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1、锅炉部分第二章燃烧系统第一页，本课件共有47页主要内容燃料及燃烧制粉系统及其设备锅炉机组的热平衡 燃烧设备辅助设备第二页，本课件共有47页第一节第一节 燃料及燃烧燃料及燃烧一、锅炉燃料 核燃料和有机燃料，其中有机燃料又可分为：固体燃料、液体燃料和气体燃料。固体燃料主要以煤为主，锅炉燃用的燃料亦称为动力燃料。第三页，本课件共有47页（一）煤的成分及其性质 煤是由多种有机物质和无机物质混合组成的复杂的固体碳氢燃料。其化学组成和结构十分复杂，一般通过元素分析和工业分析来确定煤中各组成成分的含量。其中元素分析用于设计计算等，工业分析比较简单且能反应燃烧特性。第四页，本课件共有47页1、煤的元素分析成分
2、 包括：碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分。（1）碳碳 含量最多（20-70%）可燃、发热量较大，每kg纯碳的发热量为32.86610KJ/kg。碳一部分与氢、氧、氮和硫结合成有机化合物，称为挥发性碳，其燃点较低；而其余呈单质状态的称为固定碳，其燃点较高，不容易着火和燃尽。煤的地质年代越长，碳化程度越深，含碳量越高。第五页，本课件共有47页（2）氢氢 发热量最高的物质，但含量较少（2-6%，以碳氢化合物存在。氢的燃点低，容易着火，完全燃烧时纯氢的发热量143.11103KJ/kg，扣除水的汽化热还有120.52103KJ/kg；（3）氧氧 不可燃物质，可视为杂质。含量变化很大，年代久其含量较少（1
3、-2%），年代浅的含量多达40%；第六页，本课件共有47页（4）氮氮 不可燃物质，其含量也较少（0.5-2.5%），煤中的氮在高温条件下易生成污染大气的NOx，被视为有害元素；（5）硫硫 虽然在燃烧时也放出热量，但其燃烧产物SO2和SO3会造成锅炉金属的腐蚀并污染大气，也是有害元素，一般不超过2%，但个别高达8-10%；常以三种形式存在，即有机硫、硫化铁硫、硫酸盐硫，前两种可燃称为可燃硫，后一种归入灰分称为固定硫。第七页，本课件共有47页（6）灰分灰分 不可燃物质。不仅使燃料的发热量减少，而且影响着火和燃烬，也是造成受热面积灰、结渣、磨损的主要因素。变化很大，少则4-5%，多达60-70%。（
4、7）水分水分 使炉内温度下降，影响燃料着火，增大排烟热损失，加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰。少则2%，多达50-60%。第八页，本课件共有47页 2、工业分析 测定煤中水分、挥发分、固定碳和灰分等四种成分的质量百分数；既能反映燃烧方面的某些特性，以便正确地进行燃烧调整，改善燃烧工况，提高运行经济性；又是我国电厂用煤分类的重要依据；在实验室中，按煤的燃烧过程来测定。第九页，本课件共有47页（1）水分水分(W)实际应用状态下的煤中所含水分，称为全水分，由外在水分（表面水分）和内在水分（固有水分），两部分组成；外在水分（M f）原煤试样在(201)、相对湿度为（65士1)的空气中自然风干后失去的水分；内
5、在水分（Winh）失去了外在水分后所剩余的水分，需在较高温度下才能从煤样中除掉。第十页，本课件共有47页 全水分的测定方法是：将原煤试样置于105-110的烘箱内约2h，使之干燥至恒重，其所失去的水分即为全水分。第十一页，本课件共有47页（2）挥发分挥发分(V)失去水分的煤样置于隔绝空气的环境中，加热至一定温度时，煤中有机物质分解而析出的气体。主要由各种碳氢化合物、氢、一氧化碳、甲烷、硫化氢等可燃气体及少量的氧、二氧化碳、氮等不可燃气体组成；挥发分并不是以固有的形态存在于煤中，而是煤被加热分解后析出的产物。不同碳化程度的煤，挥发分析出的温度和数量不同；第十二页，本课件共有47页 碳化程度浅的煤
6、，析出的温度就低；相同的加热时间内，析出的数量随煤的碳化程度的提高而减少。挥发分析出除决定于煤的性质外，还受加热条件的影响，温度愈高、时间愈长，则析出的挥发分越多；将失去水分的煤样，在(90010)下，隔绝空气加热7min,试样所失去的质量占原煤试徉质量的百分数。第十三页，本课件共有47页 不同种类的煤，挥发分燃烧时放出的热量相差很大，低的只有17000kJ/kg，高的可达71000kJ/kg。一般含氧量高、碳化程度低的煤，其挥发分的发热量就比较低。挥发分是煤的重要成分特性是人们对煤进行分类的主要依据。同时挥发分对炉膛结构、燃烧器型式、受热面的布置及煤的着火、燃烧调整都有很大的影响。第十四页，
7、本课件共有47页 挥发分可燃物，着火温度较低，着火容易，燃烧迅速。挥发分多则固定碳含量便少，使煤易于燃烧完全。一则大量挥发分析出，其着火燃烧后可放出大量热量，有助于固定碳的迅速着火和燃烧；二则挥发分是从煤的内部析出的，析出后使煤具有孔隙性，挥发分愈多，煤的孔隙愈多愈大，使煤和空气的接触面增大，即增大了反应表面积，使反应速度加快，也使煤易于燃烧完全。第十五页，本课件共有47页（3）固定碳（Fc）和灰分(A）除掉水分、挥发分之后剩余的固体物质称为焦炭，由固定碳和灰分组成。焦炭的黏结性与强度称为煤的焦结性，它是煤的重要特性指标之一。煤的焦结性对燃烧过程影响较大，尤其是层燃炉。第十六页，本课件共有47
8、页 把焦炭放在电炉内，在(81510)的温度下灼烧2h，固定碳基本烧尽，剩余的部分就是灰分，其所占原煤试样质量的百分数，即为该煤的灰分含量，据此也就可以推算出该煤的固定碳的含量。第十七页，本课件共有47页 （二）（二）煤的成分分析基准煤的成分分析基准 煤中的成分以质量百分数表示。由于水分和灰分含量常随外界条件而变化，其他成分含量也就随之而变，因此在给出煤中各成分含量时，应标明其分析基准才有实际意义。常用的分析基准有收到基(as received)、空气干燥基(air dry）、干燥基(dry)和干燥无灰基（dry and ash free）四种；相应的表示方法是在各成分符号右下角加角标ar、a
9、d、d、daf第十八页，本课件共有47页Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%FCar+Var+Aar+Mar=100%（1）收到基收到基 以收到状态为基准计算煤中全部成分的组合称为收到基，其中包括全部水分，以下角标ar表示。第十九页，本课件共有47页（2）空气干燥基空气干燥基 煤样在实验室规定的温度下自然干燥失去外部水分后，其余的成分组合便是空气干燥基，以下角称ad表示。Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%FCad+Vad+Aad+Mad=100%第二十页，本课件共有47页（3）干燥基干燥基 以全部除去水分的煤为基准，以下角称d表示；由于
10、已不受水分的影响，灰分含量百分数相比较稳定，可用于比较两种煤的含灰量；Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%FCd+Vd+Ad=100%第二十一页，本课件共有47页（4）干燥无灰基干燥无灰基 以除去全部水分和灰分的煤为基准，以下角称daf表示；由于不受水分、灰分影响，常用于比较两种煤中的碳、氢、氧、氮、硫成分含量的多少；Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%FCdaf+Vdaf=100%元素分析和工业分析的关系如图所示。第二十二页，本课件共有47页元素分析成分和工业分析成分的关系如下图所示。元素分析成分和工业分析成分的关系如下图所示。第二十三页，本课件共有47页不同基
11、准的换算系数不同基准的换算系数K KX X0 0 X X收到基收到基空气干燥基空气干燥基干燥基干燥基干燥无灰基干燥无灰基收到基收到基1 1空气干燥基空气干燥基1 1干燥基干燥基1 1干燥无灰基干燥无灰基1 1第二十四页，本课件共有47页煤的常规特性对锅炉工作的影响1.挥发分的影响:地质年龄Vdaf易着火易燃烬 硬度但Q；2.水分的影响:MarQ着火燃烬 lQ4积灰腐蚀3.灰分的影响:AarQQ6Q4积灰磨损 结渣第二十五页，本课件共有47页4.灰熔点的影响:灰熔点（DT、ST、FT）结渣5.硫分的影响:Sar tld 低温腐蚀 污染环境 煤粉仓自燃第二十六页，本课件共有47页1、煤的发热量煤的
12、发热量 单位质量的煤在完全燃烧时放出的全部热量，Qar；（1）高位发热量和低位发热量高位发热量高位发热量 当发热量中包括煤燃烧后所产生的水蒸汽凝结放出的汽化潜热时，用Qar，gr表示。（三）煤的主要性质（三）煤的主要性质第二十七页，本课件共有47页低位发热量低位发热量 当发热量中不包括水蒸汽凝结放出的汽化潜热时，用Qar,net,p表示。高位发热量与低位发热量之间的关系为：Qar，net,p=Qar，gr-25.1（9Har+Mar）电厂排烟温度一般在110-160之间，其中水蒸汽不可能凝结，锅炉热力计算中采用的是低位发热量。第二十八页，本课件共有47页（2）发热量的测定方法及估算氧弹式量热仪
13、原理 取1g左右的煤样放在氧弹中，氧弹中充满氧气后点火燃烧，放出的热量被水吸收，根据温升计算高位发热量，后换算为低位发热量。第二十九页，本课件共有47页(3)标准煤标准煤 为比较不同发热量的煤耗量，统一规定，收到基低位发热量29310kJ/kg（7000kcal/kg）的煤为标准煤。发热量为Qar，net，p的煤，消耗量为B（t/h）折和成标准煤耗为Bb，第三十页，本课件共有47页2、灰的熔融性（1）灰熔点及其影响因素。煤灰开始熔化时的温度，灰熔点。与灰的化学组成，环境性质及灰的含量有关。一般高熔点成分（SiO2、AL2O3、MgO）含量越高，灰熔点越高；在还原性气氛中高熔点的灰分被还原成低熔
14、点的灰分，导致灰熔点降低。第三十一页，本课件共有47页（2）灰熔融特性的测定 灰中成分复杂，没有明确的熔点，在一定的温区内逐渐熔化，用灰的变形温度DT、软化温度ST和流动温度FT来表示；目前普遍采用测定方法主要为角锥法和柱体法两种，国内采用角锥法。将煤灰制成底边为7mm的等边三角形，高为20mm的角锥。将其放入半还原性气体的灰熔点测定仪中，以规定的速度升温，观测灰锥在熔融过程中的三个特征温度。第三十二页，本课件共有47页灰锥变形实验第三十三页，本课件共有47页(3)灰熔融特性对锅炉工作影响 影响锅炉运行经济性及安全性 一般以ST为代表，ST多在11001600 ST 1400 难熔灰 固态排渣
15、 1200 ST 200 )，液态排渣 短渣（ST-DT100 ），固态排渣 炉膛出口烟温低于DT 50100第三十四页，本课件共有47页3、煤的可磨性系数与磨损指数(1)可磨性系数可磨性系数（消耗能量）风干状态下，等量的标准煤样和被测试煤，同样的初始粒度磨制成同规格细粉所消耗的能量之比 越大越容易磨制，一般0.82.0之间，KKm1.5易磨。第三十五页，本课件共有47页(2)磨损指数磨损指数 对金属碾磨件磨损的轻重程度。测试煤样与标准煤样磨损量的比值 指数越大，磨损越强烈，煤的磨损性越强；注意容易磨成粉的不一定都具有弱磨损性；不易磨成粉的也不一定都具有强磨损性第三十六页，本课件共有47页（四
16、）动力煤的分类 埋入地下的深度和时间不同，会形成不同的煤种。采用表征煤化程度的干燥无灰基挥发分Vdaf作为分类指标并将煤分为：褐煤 Vdaf37%烟煤 37%Vdaf 20%贫煤 20%Vdaf10%无烟煤 Vdaf10%第三十七页，本课件共有47页(1)无烟煤无烟煤（白煤）煤化程度最深，有明亮的黑色光泽，硬度高不易研磨。它的含碳量很高，杂质少而发热量较高，大致为21000-25000KJ/kg。挥发分含量较低，难以点燃，燃烧特性差。不用作电厂燃料；(2)贫煤贫煤 挥发量含量稍高于无烟煤，其着火、燃尽特性优于无烟煤，但仍属于燃烧特性较差的煤种；第三十八页，本课件共有47页(3)烟煤烟煤 烟煤具
17、有中等的煤化程度，它的挥发分含量较高2040%，水分和灰分也较少，发热量也较高。烟煤燃点低，容易着火和燃尽。多数具有弱的焦结性；(4)褐煤褐煤 外观呈褐色，挥发分含量较高40%，有利于着火。但其灰分和水分较高，发热量较低，一般小于16750KJ/kg。含水分较高的年轻褐煤则燃烧性能较差，而且灰熔点也较低。在空气中存放极易风化，容易发生自燃。第三十九页，本课件共有47页二、燃料的燃烧（一）燃烧过程1、着火前的准备阶段（吸取热量，无需空气）预热烘干挥发分分解逸出(300400)2、燃烧阶段 温度继续升高到着火温度时，起焰着火3、燃尽阶段 燃烧产生的三要素：燃料、足够高的温度和充分的氧气。第四十页，
18、本课件共有47页（二）燃烧的产物及完全燃烧条件1、燃烧的产物(1)完全燃烧 不能再氧化，CO2、SO2、N2、H2O、及少量O2(2)不完全燃烧 CO2、CO、SO2、N2、H2O及少量O2 第四十一页，本课件共有47页2、完全燃烧的条件(1)足够高的炉膛温度；(2)适量的空气；(3)良好的燃烧设备；(4)煤粉足够的停留时间。第四十二页，本课件共有47页（三）过量空气系数 1、过量空气系数的计算 理论空气量V0 1kg收到基煤完全燃烧时所需的最低限度的空气量，m3kg 第四十三页，本课件共有47页 实际运行中，供给的空气量 Vk 总是要大于理论空气量，超过的部分称为过量空气量。实际空气量与理论空气量V0之比，即 过大过小都不利，保持在1.151.25 第四十四页，本课件共有47页2、炉内过量空气系数近似计算 直接影响燃烧的好坏和各项损失。可用烟气分析仪或CO2以及O2的指示值计算 或 分子为假定为过量系数为1时的RO2百分含量，与煤成分有关（见书P23表2-4）；第四十五页，本课件共有47页 而测定O2的含量不受煤种变化的影响，现在多用氧量表来测量过量空气系数烟气中烟气中O2和和CO与与的关系图的关系图 第四十六页，本课件共有47页第四十七页，本课件共有47页