锅炉原理燃料及燃烧计算

1、 燃料分类燃料分类 在自然界所处的状态：固体（煤）；液体（原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）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）；人工燃料获得方法：天然燃料（未加工）；人工燃料 （木炭、焦炭和石油制品）（木炭、焦炭和石油制品） 用途：工艺燃料（炼焦、锻造和化工，焦结性用途：工艺燃料（炼焦、锻造和化工，焦结性 好，杂质少）；动力燃料好，杂质少）；动力燃料 锅炉燃料锅炉燃料 可燃元素可燃元素 C C（固定碳和挥发分中的（固定碳和挥发分中的C C）、）、H H、 S S（可燃硫（可燃硫 和硫酸盐硫和硫酸盐硫 ） 不可燃元

2、素（内部杂质）不可燃元素（内部杂质） O O、N N 不可燃成分（外部杂质）不可燃成分（外部杂质） M M（内、外）、（内、外）、A A 可燃气体可燃气体 挥发分挥发分 r S ly S 煤的常规特性煤的常规特性 煤中的氢、氧、氮、硫煤中的氢、氧、氮、硫 与部分碳所组成的有机与部分碳所组成的有机 化合物加热后分解化合物加热后分解, ,形成形成 气体挥发出来气体挥发出来 煤的元素煤的元素 分析成分分析成分 碳碳(C)(C)、氢、氢(H)(H)、氧、氧(0)(0)、氮、氮(N)(N)、硫、硫(S) (S) 水分水分(M)(M)、灰分、灰分(A)(A) 煤的工业煤的工业 分析成分分析成分 水分水分(

3、M)(M)、挥发分、挥发分(V)(V)、灰分、灰分(A)(A)、 固定碳固定碳(FC)(FC) 收到基（收到基（arar） （原应用基（原应用基y y） 以入炉煤（包括煤的全部成分）为基以入炉煤（包括煤的全部成分）为基 准准 空气干燥基（空气干燥基（adad）（原分析基）（原分析基f f） 以风干状态煤（除外部水分）为基准以风干状态煤（除外部水分）为基准 干燥基（干燥基（d d） （原干燥基（原干燥基g g） 以去掉全部水分煤为基准以去掉全部水分煤为基准 干燥无灰基（干燥无灰基（dafdaf）（原可燃基）（原可燃基r r） 以去掉全部水分及灰分煤为基准以去掉全部水分及灰分煤为基准 煤的常规特性

4、煤的常规特性 %100 ararararararar AMSNOHC %100 adadadadadadad AMSNOHC %100 dddddd ASNOHC %100 dafdafdafdafdaf SNOHC 例题例题: :已知已知MarMar、Mad,Mad,试将空气干燥基的各种成分试将空气干燥基的各种成分 换算成收到基。即推导换算系数换算成收到基。即推导换算系数K K。 煤的常规特性煤的常规特性 煤的常规特性煤的常规特性 ad ar M M K 100 100 C C CHONSA C M d ar arararararar ar ar 100 100 100 C C CHONSA

5、 C M d ad adadadadadad ad ad 100 100 100 C M C M ar ar ad ad 100100 C M M C ar ar ad ad 100 100 煤的常规特性煤的常规特性 对于水分对于水分: : MMM M arfad f 100 100 不同基准之间的换算公式：不同基准之间的换算公式：X = KXX = KX0 0 式中式中 X X0 0 、 、 X X 某成分原基准及新基准质量某成分原基准及新基准质量 百分比，百分比，% % K K 换算系数（见表换算系数（见表1-11-1） 煤的常规特性煤的常规特性 煤的发热量（煤的发热量（kJ/kg) kJ

6、/kg) 单位质量的煤完全燃烧单位质量的煤完全燃烧 时所释放的热量时所释放的热量 低位发热量（低位发热量（Q Qnet net） ） 高位发热量减去水蒸气凝结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）。中的实际发热量）。 高位发热量高位发热量(Q(Qgr gr) ) 煤的理论发热量。由实验测煤的理论发热量。由实验测 得的弹筒发热量（得的弹筒发热量（Q Qb b）减去硫和氮生成酸的放热量）减去硫和氮生成酸的放热量 校正值确定。校正值确定。 煤的常规特性煤的常规特性 干燥基高、低位发热量之间的换算干燥基高、低

7、位发热量之间的换算 100 9 . d grdnetd H rQQ 收到基高、低位发热量之间的换算收到基高、低位发热量之间的换算 100100 9 . arar grarnetar MH rQQ 煤的常规特性煤的常规特性 高位发热量高位发热量(Q(Qgr gr) )各基准间的换算采用换算 各基准间的换算采用换算 系数系数 低位发热量低位发热量(Q(Qnet net) )各基准间的换算分三步进行 各基准间的换算分三步进行 已知基准的已知基准的 Q Qnet net 已知基准的已知基准的 Q Qgr gr 已知基准的已知基准的 Q Qgr gr 所求基准的所求基准的 Q Qgr gr 所求基准的所

8、求基准的 Q Qgr gr 所求基准的所求基准的 Q Qnet net 煤的常规特性煤的常规特性 折算成分折算成分 相对于每相对于每4190(4187)kJ/kg4190(4187)kJ/kg收到基低位收到基低位 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为折算水分、折算灰分和折算硫分 %8,%4190 . . netar ar zsar Q M M %4,%4190 . . netar ar zsar Q A A %2 . 0,%4190 . . netar ar zsar Q S S 煤的常规特性煤的常规特性 标

9、准煤标准煤 收到基低位发热量为收到基低位发热量为29310 kJ/kg29310 kJ/kg的的 燃料为标准煤燃料为标准煤 标准煤耗量标准煤耗量 式中式中 、 分别为标准煤耗量与实际煤耗量分别为标准煤耗量与实际煤耗量 29310 .netar sb Q BB b B s B 煤的常规特性煤的常规特性 高温下煤灰的熔融性高温下煤灰的熔融性 用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定 变形温度变形温度 DTDT（原（原t t1 1） 软化温度软化温度 STST（原（原t t2 2） 流动温度流动温度 FTFT（原（原t t3 3） 温度间隔温度间隔200-400200-400，称

10、为长渣，称为长渣 温度间隔温度间隔100-200100-200，称为短渣，称为短渣 判断锅炉运行中是否会结渣的主要因素之一。判断锅炉运行中是否会结渣的主要因素之一。 煤的常规特性煤的常规特性 影响因素影响因素 煤灰的化学组成煤灰的化学组成 煤灰中酸性氧化物（煤灰中酸性氧化物（SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3等）使灰熔点提高；等）使灰熔点提高； 碱性氧化物（碱性氧化物（FeFe2 2O O3 3、CaOCaO、MgOMgO等）使灰熔点降低等）使灰熔点降低 煤灰周围高温介质的性质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，灰氧化性介质中，灰熔点较高；弱还原性介质

11、中，灰 熔点较低熔点较低 煤的常规特性煤的常规特性 煤灰的烧结性煤灰的烧结性 灰分在高温对流受热面生成高温烧结性积灰的能力灰分在高温对流受热面生成高温烧结性积灰的能力 影响因素影响因素 煤灰的成分煤灰的成分 煤灰中碱性氧化物（主要是煤灰中碱性氧化物（主要是NaNa2 2O O、K K2 2O O）越多，灰的）越多，灰的 烧结性越强；烟气中烧结性越强；烟气中SO2SO2是生成烧结性积灰的重要条是生成烧结性积灰的重要条 件。件。 熔融性影响炉膛内的运行工况；烧结性影响对流受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。热面，特别是过热器的积灰特性。 煤的常规特性煤的常

12、规特性 挥发分挥发分 V V V V的含量代表了煤的地质年龄，地质年龄越短，煤的碳化程的含量代表了煤的地质年龄，地质年龄越短，煤的碳化程 度越浅度越浅,V,V含量越多含量越多 煤的常规特性对锅炉工作的影响煤的常规特性对锅炉工作的影响 煤的常规特性煤的常规特性 V V含量越多（含量越多（C C含量越少），含量越少），V V中含中含O O量亦多，其中的可燃量亦多，其中的可燃 成分相应减少，这时，煤的热值低成分相应减少，这时，煤的热值低 V V含量越多，煤的着火温度低，易着火燃烧含量越多，煤的着火温度低，易着火燃烧 V V 多，多，V V着火燃烧造成高温，有利于碳的着火、燃烧着火燃烧造成高温，有利于

13、碳的着火、燃烧 V V 多，煤中难燃的固定碳含量少，煤易于燃尽多，煤中难燃的固定碳含量少，煤易于燃尽 水分水分M M、灰分、灰分A A M M、A A 高，煤中可燃成分相对减少，煤的热值低高，煤中可燃成分相对减少，煤的热值低 M M、A A 高，高，M M 蒸发、蒸发、A A熔融均要吸热，炉膛温度降低熔融均要吸热，炉膛温度降低 M M、A A 高，增加着火热或包裹碳粒，使煤着火、燃烧高，增加着火热或包裹碳粒，使煤着火、燃烧 与燃尽困难；与燃尽困难； M M、A A 高，锅炉热损失增加，热效率下降高，锅炉热损失增加，热效率下降 M M、A A 高，过热器易超温高，过热器易超温 M M、A A 高

14、，受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重高，受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重 M M、A A 高，煤粉制备困难或增加能耗高，煤粉制备困难或增加能耗 煤的常规特性煤的常规特性 煤的常规特性对锅炉工作的影响煤的常规特性对锅炉工作的影响 灰熔点（灰熔点（STST） 灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣，危及锅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。炉运行的安全性和经济性。 对于固态排渣炉，对于固态排渣炉， ST 1350 ST6.56.59 921.021.0 贫煤贫煤 低挥发份煤低挥发份煤99191918.518.5 烟煤烟煤 中挥发份煤中挥发份煤 高挥发份煤高

15、挥发份煤 19192727 27274040 16.516.5 15.515.5 褐煤褐煤 超高挥发份超高挥发份 煤煤 404011.511.5 d A ar M d S 大类别大类别 小类别小类别 分分 类类 指指 标标 挥发份挥发份 V Vdaf daf(%) (%) 灰灰 分分 (%)(%) 水水 分分 (%)(%) 硫硫 分分 (%)(%) 发热量发热量 Q Qar,net ar,net (MJ/kg)(MJ/kg) 灰熔融灰熔融 特性特性 ST(ST(0 0C)C) 低质煤低质煤 低发热低发热 量煤量煤 超高灰分煤超高灰分煤 超高水分煤超高水分煤 高硫煤高硫煤 易结渣煤易结渣煤 99

16、 991919 19192727 27274040 4040 4040 4040 4646 4040 1212 33 12.512.5 21.021.0 18.518.5 16.516.5 15.515.5 11.511.5 135011、完全燃烧：、完全燃烧：O O2 2 0 0；CO=0 CO=0 y V 22222 OOHNSOCOy VVVVVV 000 y V10161.0V1V kgNmVV y /,) 1(0161. 1 300 实际烟气量实际烟气量 11、不完全燃烧：、不完全燃烧：O O2 2 0 0；CO CO 0 0 y V OHONSOCOCOy VVVVVVV 2222

17、2 OHgy VV 2 1kg C + 1.866 Nm3 O 1kg C + 1.866 Nm3 O2 2 1.866 Nm3 CO 1.866 Nm3 CO2 2 1kg C + 0.933 Nm3 O 1kg C + 0.933 Nm3 O2 2 1.866 Nm3 CO 1.866 Nm3 CO 100 866. 1 2 ar COCO C VV 三原子气体、水蒸气的容积份额与分压力三原子气体、水蒸气的容积份额与分压力 1)1)容积份额容积份额 2)2)分压力分压力 r V V r V V RO RO gy HO HO gy 2 2 2 2 prp prp RORO H OH O 22

18、 22 飞灰浓度：每千克烟气中的飞灰质量。飞灰浓度：每千克烟气中的飞灰质量。 烟气携带出炉膛的飞灰占总灰分的质量份额。烟气携带出炉膛的飞灰占总灰分的质量份额。 y fh ar m a A 100 fh a 影响锅炉辐射换热的几个参数影响锅炉辐射换热的几个参数 烟气的质量烟气的质量: : m my y=1-Aar/100+(1+d=1-Aar/100+(1+dk k)V)V0 0 =1-Aar/100+(1+0.01)1.293V =1-Aar/100+(1+0.01)1.293V0 0 =1-Aar/100+1.306V =1-Aar/100+1.306V0 0 燃料燃料 灰渣灰渣 炉膛空气炉

19、膛空气 影响锅炉辐射换热的几个参数影响锅炉辐射换热的几个参数 空气和烟气的焓空气和烟气的焓 定压条件下，定压条件下，1kg1kg燃料燃燃料燃 烧所需的空气或生成的烟气在从烧所需的空气或生成的烟气在从0 0（）加热到）加热到 （）时所需要的热量，单位为）时所需要的热量，单位为kJ/kgkJ/kg。 k k cVh 00 理论空气焓理论空气焓 k kk cVhh 00 实际空气焓实际空气焓 OHOHNNROROy cVcVcVh 222222 000 理论烟气焓理论烟气焓 fhkyy hhhh 00 1 实际烟气焓实际烟气焓 h fh ar fh ca A h 100 时才计算64187 . ne

20、tar arfh Q Aa 飞灰焓飞灰焓 烟气的焓值烟气的焓值 取决于燃料种类、过量空气系数取决于燃料种类、过量空气系数 及烟气温度及烟气温度 由（由（ 、）查焓温表可很快确定烟气温度）查焓温表可很快确定烟气温度 ； 由（由（ 、）查表可很快确定烟气焓）查表可很快确定烟气焓 y h y h 焓温表焓温表 对给定的燃料和各受热面前、后的过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。内的烟气焓，制成的烟气焓温表。 ,%100 222 NCOORO ,%100 2 2 gy O V V O ,%

21、100 gy CO V V CO ,%100 2 2 gy N V V N ,%100 2 2 gy RO V V RO 烟气分析是以烟气分析是以1kg1kg燃料燃烧生成的干烟气容积为基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。础，采用奥氏烟气分析仪进行的。 烟气分析可得到烟气分析可得到 在干烟气在干烟气V Vgy gy 中所占的容积百分比中所占的容积百分比 222 NCOORO、 工作原理工作原理: :利用不同的吸利用不同的吸 收剂吸收不同的气体成分收剂吸收不同的气体成分 1 1瓶：氢氧化钾溶液瓶：氢氧化钾溶液 KOHKOHRORO2 2 2 2瓶：焦性没食子酸溶液瓶：焦性

22、没食子酸溶液 C C6 6H H3 3(OH)(OH)3 3O O2 2、RORO2 2 3 3瓶：氯化亚铜氨溶液瓶：氯化亚铜氨溶液 Cu(NHCu(NH3 3) )2 2ClClCOCO、O O2 2 分析步骤分析步骤: :依次吸收依次吸收 为什么分析成分是干烟为什么分析成分是干烟 气成分？气成分？ 在实验压力下水蒸气在实验压力下水蒸气 处于饱和状态处于饱和状态, ,成比例的被成比例的被 吸收吸收 OHgyy 2 VVV 烟气容积烟气容积 kgNm CORO SC V arar gy /, )375. 0(866. 1 3 2 干烟气容积干烟气容积 %100 22 2 gy cosoco V

23、 VVV CORO 21)(605. 0 222 COROOCORO 不完全燃烧方程式不完全燃烧方程式 arar ararar SC NOH 375. 0 038. 0125. 0 35. 2 式中式中 为燃料特性系数，其物理意义：燃料为燃料特性系数，其物理意义：燃料 中的自由氢中的自由氢(H-0.125Oar)(H-0.125Oar)与与C C的比值。的比值。 605. 0 )(21 222 ORORO CO 推导过程推导过程 ,% 1 21 max 2 RO =1 =1、且完全燃烧：、且完全燃烧：CO=0CO=0，O O2 2=0 =0 完全燃烧方程式：完全燃烧方程式： l l、且完全燃烧

24、：、且完全燃烧： CO=0 CO=0 ,% 1 21 2 2 O RO 2 max 2 RO RO 2 21 21 O 过量空气系数过量空气系数 完全燃烧且不计完全燃烧且不计 COORO COO 22 2 100 5 . 0 21 79 1 1 过量空气系数过量空气系数 不完全燃烧不完全燃烧 推导过程推导过程 推导过程推导过程 2 2 2 222 2 2 21.0 0.579.0 1 1 79.0 ,179.079.0 100 8 .0 21.0 0.5 10.510.21 1 1 1 V -1 1 V-V V V V 0000ar0 ar 00 0 0 g g 0 N COO N NNN C

25、OO COO V VV V VVVVV N V N VV VVVV V V V ，得将以上两式代入第一式 得， 则由式比较小，可忽略不计。固体和液体燃料 ，可得由式 COORO COO COORON N COO VVVCONO CONO ，代入上式得 ，代入上式得和，的定义式，解出根据 22 2 222 2 2 22 100 0.5 21 79 1 1 100 0.5 21 79 1 1 , 22 ，得将分子分母都除以 ， 整理得 ，代入上式， ，可知由完全燃烧方程式 则完全燃烧 max 2 22 2 2 2 22222 222 22 2 79 79 21 1 79 79 21 21179 7

26、921 12121 021 10021 79 1 1 0,CO RO RORO RO RO RO ROOROORO ORORO ORO O 2 22 22 max 2 21 21 211 1 21 O ORO RORO RO ，代入上式得由完全燃烧方程式可知 计，则上式变为值相对较小，可忽略不 )5 .0( 21.0 79.0 , 5 .0 21.0 79.0 ,179.01 5 .0121.0 , 100 866.1 100 866.15 .0121.0 2222 222 222 22 2 2 0 0 000 0 , ,0 COONOCOROgy NOCOROgy COONN NN COO

27、coar CO coar O VVVVVVV VVVVV VVVV VVVV VVV C V C VV 得将上式带入 得，带入从上式中解出 则上式可写成 605. 021 375. 0 038. 0125. 0 35. 2 375. 0 038. 0125. 0 35. 2605. 021 222 222 COROOCORO SC NOH CORO SC NOH OCORO arar ararar arar ararar ，则上式可写成令 1. 1. 某锅炉燃用煤种的空气干燥基成分为：某锅炉燃用煤种的空气干燥基成分为： Cad=60.5%Cad=60.5%；Had=4.2%Had=4.2%； Sad=0.8%Sad=0.8%；Aad=25.5%Aad=25.5%；Mad=2.1%Mad=2.1%； 和风干水分和风干水分M Mf f=3.5%=3.5%；试计算上述各种成分的收到基含量。；试计算上述各种成分的收到基含量。 2.2.若已知风干水分若已知风干水分M Mf f和空气干燥基水分和空气干燥基水分MadMad，试推导收到基，试推导收到基 水分水分MarMar的计算式：的计算式： 3. 3. 某种煤收到基含碳量为某种煤收到基含碳量为4141。由于受外界条件的影响，。由于受外界条件的影响， 其收到基水分由其收到基水分由1515减少到减