锅炉及锅炉房设备-02燃料与燃烧计算课件

能源与燃料能源是自然环境中存在的，通过人类开发能够产生各种能量的物质资源，是人类赖以生存的基础和国民经济发展的动力根据能量的利用形式和性质分类燃料能源——以化学能或原子能形式储存于物质中，通过燃烧或原子裂、聚变后释放出热能的自然资源。如化石燃料、草木、沼气、核燃料非燃料能源——以光能、机械能或热能形式存在，可以直接利用的能量资源。如太阳能、水能、风能、地热能第二章燃料与燃烧计算能源与燃料能源是自然环境中存在的，通过人类开发能够产生各种能能源与燃料一次能源——自然界中不需加工，可直接应用的能源。煤、原油、天然气、水能、风能、太阳能等非再生能源——其中矿物燃料和核燃料的生成速度极慢，而消费速度不断增长，最终会枯竭再生能源——在自然界的物质和能量循环中能够重复生产的能源，如水能、风能、海洋能、生物质能、太阳能等，能量的消耗速度可与再生速度持平，经久使用而不会枯竭二次能源——经由一次能源处理和能量形式转换而得到的能源。焦炭、重油、煤气、电力、蒸汽等能源与燃料一次能源——自然界中不需加工，可直接应用的能源。煤

常规能源——在工农业生产和人类生活消费中得到广泛应用的部分煤炭、石油、天然气、水力、核裂变等新能源——其余的部分太阳能、风能、地热能、海洋能、核聚变能等，受到现阶段科学技术水平的限制，尚未大规模开发和广泛使用能源与燃料常规能源——在工农业生产和人类生活消费中得到广泛应用的部分中国化石燃料储量及消费结构项目煤／100Mt石油／100Mt天然气／108m3截至94年底探明可采储量(中国／世界总量）1145／10438.633／13731700／141000探明可采储量在世界的排位3101194年一次能源中化石燃料的消费结构／％）75.015.71.9根据中国化石燃料的储量及开采利用的情况，在相当长的时间内，煤不仅是中国，也是世界上最重要的一次能源中国化石燃料储量及消费结构项目煤／100Mt石油／100Mt第一节燃料的化学成分锅炉常用燃料的组成可燃质——高分子有机化合物惰性质——多种矿物质燃料的化学成分及含量，可通过两种方法测得元素分析法——CHONSAM工业分析法——固定碳Cgd、挥发分V、水分、灰分。广义上还包括煤的发热量、硫分、焦渣特性及灰的熔点测定第一节燃料的化学成分锅炉常用燃料的组成碳(C)氢(H)硫(S)氧(O)氮(N)水分(W)灰分(A)基本成分一、燃料的元素分析成分吸附和凝聚在颗粒内部毛细孔。不易蒸发，105～110℃可烘干机械附着和润湿在燃料颗粒表面及大毛细孔中。易于蒸发外在水分(Mf)内在水分(Minh)对于既定燃料，绝对含量不变随开采、运输、贮存、气候等条件变化碳(C)氢(H)硫(S)氧(O)氮(N)水分(W)灰分(A)碳燃料的主要可燃元素，含量最多纯碳完全燃烧生成CO2，放热32866kJ／kg；不完全燃烧生成CO，放热9270kJ／kg煤的含碳量随煤化程度增高而增加煤的含碳量愈高，其发热量愈高纯碳不易着火煤化程度越高，发热量越高，越不易着火碳燃料的主要可燃元素，含量最多煤化程度越高，发热量越高，越不氢燃料另一重要可燃元素，煤中含量不多，液体含量较高发热量比碳高，约120370kJ／kg容易着火燃烧煤化程度愈高，氢含量愈小燃烧过程容易析出炭黑而冒黑烟、污染大气氢燃料另一重要可燃元素，煤中含量不多，液体含量较高氧、氮不可燃，习惯作为可燃成分，使燃料可燃成分相对减少，发热量降低氧随煤化程度加深而减少煤中氮含量很少，属于有害元素高温条件下，氧化生成NOx，排入大气，破坏生态平衡氧、氮不可燃，习惯作为可燃成分，使燃料可燃成分相对减少，发热硫可燃，发热量不大9050kJ／kg有害元素生成物腐蚀锅炉尾部受热面污染环境硫可燃，发热量不大9050kJ／kg灰分燃料的主要杂质、有害成分，夹杂在燃料中的不可燃矿物质。如灰分含量多：着火燃烧困难容易积灰，如提高烟速加剧受热面磨损污染环境若灰熔点低，炉排和炉内受热面容易结渣，破坏燃烧、恶化传热液体和气体燃料灰分含量少灰分燃料的主要杂质、有害成分，夹杂在燃料中的不可燃矿物质。如水分主要杂质随煤化程度增高而减少煤中哪些元素随煤化程度增高而增加如水分多煤发热量降低汽化吸热导致炉膛温度下降，影响煤着火燃烧增大烟气体积，排烟热损失增加加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰燃料油一般需进行脱水处理水分主要杂质煤中哪些元素随如水分多二、燃料成分分析数据的基准与换算燃料各成分百分数经常变化，提供或应用燃料成分分析数据，须表明其分析基准（计算基数）元素分析和工业分析，常采用四种分析基准燃料的实际应用成分实验室条件下风干后的成分不受水分影响稳定成分，用于判断煤的燃烧特性和分类二、燃料成分分析数据的基准与换算燃料各成分百分数经常变化，提各种基换算已知Cdaf，求Car换算公式x＝Kx0换算基相应成分已知基相应成分换算系数例题自学各种基换算已知Cdaf，求Car换算公式x＝Kx0换算基相第二节煤的燃烧特性发热量挥发分焦结性灰熔点第二节煤的燃烧特性发热量挥发分焦结性灰熔点一、发热量燃料的发热量——单位质量(单位容积)燃料完全燃烧所放出的热量。kJ／kg或kJ／Nm3高位发热量Qgr——每kg燃料完全燃烧后所产生的热量，包括燃料燃烧时所生成的水蒸气的汽化潜热，水蒸气全部凝结成水排烟温度在110～200℃，水蒸气处于蒸汽状态，汽化潜热随烟气带走低位发热量Qnet——从高位发热量中扣除水蒸气的汽化潜热Qnet接近锅炉运行实际情况，在锅炉设计、试验中以此作为计算依据一、发热量燃料的发热量——单位质量(单位容积)燃料完全燃发热量间的换算高低位发热量间关系计算发热量时，各种基Qgr间可用表2-1的换算系数进行换算。而Qnet

必须考虑水分的汽化潜热？对于高位发热量来说，水分只是占据了质量的一定分额而使发热量降低；对于低位发热量，水分不仅占据了质量的一定分额，而且还要吸收汽化潜热发热量间的换算高低位发热量间关系计算发热量时，各种基Qgr间将Qnet,ad换算成Qnet,ar

将Qnet,ad换算成Qnet,ar

锅炉及锅炉房设备_02燃料与燃烧计算课件发热量近似计算取决于燃料中可燃成分的多少。不等于所含各可燃元素的发热量算术和，难以准确计算燃料不是各种成分的机械混合物，而包括极其复杂的化合关系。由氧弹发热量计算门捷列夫公式煤科院发热量近似计算取决于燃料中可燃成分的多少。由氧弹发热量计算门标准煤假想煤，规定其收到基低位发热量为29308kJ／kg标准煤消耗量燃煤实际消耗量标准煤假想煤，规定其收到基低位发热量为29308kJ／kg标二、挥发分失去水分的干燥煤样在隔绝空气下加热至一定温度时，所析出的气态物质其百分数含量即为挥发分由各种碳氢化合物、H2、CO、H2S等可燃气体和少量O2、CO2、N2不可燃气体等组成不是现成状态存在于燃料中，在加热中形成二、挥发分失去水分的干燥煤样在隔绝空气下加热至一定温度时，所挥发分

——煤分类的重要依据之一煤的挥发分大小，大致代表煤的煤化程度一般煤的挥发分随煤化程度加深而减少不同煤种挥发分析出的温度与煤化程度有关煤化程度越浅，挥发分开始析出的温度愈低。130~400℃挥发分含量对燃烧过程的发生和发展有较大影响含量高的煤，着火迅速，燃烧稳定，易于燃烧完全锅炉炉膛结构和锅炉运行方法与挥发分有关高——大炉膛空间低——加强炉排冷却挥发分

——煤分类的重要依据之一煤的挥发分大小，大致代表煤的三、焦结性焦炭煤在隔绝空气加热时，水分蒸发、挥发分析出后的固体残余物煤的焦结性焦炭的性状随煤种变化，呈粉末状、焦块等煤的焦结性对煤在炉内的燃烧过程和燃烧效率有很大影响层燃炉不宜燃用不粘结或强粘结的煤三、焦结性焦炭四、灰熔点灰分焦炭中的可燃物（固定碳）燃尽的残留物灰熔点反映灰分的熔融性。灰分没有固定熔点，只有融化温度范围角锥法测灰熔点一般以软化温度t2作为衡量熔融性主要指标难熔融性，t2>1425℃可熔融性，1200～1425℃易熔融性，t2<1200℃四、灰熔点灰分一般以软化温度t2作为衡量熔融性主要指标第三节煤的分类埋藏在地层深处的古代植物残骸，在地壳压力、地热和隔绝空气等条件作用下，经过几千万年乃至上亿年逐渐碳化而形成的有机生物岩煤化程度逐年加深，所含水分和挥发物随之减少，碳含量相应增大形成各类不同品种的煤，表现出不同的特性按干燥无灰基挥发分（煤化程度）多少，对煤分类第三节煤的分类埋藏在地层深处的古代植物残骸，在地壳压力、地锅炉及锅炉房设备_02燃料与燃烧计算课件锅炉及锅炉房设备_02燃料与燃烧计算课件锅炉及锅炉房设备_02燃料与燃烧计算课件第四节液体燃料一、燃料油及其分类石油经过蒸馏、裂化等一系列加工处理后的部分产品，如汽油、煤油、柴油和重油等利用石油中不同成分具有不同沸点的原理，进行加热蒸馏，将石油分成不同沸点范围（馏程）的蒸馏产物第四节液体燃料一、燃料油及其分类二、燃料油的物理特性特性指标——影响输运、贮存和燃烧使用的正常和安全密度粘度凝固点比热容闪点和燃点爆炸极限二、燃料油的物理特性特性指标——影响输运、贮存和燃烧使用的正1.密度ρ420柴油：0.831~0.862重油：0.94~0.98ρ4t=ρ420-α(t-20)密度越小，含氢量越多，含碳量越小，发热量越高1.密度ρ4202.粘度表征流动性能的特性指标粘度大，流动性差，在管道内输送阻力大，装卸和雾化困难燃料油在t℃时的恩氏粘度

Et

＝τt／τ20

oE换算：运动粘度——恩氏粘度燃料油粘度与其成分、温度、压力有关，温度提高后粘度降低在运输、装卸和燃用时需预热，通常要求喷嘴前油温在100℃以上，粘度不大于4oE200ml试验油在温度为t℃时从恩氏粘度计中流出的时间粘度计常数：200ml、20℃的蒸馏水从同一粘度计中流出的时间（51±1s）2.粘度表征流动性能的特性指标换算：运动粘度——恩氏粘度203.凝点燃料油由液态变为固态时的温度复杂的混合物，没有一定的凝固点：随温度逐渐降低时，变得越来越稠，直到完全丧失流动性测定方法将试样油放在试管中冷却，倾斜450，试管中的油面经过5~10s保持不变时的油温汽油：<-80℃；柴油：-30~-50℃；重油：15~36℃低温下输送凝点高的油时，油管易阻塞不通，应采取加热或防冻措施3.凝点燃料油由液态变为固态时的温度4.比热容1kg燃料油温度升高1℃所需要的热量Ct=1.73+0.002tkJ/(kg.℃)重油在20~100℃时，平均比热容近似为1.8~2.1kJ/(kg.℃)4.比热容1kg燃料油温度升高1℃所需要的热量5.闪点与燃点闪点在温度升高时，油面蒸发的油气增多，当油气和空气的混合物与明火接触时，发生短暂的闪光(一闪即灭)时的油温燃点油温继续升高，当油面上的油气与空气的混合物遇明火能着火持续燃烧(持续时间不少于5s)时的油温燃点高于闪点，重油的闪点为80~130℃，燃点比闪点高10~30℃闪点是防止油发生火灾的一个重要指标，燃料油的预热温度必须低于闪点5.闪点与燃点闪点6.爆炸极限引发爆炸时空气中含有燃料油蒸气的体积分数或浓度爆炸上限、爆炸下限轻质燃料油的爆炸范围较小，重质燃料油的爆炸范围较大，即其爆炸危险性大汽油1.4~8%原油1.7~11.3%6.爆炸极限引发爆炸时空气中含有燃料油蒸气的体积分数或浓度三、锅炉常用燃料油锅炉常用燃料油分柴油、重油柴油一般用于中、小型供热锅炉、生活锅炉以及大型锅炉的点火和稳定燃烧重油大多用于电站锅炉燃料油成分与煤一样，主要元素是碳和氢——清洁型燃料氢含量多——发热量高，易着火燃烧；燃烧后生成大量水蒸气，容易在尾部低温部位凝结，导致低温腐蚀管道运输——便于运行调节、储存、管理灰含量低——不需除渣，受热面很少积灰和磨损三、锅炉常用燃料油锅炉常用燃料油分柴油、重油1.柴油密度较小，黏度小，流动性好，雾化不用预热，可用直接点火方式启动锅炉；含硫量不大，对环境污染小，容易挥发，发生火灾的可能性和危险性大按馏分的组成和用途分轻柴油和重柴油轻柴油运输和使用温度必须高于凝点3~5℃，避免油管堵塞轻柴油优等品一等品合格品100-10-20-35-50按凝点按质量1.柴油密度较小，黏度小，流动性好，雾化不用预热，可用直接点2.重油石油炼制加工工艺中提取轻质馏分后的重质馏分和残渣的总称，燃料油中密度最大的油品重油按0E50分四个牌号：20、60、100、200相应于该油品在80℃时的运动黏度值2.重油石油炼制加工工艺中提取轻质馏分后的重质馏分和残渣的总3.渣油蒸馏塔底的残留物，不经处理直接作为燃料。主要成分为高分子烃类和胶状物质，含硫量相对较高3.渣油蒸馏塔底的残留物，不经处理直接作为燃料。主要成分为高第五节气体燃料天然气体燃料自然界中直接开采和收集的，不需加工即可燃用的气体燃料人工气体燃料以煤、石油或各种有机物为原料，经过各种加工而得到的气体燃料沼气——生物质能源第五节气体燃料天然气体燃料锅炉及锅炉房设备_02燃料与燃烧计算课件第六节燃料的燃烧计算燃料中的可燃元素和氧气在高温条件下进行的剧烈氧化反应过程，同时放出大量的热量。燃烧充分的条件高温环境；充足氧气；氧气与燃料充分混合接触；燃烧产物——烟气和灰及时排走计算目的燃烧所需空气量和生成烟气量，空气和烟气的焓基本假设：空气、烟气均为理想气体，每kmol体积等于22.4Nm3空气中只有O2和N2成分，其容积比为：每kg燃料都是在完全燃烧的条件下计算第六节燃料的燃烧计算燃料中的可燃元素和氧气在高温条件下进行一、燃烧所需空气量计算理论空气量Vk01kg收到基燃料完全燃烧，而又无过剩氧存在时所需的空气量。m3／kg固液体燃料一、燃烧所需空气量计算理论空气量Vk0气体燃料体积分数气体燃料