锅炉燃烧理论基础课件.ppt

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1、锅炉设备及运行,主要内容课题一：电站锅炉基本知识课题二：燃料分析及燃烧理论基础课题三：锅炉燃烧设备及运行课题四：蒸发设备、蒸汽净化设备及其运行课题五：过热器与再热器及其运行课题六：省煤器与空预器及其运行课题七：锅炉主要辅机及其运行,课题二：燃料分析及燃烧理论基础一、煤的分析 （一）煤的元素分析 （二）煤的工业分析 （三）煤的成分的折算基准 （四）煤的特性指标及分类二、煤的燃烧理论 （一）煤的反应及过量空气系数 （二）多相燃烧理论 （三）煤粉气流的燃烧三、锅炉热平衡,一、煤的分析：元素分析、工业分析。（一）煤的元素分析1、定义：煤的元素分析测定煤中所含主要化学元素（C、H、O、N、S）的质量百分

2、数。2.组成：煤的元素分析包括碳（C）、氢（H）、氧（O） 、氮（N）、 硫（S）。,3.各元素的分析：（1）C:煤中最主要、含量最多的可燃物（占可燃物的40-90%）。,挥发碳,+,固定碳,少量C与H、O、S相结合成挥发性有机化合物。燃点低,燃点高，不易着火和燃尽。,（2）H：是煤中发热量最高的物质，但含量较少，一般为3%-6%。（3）O和N：是煤中的不可燃物质，含量也较少。N在高温条件下易生成污染大气的NOX，是煤中的有害物质。（4）S：有害的可燃物。其燃烧产物SO2、SO3会造成锅炉金属的腐蚀并污染大气。,采用低NOX燃烧器，炉内低NOX燃烧技术，脱硝装置。,采用脱硫装置。,（二）煤的工

3、业分析1.定义：煤的工业分析在一定的实验条件下的煤样，通过分析得出水分、挥发分、固定碳和灰分四种成分的质量百分数。,2.各成分分析（1）水分W：外部水分+内部水分=全水分外部水分：附着在煤颗粒表面的水分，在自然干燥下就能除去。内部水分：吸附在煤颗粒内部毛细孔中的水分。需在100以上的温度经过一定时间才能除掉。水分对锅炉运行的影响：a.煤的水分使炉内温度下降，影响燃料着火；b.增大排烟热损失；c.加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰。,（2）挥发分a.定义：挥发分V煤在一定条件下加热时，由于有机物质分析而析出的气体物质。b.组成：c.挥发分对锅炉运行的影响：挥发分越高，越容易着火，燃烧速度越快，燃烧时的火

4、焰越长。,挥发分是煤的重要特性，是煤分类的重要依据。,（3）灰分：煤完全燃烧后的固体残余物，是煤中的有害成分。a.降低煤的发热量；b.使煤的着火和燃烧速度减慢；c.使受热面积灰、磨损和渣；d.污染环境；f.增加锅炉热损失。,（4）固定碳固定碳：是煤中以单质状态存在的碳。焦碳：煤失去水分、灰分后的剩余部分。 固定碳=焦碳-灰分固定碳是煤中的重要成分，固定碳越高，发热量越高。,（三）煤的成分的计算基准1.定义：煤的成分的计算基准测定煤的成分含量时，煤所处的状态或条件。2.种类（1）收到基（应用基）含有全水分的煤，以下角标ar表示。 ar-as received(收到) basis一般，煤的元素分析

5、在收到基下测取。,2）空气干燥基（分析基）失去外部水分的煤，以下角标ad表示。 ad-as dry(干燥) basis空气干燥基测出的水分为内部水分。（3）干燥基失去全水分的煤，以下角标为d。 d-dry basis.（4）干燥无灰基（可燃基）失去全水分和灰分的煤，以下角标为daf. daf-dry ash-free basis.一般，挥发分的测定为干燥无灰基。,库车二期锅炉设计煤种煤质分析：,以上煤质资料中，设计煤种为俄霍布拉克煤矿煤样，校核煤种为库车县伟晔矿业公司克孜库坦煤矿煤样。,（四）煤的特性指标及分类1.煤的发热量定义：发热量单位质量的煤完全燃烧所放出的热量，单位KJ/kg.高位发热

6、量Qgr煤中可燃元素完全燃烧所放出的热量，包括燃烧产生的水蒸汽凝结所放出的汽化潜热。低位发热量Qnet高位发热量减去水蒸汽的汽化潜热。（煤在锅炉中燃烧实际所得到的热量）库车二期煤的低位发热量：设计煤种：20.26MJ/kg ；校核煤种：23.56MJ/kg,设计煤种：设计锅炉时用于确定锅炉各部分结构尺寸，并通过热力计算给出锅炉设计性能各项参数和保证值所依据的计算煤种。校核煤种：设计锅炉时，与设计煤种同时向制造厂提出的一个(有的多于一个)煤种，其某些煤质指标偏离设计煤种的数值，要求制造厂保证当锅炉燃用该煤种时，能在额定蒸汽参数下带锅炉最大连续出力负荷长期、连续、稳定运行。,锅炉发热量对锅炉运行的

7、影响：a.运行中入炉煤发热量升高： 锅炉运行调整：注意入炉煤量应相应减少，以及一、二次风量也相应减少。否则，以免因汽温汽压过高；炉膛温度过高，导致炉膛结渣。b.入炉煤的发热量降低（煤质变差）：锅炉运行调整：注意入炉煤量应相应增加，一、二次风量也相应增加。注意加强燃烧监视，必要时投油稳燃，以保证锅炉稳定燃烧、蒸汽参数正常、锅炉正常出力。,2、标准煤定义：标准煤收到基低位发热量为29270MJ/kg（7000千卡/kg）的煤。标准煤耗生产一度电（1KW.h）的电能所耗费的标准煤。,3、煤的分类按成煤年代长短，依次分为无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤。（1）无烟煤：Vdaf10%，Q21MJ/kg 燃烧特性

8、：（1）挥发分低，着火燃烧慢，火焰短，不易燃尽。（2）固定碳多，水分和灰分少，发热量高。（3）一般没有焦结性。（4）密度大，质坚硬，不易磨碎。发热量：单位质量的煤完全燃烧时放出的全部热量。焦结性：煤干馏时能炼出强度高的冶金焦炭的性能。,（2）贫煤Vdaf=10-19%，Q18.5MJ/kg 燃烧特性：（1）碳化程度与烟煤接近；（2）燃烧性能接近无烟煤；（3）其它介于无烟煤与烟煤之间。,（3）烟煤Vdaf=19-40%. 燃烧特性：（1）挥发分高，易着火，燃烧快，火焰较长；（2）发热量较高（含H量较高时，发热量高于无烟煤；（3）多数具有焦结性，可用于生产焦炭。（4）质地松脆，易研磨。,库车二期工

9、程煤质为高挥发份、中高灰份、常水份的烟煤，具有易燃尽、易着火、高结渣性等特性。,（4）褐煤Vdaf 40%，Q11.5MJ/kg 燃烧特性：（1）挥发分高，着火燃烧快，火焰长；（2）含碳量低，含灰和水分高，发热量低；（3）长期储存时容易自燃。（4）质地松脆，易风化，不利于长途运输和储存。,二、煤的燃烧理论1、定义：（1）燃料的燃烧-燃料中的可燃物质与空气中的氧化剂进行发热与发光的高速化学反应。,（一）燃烧反应和过量空气系数1、燃烧的化学反应燃料的可燃成分是C、H、S。（1）C的燃烧完全燃烧： C+O2=CO2 每1kg碳完全燃烧需要1.866m3的O2,并产生1.866m3的CO2.不完全燃烧

10、：2C+O=2CO 每1kg碳完全燃烧需要0.51.866m3的O2,并产生1.866m3的CO.,(2)H的燃烧：2H+O2=2H2O每1kgH2完全燃烧需要5.56m3的O2,并产生11.1m3的H2O.(3)S的燃烧：S+O2=CO2 每1kg碳完全燃烧需要0.7m3的O2,并产生0.7m3的SO2.,2、理论空气量（V0）： 1kg燃料完全燃烧时所需要的最低限度的空气量（空气中的氧无剩余）。 它实质上是1kg燃料中的可燃元素C、H、S完全燃烧所需的最小空气量。3、过量空气系数（a）：实际空气量（VK）与理论空气量（V0）的比值。 a = VK / V0一般，煤粉炉的炉膛出口处，过量空气

11、系数控制在1.15-1.25。过量空气系数过大，送入的空气量过多，使炉温降低，影响煤粉着火，且造成烟气容积增大，排烟热损失增大；过量空气系数过小，因空气量不足，产生不完全燃烧热损失。库车二期工程：过剩空气系数炉膛出口21%（1.21）。,最佳过量空气系数：燃料燃烧时，使锅炉的燃烧损失（不完全燃烧热损失+排烟损失）最小时，所需的过量空气系数。在运行中，通过仪表可测量炉膛的含氧量，以监督炉膛出口处的过量空气系数。,（二）多相燃烧理论1.定义均相燃烧-燃料与氧化剂是同一相态。多相燃烧-燃料与氧化剂不是同一相态。例：煤：挥发分（气）+O2（气）单相燃烧 固定碳（固）+O2（气）多相燃烧油： 碳氢化合物

12、 (液)CmHn(汽)+ O2（气）单相燃烧气：CmHn、H2、CO等+O2（气）单相燃烧2.多相燃烧的特征 不同相态的物质在相的分界面上发生反应包括碳粒外表面和内部缝隙表面。因缝隙小而窄，故反应主要是在外表面上进行。,3.多相燃烧的基本反应过程,氧气扩散空气中的氧气向碳表面转移和扩散；氧气被吸附氧分子靠分子力被吸附在碳表面上化学反应氧气与碳进行反应生成物解除吸附生成的CO2依靠浓度差形成的扩散力，解除吸附，脱离碳粒表面；生成物扩散生成的CO2依靠扩散力向外转移和扩散。其中，和环节的速度较慢，其余环节的速度较快。故碳的燃烧速度，主要受化学反应速度和氧气扩散速度的影响。,4.碳粒的燃烧过程碳粒的

13、燃烧主要包括2个过程：,5、影响多相燃烧速度的主要因素a.固体反应物的表面积。 煤粉细度越小，单位质量燃煤的表面积越大，燃烧速度越快。b.反应物浓度 在燃料着火区，可燃物浓度比较高，而O2浓度较低，保证燃料进入炉内后尽快着火。但着火区煤粉浓度过高，过分缺氧，会灭火，甚至爆炸。,在着火区要控制好燃料与空气的比例。,c.燃料的活化能活化能：燃料达到开始燃烧状态所需的最低能量。活化能越小，燃烧能力越强，在低温下就能燃烧；活化能越大，燃烧能力越差，较高温度下才能达到较大的反应速度，这种燃料不仅着火困难，且要经过较长的时间才能燃尽。我国国内四种典型煤种的活化能：无烟煤85.212kJ/mol；贫煤55.

14、098%kJ/mol；烟煤45.452%kJ/mol；褐煤38.911%kJ/mol。,d.反应温度 反应温度越高，分子运动的平均动能增加，活化分子的数目大大增加，有效碰撞频率和次数增加，因而反应速度越快。,（三）煤粉气流的燃烧1.燃烧过程,煤粉受热水分析出,继续受热挥发分析出（120-450）,挥发分着火（450-550 ）,引燃焦炭,残余挥发分与焦炭燃尽,灰渣,挥发分燃尽要02-0.5s，占整个燃烧的10%,焦炭燃尽要1-2.8s，占整个燃烧的90%,挥发分对于煤粉着火起着决定性作用。,2.煤粉气流的燃烧特点,a.挥发分的析出和着火,与焦炭的着火几乎同时进行原因:煤粉尺寸小(2050m)，

15、炉膛温度高（14001600），故加热速度极快，可达500010000/s；b.风粉之间的相对速度较小煤粉随风流动；煤粉主要依靠减小粒径，提高表面能来吸附氧气（自然扩散）；c.着火条件较差煤粉随风流动，在炉膛内停留时间短，任一瞬间炉膛内的蓄热量较小；故:保证稳定着火是实现煤粉良好燃烧的关键。,3.燃烧的3个基本阶段：着火前准备、燃烧、燃尽.,煤粉气流着火过程分析,1.着火的概念 燃料由缓慢的氧化转变为剧烈氧化，并且大量发光发热的状态。2.着火温度tzh燃料开始剧烈氧化所需的最低温度（着火点）影响着火温度高低的主要因素：燃料的成份组成煤的挥发份高，则活化能小，着火温度相对较低；煤的加热/放热条件

16、 (故tzh并非煤的固有属性) 当煤燃烧时，放热量和散热量的相对大小，会影响到着火温度的高低,3.煤粉气流的着火热Qzh,煤粉气流被加热到着火状态所需的热量燃料升温耗热送粉一次风升温耗热粉中水份蒸发变汽耗热制粉乏气中水汽升温耗热,4.对着火过程的基本要求,着火应连续而及时，着火点位置合适（距喷口出口约0.20.3米，不大于0.5米）着火过迟，火焰拉长，炉膛上部温度偏高，容易造成结渣，汽温偏高；且容易造成燃烧不完全；着火过早，喷口附近温度偏高，容易造成结渣，可能烧坏喷口。5.着火热的来源对流烟气与煤粉气流混合后形成对流扩散传热，约占总着火热的7090%；辐射火焰、烟气、炉墙对煤粉气流形成辐射传热

17、，占1030%,影响煤粉着火及燃烧的因素,1.煤质挥发分挥发分低时，着火温度高，着火困难，燃烧速度慢，不易燃烬；灰分灰分高时，发热量低，需进煤量多，既使着火热增大，又使炉温降低，不利于着火；同时，灰妨碍氧气扩散，不易燃烬；水分水分高时，着火所需热量增大，并使炉温降低，着火发生困难。2.煤粉细度R90 粉细时，着火快，容易燃烬。 原因：煤粉比表面积（单位质量煤粉的表面积）大，热阻小，吸热升温快；同时粉粒直径小，氧气扩散速度快，容易混合均匀；燃烧所需时间较少。,3.炉膛温度L,影响风粉吸热升温速度，影响着火速度；影响化学反应速度快慢，影响燃烧及燃烬速度。 分析：影响L的因素入炉燃料量B与负荷D有关

18、 锅炉最低稳燃负荷Dmin锅炉不投油能稳定燃烧的最低负荷,一般Dmin=（0.30.6）De煤的发热量水冷壁吸热能力管子排列密度，管壁清洁程度 卫燃带用耐火材料将部分水冷壁覆盖，以减少吸热，从而保持高温入炉风温与热风温度和送粉方式有关；炉膛漏风情况炉膛安装与检修质量，炉膛压力,4.空气量及供风方式,总空气量应足够过小，不能满足燃烧要求；过大，会使炉温降低。总空气量存在最佳值，对应主要热损失（q2+q3+q4）之和为最小。空气量应分批送入A.一次风输送煤粉进入炉膛的风（首先与燃料接触的风） 一次风的作用： 输送煤粉；保证挥发分燃烧所需氧气；,B.二次风直接进入炉膛助燃的风,作用：满足焦炭燃烧所需

19、氧气， 组织风粉进行扩散混合；C.三次风除一、二次风以外的送入炉膛的风，有多种用途：烧掉制粉乏气中的煤粉中储式热风送粉系统控制火焰中心位置协助调节汽温；抑制氧化氮的生成使助燃空气分批供入，以降低火焰中心区的温度和氧浓度，减少氧化氮生成量；防止结渣和高温腐蚀沿炉壁送入，使水冷壁附近形成氧化气氛。,5.一次风参数,一次风温t1k影响着火所需吸热量，从而影响着火速度一次风量V1k用一次风率r1k表示 r1k=（一次风量/入炉总风量）100% r1k过大，着火热过大，对着火不利； r1k过小，挥发分着火后不能及时供应氧气，使燃烧推迟；一次风速w1k影响风粉混合物的流量 w1k过高，单位面积上的风粉流量

20、大，单位时间所需着火热量大，在加热速度一定时，着火点延后，着火推迟； 推荐的一次风率和一次风速：查规范,6.二次风与一次风的配合,2K混入1K的位置应适当 混合过早，相当于增加1K，会推迟着火；混合过迟，焦炭着火后不能迅速燃烧，使整个燃烧过程延长。 对高挥发分煤宁早勿迟； 对低挥发分煤宁迟勿早；2K风速应较高以增强对煤粉的扰动和扩散，加快混合过程。 一般控制动量比J2k/J1k=24 （动量J=流速w质量流量m）推荐的二次风速：查规范,7.燃料在炉内的燃烧时间,燃烧时间不足，燃烧不完全，影响燃烧效率。主要影响因素：炉膛容积和高度影响烟速和火焰长度，火焰在炉膛内的充满程度影响炉膛利用率及烟速；风

21、粉的流动方式直流、旋转、W火焰影响火焰长度、以及煤粉停留时间；煤粉着火的早迟着火推迟，燃烧时间缩短 故：强化着火过程，有利于保证燃烧时间。,燃烧程度完全燃烧：燃料中的可燃成分在燃烧后全部生成不能再进行氧化的燃烧产物，如CO2、SO2、H2O.不完全燃烧：燃料的可燃成分在燃烧过程中，有一部分没有参与燃烧，或虽已进行燃烧但生成的产物（烟气、灰渣）中，还有可燃气体（ CO、H2、CH4）。,迅速完全燃烧的条件,燃烧的要求,迅速完全燃烧,良好的燃烧条件,1.合适的炉内温度（1500-1600）：保证迅速着火、燃烧，充分燃尽；,2.充足、合适的空气量（风量）；,3.煤粉与空气的良好扰动与混合：冲破烟气层

22、、灰壳，实现强制扩散；,4.足够的炉内停留燃烧时间（2-3s）。,2.燃烧阶段,(1)现象：挥发分和焦炭相继着火燃烧，大量放热，温度很快升高(2)特点： a.挥发分与焦炭的着火燃烧交替进行； b.挥发分的燃烧极快，需保证空气量的及时供应c.燃烧放热量大于传热量，温度沿程升高，达到最高温度（火焰中心）。(3)强化原则： 及时供应足够的空气； 加强空气与燃料的扩散混合（前期混合），使空气分配均匀。,3.燃烬阶段,现象：少量被灰包裹的固定碳继续燃烧放热特点：燃烧放热量小于传热量，温度沿程降低，达到最低温度（炉膛出口烟温） 燃烧速度减慢，燃烧时间增长原因：反应物浓度降低；碳被灰包裹，氧气扩散困难；燃烧

23、温度降低。据试验，R90=5%的煤粉，在开始25%时间内烧掉97%的可燃质，余下的75%时间烧掉3%的可燃质。强化原则： 保证足够的燃烧时间如有足够的炉膛高度，保证火焰长度；有足够的炉膛空间容积，保证烟速不过高 保证有足够的空气并加强扩散混合（后期混合）,三、锅炉热平衡：热平衡方程： Qr=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q61.Qr：煤的低位发热量。煤的低位发热量：煤燃烧后，除去它所生成的水蒸气的汽化潜热，实际发出的热量。2. Q1：锅炉的有效利用热量（工质吸收的热量）。（约90%）3. Q2 ：排烟热损失。电厂排烟温度130左右，该项损失占4%-8%。,4. Q3：化学不完全燃烧损失。（0.

24、5%）指烟气中的CO、H2可燃气体，未能燃烧释放热量就被排出，引起的热量损失。5. Q4 ：机械不完全燃烧损失。（0.5-5%）指部分固体燃料未参与燃烧，或未燃尽就随灰渣、飞灰离开炉膛，引起的热量损失。6. Q5 ：散热损失。（约0.2%）指因锅炉炉墙、汽包、联箱、管道等设备，经外壁向环境散热，引起的热量损失。7. Q6 ：灰渣物理热损失。指炉底排出的炉渣所带走的热量。与含灰量、排渣方式有关。,作业：1.煤的工业分析是在一定的实验条件下的煤样，通过分析得出 、 、 、 四种成分的质量百分数?对煤粉着火起着决定性作用？2.煤中主要由哪种元素提供热量？哪种元素是有害元素，针对它，采用哪些措施？3. 库车二期锅炉燃用的是哪一类煤，它的燃烧特性怎样？4. 从相态上分，燃烧有哪几种燃烧？煤粉燃烧、燃油燃烧分别属于什么燃烧？5.燃烧包括哪几个阶段？6.为了保证迅速、完全燃烧，应保证哪些良好的燃烧条件？7.什么叫煤的发热量？通常用哪几种发热量表示？实际锅炉运行中，采用哪种发热量？为什么？当负荷不变，而煤的发热量变低时，应如何进行运行调整？,