工业锅炉的燃料

2-1 燃料的成分分析和基的转换 2-2 煤的燃烧特性 2-3 煤的分类 2-4 液体燃料 2-5 气体燃料,2018/8/23,第2章 工业锅炉的燃料 本章主要内容,2-1 燃料的成分分析和基的转换,锅炉燃料 燃料种类 气体：天然气；高炉煤气、液化石油气、发生炉煤气、炼焦炉煤气 固体：煤；生物质燃料； 液体：柴油、重油；煤油 锅炉用煤分类(干燥无灰基挥发份，低位热值) 石煤、煤矸石：400011300kJ/kg（9502700）；A50% 褐煤： Vdaf 40%；Q=837014650kJ/kg（20703500） 烟煤： Vdaf =1040% 贫煤： Vdaf 1020%； Q18840kJ/kg（） 无烟煤： Vdaf 10% ；Q2093025120kJ/kg,燃料的成分及其特性 煤 元素分析 碳（C） 燃料的主要可燃质 5095%; 碳越高，热值越高 Q=33704 KJ/Kg（8000kcal/kg）; 碳越高，着火点越高 (约800) 存在形式：氢、氧、氮、硫形成高分子有机化合物 氢（H） 燃料中的可燃元素之一 含氢量：26%，存在于挥发性气体中 热值最高 Q=125600 KJ/Kg（30000kcal/kg）； 着火点低； 碳化程度越低含量越高，易风化，氢并随之降低,2018/8/23,2-1 燃料的成分分析和基的转换,元素分析 氧（O）及氮（N） 不可燃成分，习惯归在可燃成分之内; 使可燃成分相对减少，发热量降低; 氧元素、氮元素占可燃成分的O=135% 、0.32.5%； 氧存在的方式：游离态、化合态； 氮的存在方式：蛋白质（又称为“燃料氮”）燃烧时“氮”NOX：酸雨、致毒、臭氧层破坏。,2-1 燃料的成分分析和基的转换,元素分析 硫（S） 燃料的可燃元素、有害物质，含量=0.18.0%; 完全燃烧 Q=9050 KJ/Kg（2165kcal/kg）; 生成硫化物，易低温腐蚀； 燃烧产物污染环境SOx； 必须脱硫（ SOx ） ； S的存在形式：有机硫+硫铁矿硫挥发硫硫酸盐灰分,2-1 燃料的成分分析和基的转换,灰分(A)：不可燃，煤中的杂质 影响热值（？） 影响燃烧、燃尽（？） 影响燃烧传热（？） 磨损受热面（？） 污染环境（？） 增加设备复杂性 水分(M)： 主要杂质，内水分（什么是内在水？），外水分 （什么是外在水？） 不可燃物质，各种燃料含量不等 吸收炉膛热量，降低炉温、推迟着火 增加排烟体积，带走大量热量，降低锅炉效率 加剧尾部受热面的低温腐蚀 其他元素:P(磷)、As（砷）、F（氟）、Cl（氯）、Pb（铅）、V（钒）,2018/8/23,2-1 燃料的成分分析和基的转换,燃料成分分析数据的基准与换算 燃料成分分析基准 元素分析 收到基：炉前煤斗燃烧计算、热力计算、运行分析空气干燥基：实验室条件20，相对湿度60%，外在水分=0 实验室分析，空气干燥基干燥基：干燥无灰基：判断煤的燃烧特性、煤的分类；煤矿提供,2018/8/23,2-1 燃料的成分分析和基的转换,2-1 燃料的成分分析和基的转换,ar (As received basis)收到基；ad( Air dried basis)空气干燥基也称分析基；d ( Dry basis )干燥基或称干基；daf （Dry-ash- free）干燥无灰基；,各种基准的换算,C,H,N,O,2018/8/23,2-1 燃料的成分分析和基的转换,煤的计算基准的换算 不同基准间的换算公式=K-按原基准计算的某一成分的质量百分数，%-按新基准计算的同一成分的质量百分数， % K 换算系数,2018/8/23,2-1 燃料的成分分析和基的转换,K,不同基准的换算系数,例：已知山西阳泉一号煤的收到基成分为：Car=65.65% ， Har=2.64%，Oar=3.19%，Sar=0.51% ， Nar=0.99% ， Mar=8.00% ， Aar=19.02% ，求此煤的干燥基成分。 解：根据换算表查出换算系数为： 则煤的干燥基成分为：,2018/8/23,2-1 燃料的成分分析和基的转换,若在实验室条件下风干过程中外逸的水分称为收到基风干水分 则燃料的全水分为收到基风干水分 和空气干燥基水分 之和。例：已知山西阳泉无烟煤的干燥无灰基含碳量 =89.96%；干燥基灰分 =20.67%，空气干燥基水分 =1.10%，收到基风干水分 =6.98%, 求该煤的收到基含碳量 。 解：收到基水分为 干燥基换算到收到基的换算系数：,2018/8/23,2-1 燃料的成分分析和基的转换,则煤的收到基灰分： 由可燃基换算到收到基的系数为：煤的收到基含碳量为：,2018/8/23,2-1 燃料的成分分析和基的转换,煤的燃烧特性指：煤的发热量、挥发分、焦结性和灰熔点，是选择锅炉燃烧设备、制定运行操作制度和进行节能减排工作的重要依据。 煤的工业分析 ：煤中的水份分、挥发分、焦炭、灰渣、灰熔点；煤的发热量 定量分析煤的水分、挥发分、焦炭、灰渣对煤燃烧特性的影响（注意：工业分析的条件：使用空气干燥基的煤样）执行标准“煤的工业分析方法GB/T212” 水 分:（Mad） 挥发分:（Vad） CmHn、H2、CO、H2S、O2、N2、CO2 固定碳:（FCad） 灰 分:（Aad）,2018/8/23,2-2 煤的燃烧特性,2-2-1 煤中全水分的分析 煤的全水分析的测定：干燥称重（称准至0.01g）取样（粒度小于6mm，1012g）摊平，开盖干燥箱（已加热到105110，干燥氮气) 烟煤干燥1.5h,褐煤和无烟煤2h。干燥性检查 ：取出称量瓶，盖上盖空气中置5min 放入干燥器，冷却至室温称量干燥性检查连续两次质量减少不超过0.01g或质量有所增加为止。若质量有所增加，应以质量增加钱一次的质量作为计算依据，水分在2%以下，不进行检查性干燥。计算公式： 煤样的收到基全水分，%煤样质量，g 煤样干燥后减轻的质量，g,2018/8/23,2-2 煤的燃烧特性,2-2-2 煤的工业分析 （注意：工业分析的条件：使用空气干燥基的煤样） 水分分析：直径40mm、高25mm，带有严密的磨口盖的称量瓶称取直径小于0.2mm的煤样10.1g，称准至0.0002g,摊平，打开称量瓶干燥箱（已加热到105110，干燥氮气) 烟煤干燥1.5h,褐煤和无烟煤2h。 干燥性检查取出称量瓶，盖上盖空气中置5min 放入干燥器，冷却至室温称量干燥性检查连续两次质量减少不超过0.00010g或质量有所增加为止。水分在2.00%以下不进行检查性干燥。,2-2 煤的燃烧特性,2-2-2 煤的工业分析 灰分分析：已知质量的灰皿（瓷质，长方形，45mm22mm14mm）称取粒度小于0.2mm的空气干燥基煤样10.1g，称准至0.0002g，均匀摊平高温炉加热（30min使炉温升至500，保持30min，继续升温至81510 ，均烧1h ） 取出放在耐热瓷板或石棉板上，在空气中冷却5min 移入干燥器中冷却至室温后称量，进行检查性灼烧，每次20min，直至恒重。灰分低于15%时，不必进行检查性灼烧。灰皿中残留物占原试样质量的百分数为煤样的空气干燥基灰分含量。,2-2 煤的燃烧特性,2-2-2 煤的工业分析 挥发分的测定：煤的挥发分主要由各种碳氢化合物、氢、一氧化碳、硫化氢等可燃气体和少量的氧、二氧化碳及氮等不可燃气体组成。挥发分的大小，代表着煤的碳化程度。一般煤的挥发分随碳化程度加深而减少。年轻的褐煤挥发分 很大，可达40%，成煤年代长的无烟煤， 低至10%以下。不同煤种的挥发分析出温度不相同，与煤的碳化程度有关。碳化程度越浅，挥发分析出的温度越低。当挥发分浓度和温度达到一定时遇到空气立即燃烧，挥发分对燃烧的初始阶段很重要。 挥发分含量高，着火迅速，燃烧稳定，孔隙率大，煤与空气的接触面积大，反应速度快，易于燃烧。挥发分影响炉膛结构和锅炉运行，高挥发分的煤，需要较大炉膛保证完全燃烧，低挥发分的煤，要加强炉排的冷却。,2-2 煤的燃烧特性,2-2-2 煤的工业分析 挥发分的测定：在预先经900 灼烧至恒重的带盖的坩埚中 ，称取粒度小于0.2mm的空气干燥基煤样10.01g，称准至0.0002g，将坩埚轻轻振动，使煤样铺平后加盖放入920 的马弗炉中，关闭炉门，加热7min。从炉中取出坩埚，在空气中稍冷，放入干燥器内冷却至室温后称重，则空气干燥基挥发分含量 ：空气干燥基煤样加热后减轻的质量，g原空气干燥基煤样质量，g空气干燥基水分，%,2-2 煤的燃烧特性,2-2-2 煤的工业分析 焦结性和焦渣特征煤的结焦性是煤粒在隔绝空气加热后能能否生成优质焦炭的性质，是针对焦炭强度和块度是否符合冶金要求而言。工业试验后，挥发分析出后的固体残余物就是焦炭。煤种不同，焦炭的物理性质，外观不同，焦炭的不同焦结形状，称为煤的焦渣特征，按下列规定区分： (1)粉状全部是粉末，没有相互粘着的颗粒。 (2)粘着用手指轻碰即成粉末或基本上是粉末，其中较大的团块轻轻一碰即成粉末 (3)弱粘结用手指轻压即成小块 (4)不熔融粘结用手指用力压才裂成小块，焦渣上表面无光泽，下表面有银白色光泽。,2-2 煤的燃烧特性,2-2-2 煤的工业分析 焦结性和焦渣特征 (5)不膨胀熔融粘结焦渣形成扁平的块，煤粒的界限不易分清，焦渣上表面有明显银白色金属光泽，下表面银白色光泽更明显。 (6)微膨胀熔融粘结用手指压不碎，焦渣上、下表面均有银白色金属光泽，但焦渣表面具有较小的膨胀泡（或小气泡）。 (7) 膨胀熔融粘结焦渣上、下表面均有银白色金属光泽，明显膨胀，但高度不超过15mm。 (8) 强膨胀熔融粘结焦渣上、下表面均有银白色金属光泽，焦渣高度超过15mm。 作为燃料，是煤的重要燃烧特征。层燃炉不选用不粘结或强粘结的煤,2-2 煤的燃烧特性,2-2-3 灰熔点 煤灰的熔融性及其三个特征温度的测定灰熔点易结焦灰衣受热面堵灰堵塞炉排 灰熔点的测定：半还原性气氛难熔灰（t21425）、可熔灰（1200t21425）、 易熔灰（t21200）,原始状态,变形t1,变形t2,软化t2,流动t3,2018/8/23,2-2 煤的燃烧特性,2-2-3 灰熔点 焦煤灰熔融性的影响因素灰渣：造成炉膛结渣、高温对流受热面结渣、水冷壁结渣等煤灰熔融性的影响因素：煤灰的化学组成和煤灰周围高温的环境介质的性质，通常为氧化物，氧化物分为酸性氧化物和碱性氧化物。酸性氧化物有： 和碱性氧化物有： 和,2-2 煤的燃烧特性,2-2-4 煤的发热量 定义 弹筒发热量 高位发热量 低位发热量 换算锅炉设计和计算中，采用低位发热量，但煤的发热量又由弹筒式量热计实测得来，测得是弹筒发热量，因此需要换算。,2-2 煤的燃烧特性,2-2 煤的燃烧特性,Qnet.ar ：Qgr.ar：Qnet.ad ： Qgr.ad：Qnet.d ： net；gr；ar ；ad；d；daf； Qgr.d：Qnet.daf ：Qgv.daf：,2-2 煤的燃烧特性,Qnet.ar ： net低位； grv高位Qgr.ar：ar (As received basis)收到基 Qnet.ad ： ad( Air dried basis)空气干燥基 Qgr.ad： 也称分析基Qnet.d ： d ( Dry basis )干燥基、干基Qgr.d：Qnet.daf ： daf（dry-ash- free）干燥无灰基;Qgv.daf：,弹筒发热量换算成高位发热量公式：分析试样的高位发热量，KJ/Kg分析试样的弹筒发热量，KJ/Kg由弹筒洗液测得的含硫量，%，当含硫量低于4%时，或发热量大于 14600 KJ/Kg时，用全硫代替硝酸生成热的比例系数。 值与 有关，当 16700KJ/Kg时， =0.001；当16700KJ/Kg 25100KJ/Kg时， =0.0012；当 25100KJ/Kg时， =0.0016。,2-2 煤的燃烧特性,空气干燥基高位发热量 换算为收到基高位发热量 公式：分析煤样的高位发热量 换算为收到基煤样的低位发热量（a）(b)（a）式最终温度规定为25 ，（b）式规定为0 。门捷列夫经验公式：我国煤炭科学研究院提出的经验公式：其中K1、K2 、K3 、K4 、K5查表取值,2-2 煤的燃烧特性,例：已知山西阳泉无烟煤的干燥无灰基的低位发热量为 Q net . daf =33714J/g， Car=65.65% ， Har=2.64%，Oar=3.19%，Sar=0.51% ， Nar=0.99% ， Mar=8.00% ， Aar=19.02% ，求该煤的收到基低位发热量，并用门捷列夫和我国煤科研究院经验公式进行校核。解：查表，干燥无灰基低位发热量换算为收到基低位发热量的公式为：门捷列夫经验公式为：,2-2 煤的燃烧特性,实测值与经验公式计算所得误差24404-24482=-78KJ/Kg（ Aar=19.02%25% ,满足实测值与经验公式计算所得误差不超过 600 KJ/Kg的要求）我国煤炭科学研究院的经验公式为：查表得， K1=335、K2 =1114、K3=92 、K4=92 、K5=33.5，则：实测值与我国煤科研究院经验公式计算所得误差为24404-24226=178J/g。,2-2 煤的燃烧特性,以收到基低位发热量为基准的其他概念 标准煤：收到基低位发热量为29270J/g（7000cal）的燃料，称为标准煤。即每29270J的热量可换算成1g的标准煤。 折算成分：规定把相对于每4187J/g（1000cal/g）收到基低位发热量的煤所含水分灰分、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若 8%,称为高水分燃料。 4%，高灰分燃料， 0.2%，称为高硫分燃料。,2-2 煤的燃烧特性,根据煤的煤化程度参数将煤分为褐煤、烟煤和无烟煤，挥发分含量依次降低，含碳量依次升高。工业锅炉行业煤的分类,2-3 煤的分类,褐煤 煤化程度低，干燥无灰基 ，空气干燥基水分 含量高 内部杂质（ ）和外部杂质（ ）多， 约15%35%， 约40%50%，发热量不高，约11.314.7MJ/kg。 含硫量低 含磷量低 灰熔点高 质地松脆，易风化，易自燃，难于储存，不宜远运，属于地方性低质煤。主要分布在内蒙古东部、黑龙江东部和云南东部。,2-3 煤的分类,贫煤 将烟煤八个品种中的贫煤和挥发分相近与贫煤的瘦煤归为一类 ，称为贫煤 贫煤的煤化程度低于无烟煤，其挥发分 10%20%； 与烟煤相比，贫煤没有粘结性或只有微弱的粘结性，炼焦时不结焦； 与烟煤相比，煤较难着火或燃烧，燃烧时火焰短，发热量介于无烟煤和一般烟煤之间。 我国主要产地为贵州水城、江西萍乡、湖南白沙、河南焦作。,2-3 煤的分类,无烟煤 （白煤） 煤化程度最高，其挥发分 10%；碳含量最高，达95%98%，着火相当困难；不易燃尽烧透，燃烧时无烟，只是很短的青蓝色火焰，焦渣呈粉末状，无粘结性； 含碳量高，内部杂质（ ）与外部杂质（ ）很少，发热量比较高，大多 （50006000kcal/kg），但含氢量少，发热量比部分优质煤低；灰黑色，有金属光泽，质地坚硬，不易研磨，常作民用和动力燃料。山西最多，达42%，其次为贵州（30% ）、河南、四川、云南。除上述煤种外，用作工业锅炉的还有泥煤、煤矸石和石煤。,2-3 煤的分类,液体燃料的成分由碳、氢、氧、氮、硫和灰分、水分组成 。也可采用收到基（ar）、空气干燥基（ad）、干燥基（d）和干燥无灰基（daf）进行分析和换算。主要元素成分为碳和氢。液体燃料发热量高且稳定，通常 （9700 10300kcal/kg） 燃料油的性质 黏度：? 闪点、燃点和自燃点:? 凝固点:？ 倾点:？ 比热容:？相对密度:？爆炸极限：？硫分：？安定性：？机械杂质：？残炭：？,2-4 液体燃料,气体燃料的化学成分分为可燃与不可燃两部分:可燃成分有氢气（H2）、甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、乙烯（C2H4）、乙烷（ C2H6 ）、丙烯（C3H6 ）、 丙烷（C3H8）、丁烯（ C4H8 ）、丁烷（ C4H10 ）、戊烯（ C5H10）、戊烷（ C5H12） 、苯（ C6H6 ） 和硫化氢（ H2 S）不可燃成分：氮（N2）、氧（O2）、二氧化碳（CO2）、二氧化硫（ SO2 ） 气体燃料的发热量：1 干气体在标准状态下的发热量按下式计算：式中 分别为气体各组分的体积百分数（%）和它们各自的低位发热值（ ）,2-5 气体燃料,湿气体的低位发热值按下式计算：式中 1 干燃料气体所对应的含水蒸汽量， 标准状态下湿燃气（收到）基高、低发热量之间由下式换算：式中 湿燃气的高、低位发热量，分别为氢、碳氢化合物、硫化氢和水蒸汽在湿燃气中的体积百分数数值。,2-5 气体燃料,标准状态下，湿燃气低位和高位发热量也可由下式换算：或 式中 燃气的相对湿度，%在与燃气相同的温度下水蒸汽的饱和分压力，PaP燃气的绝对压力， Pa 气体燃料中，当硫和水分较多时，要进行脱硫和脱水处理。,2-5 气体燃料,气体燃料的分类 天然气 气井气 油田伴生气 矿井气 页岩气 人工燃气：炼焦煤气；高炉煤气；发生炉煤气；高压气化气；油制气；液化石油气；地下气化燃气,2-5 气体燃料,