《锅炉原理》第二章-第一节

锅炉原理与设备电力学院赵鹏飞其次章燃料21.定义一燃料概述为了取得热量而使之燃烧的工质德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫

锅炉设计：炉型、整体构造与布置锅炉运行：稳定性、结渣、积灰等辅机选型2.重要性33.分类燃料概述天然人工固体燃料煤、木柴焦炭、木炭液体燃料原油汽油、煤油气体燃料天然气高炉煤气分类1：物态和获得方法动力燃料工艺燃料分类2：用途41.固体燃料生物质原煤页岩煤矸石自然锅炉用燃料煤粉焦炭型煤人工垃圾污泥人工？

自然？52.液体燃料原油自然锅炉用燃料柴油重油人工水煤浆液体？

固体？

燃油锅炉少燃油锅炉少燃油锅炉燃料油点火低负荷稳燃63.气体燃料自然气煤层气自然其次节锅炉用燃料高炉煤气焦炉煤气发生炉煤气水煤气液化石油气人工燃气锅炉少燃料气生活点火燃气轮机窑炉还原介质燃料

核燃料有机燃料（主要成分：碳、氢、硫、氧、氮、水份、灰份）

固体燃料液体燃料气体燃料天然

木材、煤、油页岩人工

焦炭、煤砖、煤粉天然石油人工

汽油、煤油、重油、渣油、酒精天然

天然气人工

高炉煤气、发生炉煤气、炼焦炉煤气、地下气化煤气二我国燃料状况储量丰富煤已探明储量：7800亿吨，居世界第三位石油： 116亿吨，居世界第八位自然气： 少 居世界第十六位 经济可采储量俄罗斯2440亿吨美国2405亿吨中国1145亿吨澳大利亚909亿吨煤石油天然气2334066三种主要化石能源可应用年限估量我国燃料状况进展快速燃料总产量〔折合亿吨标准煤〕年19501960197019801990年产量0.213610我国燃料状况能源消费以煤为主能源构成的百分比煤石油天然气水力核能中国7419241世界30441862我国燃料状况燃料供给相对缺乏人均消费能源低1995年，中国发电业装机容量2亿千瓦，发电量1万亿千瓦时，居世界第4位，但人均发电量仅为世界的1/31989年，世界人均煤炭储量312.7吨，中国234.4吨，同期苏联为1045吨，美国为1846吨设备效率低，燃烧效率太低我国能源政策1979年，国家提出能源政策开发与节省并重，近期把节省放在优先地位。至今未变优质燃料做化工产品低品质煤直接燃烧13第三节煤的成分元素分析的意义◆计算发热量

◆燃烧所需空气量

◆计算燃烧产物组成可燃元素不行燃元素内部杂质O、N外部杂质M〔内、外〕、AC、H、S元素分析元素分析煤的成分：C、H、O、N、S、A、M1.碳(C)a.含量:50~90%.是主要可燃元素,含量多少与地质年龄有关.煤的地质年月越长远，碳化程度越深，含碳越多，无烟煤占90%无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤、泥煤

b.形式: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。c.对运行的影响:含碳高的煤不易着火.d.发热量:32700kj/kg.

2.氢(H)a.含量:3~6%随地质年龄上升而降低.b.形式:与氧结合生成水,或成为有机物.c.运行:含量越高,越简洁燃烧.d.发热量:120×103kj/kg.3.硫(S)a.含量:一般为<1~1.5%.无烟煤、贫煤、劣质烟煤可达3~8%b.形式:有机硫〔与C、H、O等结合成简单的有机物〕黄铁矿〔FeS2〕硫酸盐硫〔CaSO4、MgSO4、FeSO4等〕。c.运行:SOx腐蚀设备,含有氧化硫的烟对人畜有害.对水冷壁、过热器的腐蚀,对空气预热器的低温腐蚀.当金属壁温低于酸露点温度时会在金属壁上分散成硫酸腐蚀金属.黄铁矿加速磨损，简洁结渣d.发热量:低,9040kj/kg可燃硫或挥发硫4.氧(O)和氮(N)

氧〔Oxygen〕氧是不行燃元素，在燃料中已和碳、氢化合，使其可燃成分相对削减固体燃料的含氧量随碳化程度的加深会较少，无烟煤含氧量1%~2%，其他煤的含氧量10%左右氮〔Nitrogen〕通常状况下不行燃，条件满足时可生成NOx，但生成量很少，一般认为是不行燃元素煤中含量很少，一般0.5%~2.5%能造成空气污染，须严格掌握其生成5.灰份-燃料完全燃烧后形成的固态剩余物的统称不行燃，属于矿物杂质，主要由SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3等氧化物和碱、盐等构成燃料中灰分含量相差很大，油中几乎无灰，煤中灰分通常10%~30%，多者可达50%按灰分的来源可分为内部灰分：生成煤时混入，混合均匀外部灰分：开采、运输时混入，分布不均匀b.运行:使燃料发热量下降,结渣带走显热阻碍可燃物质与氧气的接触.烟气速度高时会引起飞灰对受热面的磨损.烟气速度低时会引起积灰.

灰分是影响燃煤质量的主要成分.6.水分(W)a.含量:2~50%内部水分〔固有水分〕105~110℃外部水分〔外表水分〕45~50℃化合水分〔结晶水〕灰分的一局部瓷土Ａｌ２Ｏ３．２ＳｉＯ２．２Ｈ２Ｏb.运行:燃料的发热量着火、燃烧过程吸取大量热量，降低燃烧温度排烟热损失受热面腐蚀堵灰制粉、枯燥和运输20工业分析的意义◆估算发热量◆煤根本性质可燃成分不行燃成分灰分水分挥发分固定碳工业分析＋焦炭第三节煤的成分工业分析211、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，使之枯燥至衡重，其失去的水分为全水分。外在水分〔Mf〕：又称为外表水分，是附着于煤粒外表的外来水分，可以通过自然枯燥方法除去。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。2、挥发分〔V〕将失去水分的煤样置于隔绝空气的环境中，加热至肯定温度时，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。作用：不是固有形式存在，热解后产物；受煤种、加热时间和加热温度的影响；挥发分多，着火简洁3、固定碳〔FC〕和灰分〔A〕原煤试样除去水分、析出挥发分后，剩余局部称为焦炭，由固定碳〔FC〕和灰分〔A〕组成。测试方法：把焦炭放在箱行电炉内，在〔850±10〕0C的温度下灼烧2h，固定碳根本燃尽，剩余的局部为灰分。焦炭作用：煤粉燃烧重要阶段；煤炭分类；焦炭对燃烧炉的影响§2-2燃料的成分分析根底与换算一.燃料的成分分析根底煤中水分和灰分的含量会随外界条件而变化，其他成分的百重量也随之变化，所以，在说明煤中各种成分的百分含量时，必需同时注明百分数的基准，常用的基准有以下四种：常用分析基准：收到基(asreceived)、空气枯燥基(airdry)、枯燥基(dry)、枯燥无灰基(dryandashfree)。1.收到基收到基〔ar〕以收到煤为基准计算煤中的全部成分组成〔作锅炉热力计算时承受，原煤水分也用收到基表示〕2.空气枯燥基空气枯燥基〔ad〕以与空气温度到达平衡状态的煤为基准，即供分析化验的煤样在试验室肯定温度条件下，自然枯燥失去外在水分，其余的成分组合便是空气枯燥基。不同煤种的水分常用Mad表示,可排解开采,运输和储存等对煤的水分含量的影响.3.枯燥基枯燥基〔d〕以假想无水状态的煤为基准用Ad来表示不同煤的灰分大小,可准确地反映出煤的灰分杂质含量,而不受水分变化的影响.4.枯燥无灰基枯燥无灰基〔daf〕以假想无水、无灰状态的煤为基准可燃基常用来表示煤的有机物中各种元素的成分和煤的挥发分(用Vdaf表示.)29收到基〔应用基、工作基〕Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%煤的元素分析成分计算基准〔计算条件：４种〕空气枯燥基〔分析基〕Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%枯燥基Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%枯燥无灰基〔可燃基〕Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%炉前煤自然枯燥去除全部水分去除全部水分灰分30新旧基准的比照收到基ar，asreceived应用基y空气干燥基ad，airdry分析基f干燥基d，dry干燥基g干燥无灰基daf，dryashfree可燃基r31收到基〔ar〕〔原应用基y〕以入炉煤〔包括煤的全部成分〕为基准空气枯燥基〔ad〕〔原分析基f〕以风干状态煤〔除外部水分〕为基准枯燥基〔d〕〔原枯燥基g〕以去掉全部水分煤为基准枯燥无灰基〔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的成分计算基准3、不同成分基准之间的换算换算依据：质量平衡以收到基与枯燥基之间的换算为例：得：33各种基准之间的换算原则：质量守恒换算：收到基，求枯燥无灰基设收到基煤的质量为A，枯燥无灰基煤的质量为B，则A〔Mar/100＋Aar/100〕＝A－BA〔Car/100〕＝B〔Cdaf/100〕Cdaf＝〔100/〔100－Mar－Aar〕〕Car核算：校核100％不同基之间的换算关系(以C元素为例)：收到基，计算空气枯燥基成份：收到基，求枯燥无灰基的成份：1kg收到基：二.燃料分析根底的换算366.元素分析和工业分析的关系以及各种基准的关系元素分析工业分析元素繁科研机构马弗炉加热枯燥易电厂1.某400t/h煤粉炉燃用煤的收到基成分为：Car=47.9%，Har=3.04%，Oar=5.15%，Nar=0.86%，Sar=0.45%，Aar=34.74%，Mar=7.86%，试计算煤的枯燥无灰基元素成分及灰的枯燥基含量。38例题:Mar、Mad,试将空气枯燥基的各种成分换算成收到基。即推导换算系数K。煤的常规特性解：∵同种燃料去除全部水分其枯燥基成分不变∴可以分别用收到基和空气枯燥基表示枯燥基,也就是说用枯燥基将收到基和空气枯燥基联系起来。39例题∴∵即煤的常规特性401.某锅炉燃用煤种的空气枯燥基成分为：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.假设风干水分Mf和空气枯燥基水分Mad，试推导收到基水分Mar的计算式：

3.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％削减到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41第三节煤的发热量和灰的熔融性〔1〕定义单位质量的燃料完全燃烧时所放出的热量。1.煤的发热量〔2〕高位发热量与低位发热量◆高位发热量：包括烟气中的水蒸汽潜热的发热量

◆低位发热量：不包括……◆换算kJ/kg燃料中的氢〔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：空气枯燥基高位发热量与低位发热量之间的换算：枯燥基高位发热量与低位发热量之间的换算：枯燥无灰基高位发热量与低位发热量之间的换算：43第三节煤的发热量和灰的熔融性〔3〕不同基准发热量间的换算同基准高位和低位发热量间的换算不同基准高位发热量间的换算不同基准低位发热量间的换算Qar，netQdaf，netQar，grQdaf，gr换算系数？同基凹凸位不同基高位44第三节煤的发热量和灰的熔融性〔4〕发热量确实定◆试验氧弹量热计

◆计算〔估算〕kJ/kg按元素成分估算kcal/kg按工业成分估算Vdaf≤10％Vdaf>37％煤的发热量发热量的测定方法氧弹测热计的根本原理：把空气枯燥基煤样置于布满压力氧的氧弹中并使其燃烧，氧弹漂浮于水中，依据水温升计算出煤的枯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。折算水分

折算灰分

折算硫分

Mar,zs>8%

高水分燃料Aar,zs>4%

高灰分燃料Sar,zs>0.2%

高硫分燃料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煤中灰含量灰熔点煤灰再某一确定的温度下开头熔化，此温度定义为煤灰的熔化温度，也称为灰熔点48灰熔点特性成分气氛〔1〕影响因素碱金属氧化物、铁氧化物↓硅、铝氧化物↑硅氧化物/铝氧化物↑→

↓弱复原气氛→↓〔Fe2O3复原FeO〕〔2〕对锅炉的影响◆受热面结渣◆锅炉的经济性、安全性1550℃→1420℃49灰的熔融性〔1〕表示3个特征温度t1变形温度〔DT〕t2软化温度〔ST〕t3流淌温度〔FT〕t2软化温度〔ST〕大于1400℃小于1200℃难结渣煤易结渣煤50第三节煤的发热量和灰的熔融性氧化气氛还原气氛试验测定加热观看阅历公式计算〔2〕测定灰的熔融特性灰熔点对锅炉工作的影响软化温度ST<12023C称为易熔灰，宜承受液态排渣方式；软化温度ST>14000C称犯难熔灰，宜承受固态排渣；软化温度12023C<ST<14000C承受固态排渣；ST－DT<1000C称为短渣，适于固态排渣煤粉炉；ST－DT>2023C称为长渣，适于液态排渣炉。〔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肯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一样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。Kkm<1.2的煤称犯难磨煤，Kkm>1.5的煤称为易磨煤。〔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煤样置于试验用中速磨煤机内，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74μm筛子煤粉质量。

HGI<64的煤称犯难磨煤，HGI>86的煤称为易磨煤。〔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：在肯定的试验条件下，某种煤每分钟对纯铁的磨损量X与一样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。<2.0,不强；2.0~3.5,较强；3.5~5.0，很强；>5.0，极强。55第三节煤的发热量和灰的熔融性特种分析方法热重分析着火指数炉沉降炉一维燃烧炉热显微镜法重力筛分法比外表积测定热重分析组成：坩埚、加热炉、天平、程序掌握板、数字处理机、记录仪、打印机可完成工作简介热重分析曲线〔TG〕，可求热解，着火温度，燃烧速度mg/min经计算机处理，可得微商热重曲线〔DTG〕TG和DTG曲线热重曲线(TG曲线)微商热重曲线(DTG曲线)着火指数炉是一种炉温可以掌握的测量着火温度的电加热炉。当肯定量的煤粉由空气〔或氧气〕携带流经正在升温的着火指数炉，人们从窗口观看，当觉察火焰时的炉膛温度定义为着火指数。着火指数炉设备简洁，使用便利，功能单一；着火指数与介质和试验标准有关。沉降炉是微量煤粉作一维流淌的电加热热态试验炉，由预热段，反响段构成。给粉量：0.1~100g/min炉内最高温度：可达1600℃功能：煤的热解特性——热解率，热膨胀性煤的燃烧〔着火，燃烧，燃尽〕各种试验煤的化学动力学参数，活化能，反响级数煤的燃烧产物构成成分〔环境爱护〕给粉系统取样温控系统烟气分析仪炉本体配气空压机真空泵水冷一维燃烧炉是煤粉作一维流淌的燃烧试验装置，上部设锥形扩流装置，保持煤粉气流速度近似不变煤粉量：几kg/h~几百kg/h，煤粉一经着火，可依靠自身热量连续燃烧功能：可做着火，燃烧，燃尽各种试验包括以下工程细度；炉温；一次风量，风温；二次风量，风温；添加剂；费用高：每次3~4万元热显微镜法用显微镜观看并拍摄煤灰在加热过程中的形态变化过程试验条件：煤样粒度<0.2mm，压制成3×3×3mm氧气流量250ml/min；升温速度：10℃/min，最高温度可达1750℃。观看煤灰的形态变化，可分为：膨胀型，收缩型，细质型，不变型。重力筛分法利用不同比重的溶剂，将不同比重的煤粉分别出来，以测定煤中矿物质的偏析状况。将500g煤粉放入筛分器，首先用比重为1.7的溶剂混合，搅拌，然后静止分层，上浮的用1.5，下沉的用1.9的溶剂再试。比外表积测量以氦气为载体，以氮气为吸附剂，双气路法。在-196℃时，液氮通过煤粉外表，产生物理吸附，升到20℃时氮脱附，测定氮气量，得出粉末的比外表积。〔m2/g〕无烟煤；S小，加福：S=9.6m2/g褐煤S大，元宝山：S=120m2/g比外表积：单位质量颗粒具有的外表积；或单位体积颗粒具有的外表积灰渣的粘温特性粘温特性定义指灰渣的粘度随温度变化的关系，用以推断结渣倾向灰熔点DT、ST和FT的间隔温度对结渣有影响硅铝比SiO2/Al2O3SiO2/Al2O3小时，SiO2易与Al2O3形成难熔的高岭土Al2O3·SiO2，不易结渣；SiO2/Al2O3大时，SiO2易与CaO·MgO·FeO形成低熔点的共晶体，易结渣。我国煤中，SiO2+Al2O3>60%，熔点较高。结渣温度前苏联常用此法，灰渣在无冷却的外表上〔或已被沉积层掩盖的有冷却的外表上〕开头形成突峰状沉积层的烟气温度，叫结渣温度。当烟气温度高于结渣温度时，在迎火焰方向形成突峰状的沉积层，假设低于结渣温度，形成均匀疏松的沉积层。结渣温度tjz与灰的成分有关系，阅历公式：碱金属多，tjz低，易结渣。67第四节煤的分类1.按原始植物的质料和积聚环境腐植煤〔高等植物遗体在沼泽中形成〕腐泥煤〔低等植物遗体在湖泊等形成〕腐植腐泥煤〔兼高、低等植物在过度区形成〕2.按技术指标分类Vdaf枯燥无灰基挥发分G粘结指数〔成焦的耐磨性〕Y角质层指数〔软化点与固化点距离〕P透光率〔溶于混合酸某波长透光〕68煤的分类〔2〕烟煤●Vdaf≈10~37%，Car≈40~60%，Aar≈7~30%，Mar≈3~18%，Qar,net≈20230~30000kJ/kg●民用、锅炉、气化、炼焦●山西大同、太原古交〔1〕无烟煤〔白煤〕●

Vdaf≤10%，Car≈40~95%，Aar≈5~25%，Mar↓

，

Qar,net

≈25000~32500kJ/kg

，着火困难，不结焦●民用、锅炉、合成气、炭素材料●华北、阳泉、潞城、晋城碳化程度高69煤的分类〔3〕烟煤〔劣质烟煤〕●

Vdaf≈20~30

%，Mar和Aar较高，

Qar,net≈11000~12500kJ/kg

●锅炉●太原西山〔2〕烟煤〔贫煤〕●

Vdaf≈10~20%，着火困难，不结焦●锅炉、气化●太原西山70煤的分类〔3〕褐煤●

Vdaf≥37%，Car≈40~50%，Aar≈6~50%，

Mar≈20~50%

，Qar,net≈10000~21000kJ/kg

●锅炉●东北、西南，储存困难、长距离运输？71煤的分类〔4〕泥煤●

Vdaf≈70%，Car↓，Oar≈30%，Aar≈30~50%，

Mar≈40~50%

，Qar,net≈8000~10000kJ/kg

●锅炉●西南江浙72煤的分类〔6〕煤矸石●

Aar↑，

Qar,net≈

4000~8000kJ/kg

●锅炉劣质燃料●选煤厂●

Vdaf≈70~80%，Aar≈70%，Qar,net≈

6000~11000kJ/kg

●锅炉劣质燃料●东北、广东〔5〕油页岩73煤的分类3.电站锅炉用煤分类收到基低位发热量收到基水分枯燥基灰分枯燥基硫分DTSTFT五大类和十小类参考指标动力煤的特点无烟煤挥发分含量最低，一般Vdaf＜10%，且挥发分析出的温度也较高，因而着火困难燃烬也不简洁，燃烧时没有煤烟，仅有很短的青蓝色火焰，焦碳也没有粘结性。无烟煤的埋藏年月最久，碳化程度最深，因而含碳量高，一般Car＞40%，最高可达95%，而灰分又不大，Aar=6~35%(少量＞30%)，水分也很低Mar＝1~5%，所以发热量都很高，一般为Qnet,ar＝25~32.5MJ/kg动力煤的特点烟煤挥发分含量较高，范围也较宽，一般Vdaf＝20~40%碳化程度较无烟煤浅，含碳量Car＝40~60%，少数可高达75%，一般灰分不大，Aar＝7~30%，但高的可达50%，水分Mar=3~18%，Qnet,ar＝20~30MJ/kg外表呈灰黑色，有光泽，质松软动力煤的特点贫煤挥发分含量较低，Aar=10~20%，着火较困难但不结焦。劣质烟煤挥发分中等，但水分高，灰分更高，因而发热量较低，Vdaf＝20~30％，Mar接近12％、Aar＝40~50%，Qnet,ar=11~12.5MJ/kg动力煤的特点褐煤挥发分含量很高，Vdaf＝40~50%，挥发分的析出温度较低，着火及燃烧均较简洁褐煤的碳化程度次于烟煤，含碳量Car＝40~50%．但水分及灰分很高Mar＝20~50%，Aar＝6~50%发热量低，Qnet,ar＝10~21MJ/kg78煤的分类3.电站锅炉用煤分类大类别小类别分类指标挥发份Vdaf(%)灰分

(%