第二讲锅炉燃烧理论基础

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,库车二期锅炉设备及运行,主讲人：黄丹,主要内容,课题一：电站锅炉基本知识,课题二：,燃料分析及燃烧理论基础,课题三：锅炉燃烧设备及运行,课题四：蒸发设备、蒸汽净化设备及其运行,课题五：过热器与再热器及其运行,课题六：省煤器与空预器及其运行,课题七：锅炉主要辅机及其运行,课题二：燃料分析及燃烧理论基础,一、煤的分析,（一）煤的元素分析,（二）煤的工业分析,（三）煤的成分的折算基准,（四）煤的特性指标及分类,二、煤的燃烧理论,（一）煤的反应及过量空气系数,（二）多相燃烧理论,（三）煤粉气流的燃烧,三、锅炉热平衡,一、煤的分析：元素分析、工业分析。,（一）煤的元素分析,1,、定义：,煤的元素分析,测定煤中所含主要,化学元素（,C,、,H,、,O,、,N,、,S,）,的质量百分数。,2.,组成：,煤的元素分析包括碳（,C,）、氢（,H,）、氧（,O,）,、氮（,N,）、硫（,S,）。,3.,各元素的分析：,（,1,）,C:,煤中最主要、含量最多的可燃物（占可燃物的,40-90%,）。,挥发碳,+,固定碳,少量,C,与,H,、,O,、,S,相结合成挥发性有机化合物。,燃点低,燃点高，不易着火和燃尽。,（,2,）,H,：是煤中发热量最高的物质，但含量较少，一般为,3%-6%,。,（,3,）,O,和,N,：是煤中的不可燃物质，含量也较少。,N,在高温条件下易生成污染大气的,NO,X,，是煤中的有害物质。,（,4,）,S,：有害的可燃物。其燃烧产物,SO,2,、,SO,3,会造成锅炉金属的腐蚀并污染大气。,采用低,NO,X,燃烧器，炉内低,NO,X,燃烧技术，脱硝装置。,采用脱硫装置。,（二）煤的工业分析,1.,定义：,煤的工业分析,在一定的实验条件下的煤样，通过分析得出,水分,、,挥发分,、,固定碳,和,灰分,四种成分的质量百分数。,2.,各成分分析,（,1,）水分,W,：外部水分,+,内部水分,=,全水分,外部水分：附着在煤颗粒表面的水分，在自然干燥下就能除去。,内部水分：吸附在煤颗粒内部毛细孔中的水分。需在,100,以上的温度经过一定时间才能除掉。,水分对锅炉运行的影响：,a.,煤的水分使炉内温度下降，影响燃料着火；,b.,增大排烟热损失；,c.,加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰。,（,2,）,挥发分,a.,定义：,挥发分,V,煤在一定条件下加热时，由于有机物质分析而析出的气体物质。,b.,组成：,c.,挥发分对锅炉运行的影响：,挥发分越高，越容易着火，燃烧速度越快，燃烧时的火焰越长。,挥发分是煤的重要特性，是煤分类的重要依据。,（,3,）灰分：煤完全燃烧后的固体残余物，是煤中的有害成分。,a.,降低煤的发热量；,b.,使煤的着火和燃烧速度减慢；,c.,使受热面积灰、磨损和渣；,d.,污染环境；,f.,增加锅炉热损失。,（,4,）固定碳,固定碳：是煤中以单质状态存在的碳。,焦碳：煤失去水分、挥发分后的剩余部分。,固定碳,=,焦碳,-,灰分,固定碳是煤中的重要成分，固定碳越高，发热量越高。,（三）煤的成分的计算基准,1.,定义：,煤的成分的计算基准,测定煤的成分含量时，煤所处的状态或条件。,2.,种类,（,1,）收到基（应用基）,含有全水分的煤，以下角标,ar,表示。,ar,-as,r,eceived(,收到,)basis,一般，煤的,元素分析,在收到基下测取。,2,）空气干燥基（分析基）,失去外部水分的煤，以下角标,ad,表示。,ad-as,d,ry(,干燥,)basis,空气干燥基,测出的水分为,内部水分,。,（,3,）干燥基,失去全水分的煤，以下角标为,d,。,d-dry basis.,（,4,）干燥无灰基（可燃基）,失去全水分和灰分的煤，以下角标为,daf,.,daf,-dry ash-free basis.,一般，,挥发分,的测定为干燥无灰基。,煤质分析名称,符 号,单 位,设计煤种,校核煤种,1,收到基碳,Car,%,54.07,60.97,收到基氢,Har,%,3.90,4.14,收到基氧,Oar,%,11.99,8.91,收到基氮,Nar,%,0.54,0.91,收到基硫,St,ar,%,0.61,0.48,收到基灰分,Aar,%,18.79,17.09,全水分,Mt,%,10.1,7.5,空气干燥基水分,Mad,%,1.76,2.44,干燥无灰基,挥发份,Vdaf,%,37.54,42.37,低位发热量,Qnet,ar,MJ/kg,20.26,23.56,可磨指数,HGI,57,53,库车二期锅炉设计煤种煤质分析：,以上煤质资料中，设计煤种为俄霍布拉克煤矿煤样，,校核煤种为库车县伟晔矿业公司克孜库坦煤矿煤样。,灰,成,份,分,析,二氧化硅,SiO,2,%,46.46,49.50,三氧化二铝,Al,2,O,3,%,12.89,18.03,三氧化二铁,Fe,2,O,3,%,12.13,8.53,氧化钙,CaO,%,10.13,12.23,氧化镁,MgO,%,1.83,2.01,氧化钾,K,2,O,%,1.60,2.46,氧化钠,Na,2,O,%,2.32,3.71,三氧化硫,SO,3,%,10.76,1.40,氧化钛,TiO,2,%,1.22,1.53,二氧化锰,MnO,2,%,0.016,0.018,（四）煤的特性指标及分类,1.,煤的发热量,定义：,发热量,单位质量的煤完全燃烧所放出的热量，单位,KJ/kg.,高位发热量,Q,gr,煤中可燃元素完全燃烧所放出的热量，包括燃烧产生的水蒸汽凝结所放出的汽化潜热。,低位发热量,Q,net,高位发热量减去水蒸汽的汽化潜热,。（煤在锅炉中燃烧实际所得到的热量）,库车二期煤的低位发热量：,设计煤种：,20.26,MJ/kg,；校核煤种：,23.56,MJ/kg,设计煤种：设计锅炉时用于,确定,锅炉各部分,结构尺寸,，并通过热力计算,给出,锅炉设计,性能,各项,参数,和,保证值,所依据的计算煤种。,校核煤种：设计锅炉时，与设计煤种同时向制造厂提出的一个,(,有的多于一个,),煤种，其某些,煤质指标偏离,设计煤种的数值，要求制造厂,保证,当锅炉燃用该煤种时，能在,额定蒸汽参数下,带锅炉,最大连续出力负荷长期、连续、稳定运行。,锅炉发热量对锅炉运行的影响：,a.,运行中入炉煤发热量升高：,锅炉运行调整：注意入炉,煤量,应相应,减少,，以及,一、二次风量,也相应,减少,。否则，以免因,汽温汽压过高；炉膛温度过高，导致炉膛结渣。,b.,入炉煤的发热量降低（煤质变差）：,锅炉运行调整：注意入,炉煤量,应相应,增加,，,一、二次风量,也相应,增加,。注意加强燃烧监视，必要时投油稳燃，以保证锅炉稳定燃烧、蒸汽参数正常、锅炉正常出力。,2,、标准煤,定义：,标准煤,收到基低位发热量为,29270,MJ/kg,（,7000,千卡,/kg,）的煤。,标准煤耗,生产一度电（,1KW.h,）的电能所耗费的标准煤。,3,、煤的分类,按成煤年代长短，依次分为无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤。,（,1,）无烟煤：,V,daf,10%,，,Q,21MJ/kg,燃烧特性：,（,1,）挥发分低，着火燃烧慢，火焰短，不易燃尽。,（,2,）固定碳多，水分和灰分少，,发热量,高。,（,3,）一般没有,焦结性,。,（,4,）密度大，质坚硬，不易磨碎。,发热量：单位质量的煤完全燃烧时放出的全部热量。,焦结性：煤,干馏,时能炼出强度高的冶金焦炭的性能。,（,2,）贫煤,V,daf,=10-19%,，,Q,18.5MJ/kg,燃烧特性：,（,1,）碳化程度与烟煤接近；,（,2,）燃烧性能接近无烟煤；,（,3,）其它介于无烟煤与烟煤之间。,（,3,）,烟煤,V,daf,=19-40%.,燃烧特性：,（,1,）挥发分高，易着火，燃烧快，火焰较长；,（,2,）发热量较高（含,H,量较高时，发热量高于无烟煤；,（,3,）多数具有焦结性，可用于生产焦炭。,（,4,）质地松脆，易研磨。,库车二期工程煤质为,高挥发份,、,中高灰份,、,常水份的烟煤,，具有易燃尽、易着火、高结渣性等特性。,（,4,）褐煤,V,daf,40%,，,Q,11.5MJ/kg,燃烧特性：,（,1,）挥发分高，着火燃烧快，火焰长；,（,2,）含碳量低，含灰和水分高，发热量低；,（,3,）长期储存时容易自燃。,（,4,）质地松脆，易风化，不利于长途运输和储存。,二、煤的燃烧理论,1,、定义：,（,1,）燃料的燃烧,-,燃料中的可燃物质与空气中的氧化剂进行发热与发光的高速化学反应。,（一）燃烧反应和过量空气系数,1,、燃烧的化学反应,燃料的可燃成分是,C,、,H,、,S,。,（,1,）,C,的燃烧,完全燃烧：,C+O,2,=CO,2,每,1kg,碳完全燃烧需要,1.866m,3,的,O,2,并产生,1.866m,3,的,CO,2,.,不完全燃烧：,2,C+O=2CO,每,1kg,碳完全燃烧需要,0.51.866m,3,的,O,2,并产生,1.866m,3,的,CO,.,(2)H,的燃烧：,2H+O,2,=2H,2,O,每,1kgH,2,完全燃烧需要,5.56m,3,的,O,2,并产生,1,1.1m,3,的,H,2,O,.,(3)S,的燃烧：,S+O,2,=CO,2,每,1kg,碳完全燃烧需要,0.7m,3,的,O,2,并产生,0.7m,3,的,SO,2,.,2,、,理论空气量,（,V,0,）：,1kg,燃料完全燃烧时所需要的最低限度的空气量（空气中的氧无剩余）。,它实质上是,1kg,燃料中的可燃元素,C,、,H,、,S,完全燃烧所需的最小空气量,。,3,、,过量空气系数,（,a,）：实际空气量（,V,K,）与理论空气量（,V,0,）的比值。,a=V,K,/V,0,一般，煤粉炉的炉膛出口处，过量空气系数控制在,1.15-1.25,。,过量空气系数过大，送入的空气量过多，使炉温降低，影响煤粉着火，且造成烟气容积增大，排烟热损失增大；过量空气系数过小，因空气量不足，产生不完全燃烧热损失。,库车二期工程：过剩空气系数炉膛出口,21%,（,1.21,）。,最佳过量空气系数,：燃料燃烧时，使锅炉的燃烧损失（不完全燃烧热损失,+,排烟损失）最小时，所需的过量空气系数。,在运行中，通过仪表可测量,炉膛的含氧量,，以监督炉膛出口处的过量空气系数。,（二）多相燃烧理论,1.,定义,均相燃烧,-,燃料与氧化剂是同一相态。,多相燃烧,-,燃料与氧化剂不是同一相态。,例：煤：挥发分（气）,+O,2,（气）单相燃烧,固定碳（固）,+O,2,（气）多相燃烧,油：碳氢化合物,(,液,),C,m,H,n,(,汽,)+O,2,（气）单相燃烧,气：,C,m,H,n,、,H,2,、,CO,等,+O,2,（气）单相燃烧,2.,多相燃烧的特征,不同相态的物质在相的分界面上发生反应,包括,碳粒外表面,和,内部缝隙表面,。因缝隙小而窄，故反应主要是在,外表面,上进行。,3.,多,相,燃烧的基本反应过程,氧气扩散,空气中的,氧气,向,碳表面,转移和扩散；,氧气被吸附,氧分子靠分子力被,吸附,在碳表面上,化学反应,氧气与碳进行反应,生成物解除吸附,生成的,CO,2,依靠浓度差形成的扩散力，解除吸附，脱离碳粒表面；,生成物扩散,生成的,CO,2,依靠扩散力向外转移和扩散。,其中，和环节的速度较慢，其余环节的速度较快。故碳的燃烧速度，主要受,化学反应速度,和,氧气扩散速度,的影响。,4.,碳粒的燃烧过程,碳粒的燃烧主要包括,2,个过程：,C,O,2,C,O,2,CO,CO,2,一次反应,（燃烧）,CO,2,二次反应,（气化）,CO,扩散,扩散,碳粒,燃烧,扩散过程,化学反应过程,O,2,扩散到,C,表面,CO,、,CO,2,扩散离开,C,表面,5,、影响多相燃烧速度的主要因素,a.,固体反应物的表面积。,煤粉细度越小，单位质量燃煤的表面积越大，燃烧速度越快。,b.,反应物浓度,在燃料着火区，可燃物浓度比较高，而,O,2,浓度较低，保证燃料