C O2 CO212kg22 4Nm322 4Nm31kg1 866Nm31 866Nm3 1kg收到基燃料 33 一 燃烧所需空气量及过量空气系数 氢完全燃烧 2H2 O2 2H2O4 032kg22 4Nm344 8Nm31kg5 56Nm311 1Nm3 1kg收到基燃料 34 硫完全燃烧 S O2 SO232kg22 4Nm322 4Nm31kg0 7Nm30 7Nm3 一 燃烧所需空气量及过量空气系数 1kg收到基燃料 35 一 燃烧所需空气量及过量空气系数 燃料含氧量 理论氧量 1kg燃料 36 理论空气量 一 燃烧所需空气量及过量空气系数 37 一 燃烧所需空气量及过量空气系数 实际供给空气量及过量空气系数 实际供给空气量Vk 过量空气系数 实际供给空气量与理论空气量之比 Vk V0 或 式中 用于烟气量计算 用于空气量计算 测量位置 炉内过量空气系数 一般是指炉膛出口处的过量空气系数 1 38 一 燃烧所需空气量及过量空气系数 锅炉漏风系数 漏风系数 某一受热面的漏风量 V与理论空气量V0之比 即 V V0 烟道任意截面处的过量空气系数 炉膛出口的过量空气系数加各段烟道的漏风系数之和 即 1 空气预热器进 出口空气侧的过量空气系数 ky ky ky 39 二 燃烧产生的烟气容积计算 理论烟气容积 理论烟气容积 当过量空气系数为1且完全燃烧生成的烟气容积 用符号Vy0 单位Nm3 kg 1kg燃料完全燃烧产生烟气的容积 二氧化碳容积VCO2 二氧化硫容积VSO2 三原子氧化物VRO2 C O2 CO212kg22 4Nm322 4Nm31kg1 866Nm31 866Nm3 40 二 燃烧产生的烟气容积计算 理论氮气容积V0N2包括理论空气量中所含的氮和燃烧时燃料本身释放出的氮 41 理论水蒸汽容积V0H2O 燃料中氢完全燃烧生成的水蒸汽 燃料中水分蒸发形成的水蒸汽 随同理论空气量V0带入的水蒸汽 蒸汽雾化燃油中的雾化蒸汽容积 二 燃烧产生的烟气容积计算 42 二 燃烧产生的烟气容积计算 理论水蒸汽的容积V0H2O 理论干烟气量 理论烟气量 43 二 燃烧产生的烟气容积计算 实际烟气容积 过量空气系数 1 完全燃烧实际烟气容积Vy 包括理论烟气容积和过量空气 1 V0以及随这部分过量空气进来的水蒸汽 44 实际干烟气容积 实际烟气容积 二 燃烧产生的烟气容积计算 45 二 燃烧产生的烟气容积计算 不完全燃烧烟气中的不完全燃烧产物只有CO 实际烟气容积 由于生成CO2和生成CO的总容积不变 所以不论燃烧是否完全 烟气中碳的产物总容积不变 烟气的总容积增加 46 2 3烟气分析方法 烟气分析 烟气分析的原因测量炉膛出口过量空气系数 可知炉膛的空气供给量 测量锅炉排烟的过量空气系数 可确定排烟热损失 测量CO H2和CH4等可燃气体成分 可求得化学不完全燃烧损失 47 烟气分析方法 化学吸收法 电气测量法 红外吸收法及色谱分析法等 奥氏烟气分析仪奥氏烟气分析仪的原理 利用选择性吸收方法来确定烟气中各气体成分的含量 烟气分析 48 一 烟气分析 1 利用氢氧化钾 KOH 溶液吸收RO2 2 利用焦性没食子酸 C6H3 OH3 的碱性溶液吸收O2 同时也吸收RO2 3 利用氯化亚铜的氨溶液Cu NH3 Cl吸收CO 同时也吸收O2 49 一 烟气分析 干烟气的组成可由各组分在烟气中的容积百分数表示 50 二 运行时烟气容积和一氧化碳含量的计算 根据烟气分析结果计算烟气容积 干烟气容积 实际烟气容积 51 二 运行时烟气容积和一氧化碳含量的计算 烟气中一氧化碳含量的计算 燃料特性系数 不完全燃烧方程式 52 二 运行时烟气容积和一氧化碳含量的计算 一氧化碳含量 完全燃烧方程式及RO2最大值 1时 CO 0 当 1时 O2 0 CO 0 53 二 运行时烟气容积和一氧化碳含量的计算 运行时过量空气系数和漏风系数的计算 过量空气系数计算 过量空气系数可根据烟气分析结果加以确定 不完全燃烧时 过量空气中的氧容积 54 二 运行时烟气容积和一氧化碳含量的计算 不完全燃烧时的过量空气系数 完全燃烧时的过量空气系数 55 2 4空气和烟气焓的计算 以1kg 气体燃料以1Nm3 燃料为计算基础 并规定00C时的焓值等于零 一 空气焓的计算 理论空气焓的计算 理论空气焓 1kg燃料燃烧所需理论空气量在定压下从00C加热到tk0C所需要的热量 ck 1Nm3干空气连同水蒸汽 dk 10g kg干空气 的平均定压比热容 56 一 空气焓的计算 实际空气焓的计算 实际空气焓 1kg燃料燃烧所需实际空气量在定压下从00C加热到tk0C所需要的热量 二 燃烧产物焓的计算 燃烧产物焓 1kg燃料燃烧生成的燃烧产物在定压 通常为大气