锅炉燃料及燃烧设备.ppt

第二章锅炉燃料及燃烧设备 第一节煤的成分及主要特性 一 煤的组成特性1 煤的元素分析碳 氢 氧 氮 硫可燃质2 煤的工业分析水分 挥发分 固定碳 灰分 3 煤的成分计算基准收到基Car Har Oar Nar Sar Aar Mar 100 空气干燥基Cad Had Oad Nad Sad Aad Mad 100 干燥基Cd Hd Od Nd Sd Ad 100 干燥无灰基Cdaf Hdaf Odaf Ndaf Sdaf 100 4 煤的计算基准的换算x Kx0 二 煤的发热量 1 定义弹筒发热量高位发热量低位发热量 2 换算3 以收到基低位发热量为基准的其他概念 1 标准煤 2 折算成分折算水分折算灰分折算硫分 三 煤灰的结渣和积灰特性 1 灰的性质变形温度DT软化温度ST流动温度FT短渣长渣 2 煤的粘结性和结焦性煤的粘结性是指煤在隔绝空气受热后能否粘结其本身或惰性物质 即无粘结能力的物质 或焦块的性质 煤的结焦性是指煤粒在隔绝空气受热后能否生成优质焦炭 即焦炭的强度和块度符合冶金焦的要求 的性质 3 煤的耐热性煤块在加热时保持原有粒度的性能 4 反应性和可燃性反应性指煤的反应能力 也就是燃料中的碳与二氧化碳及水蒸汽进行还原反应的能力 可燃性指燃料中的碳与氧发生氧化反应的速度 即燃烧速度 5 煤的可磨性煤研磨成粉的难易程度 第二节液体燃料的性质 1 粘度流体本身阻滞其质点相对滑动的性质称为流体的粘性 2 凝固点燃油由液态凝成固态时的温度叫凝固点 3 闪点 燃点和自燃点当油面上的油气达到一定浓度时 如有火源 则会发出短暂的闪光 此时的油温叫该油的闪点 当油面上的油气与空气的混合物遇明火能着火连续燃烧 持续时间不少于5s时 此时的最低油温为其燃点 4 相对密度将20 时油品与4 时的同体积水的质量比 作为油品的标准相对密度 5 硫分6 爆炸性当燃油蒸气在与空气的混合物中的含量 体积分数 达到某个范围时 遇到明火就会爆炸 这个含量范围就是该燃油的爆炸范围 其最小含量值和最大含量值分别称为爆炸下限和爆炸上限 7 静电特性油是不良导体 它与空气 钢铁 布等摩擦容易产生静电 电荷在油面上积聚能产生很高的电压 一旦放电 就会产生火花 使油发生燃烧甚至爆炸 8 灰分燃油中灰分很少 但含有钒 钠 钾 钙等元素的化合物 钒和钠在燃烧过程中生成钒酸钠 其熔点约为600 在壁温高于610 的过热器受热面上 会生成对各种钢有腐蚀作用的液膜 造成高温腐蚀 9 残碳把重油在隔离动空气的条件下加热时 蒸发出油蒸气后所剩下的一些固体碳素 10 掺混性把不同来源的重油掺混使用时 有时会出现沥青 含蜡物质等固体沉淀物或胶状半凝固体 这样就会造成输送管路的堵塞和停产等严重生产事故 一 煤的燃烧特性1 煤的常规特性及对锅炉工作的影响 挥发分的影响水分的影响灰分的影响灰渣熔融性的影响硫分的影响 第三节煤的着火及燃烧特性 2 碳氢比C H表示煤的燃烧难易程度3 燃料比FC Vdaf表示燃煤着火和燃烧的难易程度4 反应指数T15反应指数T15是指煤样在氧气流中加热 使其温升速度达到15 min时所需要的加热温度 很显然 煤的反应指数愈大 表明这种煤越难着火和燃烧 5 燃烧分布曲线 煤样的燃烧速度随温度变化的关系 6 热解曲线 7 煤的燃尽率曲线 煤燃烧的快慢和燃尽的时间 燃尽率 时间 min 二 煤的着火和燃尽指标 1 着火稳燃性指标着火稳燃性指标用燃料着火稳定性指数Rw来代表 其计算公式如下Rs 560 Ti 650 T1max 0 27W1max式中Ti 着火温度 T1max 最大失重速度时对应的温度 W1max 最大失重速度 mg min 2 燃烬指标燃烬指标用燃烬特性综合判别指数Rf来代表 如下 N 0 55G2 0 0043T2max 0 14 98 0 27 98 3 7Rf 1 N式中 98 98 煤和煤焦烧掉98 时所需时间 min T2max 难燃峰最大反应速度时对应的温度 G2 难燃峰下烧掉的燃料量 mg 三 煤粉气流着火和燃烧 1 煤粉燃烧的特点煤粒的燃烧一般分为四个阶段 1 预热 干燥 吸热 2 挥发分析出 热解 并着火3 燃烧 挥发分 焦炭 4 燃尽 残余焦炭 灰渣 而煤粉的燃烧 四个阶段往往交错进行 挥发分析出几乎延续到煤粉燃烧的最后阶段 甚至是更小的粒子先着火 2 煤粉气流着火和熄火的热力条件 1 着火 由缓慢的氧化状态转变到反应能自动加速到高速燃烧状态的瞬间过程 此时反应系统的温度为着火温度 2 着 熄 火条件分析 以燃烧室内煤粉 空气混合物的燃烧为对象 燃烧时的放热量Q1 根据有关化学反应速度的原理 向周围介质散热量Q2 考虑一个综合了辐射 对流的换热过程 3 不同热力条件下 Q1与Q2的关系 当壁面温度较低时 会达到一个稳定的放热 散热平衡点 交点1 所以 低温下 只会缓慢氧化 不会着火 当壁温提高到一定值 会交于2 3两点 反应初期 向2点靠近 达到2点 不稳定 后只要稍加提高系统温度 反应将自动加速而转变到高速燃烧状态 着火 最后稳定于高温燃烧状态3 2点对应温度即着火温度Tzh 着火热力条件 在一定的放热 散热下 只要系统温度大于着火温度 燃烧反应会自动加速进行 对于高温燃烧下的反应 若散热加大 斜率 到一定程度 交于4 5点 系统温度随之下降达到不稳定的4点 只要温度稍微下降 反应温度会急剧自动下降 直到5点 缓慢氧化状态 稳定 4点对应温度即熄火温度Txh 熄火热力条件 在一定的放热 散热下 只要系统温度小于熄火温度 燃烧反应即会自动中断 3 影响煤粉气流着火的主要因素着火太早 烧喷口 附近结渣 着火推迟 炉膛出口处受热面 的结渣 汽温升高 q4增大 炉膛出口烟温低于灰的变形温度50 100 1 燃料性质VdafMarAdRx 2 散热条件 无烟煤 卫燃带 结渣 3 煤粉气流初温 无烟煤 热风送粉 4 一次风量和风速太大太小均不合适 应控制在一定范围内 5 燃烧器的特性 一 二次风的混合情况 低挥发分煤 适当推迟 6 锅炉负荷负荷降低时 散热量相对增加 使散热曲线向左移限制了煤粉炉不投油稳燃的范围 4 燃烧完全的条件 经济 q3 q4最小 燃烧效率安全 不结渣 不出现膜态沸腾 1 最佳的炉膛出口过量空气系数使q2 q3 q4之和最小 2 适当高的炉温 不产生水冷壁结渣和膜态沸腾根据煤种 采用适当的炉膛截面热负荷 3 有足够的燃烧时间主要取决于炉膛容积 炉膛截面积 炉膛高度及烟气在炉内的流动速度 即与炉膛容积热负荷 炉膛截面热负荷有关 在锅炉设计时要适当选取 在运行中不要超负荷运行 不同煤种 不同的炉膛形状 瘦 胖 4 空气和煤粉的良好挠动和混合燃烧器的结构特性 第四节燃煤的结渣和粘污特性 一 燃煤的结渣机理1 定义结渣是指受热面上熔化了的灰沉积物的积聚 它与因受各种力作用迁移到壁面上的某些灰粒的灰分 熔融温度 粘度及壁面温度有关 多发生在锅炉内辐射受热面上 2 影响结渣的因素煤灰的化学组成煤灰周围高温介质的性质炉膛的设计特性锅炉的运行负荷 3 结渣的危害 影响传热 火焰中心上移 出口烟温升高 为满足出力而加煤 促进结渣出口烟温升高 出口汽温偏高 过热器管壁超温炉内温度场的不均 超温爆管高温腐蚀 管壁变薄 爆管排烟热损失 经济性降低 二 煤灰的结渣和粘污特性 在煤灰锅炉的燃烧过程中 炉内灰沉积一般可分为结渣和沾污 积灰 两种类型 结渣是指软化或熔融的灰粒碰撞在水冷壁和主要受热面上生成的熔渣层 沾污则指煤灰中挥发物质在受热面表面凝结并继续粘结灰粒形成的沉积灰层 一 煤灰结渣性的常规判定准则1 煤灰成分结渣指数 结渣是固体燃料在燃烧放热 传热和运动过程中发生的 它不仅与煤灰的熔化特性 存在气氛有关 还与煤灰本身的物理化学特性有关 目前国内 外判定结渣的指标除ST之外 主要还有下列几项 1 碱酸比B A碱酸比反映了灰分中所含各种金属氧化物在燃烧过程中化合和形成低熔点盐的倾向 碱酸比越高 tST越低 煤的结渣倾向越大 按B A判别结渣范围 2 硅铝比SiO2 Al2O3SiO2 Al2O3提高 tST会明显降低 结渣倾向增加 按硅铝比判别结渣范围 3 硅比GG SiO2 SiO2 CaO MgO 当量Fe2O3 当量Fe2O3 Fe2O3 1 11FeO 1 43Fe在SiO2 Al2O3 1 4时 用硅比G判别结渣倾向较准确 按硅比判别结渣范围 4 铁钙比 煤灰中Fe2O3 CaO的比值称为铁钙比结渣指数 用于表征煤的结渣特性 这是因为铁的化合物熔点不高 在炉内易熔化并形成阻力较小的球状颗粒 在炉内气流作用下容易运动到水冷壁附近而造成结渣 对Fe2O3 CaO MgO 的煤 Fe2O3 CaO3 0时为结渣煤 所以铁钙比越大 结渣的可能性也越大 5 结渣指标Rt和RS 美国常用 若煤灰中Fe2O3 CaO MgO 1 则称其为烟煤型灰 而Fe2O3 CaO MgO 20 则称其为褐煤型煤灰 对烟煤型煤灰用下式计算 式中Sd 干燥基硫分 RS的分级界限为 RS2 6时 为严重结渣煤 对褐煤型煤灰用下式计算结渣指数Rt 即式中STmax 在氧化性气氛和还原性气氛两种测量值中较高的软化温度 DTmin 在氧化性气氛和还原性气氛两种测量值中较低的变形温度 当Rt 1343 时 为不结渣煤 Rt 1149 1343 时 为中等结渣煤 Rt 1149 时 为严重结渣煤 2 煤灰溶融结渣指数 3 煤灰黏度判定指数RVS 用灰黏度作为预测结渣倾向被认为是较可靠的结渣指标 该判定指数推荐的数值界限为 RVS2 0为严重结渣