燃料及燃料燃烧计算

锅炉燃料及燃料燃烧计算

第二章 燃料及燃料燃烧计算燃料：能用来燃烧以取得热量的物质，是锅炉 的基本能源表 3-1 天然燃料 固体燃料 木材、煤、页岩 液体燃料 石油 气体燃料 天然气 燃料的分类 人工燃料 木炭、焦碳、煤粉 汽油、煤油、柴油、重油 高炉煤气、发生炉煤气、 焦炉煤气、气化煤气、沼 气等

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§2-1 气体燃料和液体燃料气体燃料：天然气，液化石油气，沼气，焦炉煤气， 高炉煤气及发生炉煤气等。 气田煤气： 94~98% CH4 ,压力高，热值36000kJ/Nm3 油田煤气：75~87% CH4,>10%的C2H6和C3H8,5~10% CO2,热值45000kJ/Nm3 煤矿矿井气： 52~60% CH4 ,>35% N2,热值18800kJ/Nm3 凝析气田气：含有石油的轻质馏分 优点：点火容易，易与空气混合达到完全燃烧，调节方便 用途：制取合成氨、炭黑、乙炔等化工产品的原料气，优 质的燃料气

天 然 气

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液化石油气：开采和炼制石油过程中而获得的一部分炭氢化合 物，主要成分为C3H8,C3H6,C4H10,C4H8,习惯上称C3,C4 , 热值为91960~121220kJ/Nm3 沼气：60% CH4,35%CO2,还有少量的H2和CO,热值为 14630 kJ/Nm3

高炉煤气：炼铁时的副产品，主要成分CO,其余为惰性气 体CO2和N2,热值为 3360~4200 kJ/Nm3

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炼焦炉煤气：冶金工业炼焦炉的副产品，是煤受热所析出 的挥发分，主要成分50~60% H2,20% CH4,其余为少量 CO2和N2,热值为15000~20000 kJ/Nm3

发 生 炉 煤 气

空气煤气：煤在空气不足的条件下燃烧，所生成的CO, 主要成分30%CO,56%N2,<10%H2,热值小于6000kJ/Nm3 水煤气：用水蒸汽与炽热的煤反应，可生成水煤气，主 要成分40~50%CO,45~55%H2,其余为少量的CO2和N2, 热值为8300~10500kJ/Nm3

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锅炉燃用的油主要是重油和柴油 液体燃料： 重油：由不同成分的炭氢化合物组成的复杂混合物，由碳、 氢、氧、氮、硫、灰份、水分等组成，Car=81~87%,Har =11~14%,Sar,Oar,Nar总量约为1~3%,Mar=1~3%, Aar<1%,Qar,net,p= 37.6~42 MJ/kg 粘度：温度对粘度的影响最大，影响流动和雾化 主 要 性 质 燃点和闪点：鉴别油着火、燃烧性能的重要指标 凝固点：凝固点的高低与石蜡的含量有关，含石蜡多 的凝固点高 硫分和杂质：硫将引起锅炉受热面的腐蚀和积灰，机 械杂质可能堵塞磨损喷嘴

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项目 恩氏粘度(°E)(80℃不大 于) 恩氏粘度(°E) (100℃不 大于) 闪点(开口)(℃) 不低于 80 凝固点(℃)不高于 灰分(%)不大于 水分(%)不大于 硫含量(%)不大于 机械杂质(%)不大于 20 5.0

重油牌号

60 11.0

100 200 15.5 5.5~ 9.5 130 36 0.3 3.0 3.0 2.5

100 20 0.3 1.5 1.5 2.0

120 25 0.3 2.0 2.0 2.5

15 0.3 1.0 1.0 1.5

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§2-2

煤的成分及性质

煤是远古植物在地质变化中

形成的，因此，它含有 一般植物所含的形成有机物的炭、氢、氧、氮、硫等元 素，以及灰份和水份等惰性物质。 煤的分类 过去煤分类多沿用煤的气化、炼焦、煤化工等分类方法 分类(包括褐煤、长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、 不粘煤、无烟煤),根据锅炉设计、运行的经验，发现该法 不适于动力用煤的分类，于是按干燥无灰基挥发份的含量分 类为无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤等种类

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动力燃料用煤的分类方法 煤种 无烟煤 贫煤 干燥无灰基挥 燃烧特性 发份含量Vdaf[%] 难着火及燃烧完全 ≤8 >8-19 较难着火及燃烧完全 易着火及燃烧完全 易着火及燃烧完全 易着火及燃烧完全

低挥发份烟煤 20-30 高挥发份烟煤 30-40 褐煤 40-50

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用百分比表示煤的成份：

C + H + O + N + S + A + M = 100%可燃质 惰性质

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炭(C)是燃料的主要成分，以煤中可燃性成分重量为100%, 炭占煤成分的50~98%,则植物纤维含炭44~55%,泥 煤含炭50~60%,褐煤含炭60~77%,无烟煤含炭90~ 98%,1kg炭完全燃烧约可放出热量32700kJ/kg,不完 全燃烧(生成CO)可放出热量9270kJ/kg。 氢(H)是燃料中仅次于炭的可燃成分，发热量120370kJ/kg, 煤中可燃质含氢2~8%,重油含氢12~13%,炭氢化合 物多的燃料易着火。 氮(N)主要由成煤植物中蛋白质转化而来，含量1~3%,在煤 燃烧时氮常呈游离状态逸出，不产生热量。

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氧(O) 不能产生热量，形式上为有机成分，实为燃料内部杂质， 地质年代高的煤含氧量低，相反则高。硫(S) 是煤中可燃成分之一，但也是有害的成分。发热量9100 kJ/kg,燃烧产物为SO2、SO3气体。煤中硫可以分为有机 硫和无机硫，我国煤中大约60~70%的硫为无机硫， 30~40%为有机硫 还有磷(P)(含量不超过1%)和其它稀有元素，如汞(Hg)、 砷(As)、硒(Se)、锗(Ge)、镓(Ga)、铍(Be)、锂(Li)、钒 (V)及放射性元素铀(U)等，一般含量甚微。

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炭、氢、氧、氮四种元素在不同煤中的含量(%) 元素煤种

炭褐煤(lignite or brown coal)

氢

氧 30~10 10~2 2

氮 3~1 3~1 3~1

60~75 6~5

烟煤 75~90 5~4 bituminous coal 无烟煤 anthracite

90~98 <4

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水分(M): 外部水分 内部水分 煤样置于105~110℃的烘箱中使干燥至恒重， 失去的水分

化合结晶水分：石膏CaSO4 2H2O,高岭土Al2O3 2SiO2 2H2O 水分对锅炉运行的影响 煤中的不可燃成分，降低煤的发热量 推迟着火，在燃烧过程中汽化吸热，降低炉膛温度， 使着火困难 降低锅炉效率 易引起低温受热面腐蚀

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煤中的水分含量(%)

煤种 在地下自然状态

褐煤 60~30

烟煤 15~4 8~1

无烟煤 4~2 2~1

在空气中风干之后 40~10

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灰分(A):煤中所

含的矿物杂质 燃烧后的固体残留物

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灰分对锅炉运行的影响：煤中的不可燃成分，降低煤的发热量，灰份每增加1%,燃料 消耗即增加1% 使受热面受污染影响传热，导致排烟温度升高，降低热效率 使受热面磨损 易产生炉内结渣，并会腐蚀金属管壁 除灰渣系统任务重