燃料及燃烧产物PPT教学课件.ppt

第二章燃料及燃料燃烧计算 燃料 能用来燃烧以取得热量的物质 是锅炉的基本能源 表3 1燃料的分类 1 气体燃料 天然气 液化石油气 沼气 焦炉煤气 高炉煤气及发生炉煤气等 2 1气体燃料和液体燃料 优点 点火容易 易与空气混合达到完全燃烧 调节方便 用途 制取合成氨 炭黑 乙炔等化工产品的原料气 优质的燃料气 2 高炉煤气 炼铁时的副产品 主要成分CO 其余为惰性气体CO2和N2 热值为3360 4200kJ Nm3 沼气 60 CH4 35 CO2 还有少量的H2和CO 热值为14630kJ Nm3 液化石油气 开采和炼制石油过程中而获得的一部分炭氢化合物 主要成分为C3H8 C3H6 C4H10 C4H8 习惯上称C3 C4 热值为91960 121220kJ Nm3 3 炼焦炉煤气 冶金工业炼焦炉的副产品 是煤受热所析出的挥发分 主要成分50 60 H2 20 CH4 其余为少量CO2和N2 热值为15000 20000kJ Nm3 空气煤气 煤在空气不足的条件下燃烧 所生成的CO 主要成分30 CO 56 N2 10 H2 热值小于6000kJ Nm3 发生炉煤气 水煤气 用水蒸汽与炽热的煤反应 可生成水煤气 主要成分40 50 CO 45 55 H2 其余为少量的CO2和N2 热值为8300 10500kJ Nm3 4 锅炉燃用的油主要是重油和柴油 重油 由不同成分的炭氢化合物组成的复杂混合物 由碳 氢 氧 氮 硫 灰份 水分等组成 Car 81 87 Har 11 14 Sar Oar Nar总量约为1 3 Mar 1 3 Aar 1 Qar net p 37 6 42MJ kg 粘度 温度对粘度的影响最大 影响流动和雾化 主要性质 燃点和闪点 鉴别油着火 燃烧性能的重要指标凝固点 凝固点的高低与石蜡的含量有关 含石蜡多的凝固点高硫分和杂质 硫将引起锅炉受热面的腐蚀和积灰 机械杂质可能堵塞磨损喷嘴 液体燃料 5 6 煤是远古植物在地质变化中形成的 因此 它含有一般植物所含的形成有机物的炭 氢 氧 氮 硫等元素 以及灰份和水份等惰性物质 2 2煤的成分及性质 煤的分类 过去煤分类多沿用煤的气化 炼焦 煤化工等分类方法分类 包括褐煤 长焰煤 气煤 肥煤 焦煤 瘦煤 贫煤 不粘煤 无烟煤 根据锅炉设计 运行的经验 发现该法不适于动力用煤的分类 于是按干燥无灰基挥发份的含量分类为无烟煤 贫煤 烟煤 褐煤等种类 7 动力燃料用煤的分类方法 8 C H O N S A M 100 可燃质 惰性质 用百分比表示煤的成份 9 炭 C 是燃料的主要成分 以煤中可燃性成分重量为100 炭占煤成分的50 98 则植物纤维含炭44 55 泥煤含炭50 60 褐煤含炭60 77 无烟煤含炭90 98 1kg炭完全燃烧约可放出热量32700kJ kg 不完全燃烧 生成CO 可放出热量9270kJ kg 氢 H 是燃料中仅次于炭的可燃成分 发热量120370kJ kg 煤中可燃质含氢2 8 重油含氢12 13 炭氢化合物多的燃料易着火 氮 N 主要由成煤植物中蛋白质转化而来 含量1 3 在煤燃烧时氮常呈游离状态逸出 不产生热量 10 氧 O 不能产生热量 形式上为有机成分 实为燃料内部杂质 地质年代高的煤含氧量低 相反则高 硫 S 是煤中可燃成分之一 但也是有害的成分 发热量9100kJ kg 燃烧产物为SO2 SO3气体 煤中硫可以分为有机硫和无机硫 我国煤中大约60 70 的硫为无机硫 30 40 为有机硫 还有磷 P 含量不超过1 和其它稀有元素 如汞 Hg 砷 As 硒 Se 锗 Ge 镓 Ga 铍 Be 锂 Li 钒 V 及放射性元素铀 U 等 一般含量甚微 11 炭 氢 氧 氮四种元素在不同煤中的含量 12 水分 M 外部水分内部水分 煤样置于105 110 的烘箱中使干燥至恒重 失去的水分 化合结晶水分 石膏CaSO4 2H2O 高岭土Al2O3 2SiO2 2H2O 煤中的不可燃成分 降低煤的发热量推迟着火 在燃烧过程中汽化吸热 降低炉膛温度 使着火困难降低锅炉效率易引起低温受热面处发生腐蚀 水分对锅炉运行的影响 13 煤中的水分含量 14 煤中所含的矿物杂质燃烧后的固体残留物 灰分 A 15 煤中的不可燃成分 降低煤的发热量 灰份每增加1 燃料消耗即增加1 使受热面受污染影响传热 导致排烟温度升高 降低热效率使受热面磨损易产生炉内结渣 并会腐蚀金属管壁除灰渣系统任务重 灰分对锅炉运行的影响 16 注 同一煤质 在还原性气氛中要比在非还原性气氛中的熔化温度低 是由于Fe2O3被还原为FeO 形成了低熔点的2FeO SiO2物质 易熔灰 ST1400 C 适于固态排渣炉 17 煤的成分通常用质量百分数表示 由于灰份和水份因外界条件而变化 为了实际应用的需要通常采用如下四种基准 干燥无灰基 dryandashfree 即可燃基 以可燃质的成份作为100 干燥基 dry 以除去水分之外的可燃质和灰份为100 收到基 asreceived 即应用基 以包含水分 灰分和可燃质为100 空干基 airdry 即分析基 煤样在试验室中放置 在室温20 相对湿度60 颗粒 0 2mm 的一般正常条件下 它会失去一些水份 以这种空气干燥过的分析用试样为100 2 3煤的成分基准及换算 18 收到基 Mar Var FCar Aar 100 空干基 Mad Vad FCad Aad 100 干燥基 Md Vd FCd Ad 100 干燥无灰基 Mdaf Vdaf FCdaf Adaf 100 煤的元素分析成份不同基准的表达 收到基 Car Har Oar Nar Sar Aar Mar 100 空干基 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 煤的工业分析成份不同基准的表达 注 一般煤的元素分析 工业分析以及发热量等测定都要求煤的分析基试样 19 不同基之间的换算关系 以C元素为例 已知收到基 计算分析基成份 已知收到基 求干燥无灰基的成份 1kg收到基 20 21 还包括发热量Q 焦渣特性 灰熔点 颗粒度 2 4煤的工业分析和燃烧特性 22 煤在隔绝空气的情况下加热至一定温度时 煤中的部分有机物和矿物质便发生分解 析出的气态产物 实验室测试 900 10 C加热7min 主要成分 H CmHn CO CO2 少量O和N 挥发分开始析出的温度随煤的种类而变化 煤的挥发分 23 挥发份对燃烧的影响 Vdaf高 容易着火和燃烧完全 原因 Vdaf高 难燃的固定炭少 煤炭易于燃烧完全大量挥发分析出并燃烧后 可放出大量的热量 有助于固定炭的着火和燃烧挥发分析出造成煤中孔隙增大 使煤和空气的接触面积增大 加快了煤的燃烧反应速度 不同煤种的挥发分 24 煤受热析出挥发份后余下产物的焦结程度 一般炼焦煤 Vdaf 18 26 的焦结性最大 适于炼焦炭 对层燃炉燃烧的影响 结焦性过强 导致通风不均 难于燃尽 结焦性过弱 易受热而松散 落到炉排下面 而损失掉 焦结性 发电用煤的分类 VAMSST及Q分类方法例如 V4A1M1S2ST1 25 元素分析与工业分析间的关系 26 煤单位质量完全燃烧时所放出的热量 煤的发热量 注 我国在有关的锅炉计算中以低位发热量为准 高位发热量与低位发热量间的换算关系 注 高位发热量之间才能乘换算因子 27 在缺少氧弹测热器的测试数据时 可用下式近似地求出可燃基低位发热量 该式的精确度与煤的折算灰份含量有关 当折算灰份 6 时 误差 630KJ kg当折算灰份 6 时 误差 840KJ kg 氧弹所测发热量换算为分析基低位发热量Qad net p 28 煤的折算成份 科学地比较不同煤种的水份 灰份 硫份 以1兆焦为基准时所含成份的克数 SI 过去以发热1000大卡为标准 折算水份 折算灰份 折算硫份 标准煤 便于比较不同燃煤装置耗煤量或效率 以标准煤为比较基准 假定发热量7000kcal kg 无具体成分 29 杨树大同烟煤元宝山褐煤蔗渣 固体燃料干燥基成份比较 30 O2 20 95 N2 78 09 Ar 0 93 CO2 0 03 工程计算中近似为 O2 21 N2 79 空气性质 标准条件下空气密度1 293kg m3 空气中也含有水蒸汽 一般假定每标准立方米干空气带来0 0161标准立方米的水蒸汽 或者是10g kg干空气 空气容积组成 2 5燃烧所需的理论空气量 31 每1kg燃料中可燃质完全燃烧 且空气中的氧完全用完情况下所需的空气量 V0 因此 1kgC完全燃烧需氧32 12 8 3kg 同理 1kg硫完全燃烧需1kg氧 1kg氢完全燃烧需要8kg氧 理论空气量 32 其中 O2 1 4286kg Nm3 因此 1kg燃料所需氧的容积为 33 在缺少元素分析成份时 可根据燃料的低位发热量近似地估算理论空气量 液体燃料 贫煤及无烟煤 烟煤 劣质烟煤 34 V V0 实际空气量 V 与理论空气量 V0 之比值称为过量空气系数 以 表示 过量空气系数 空燃比 空气质量 燃油质量 空燃比 混合气中的空气与燃料的质量比 如 1kg汽油约需要14 8kg空气 空燃比为14 8 此时称为汽油机的理论混合气 烟道中任一截面处的过量空气系数 35 36 燃料完全燃烧时燃烧产物 CO2 SOx H2O蒸汽 NOx N2和O2 在燃烧不完全时 还会有未燃尽的CO CH4及H2等 一般CH4 H2很少 可忽略 只分析CO即可 2 6燃料燃烧产物 37 一 理论烟气量 理论烟气量 燃料在供给理论空气量的情况 即 下完全燃烧后所产生的烟气量 1kg碳完全燃烧产生Nm3的CO2 碳产生的CO2为 38 1kg硫完全燃烧产生Nm3的CO2 硫产生的SO2为 于是 39 氮气的来源 40 1 燃料中水份带来的水蒸汽容积 2 燃料中氢燃烧生成的水蒸汽容积 3 理论空气量带入的水蒸汽容积 注 一般认为1kg干空气中含有10g水蒸汽 水蒸汽有四个来源 41 于是 蒸汽雾化重油时的理论水蒸汽容积为 当没有蒸汽雾化时 就不考虑最后一项 4 在燃油炉中 当采用蒸汽雾化重油时 则喷入的水蒸汽容积 其中为雾化用蒸汽消耗率 单位为kg kg 42 二 实际烟气量 燃烧是在过量的空气条件 下进行的 于是实际烟气量为 烟气中水蒸汽的总量为 烟气的总体积为 其中 为干烟气的容积 43 三原子气体容积分数和分压力为 水蒸汽容积分数及分压力 烟气中飞灰浓度 kg kg 烟气质量Gy 44 即 从烟气分析知道干烟气中 RO2 CO 的容积百分比 因此干烟气的总体积Vgy为 已知1kg当量炭Kar燃烧后产生22 4 12 1 867Nm3的RO2和CO 三 根据烟气分析结果推算烟气体积 45 已知燃料的水份Mar 氢Har 再计入空气带来的水蒸汽 则可求出水蒸汽的总体积VH2O 于是求出烟气的体积 46 四 根据烟气分析结果推算过量空气系数 已知 V V0 则有 式中N2 1为与过量氧对应的过量氮 该式忽略了燃料中的Nar 现烟气分析中RO2 O2 CO N2 100 CO完全燃烧还要体积为0 5CO的氧 因此过量的氧为O2 0 5 CO 已知空气中氧氮比例为21 79 故与过量氧对应的氮为 已知N2 N2 47 已知N2 100 RO2 O2 CO 代入上式得 无CO时 该式为 48 奥氏烟气分析方法 49 若燃料中Har 0 一部分氧与自由氢化合生成水蒸汽 则 RO2 O2 N2 100 若计入与自由氢结合的氧 则 假如燃料中没有自由氢 只有当量炭 则 RO2 O2 21 RO2 O2 21 在过量空气系数大于1时 燃料完全燃烧 其干烟气成分应为 自由氢 燃料中的氢假定已与燃料中的氧化合 余下的未与氧化合的氢Har Har Har Oar 8 Har 0 125Oar 五 干烟气的成分与燃料元素成分的关系 50 称燃料特性系数 如果燃料完全燃烧而无过量空气时 此时RO2可达最大值 即 RO2 max 21 RO2 max 51 52 理论空气的焓 一 空气焓的计算 实际空气的焓 二 烟气焓的计算 实际烟气焓包括理论烟气焓 过量空气焓和飞灰焓三部分 2 7空气和烟气焓的计算 53 而理论烟气量中含有三种成分 理论烟气焓 烟气中的飞灰焓 烟气中的飞灰焓只有当 才计入 54 55 作业一 1 已知电厂某炉在额定负荷下运行时的煤耗量为60t h 该炉燃煤元素分析成分如下 C