工業(yè)鍋爐的燃料

§2-1 燃料的成分分析和基的轉(zhuǎn)換 §2-2 煤的燃燒特性 §2-3 煤的分類 §2-4 液體燃料 §2-5 氣體燃料,2018/8/23,第2章 工業(yè)鍋爐的燃料 本章主要內(nèi)容,§2-1 燃料的成分分析和基的轉(zhuǎn)換,鍋爐燃料 燃料種類 氣體：天然氣；高爐煤氣、液化石油氣、發(fā)生爐煤氣、煉焦?fàn)t煤氣 固體：煤；生物質(zhì)燃料； 液體：柴油、重油；煤油 鍋爐用煤分類(干燥無灰基揮發(fā)份，低位熱值) 石煤、煤矸石：400011300kJ/kg（9502700）；A50% 褐煤： Vdaf 40%；Q=837014650kJ/kg（20703500） 煙煤： Vdaf =1040% 貧煤： Vdaf 1020%； Q18840kJ/kg（） 無煙煤： Vdaf 10% ；Q2093025120kJ/kg,燃料的成分及其特性 煤 元素分析 碳（C） 燃料的主要可燃質(zhì) 5095%; 碳越高，熱值越高 Q=33704 KJ/Kg（8000kcal/kg）; 碳越高，著火點(diǎn)越高 (約800) 存在形式：氫、氧、氮、硫形成高分子有機(jī)化合物 氫（H） 燃料中的可燃元素之一 含氫量：26%，存在于揮發(fā)性氣體中 熱值最高 Q=125600 KJ/Kg（30000kcal/kg）； 著火點(diǎn)低； 碳化程度越低含量越高，易風(fēng)化，氫并隨之降低,2018/8/23,§2-1 燃料的成分分析和基的轉(zhuǎn)換,元素分析 氧（O）及氮（N） 不可燃成分，習(xí)慣歸在可燃成分之內(nèi); 使可燃成分相對減少，發(fā)熱量降低; 氧元素、氮元素占可燃成分的O=135% 、0.32.5%； 氧存在的方式：游離態(tài)、化合態(tài)； 氮的存在方式：蛋白質(zhì)（又稱為“燃料氮”）燃燒時(shí)“氮”NOX：酸雨、致毒、臭氧層破壞。,§2-1 燃料的成分分析和基的轉(zhuǎn)換,元素分析 硫（S） 燃料的可燃元素、有害物質(zhì)，含量=0.18.0%; 完全燃燒 Q=9050 KJ/Kg（2165kcal/kg）; 生成硫化物，易低溫腐蝕； 燃燒產(chǎn)物污染環(huán)境SOx； 必須脫硫（ SOx ） ； S的存在形式：有機(jī)硫+硫鐵礦硫揮發(fā)硫硫酸鹽灰分,§2-1 燃料的成分分析和基的轉(zhuǎn)換,灰分(A)：不可燃，煤中的雜質(zhì) 影響熱值（？） 影響燃燒、燃盡（？） 影響燃燒傳熱（？） 磨損受熱面（？） 污染環(huán)境（？） 增加設(shè)備復(fù)雜性 水分(M)： 主要雜質(zhì)，內(nèi)水分（什么是內(nèi)在水？），外水分 （什么是外在水？） 不可燃物質(zhì)，各種燃料含量不等 吸收爐膛熱量，降低爐溫、推遲著火 增加排煙體積，帶走大量熱量，降低鍋爐效率 加劇尾部受熱面的低溫腐蝕 其他元素:P(磷)、As（砷）、F（氟）、Cl（氯）、Pb（鉛）、V（釩）,2018/8/23,§2-1 燃料的成分分析和基的轉(zhuǎn)換,燃料成分分析數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)與換算 燃料成分分析基準(zhǔn) 元素分析 收到基：爐前煤斗燃燒計(jì)算、熱力計(jì)算、運(yùn)行分析空氣干燥基：實(shí)驗(yàn)室條件20，相對濕度60%，外在水分=0 實(shí)驗(yàn)室分析，空氣干燥基干燥基：干燥無灰基：判斷煤的燃燒特性、煤的分類；煤礦提供,2018/8/23,§2-1 燃料的成分分析和基的轉(zhuǎn)換,§2-1 燃料的成分分析和基的轉(zhuǎn)換,ar (As received basis)收到基；ad( Air dried basis)空氣干燥基也稱分析基；d ( Dry basis )干燥基或稱干基；daf （Dry-ash- free）干燥無灰基；,各種基準(zhǔn)的換算,C,H,N,O,2018/8/23,§2-1 燃料的成分分析和基的轉(zhuǎn)換,煤的計(jì)算基準(zhǔn)的換算 不同基準(zhǔn)間的換算公式=K×-按原基準(zhǔn)計(jì)算的某一成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，%-按新基準(zhǔn)計(jì)算的同一成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)， % K 換算系數(shù),2018/8/23,§2-1 燃料的成分分析和基的轉(zhuǎn)換,K,不同基準(zhǔn)的換算系數(shù),例：已知山西陽泉一號煤的收到基成分為：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：根據(jù)換算表查出換算系數(shù)為： 則煤的干燥基成分為：,2018/8/23,§2-1 燃料的成分分析和基的轉(zhuǎn)換,若在實(shí)驗(yàn)室條件下風(fēng)干過程中外逸的水分稱為收到基風(fēng)干水分 則燃料的全水分為收到基風(fēng)干水分 和空氣干燥基水分 之和。例：已知山西陽泉無煙煤的干燥無灰基含碳量 =89.96%；干燥基灰分 =20.67%，空氣干燥基水分 =1.10%，收到基風(fēng)干水分 =6.98%, 求該煤的收到基含碳量 。 解：收到基水分為 干燥基換算到收到基的換算系數(shù)：,2018/8/23,§2-1 燃料的成分分析和基的轉(zhuǎn)換,則煤的收到基灰分： 由可燃基換算到收到基的系數(shù)為：煤的收到基含碳量為：,2018/8/23,§2-1 燃料的成分分析和基的轉(zhuǎn)換,煤的燃燒特性指：煤的發(fā)熱量、揮發(fā)分、焦結(jié)性和灰熔點(diǎn)，是選擇鍋爐燃燒設(shè)備、制定運(yùn)行操作制度和進(jìn)行節(jié)能減排工作的重要依據(jù)。 煤的工業(yè)分析 ：煤中的水份分、揮發(fā)分、焦炭、灰渣、灰熔點(diǎn)；煤的發(fā)熱量 定量分析煤的水分、揮發(fā)分、焦炭、灰渣對煤燃燒特性的影響（注意：工業(yè)分析的條件：使用空氣干燥基的煤樣）執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)“煤的工業(yè)分析方法GB/T212” 水 分:（Mad） 揮發(fā)分:（Vad） CmHn、H2、CO、H2S、O2、N2、CO2 固定碳:（FCad） 灰 分:（Aad）,2018/8/23,§2-2 煤的燃燒特性,§2-2-1 煤中全水分的分析 煤的全水分析的測定：干燥稱重（稱準(zhǔn)至0.01g）取樣（粒度小于6mm，1012g）攤平，開蓋干燥箱（已加熱到105110，干燥氮?dú)? 煙煤干燥1.5h,褐煤和無煙煤2h。干燥性檢查 ：取出稱量瓶，蓋上蓋空氣中置5min 放入干燥器，冷卻至室溫稱量干燥性檢查連續(xù)兩次質(zhì)量減少不超過0.01g或質(zhì)量有所增加為止。若質(zhì)量有所增加，應(yīng)以質(zhì)量增加錢一次的質(zhì)量作為計(jì)算依據(jù)，水分在2%以下，不進(jìn)行檢查性干燥。計(jì)算公式： 煤樣的收到基全水分，%煤樣質(zhì)量，g 煤樣干燥后減輕的質(zhì)量，g,2018/8/23,§2-2 煤的燃燒特性,§2-2-2 煤的工業(yè)分析 （注意：工業(yè)分析的條件：使用空氣干燥基的煤樣） 水分分析：直徑40mm、高25mm，帶有嚴(yán)密的磨口蓋的稱量瓶稱取直徑小于0.2mm的煤樣1±0.1g，稱準(zhǔn)至0.0002g,攤平，打開稱量瓶干燥箱（已加熱到105110，干燥氮?dú)? 煙煤干燥1.5h,褐煤和無煙煤2h。 干燥性檢查取出稱量瓶，蓋上蓋空氣中置5min 放入干燥器，冷卻至室溫稱量干燥性檢查連續(xù)兩次質(zhì)量減少不超過0.00010g或質(zhì)量有所增加為止。水分在2.00%以下不進(jìn)行檢查性干燥。,§2-2 煤的燃燒特性,§2-2-2 煤的工業(yè)分析 灰分分析：已知質(zhì)量的灰皿（瓷質(zhì)，長方形，45mm×22mm×14mm）稱取粒度小于0.2mm的空氣干燥基煤樣1±0.1g，稱準(zhǔn)至0.0002g，均勻攤平高溫爐加熱（30min使?fàn)t溫升至500，保持30min，繼續(xù)升溫至815±10 ，均燒1h ） 取出放在耐熱瓷板或石棉板上，在空氣中冷卻5min 移入干燥器中冷卻至室溫后稱量，進(jìn)行檢查性灼燒，每次20min，直至恒重?；曳值陀?5%時(shí)，不必進(jìn)行檢查性灼燒?；颐笾袣埩粑镎荚嚇淤|(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為煤樣的空氣干燥基灰分含量。,§2-2 煤的燃燒特性,§2-2-2 煤的工業(yè)分析 揮發(fā)分的測定：煤的揮發(fā)分主要由各種碳?xì)浠衔铩?、一氧化碳、硫化氫等可燃?xì)怏w和少量的氧、二氧化碳及氮等不可燃?xì)怏w組成。揮發(fā)分的大小，代表著煤的碳化程度。一般煤的揮發(fā)分隨碳化程度加深而減少。年輕的褐煤揮發(fā)分 很大，可達(dá)40%，成煤年代長的無煙煤， 低至10%以下。不同煤種的揮發(fā)分析出溫度不相同，與煤的碳化程度有關(guān)。碳化程度越淺，揮發(fā)分析出的溫度越低。當(dāng)揮發(fā)分濃度和溫度達(dá)到一定時(shí)遇到空氣立即燃燒，揮發(fā)分對燃燒的初始階段很重要。 揮發(fā)分含量高，著火迅速，燃燒穩(wěn)定，孔隙率大，煤與空氣的接觸面積大，反應(yīng)速度快，易于燃燒。揮發(fā)分影響爐膛結(jié)構(gòu)和鍋爐運(yùn)行，高揮發(fā)分的煤，需要較大爐膛保證完全燃燒，低揮發(fā)分的煤，要加強(qiáng)爐排的冷卻。,§2-2 煤的燃燒特性,§2-2-2 煤的工業(yè)分析 揮發(fā)分的測定：在預(yù)先經(jīng)900 灼燒至恒重的帶蓋的坩堝中 ，稱取粒度小于0.2mm的空氣干燥基煤樣1±0.01g，稱準(zhǔn)至0.0002g，將坩堝輕輕振動，使煤樣鋪平后加蓋放入920 的馬弗爐中，關(guān)閉爐門，加熱7min。從爐中取出坩堝，在空氣中稍冷，放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫后稱重，則空氣干燥基揮發(fā)分含量 ：空氣干燥基煤樣加熱后減輕的質(zhì)量，g原空氣干燥基煤樣質(zhì)量，g空氣干燥基水分，%,§2-2 煤的燃燒特性,§2-2-2 煤的工業(yè)分析 焦結(jié)性和焦渣特征煤的結(jié)焦性是煤粒在隔絕空氣加熱后能能否生成優(yōu)質(zhì)焦炭的性質(zhì)，是針對焦炭強(qiáng)度和塊度是否符合冶金要求而言。工業(yè)試驗(yàn)后，揮發(fā)分析出后的固體殘余物就是焦炭。煤種不同，焦炭的物理性質(zhì)，外觀不同，焦炭的不同焦結(jié)形狀，稱為煤的焦渣特征，按下列規(guī)定區(qū)分： (1)粉狀全部是粉末，沒有相互粘著的顆粒。 (2)粘著用手指輕碰即成粉末或基本上是粉末，其中較大的團(tuán)塊輕輕一碰即成粉末 (3)弱粘結(jié)用手指輕壓即成小塊 (4)不熔融粘結(jié)用手指用力壓才裂成小塊，焦渣上表面無光澤，下表面有銀白色光澤。,§2-2 煤的燃燒特性,§2-2-2 煤的工業(yè)分析 焦結(jié)性和焦渣特征 (5)不膨脹熔融粘結(jié)焦渣形成扁平的塊，煤粒的界限不易分清，焦渣上表面有明顯銀白色金屬光澤，下表面銀白色光澤更明顯。 (6)微膨脹熔融粘結(jié)用手指壓不碎，焦渣上、下表面均有銀白色金屬光澤，但焦渣表面具有較小的膨脹泡（或小氣泡）。 (7) 膨脹熔融粘結(jié)焦渣上、下表面均有銀白色金屬光澤，明顯膨脹，但高度不超過15mm。 (8) 強(qiáng)膨脹熔融粘結(jié)焦渣上、下表面均有銀白色金屬光澤，焦渣高度超過15mm。 作為燃料，是煤的重要燃燒特征。層燃爐不選用不粘結(jié)或強(qiáng)粘結(jié)的煤,§2-2 煤的燃燒特性,§2-2-3 灰熔點(diǎn) 煤灰的熔融性及其三個(gè)特征溫度的測定灰熔點(diǎn)易結(jié)焦灰衣受熱面堵灰堵塞爐排 灰熔點(diǎn)的測定：半還原性氣氛難熔灰（t21425）、可熔灰（1200t21425）、 易熔灰（t21200）,原始狀態(tài),變形t1,變形t2,軟化t2,流動t3,2018/8/23,§2-2 煤的燃燒特性,§2-2-3 灰熔點(diǎn) 焦煤灰熔融性的影響因素灰渣：造成爐膛結(jié)渣、高溫對流受熱面結(jié)渣、水冷壁結(jié)渣等煤灰熔融性的影響因素：煤灰的化學(xué)組成和煤灰周圍高溫的環(huán)境介質(zhì)的性質(zhì)，通常為氧化物，氧化物分為酸性氧化物和堿性氧化物。酸性氧化物有： 和堿性氧化物有： 和,§2-2 煤的燃燒特性,§2-2-4 煤的發(fā)熱量 定義 彈筒發(fā)熱量 高位發(fā)熱量 低位發(fā)熱量 換算鍋爐設(shè)計(jì)和計(jì)算中，采用低位發(fā)熱量，但煤的發(fā)熱量又由彈筒式量熱計(jì)實(shí)測得來，測得是彈筒發(fā)熱量，因此需要換算。,§2-2 煤的燃燒特性,§2-2 煤的燃燒特性,Qnet.ar ：Qgr.ar：Qnet.ad ： Qgr.ad：Qnet.d ： net；gr；ar ；ad；d；daf； Qgr.d：Qnet.daf ：Qgv.daf：,§2-2 煤的燃燒特性,Qnet.ar ： net低位； grv高位Qgr.ar：ar (As received basis)收到基 Qnet.ad ： ad( Air dried basis)空氣干燥基 Qgr.ad： 也稱分析基Qnet.d ： d ( Dry basis )干燥基、干基Qgr.d：Qnet.daf ： daf（dry-ash- free）干燥無灰基;Qgv.daf：,彈筒發(fā)熱量換算成高位發(fā)熱量公式：分析試樣的高位發(fā)熱量，KJ/Kg分析試樣的彈筒發(fā)熱量，KJ/Kg由彈筒洗液測得的含硫量，%，當(dāng)含硫量低于4%時(shí)，或發(fā)熱量大于 14600 KJ/Kg時(shí)，用全硫代替硝酸生成熱的比例系數(shù)。 值與 有關(guān)，當(dāng) 16700KJ/Kg時(shí)， =0.001；當(dāng)16700KJ/Kg 25100KJ/Kg時(shí)， =0.0012；當(dāng) 25100KJ/Kg時(shí)， =0.0016。,§2-2 煤的燃燒特性,空氣干燥基高位發(fā)熱量 換算為收到基高位發(fā)熱量 公式：分析煤樣的高位發(fā)熱量 換算為收到基煤樣的低位發(fā)熱量（a）(b)（a）式最終溫度規(guī)定為25 ，（b）式規(guī)定為0 。門捷列夫經(jīng)驗(yàn)公式：我國煤炭科學(xué)研究院提出的經(jīng)驗(yàn)公式：其中K1、K2 、K3 、K4 、K5查表取值,§2-2 煤的燃燒特性,例：已知山西陽泉無煙煤的干燥無灰基的低位發(fā)熱量為 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% ，求該煤的收到基低位發(fā)熱量，并用門捷列夫和我國煤科研究院經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行校核。解：查表，干燥無灰基低位發(fā)熱量換算為收到基低位發(fā)熱量的公式為：門捷列夫經(jīng)驗(yàn)公式為：,§2-2 煤的燃燒特性,實(shí)測值與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算所得誤差24404-24482=-78KJ/Kg（ Aar=19.02%25% ,滿足實(shí)測值與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算所得誤差不超過 ±600 KJ/Kg的要求）我國煤炭科學(xué)研究院的經(jīng)驗(yàn)公式為：查表得， K1=335、K2 =1114、K3=92 、K4=92 、K5=33.5，則：實(shí)測值與我國煤科研究院經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算所得誤差為24404-24226=178J/g。,§2-2 煤的燃燒特性,以收到基低位發(fā)熱量為基準(zhǔn)的其他概念 標(biāo)準(zhǔn)煤：收到基低位發(fā)熱量為29270J/g（7000cal）的燃料，稱為標(biāo)準(zhǔn)煤。即每29270J的熱量可換算成1g的標(biāo)準(zhǔn)煤。 折算成分：規(guī)定把相對于每4187J/g（1000cal/g）收到基低位發(fā)熱量的煤所含水分灰分、和硫分，分別稱為折算水分、折算灰分和折算硫分。折算水分折算灰分折算硫分若 8%,稱為高水分燃料。 4%，高灰分燃料， 0.2%，稱為高硫分燃料。,§2-2 煤的燃燒特性,根據(jù)煤的煤化程度參數(shù)將煤分為褐煤、煙煤和無煙煤，揮發(fā)分含量依次降低，含碳量依次升高。工業(yè)鍋爐行業(yè)煤的分類,§2-3 煤的分類,褐煤 煤化程度低，干燥無灰基 ，空氣干燥基水分 含量高 內(nèi)部雜質(zhì)（ ）和外部雜質(zhì)（ ）多， 約15%35%， 約40%50%，發(fā)熱量不高，約11.314.7MJ/kg。 含硫量低 含磷量低 灰熔點(diǎn)高 質(zhì)地松脆，易風(fēng)化，易自燃，難于儲存，不宜遠(yuǎn)運(yùn)，屬于地方性低質(zhì)煤。主要分布在內(nèi)蒙古東部、黑龍江東部和云南東部。,§2-3 煤的分類,貧煤 將煙煤八個(gè)品種中的貧煤和揮發(fā)分相近與貧煤的瘦煤歸為一類 ，稱為貧煤 貧煤的煤化程度低于無煙煤，其揮發(fā)分 10%20%； 與煙煤相比，貧煤沒有粘結(jié)性或只有微弱的粘結(jié)性，煉焦時(shí)不結(jié)焦； 與煙煤相比，煤較難著火或燃燒，燃燒時(shí)火焰短，發(fā)熱量介于無煙煤和一般煙煤之間。 我國主要產(chǎn)地為貴州水城、江西萍鄉(xiāng)、湖南白沙、河南焦作。,§2-3 煤的分類,無煙煤 （白煤） 煤化程度最高，其揮發(fā)分 10%；碳含量最高，達(dá)95%98%，著火相當(dāng)困難；不易燃盡燒透，燃燒時(shí)無煙，只是很短的青藍(lán)色火焰，焦渣呈粉末狀，無粘結(jié)性； 含碳量高，內(nèi)部雜質(zhì)（ ）與外部雜質(zhì)（ ）很少，發(fā)熱量比較高，大多 （50006000kcal/kg），但含氫量少，發(fā)熱量比部分優(yōu)質(zhì)煤低；灰黑色，有金屬光澤，質(zhì)地堅(jiān)硬，不易研磨，常作民用和動力燃料。山西最多，達(dá)42%，其次為貴州（30% ）、河南、四川、云南。除上述煤種外，用作工業(yè)鍋爐的還有泥煤、煤矸石和石煤。,§2-3 煤的分類,液體燃料的成分由碳、氫、氧、氮、硫和灰分、水分組成 。也可采用收到基（ar）、空氣干燥基（ad）、干燥基（d）和干燥無灰基（daf）進(jìn)行分析和換算。主要元素成分為碳和氫。液體燃料發(fā)熱量高且穩(wěn)定，通常 （9700 10300kcal/kg） 燃料油的性質(zhì) 黏度：? 閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和自燃點(diǎn):? 凝固點(diǎn):？ 傾點(diǎn):？ 比熱容:？相對密度:？爆炸極限：？硫分：？安定性：？機(jī)械雜質(zhì)：？殘?zhí)浚海?§2-4 液體燃料,氣體燃料的化學(xué)成分分為可燃與不可燃兩部分:可燃成分有氫氣（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 ） 和硫化氫（ H2 S）不可燃成分：氮（N2）、氧（O2）、二氧化碳（CO2）、二氧化硫（ SO2 ） 氣體燃料的發(fā)熱量：1 干氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的發(fā)熱量按下式計(jì)算：式中 分別為氣體各組分的體積百分?jǐn)?shù)（%）和它們各自的低位發(fā)熱值（ ）,§2-5 氣體燃料,濕氣體的低位發(fā)熱值按下式計(jì)算：式中 1 干燃料氣體所對應(yīng)的含水蒸汽量， 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下濕燃?xì)猓ㄊ盏剑┗摺⒌桶l(fā)熱量之間由下式換算：式中 濕燃?xì)獾母?、低位發(fā)熱量，分別為氫、碳?xì)浠衔?、硫化氫和水蒸汽在濕燃?xì)庵械捏w積百分?jǐn)?shù)數(shù)值。,§2-5 氣體燃料,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，濕燃?xì)獾臀缓透呶话l(fā)熱量也可由下式換算：或 式中 燃?xì)獾南鄬穸龋?在與燃?xì)庀嗤臏囟认滤羝娘柡头謮毫Γ琍aP燃?xì)獾慕^對壓力， Pa 氣體燃料中，當(dāng)硫和水分較多時(shí)，要進(jìn)行脫硫和脫水處理。,§2-5 氣體燃料,氣體燃料的分類 天然氣 氣井氣 油田伴生氣 礦井氣 頁巖氣 人工燃?xì)猓簾捊姑簹猓桓郀t煤氣；發(fā)生爐煤氣；高壓氣化氣；油制氣；液化石油氣；地下氣化燃?xì)?§2-5 氣體燃料,