工業(yè)鍋爐的燃料

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§2-1 燃料的成分分析和基的轉換 §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 本章主要內容,§2-1 燃料的成分分析和基的轉換,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、煉焦爐煤氣 固體：煤；生物質燃料；…… 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：4000~11300kJ/kg（950~2700）；A50% 褐煤： Vdaf 40%；Q=8370~14650kJ/kg（2070~3500） 煙煤： Vdaf =10~40% 貧煤： Vdaf 10~20%； Q18840kJ/kg（） 無煙煤： Vdaf 10% ；Q20930~25120kJ/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 50~95%; 碳越高，熱值越高 Q=33704 KJ/Kg（8000kcal/kg）; 碳越高，著火點越高 (約800℃) 存在形式：氫、氧、氮、硫形成高分子有機化合物 氫（H） 燃料中的可燃元素之一 含氫量：2~6%，存在于揮發(fā)性氣體中 熱值最高 Q=125600 KJ/Kg（30000kcal/kg）； 著火點低； 碳化程度越低含量越高，易風化，氫并隨之降低,2018/8/23,§2-1 燃料的成分分析和基的轉換,元素分析 氧（O）及氮（N） 不可燃成分，習慣歸在可燃成分之內; 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=1~35% 、0.3~2.5%； 氧存在的方式：游離態(tài)、化合態(tài)； 氮的存在方式：蛋白質（又稱為“燃料氮”）燃燒時“氮”→NOX：酸雨、致毒、臭氧層破壞。,§2-1 燃料的成分分析和基的轉換,元素分析 硫（S） 燃料的可燃元素、有害物質，含量=0.1~8.0%; 完全燃燒 Q=9050 KJ/Kg（2165kcal/kg）; 生成硫化物，易低溫腐蝕； 燃燒產物污染環(huán)境SOx； 必須脫硫（ SOx ） ； S的存在形式：有機硫+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換,灰分(A)：不可燃，煤中的雜質 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（？） 增加設備復雜性 水分(M)： 主要雜質，內水分（什么是內在水？），外水分 （什么是外在水？） 不可燃物質，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換,燃料成分分析數(shù)據(jù)的基準與換算 燃料成分分析基準 元素分析 收到基：爐前煤斗→燃燒計算、熱力計算、運行分析空氣干燥基：實驗室條件20℃，相對濕度60%，外在水分=0 →實驗室分析，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換,§2-1 燃料的成分分析和基的轉換,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；,各種基準的換算,,C,H,,,N,O,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2018/8/23,§2-1 燃料的成分分析和基的轉換,煤的計算基準的換算 不同基準間的換算公式=K×-按原基準計算的某一成分的質量百分數(shù)，%-按新基準計算的同一成分的質量百分數(shù)， % K –換算系數(shù),2018/8/23,§2-1 燃料的成分分析和基的轉換,K,不同基準的換算系數(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換,若在實驗室條件下風干過程中外逸的水分稱為收到基風干水分 則燃料的全水分為收到基風干水分 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換,煤的燃燒特性指：煤的發(fā)熱量、揮發(fā)分、焦結性和灰熔點，是選擇鍋爐燃燒設備、制定運行操作制度和進行節(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；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)行標準“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（稱準至0.01g）→取樣（粒度小于6mm，10～12g）攤平，開蓋→干燥箱（已加熱到105℃～110℃，干燥氮氣) →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)兩次質量減少不超過0.01g或質量有所增加為止。若質量有所增加，應以質量增加錢一次的質量作為計算依據(jù)，水分在2%以下，不進行檢查性干燥。計算公式： — 煤樣的收到基全水分，%—煤樣質量，g —煤樣干燥后減輕的質量，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，稱準至0.0002g,攤平，打開稱量瓶→干燥箱（已加熱到105℃～110℃，干燥氮氣) →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)兩次質量減少不超過0.00010g或質量有所增加為止。水分在2.00%以下不進行檢查性干燥。,§2-2 煤的燃燒特性,§2-2-2 煤的工業(yè)分析 灰分分析：已知質量的灰皿（瓷質，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，稱準至0.0002g，均勻攤平→高溫爐加熱（30min使爐溫升至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，進行檢查性灼燒，每次20min，直至恒重?；曳值陀?5%時，不必進行檢查性灼燒?；颐笾袣埩粑镎荚嚇淤|量的百分數(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)分主要由各種碳氫化合物、氫、一氧化碳、硫化氫等可燃氣體和少量的氧、二氧化碳及氮等不可燃氣體組成。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。碳化程度越淺，揮發(fā)分析出的溫度越低。當揮發(fā)分濃度和溫度達到一定時遇到空氣立即燃燒，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，反應速度快，易于燃燒。揮發(fā)分影響爐膛結構和鍋爐運行，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：在預先經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量，g—原空氣干燥基煤樣質量，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 焦結性和焦渣特征煤的結焦性是煤粒在隔絕空氣加熱后能能否生成優(yōu)質焦炭的性質，是針對焦炭強度和塊度是否符合冶金要求而言。工業(yè)試驗后，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，外觀不同，焦炭的不同焦結形狀，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，其中較大的團塊輕輕一碰即成粉末 (3)弱粘結—用手指輕壓即成小塊 (4)不熔融粘結—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 焦結性和焦渣特征 (5)不膨脹熔融粘結—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—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—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) 強膨脹熔融粘結—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或強粘結的煤,§2-2 煤的燃燒特性,§2-2-3 灰熔點 煤灰的熔融性及其三個特征溫度的測定灰熔點↓易結焦→灰衣→受熱面堵灰→堵塞爐排 灰熔點的測定：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 焦煤灰熔融性的影響因素灰渣：造成爐膛結渣、高溫對流受熱面結渣、水冷壁結渣等煤灰熔融性的影響因素：煤灰的化學組成和煤灰周圍高溫的環(huán)境介質的性質，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 換算鍋爐設計和計算中，采用低位發(fā)熱量，但煤的發(fā)熱量又由彈筒式量熱計實測得來，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，%，當含硫量低于4%時，或發(fā)熱量大于 14600 KJ/Kg時，用全硫代替—硝酸生成熱的比例系數(shù)。 值與 有關，當 ≤16700KJ/Kg時， =0.001；當16700KJ/Kg＜ ≤25100KJ/Kg時， =0.0012；當 ＞ 25100KJ/Kg時， =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 ℃。門捷列夫經驗公式：我國煤炭科學研究院提出的經驗公式：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驗公式進行校核。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：門捷列夫經驗公式為：,§2-2 煤的燃燒特性,實測值與經驗公式計算所得誤差24404-24482=-78KJ/Kg（ Aar=19.02%25% ,滿足實測值與經驗公式計算所得誤差不超過 ±600 KJ/Kg的要求）我國煤炭科學研究院的經驗公式為：查表得， K1=335、K2 =1114、K3=92 、K4=92 、K5=33.5，則：實測值與我國煤科研究院經驗公式計算所得誤差為24404-24226=178J/g。,§2-2 煤的燃燒特性,以收到基低位發(fā)熱量為基準的其他概念 標準煤：收到基低位發(fā)熱量為29270J/g（7000cal）的燃料，稱為標準煤。即每29270J的熱量可換算成1g的標準煤。 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 內部雜質（ ）和外部雜質（ ）多， 約15%～35%， 約40%～50%，發(fā)熱量不高，約11.3～14.7MJ/kg。 含硫量低 含磷量低 灰熔點高 質地松脆，易風化，易自燃，難于儲存，不宜遠運，屬于地方性低質煤。主要分布在內蒙古東部、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，貧煤沒有粘結性或只有微弱的粘結性，煉焦時不結焦； 與煙煤相比，煤較難著火或燃燒，燃燒時火焰短，發(fā)熱量介于無煙煤和一般煙煤之間。 我國主要產地為貴州水城、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95%～98%，著火相當困難；不易燃盡燒透，燃燒時無煙，只是很短的青藍色火焰，焦渣呈粉末狀，無粘結性； 含碳量高，內部雜質（ ）與外部雜質（ ）很少，發(fā)熱量比較高，大多 （5000～6000kcal/kg），但含氫量少，發(fā)熱量比部分優(yōu)質煤低；灰黑色，有金屬光澤，質地堅硬，不易研磨，常作民用和動力燃料。山西最多，達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 黏度：? 閃點、燃點和自燃點:? 凝固點:？ 傾點:？ 比熱容:？相對密度:？爆炸極限：？硫分：？安定性：？機械雜質：？殘?zhí)浚海?§2-4 液體燃料,氣體燃料的化學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 干氣體在標準狀態(tài)下的發(fā)熱量按下式計算：式中 — 分別為氣體各組分的體積百分數(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)熱值按下式計算：式中 — 1 干燃料氣體所對應的含水蒸汽量， 標準狀態(tài)下濕燃氣（收到）基高、低發(fā)熱量之間由下式換算：式中 — 濕燃氣的高、低位發(fā)熱量，—分別為氫、碳氫化合物、硫化氫和水蒸汽在濕燃氣中的體積百分數(shù)數(shù)值。,§2-5 氣體燃料,標準狀態(tài)下，濕燃氣低位和高位發(fā)熱量也可由下式換算：或 式中 —燃氣的相對濕度，%—在與燃氣相同的溫度下水蒸汽的飽和分壓力，PaP—燃氣的絕對壓力， Pa 氣體燃料中，當硫和水分較多時，要進行脫硫和脫水處理。,§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 人工燃氣：煉焦煤氣；高爐煤氣；發(fā)生爐煤氣；高壓氣化氣；油制氣；液化石油氣；地下氣化燃氣,§2-5 氣體燃料,