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1、第02章燃料第1页，本讲稿共62页q尽量不烧油、气，以煤为主；q尽量不使用工艺燃料；q尽量采用当地的煤；q使用中尽量减少污染我国燃料政策第2页，本讲稿共62页年 1990199520002015一次能源消耗比例(%)煤76.2 76.1 71.362.6油16.617.1 24.026.9天然气2.102.002.747.06水电5.104.802.012.6核能/0.210.79中国的能源结构第3页，本讲稿共62页第一节煤的成分和主要特性第一节煤的成分和主要特性一、成分（元素分析与工业分析）1、元素分析 Ultimate Analysis指对煤中碳、氢、氧、氮、硫五种元素分析的总称。用质量百
2、分数表示。1）碳（C）：含量最多(50-90%)；是发热量的主要来源（32.7MJ/kgCO2 9.27MJ/kgCO）；随煤化程度而增加；存在于挥发分中；易燃固定碳：单质状态难燃有机物与无机物的混合组成，地质年代元素分析繁元素分析仪科研机构工业分析易加热干燥电厂第4页，本讲稿共62页2）氢（H）：含量少（16%）；主要存在于挥发分（CmHn）中；发热量很大120MJ/kg，影响整个煤的发热量，并影响着火。随煤化程度加深而减少3）氧（O）和氮（N）：不可燃成分，含量较少。随煤化程度加深而减少燃料中的氮是煤粉锅炉NOx生成的主要来源NOx的三种生成机理（快速反应、温度型、燃料型）低污染燃烧技术第
3、5页，本讲稿共62页4）硫（S）：含量少，有害物质。低温腐蚀、高温腐蚀、大气污染酸雨有机硫30-40%、无机硫60-70%（黄铁矿、硫酸盐硫）、单质硫（少）黄铁矿是煤中主要的硫成分，比重4.9-5.2，比煤矸石和煤都要重的多本身无磁性，但在强磁场下能转变为顺磁性物质选煤黄铁矿硫Sp 有机硫So 硫酸盐硫Ss全硫StSpSoSs全硫含量一般用干燥基表示：St,d第6页，本讲稿共62页分析原理：分析原理：将试样置于高温下燃烧，使其各种形态的硫都转化将试样置于高温下燃烧，使其各种形态的硫都转化硫的氧化物，用适当试剂与此氧化物作用，生成硫硫的氧化物，用适当试剂与此氧化物作用，生成硫酸或硫酸盐，然后用重
4、量法或容量法测定硫酸根，酸或硫酸盐，然后用重量法或容量法测定硫酸根，最后计算出硫的含量。测定结果是全硫的含量最后计算出硫的含量。测定结果是全硫的含量。自动定硫仪第7页，本讲稿共62页2、工业分析 Proximate Analysis按照煤的着火、燃烧过程中各成分的变化，分析煤中水分、挥发分、固定碳、灰分这四种成分的质量百分数，即煤的工业分析q自然干燥自然干燥外部水分外部水分 q加热干燥至加热干燥至145内部水分内部水分 q隔绝空气加热至隔绝空气加热至920 挥发分挥发分 q焦炭燃烧灰分余下的固定碳燃烧掉的第8页，本讲稿共62页1）水分Moisture(M)外部水分：自然干燥失去(free mo
5、isture)内部水分：须加热干燥失去（也称分析水分）外部水分(Mf)内部水分(Mad)全水分(Mar)外部水分容易受季节、湿度的影响第9页，本讲稿共62页将失去水分的煤，隔绝空气，加热至将失去水分的煤，隔绝空气，加热至920920，使燃料，使燃料中的有机物分解而释放出的气体中的有机物分解而释放出的气体主要成份：CmHn、H2、CO、H2S等可燃气体；O2、CO2、N2等不可燃气体挥发分一般用干燥无灰基表示Vdaf失去水分、挥发分后所余即焦炭（固定碳灰分）加热燃烧2）挥发分Volatile(V)第10页，本讲稿共62页3）灰分Ash(A)4）固定碳Fixed Carbon(FC)来源于：形成煤
6、的植物本身的矿物质和成煤过程中进入的外来矿物质；开采、运输过程中掺杂进来的杂质灰分中的主要矿物成分：成分含量成分含量SiO220-60MgO0.3-4Al2O310-35TiO20.5-2.5Fe2O35-35Na2O,K2O1-4CaO1-20SO30.1-12第11页，本讲稿共62页二、煤成分的计算基准收到基ACHONSbMad Mf空气干燥基干燥基干燥无灰基焦炭挥发分水分灰分固定碳1、收到基as received basis （入炉煤）下标ar2、空气干燥基(空干基)air-dried basis 下标ad3、干燥基dry basis 下标d4、干燥无灰基dry ash-free bas
7、is 下标daf同一煤矿、煤层所采煤的可燃质成分变化很小，而水分、灰分变化会很大SP第12页，本讲稿共62页收到基（原应用基）空气干燥基(空干基)干燥基（原分析基）干燥无灰基（原可燃基）第13页，本讲稿共62页收到基空气干燥基干燥基干燥无灰基第14页，本讲稿共62页基准间的换算第15页，本讲稿共62页三、发热量燃料的重要特性Q(kJ/kg、kcal/kg)2、高位发热量 Qgr：Qb 减去生成酸的放热量1、弹筒发热量 Qb：实验室用氧弹实测1）正压氧气，充分反应；冷却到原始温度2）水凝结放热；形成硫酸、硝酸的放热反应 3、低位发热量 Qnet：Qgr 减去煤中水和氢燃烧生成水的蒸发潜热 设计、
8、计算时常用Qar,net脱硫气气热交换器第16页，本讲稿共62页煤的折算成分与标准煤标准煤：标准煤：Qar,net=29270 kJ/kg 7000 kcal/kg每送入锅炉1000kcal/kg热量，带入锅炉的水分、灰分、硫分8%高水分煤4%高灰分煤0.2%高硫分煤计算标准煤耗第17页，本讲稿共62页四、灰的熔融性四、灰的熔融性对于固态排渣煤粉炉来说，在运行中，应使灰粒在接触水对于固态排渣煤粉炉来说，在运行中，应使灰粒在接触水冷壁、炉膛出口受热面以及落入冷灰斗之前得到充分冷却，并冷壁、炉膛出口受热面以及落入冷灰斗之前得到充分冷却，并形成固态或基本上没有黏性，以避免结渣沾污问题。形成固态或基本
9、上没有黏性，以避免结渣沾污问题。1 1、灰灰熔熔点点的的测测定定第18页，本讲稿共62页2 2、影响灰熔融性的因素、影响灰熔融性的因素1 1、灰的化学组成、灰的化学组成酸性氧化物：酸性氧化物：SiO2、Al2O3 灰熔点上升灰熔点上升碱性氧化物：碱性氧化物：Fe2O3、CaO、MgO灰熔点降低灰熔点降低第19页，本讲稿共62页2 2、炉内气氛、炉内气氛氧化性气氛氧化性气氛 灰熔点较高灰熔点较高半还原性气氛灰熔点降低半还原性气氛灰熔点降低还与铁含量有关:q灰的熔化温度随灰中含铁量增加而下降q铁对灰熔点的影响还和周围气氛有关q当含铁量很小时(小于5%)，炉内气氛对灰熔点没有明显的影响q但当含铁量较
10、大时，炉内气氛的影响就非常显著。第20页，本讲稿共62页我国动力用煤的分类采用表征煤化程度的干燥无灰基挥发分Vdaf作为分类指标无烟煤无烟煤Vdaf10%烟煤烟煤10%Vdaf37%褐煤褐煤Vdaf37%还可附加其它指标细分第21页，本讲稿共62页发电厂用煤的质量标准根据对锅炉设计、运行有较大影响的煤质特性制定如某电厂用煤标号为V4A1M1S2ST1第22页，本讲稿共62页我国发电厂用煤质量标准GB75621998第23页，本讲稿共62页第24页，本讲稿共62页各类煤的燃烧特性1、无烟煤煤化程度最深 明亮的黑色光泽 硬度高不易研磨含碳量很高 杂质少而发热量较高，大致为21一25MJ/kg挥发分
11、含量较低，难以点燃，燃烧特性差为保证着火和稳燃，在锅炉设计中常需要采取一些特殊措施（W型炉），对低灰熔点的无烟煤还须同时解决着火稳定性和结渣之间的矛盾无烟煤的着火需要较高温度，燃烧时火焰较短，燃尽也较困难。但在贮存时不易自燃。2贫煤 它的挥发量含量稍高于无烟煤，其着火、燃尽特性优于无烟煤，但仍属于燃烧特性差的煤种。第25页，本讲稿共62页3烟煤中等的煤化程度，挥发分含量较高水分和灰分也较少，发热量高烟煤燃点低，容易着火和燃尽但某些含灰量较高的劣质烟煤则燃烧特性较差对挥发分超过25%的烟煤，贮存时应防止其自燃;制粉系统应考虑防爆措施对劣质烟煤还应考虑受热面积灰、结渣和磨损问题。第26页，本讲稿共
12、62页4褐煤外观呈褐色，少数为黑褐色甚至黑色挥发分含量较高，有利于着火但其灰分和水分较高，发热量低，一般小于16750kJ/kg。含水分较高的年轻褐煤则燃烧性能较差，而且灰熔点较低褐煤的化学反应性强，在空气中存放易风化成碎块，容易发生自燃。第27页，本讲稿共62页利港煤质燃用神华混煤、淮南煤 第28页，本讲稿共62页第29页，本讲稿共62页第30页，本讲稿共62页第二节第二节煤的常规特性对锅炉工作的影响煤的常规特性对锅炉工作的影响1、挥发分地质年代越长，含量越低地质年代越长，含量越低煤种划分煤种划分无烟煤无烟煤V Vdafdaf10%10%；烟煤；烟煤V Vdafdaf10%10%；褐煤；褐煤
13、V Vdafdaf37%37%；地质年代越长地质年代越长，开始析出的温度越高，开始析出的温度越高褐煤褐煤200 200 ；无烟煤；无烟煤400 400 左右左右第31页，本讲稿共62页对着火和燃烧的影响：对着火和燃烧的影响：挥发分越多挥发分越多 1 1）易着火：）易着火：可燃气体先析出，燃烧温度低，相当于引燃作用可燃气体先析出，燃烧温度低，相当于引燃作用 挥发分含量同时也影响了煤粉空气混合物在湍流气流中的火焰传播速度，此速度也可视为着火速度在一定条件下，随挥发分增大，火焰传播速度增高第32页，本讲稿共62页2）易燃尽：q固定碳含量少q析出后的多孔性焦炭与空气反应的比表面积q挥发分燃烧放热助燃为
14、何用Vdaf来表示挥发分？第33页，本讲稿共62页2 2、水分、水分着火热着火热 ，着火推迟，着火推迟降低炉内温度，着火、燃尽均不利降低炉内温度，着火、燃尽均不利烟气量烟气量，排烟损失，排烟损失，gl 引风机电耗引风机电耗 使低温受热面易于积灰、腐蚀使低温受热面易于积灰、腐蚀烟气量烟气量，烟气流速，烟气流速，对流式过热汽温，对流式过热汽温 制粉系统，易阻塞，磨出力制粉系统，易阻塞，磨出力 影响影响很大很大，当水分增加时，当水分增加时(Mar )：第34页，本讲稿共62页3 3、灰分、灰分发热量发热量 灰渣物理热损失灰渣物理热损失，q4 ,gl 不利于着火、燃尽，使燃烧不稳不利于着火、燃尽，使燃
15、烧不稳妨碍挥发分的析出妨碍挥发分的析出尾部受热面：磨损、积灰尾部受热面：磨损、积灰炉内结渣、腐蚀炉内结渣、腐蚀增加磨煤机无效的电耗增加磨煤机无效的电耗着火推迟，火焰中心上移，辐射式过热汽温着火推迟，火焰中心上移，辐射式过热汽温 影响较影响较大大，当灰分增加时，当灰分增加时(Ad )：第35页，本讲稿共62页4 4、灰熔化性质的影响、灰熔化性质的影响炉膛出口烟温应低于灰的变形温度炉膛出口烟温应低于灰的变形温度(DT)50-100 当灰的软化温度当灰的软化温度(ST)1350(ST)1350，不易结渣，不易结渣一次风切圆太大，造成水冷壁附近半还原性气氛，使灰熔一次风切圆太大，造成水冷壁附近半还原性
16、气氛，使灰熔点降低，易结渣点降低，易结渣炉内结渣炉内结渣 炉膛出口对流受热面结渣炉膛出口对流受热面结渣综合影响，不能采用单一指标第36页，本讲稿共62页5 5、硫分的影响、硫分的影响尾部低温受热面：低温磨损、积灰问题尾部低温受热面：低温磨损、积灰问题当全硫含量当全硫含量1.5%3%3%时，严重影响锅炉的经济安全运行时，严重影响锅炉的经济安全运行高温腐蚀问题高温腐蚀问题水冷壁附近，还原性气氛下，水冷壁附近，还原性气氛下，H H2 2S S高温腐蚀高温腐蚀过热器区域，硫酸盐过热器区域，硫酸盐高温腐蚀高温腐蚀含硫高，易自燃含硫高，易自燃SOSO2 2为主，为主，SOSO3 3少少污染排放与污染排放与
17、灰自身的脱硫能力灰自身的脱硫能力第37页，本讲稿共62页6、发热量发热量Qar,net反映了炉内温度水平，综合了煤质灰分、水分对着火的影响。因此，在我国动力用煤分类标准中，将Qar,net 作为Vdaf的辅助分类标准。根据国内燃煤锅炉的运行经验，煤粉锅炉不投油助燃而稳定燃烧可适应的发热量最低值：褐煤的最低发热量限很低的原因在于，经制粉系统干燥后，水分很高的褐煤的发热量几乎成倍增长第38页，本讲稿共62页下图为按电厂运行经验绘制的最低煤质特性曲线，根据曲线可按煤干燥无灰基挥发分和空气干燥基发热量确定煤粉燃烧是否处于稳定区。第39页，本讲稿共62页7、煤质变化对运行安全及经济性的影响(1)出力受限
18、 q煤的灰成分改变，可能使煤的结渣性和积灰性增大而引起炉膛结渣和受热面积灰;q水分和可磨性指数的变化可使磨煤机达不到额定出力;q煤的灰分增加或灰的电阻特性改变可能使静电除尘器的除尘效果受限煤质趋劣时，则会导致磨煤机、送风机、引风机出力不足和除尘器、烟囱、输煤设备、除灰设备容量不够而限制全厂出力 第40页，本讲稿共62页(2)煤质趋劣使电厂煤耗和厂用电率上升 q煤质趋劣使锅炉燃烧不稳，导致锅炉机械不完全燃烧损失增大q排烟温度和燃烧过剩空气增加又导致排烟热损失增大，锅炉效率下降，发电煤耗升高q锅炉燃用劣质煤时往往需要投油助燃，又增大了燃油消耗。q劣质煤灰分高，发热量低，锅炉达到同等出力时需要的煤量
19、增加，导致制粉、出灰、运输和送风机、引风机等辅机电耗增加，厂用电率升高第41页，本讲稿共62页q劣质煤灰分高，着火燃烧性能差，易造成锅炉燃烧不稳，容易灭火。q灰分高易导致锅炉受热面和制粉系统等辅机堵灰和磨损严重，使制粉系统和送风机、引风机故障增多。q炉内着火延迟还会使炉膛火焰中心上移，易造成过热器、再热器超温爆管电厂可用率随煤质趋劣而呈下降趋势。(3)煤质趋劣导致可用率降低第42页，本讲稿共62页q由于煤质下降使锅炉部件及辅机的磨损和腐蚀加剧，导致频繁故障和临时检修，使电厂损失大量的电量并使检修费用大幅上升。q燃用劣质煤增加了锅炉从输煤到出灰整个流程中各部件的负担，导致大修间隔缩短及部件寿命缩
20、短，使检修费用上升，而大量的更新改造也耗费大量资金。(4)煤质下降增加了检修和改造费用煤的选购：要综合考虑运行、维修、可用率等的要求选择发电成本最低的，而不是单位热值价格最低的第43页，本讲稿共62页第三节煤的结渣性能指标及煤灰的沾污指标第三节煤的结渣性能指标及煤灰的沾污指标与受热面积灰结渣的预测与受热面积灰结渣的预测第44页，本讲稿共62页一、根据煤灰特性的预测方法1、根据灰渣单一成分含量来预测灰中碱金属氧化物的含量Na2O 活性钠化合物Fe2O3含量2、灰成分综合比值硅比硅铝比（SiO2/Al2O3）铁钙比（Fe2O3/CaO）碱酸比B/A 沾污指数Rt 第45页，本讲稿共62页3、灰熔点
21、温度（分辨率5060%）qDTDTDTDT1289 1289，不结渣，不结渣DTDT1108-1288 1108-1288，中等结渣，中等结渣DTDT1107 1107，严重结渣，严重结渣qSTSTSTST1390 1390，不结渣，不结渣STST1260-1390 1260-1390，中等结渣，中等结渣STST1260 1260，严重结渣，严重结渣q由灰熔融特性决定的结渣指数由灰熔融特性决定的结渣指数R RT T（综合考虑氧化、（综合考虑氧化、还原性气氛）还原性气氛）q灰熔点温差：美国灰熔点温差：美国ASMEASMEFTFTDTDT149149 不易清除，相反时疏松容易吹掉不易清除，相反时疏
22、松容易吹掉第46页，本讲稿共62页4、根据灰渣的粘度特性5、根据煤灰的烧结强度6、根据渣型的微观特征第47页，本讲稿共62页 美国美国EPRIEPRI曾对曾对130130台台300MW300MW以上容量锅炉调研了各常规以上容量锅炉调研了各常规结渣指标的分辩率情况，结果显示，没有任何一项单结渣指标的分辩率情况，结果显示，没有任何一项单一常规结渣指标可以完全正确地预报燃煤结渣倾向，一常规结渣指标可以完全正确地预报燃煤结渣倾向，但任何一项指标又都有一定的准确性。西安热工院采但任何一项指标又都有一定的准确性。西安热工院采用美国用美国B&WB&W公司结渣指标对我国公司结渣指标对我国2424个电厂入炉煤质
23、的结个电厂入炉煤质的结渣性与现场运行情况对照研究后发现，灰熔点型结渣渣性与现场运行情况对照研究后发现，灰熔点型结渣指标的分辩率为指标的分辩率为50%50%60%60%，而灰成分型结渣指标的分，而灰成分型结渣指标的分辩率为辩率为20%20%40%40%。准确性第48页，本讲稿共62页不准确的原因1、煤质中矿物质的分布不均匀2、煤灰成分在高温下可能发生反应3、炉内加热速率、气氛的影响与实验条件不同4、煤的结渣倾向除了自身的原因外，还与锅炉的设计、结构、运行工况、炉内空气动力工况等有关根据多项指标的综合预测方法第49页，本讲稿共62页根据多项指标的综合预测方法模糊判别法加权平均法基于模糊神经网络的方
24、法第50页，本讲稿共62页第四节神华煤的特性第四节神华煤的特性神府东胜大煤田(称其煤为神华煤),于80年代末开发,现年产煤炭已达20以上。计划在2005年年产销煤炭60。神华原煤煤质优良,属低灰、特低硫、特低磷、中高发热量、中高挥发分的优质工业用煤,全国按神华煤设计的电厂远景容量已达4050,截止1999年已投产发电的达100以上。主要缺点：灰熔点低第51页，本讲稿共62页第52页，本讲稿共62页第53页，本讲稿共62页第五节燃油的特性第五节燃油的特性重油：粘度大加热运输、雾化比轻油闪点低、不易挥发，安全性好第54页，本讲稿共62页第55页，本讲稿共62页1 1、凝固点、凝固点混合物，无固定值
25、混合物，无固定值2 2、粘度、粘度国内电厂采用恩氏粘度国内电厂采用恩氏粘度EE。当压力较高时，粘度随之变大当压力较高时，粘度随之变大;当温度升高时，油的粘度降低。当温度升高时，油的粘度降低。对燃用粘度较大的重油，输送前应加热。为保对燃用粘度较大的重油，输送前应加热。为保证油喷嘴前粘度小于证油喷嘴前粘度小于4E4E，以保证雾化质量，以保证雾化质量，油温应在油温应在100100以上。以上。第56页，本讲稿共62页3 3、闪点、闪点提提高高油油温温会会加加速速油油气气的的挥挥发发。当当油油面面上上的的油油气气达达到到一一定定浓浓度度时时，如如有有火火源源，则则会会发发出出短短暂暂的的闪闪光光，此此时
26、时的的油油温温叫叫该该油油的的闪闪点点。闪闪点点是是安安全全防防火火的的重重要要指指标标。油油库库中中的的油油温温至至少少应应比比闪闪点点低低1010，但但压压力力容容器器和和管管道道内内没没有有自自由液面，可不受此限制。由液面，可不受此限制。4 4、燃点、燃点油油温温达达闪闪点点后后遇遇明明火火即即可可闪闪燃燃，但但要要使使油油连连续续燃燃烧烧下下去去，必必须须使使油油温温更更高高一一些些。当当油油面面上上的的油油气气与与空空气气的的混混合合物物遇遇明明火火能能着着火火连连续续燃燃烧烧，持持续续时时间间不不少少于于5s5s时时，此时的最低油温为其燃点。此时的最低油温为其燃点。第57页，本讲稿
27、共62页5、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。产生静电的强弱与油的流动速度、管道材料和粗糙度、空气湿度和油中杂质含量等因素有关。因此，输油、贮油的设备及管线均应有良好的接地。第58页，本讲稿共62页6 6、含硫量、含硫量石石油油中中的的硫硫以以硫硫化化氢氢、单单质质硫硫和和各各种种硫硫化化物物的的形形式式存存在。当含硫量大时，应注意在。当含硫量大时，应注意低温受热面的腐蚀问题低温受热面的腐蚀问题。7 7、灰分、灰分燃燃油油中中灰灰分分很很少少，但但含含有有钒钒、钠钠、钾钾、钙钙等等元元素素
28、的的化化合合物物。钒钒和和钠钠在在燃燃烧烧过过程程中中生生成成钒钒酸酸钠钠，其其熔熔点点约约为为600600，在在壁壁温温高高于于610610的的过过热热器器受受热热面面上上，会生成对各种钢有腐蚀作用的液膜，会生成对各种钢有腐蚀作用的液膜，造成高温腐蚀造成高温腐蚀。第59页，本讲稿共62页第60页，本讲稿共62页化石燃料的已探明储量与可使用时间煤(Gt)油(Gt)天然气(Tm3)已探明储量 (中国)114.53.3 0.17已探明储量(世界)1043.86137.314.1可使用时间(年）(世界)3284556(中国)58785023.357.4第61页，本讲稿共62页世界石油状况 (石油储量)世界石油总储量10200亿吨第62页，本讲稿共62页