第02章 燃料.ppt
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1、第二章第二章 燃料燃料重要性重要性设计:炉型、整体结构与布置设计:炉型、整体结构与布置运行:燃烧的稳定性、汽温、效率、结渣、运行:燃烧的稳定性、汽温、效率、结渣、积灰等经济安全问题积灰等经济安全问题辅机选型辅机选型污染污染煤质多变、煤质差煤质多变、煤质差q尽量不烧油、气,以煤为主;尽量不烧油、气,以煤为主;q尽量不使用工艺燃料;尽量不使用工艺燃料;q尽量采用当地的煤;尽量采用当地的煤;q使用中尽量减少污染使用中尽量减少污染我国燃料政策我国燃料政策年年 1990199520002015一次一次能源能源消耗消耗比例比例(%)煤煤76.2 76.1 71.362.6油油16.617.1 24.026
2、.9天然气天然气2.102.002.747.06水电水电5.104.802.012.6核能核能/0.210.79中国的能源结构中国的能源结构第一节煤的成分和主要特性第一节煤的成分和主要特性一、成分一、成分(元素分析与工业分析)元素分析与工业分析)1 1、元素分析、元素分析 Ultimate Analysis指对煤中指对煤中碳、氢、氧、氮、硫碳、氢、氧、氮、硫五种元素分析的总称。五种元素分析的总称。用质量百分数表示。用质量百分数表示。1 1)碳)碳(C):含量最多含量最多(50-90%);是发热量的主;是发热量的主要来源(要来源(32.7MJ/kg32.7MJ/kgCOCO2 2 9.27MJ/
3、kg 9.27MJ/kgCOCO););随煤化程度而增加;随煤化程度而增加;存在于挥发分中;存在于挥发分中;易燃易燃固定碳:单质状态固定碳:单质状态难燃难燃有机物与无机物的混合组成,地质年代有机物与无机物的混合组成,地质年代元素分析繁元素分析仪科研机构元素分析繁元素分析仪科研机构工业分析易加热干燥电厂工业分析易加热干燥电厂2 2)氢()氢(H H):):含量少(含量少(1 16%6%);主要存在于);主要存在于挥发分挥发分(C Cm mH Hn n)中;中;发热量很大发热量很大120MJ/kg120MJ/kg,影响整个煤的发热量,并影响着火。影响整个煤的发热量,并影响着火。随煤化程度加深而减少
4、随煤化程度加深而减少3 3)氧()氧(O O)和和氮(氮(N N):不可燃成分,含量较少。不可燃成分,含量较少。随煤化程度加深而减少随煤化程度加深而减少燃料中的氮是煤粉锅炉燃料中的氮是煤粉锅炉NONOx x生成的主要来源生成的主要来源NONOx x的三种生成机理(快速反应、温度型、的三种生成机理(快速反应、温度型、燃料型燃料型)低污染燃烧技术低污染燃烧技术4 4)硫()硫(S S):):含量少,有害物质。含量少,有害物质。低温腐蚀、高温腐蚀、大气污染低温腐蚀、高温腐蚀、大气污染酸雨酸雨有机硫有机硫30-40%30-40%、无机硫、无机硫60-70%60-70%(黄铁矿、硫酸盐硫)、单质硫(少)
5、(黄铁矿、硫酸盐硫)、单质硫(少)黄铁矿是煤中主要的硫成分,比重黄铁矿是煤中主要的硫成分,比重4.9-5.24.9-5.2,比煤矸石和煤都要重的多,比煤矸石和煤都要重的多本身无磁性,但在强磁场下能转变为顺磁性物质本身无磁性,但在强磁场下能转变为顺磁性物质选煤选煤黄铁矿硫黄铁矿硫Sp 有机硫有机硫So 硫酸盐硫硫酸盐硫Ss全硫全硫StSpSoSs全硫含量一般用干燥基表示:全硫含量一般用干燥基表示:St,d分析原理:分析原理:将试样置于高温下燃烧,使其各种形态的硫都转化将试样置于高温下燃烧,使其各种形态的硫都转化硫的氧化物,用适当试剂与此氧化物作用,生成硫硫的氧化物,用适当试剂与此氧化物作用,生成
6、硫酸或硫酸盐,然后用重量法或容量法测定硫酸根,酸或硫酸盐,然后用重量法或容量法测定硫酸根,最后计算出硫的含量。测定结果是全硫的含量最后计算出硫的含量。测定结果是全硫的含量。自动定硫仪自动定硫仪2 2、工业分析、工业分析 Proximate Analysis按照煤的着火、燃烧过程中各成分的变化,分析煤按照煤的着火、燃烧过程中各成分的变化,分析煤中水分、挥发分、固定碳、灰分这四种成分的质量百分中水分、挥发分、固定碳、灰分这四种成分的质量百分数,即煤的工业分析数,即煤的工业分析q自然干燥自然干燥外部水分外部水分 q加热干燥至加热干燥至145内部水分内部水分 q隔绝空气加热至隔绝空气加热至920 挥发
7、分挥发分 q焦炭焦炭燃烧燃烧灰分余下的灰分余下的固定碳燃烧掉的固定碳燃烧掉的1 1)水分)水分Moisture (M)外部水分外部水分:自然干燥失去自然干燥失去 (free moisture)内部水分:须加热干燥失去(也称分析水分)内部水分:须加热干燥失去(也称分析水分)外部水分外部水分(Mf)内部水分内部水分(Mad)全水分全水分(Mar)外部水分容易受季节、湿度的影响外部水分容易受季节、湿度的影响将失去水分的煤,隔绝空气,加热至将失去水分的煤,隔绝空气,加热至920920,使燃料,使燃料中的有机物分解而释放出的气体中的有机物分解而释放出的气体主要成份:主要成份:CmHn、H2、CO、H2S
8、等可燃气体;等可燃气体;O2、CO2、N2等不可燃气体等不可燃气体挥发分一般用挥发分一般用干燥无灰基干燥无灰基表示表示Vdaf失去水分、挥发分后所余即焦炭(固定碳灰分)失去水分、挥发分后所余即焦炭(固定碳灰分)加热燃烧加热燃烧2)挥发分挥发分Volatile (V)3)灰)灰分分Ash (A)4)固定碳)固定碳Fixed Carbon (FC)来源于:形成煤的植物本身的矿物质和成煤过程中进入来源于:形成煤的植物本身的矿物质和成煤过程中进入的外来矿物质;开采、运输过程中掺杂进来的杂质的外来矿物质;开采、运输过程中掺杂进来的杂质灰分中的主要矿物成分:灰分中的主要矿物成分:成分含量成分含量SiO22
9、0-60MgO0.3-4Al2O310-35TiO20.5-2.5Fe2O35-35Na2O,K2O1-4CaO1-20SO30.1-12二、煤成分的计算基准二、煤成分的计算基准收到基收到基ACHONSbMad Mf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焦炭焦炭挥发分挥发分水分水分灰分灰分固定碳固定碳1、收到基、收到基as received basis (入炉煤)入炉煤)下标下标ar2、空气干燥基空气干燥基(空干基空干基)air-dried basis 下标下标ad3、干燥基干燥基dry basis 下标下标d4、干燥无灰基干燥无灰基dry ash-free basis 下标下标
10、daf同一煤矿、煤层所采煤的可燃质成分变化很小,而水分、灰分变化会很大同一煤矿、煤层所采煤的可燃质成分变化很小,而水分、灰分变化会很大SP收到基(原应用基)收到基(原应用基)空气干燥基空气干燥基(空干基空干基)干燥基(原分析基)干燥基(原分析基)干燥无灰基(原可燃基)干燥无灰基(原可燃基)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基准间的换算基准间的换算三、发热量三、发热量燃料的重要特性燃料的重要特性Q(kJ/kg、kcal/kg)2 2、高位发热量、高位发热量 Qgr:Qb 减去生成酸的放热量减去生成酸的放热量1 1、弹筒发热量、弹筒发热量 Qb:实验室用氧弹实测实验室
11、用氧弹实测1 1)正压氧气,充分反应;冷却到原始温度)正压氧气,充分反应;冷却到原始温度2 2)水凝结放热;形成硫酸、硝酸的放热反应)水凝结放热;形成硫酸、硝酸的放热反应 3 3、低位发热量、低位发热量 Qnet:Qgr 减去煤中水和氢燃烧生成水的蒸发潜热减去煤中水和氢燃烧生成水的蒸发潜热 设计、计算时常用设计、计算时常用Q Qar,netar,net脱硫脱硫气气热交换器气气热交换器煤的煤的折算成分与标准煤折算成分与标准煤标准煤:标准煤:Qar,net=29270 kJ/kg 7000 kcal/kg每送入锅炉每送入锅炉1000kcal/kg热量,带入锅炉的水分、灰分、硫分热量,带入锅炉的水分
12、、灰分、硫分8%高水分煤高水分煤4%高灰分煤高灰分煤0.2%高硫分煤高硫分煤计算标准煤耗计算标准煤耗四、灰的熔融性四、灰的熔融性对于固态排渣煤粉炉来说,在运行中,应使灰粒在接触水对于固态排渣煤粉炉来说,在运行中,应使灰粒在接触水冷壁、炉膛出口受热面以及落入冷灰斗之前得到充分冷却,并冷壁、炉膛出口受热面以及落入冷灰斗之前得到充分冷却,并形成固态或基本上没有黏性,以避免结渣沾污问题。形成固态或基本上没有黏性,以避免结渣沾污问题。1 1、灰灰熔熔点点的的测测定定2 2、影响灰熔融性的因素、影响灰熔融性的因素1 1、灰的化学组成、灰的化学组成酸性氧化物:酸性氧化物:SiO2、Al2O3 灰熔点上升灰熔
13、点上升碱性氧化物:碱性氧化物:Fe2O3、CaO、MgO灰灰熔点降低熔点降低2 2、炉内气氛、炉内气氛氧化性气氛氧化性气氛 灰熔点较高灰熔点较高半还原性气氛半还原性气氛灰熔点降低灰熔点降低还与铁含量有关还与铁含量有关:q灰的熔化温度随灰中含铁量增加而下降灰的熔化温度随灰中含铁量增加而下降q铁对灰熔点的影响还和周围气氛有关铁对灰熔点的影响还和周围气氛有关q当含铁量很小时当含铁量很小时(小于小于5%)5%),炉内气氛对灰熔点没有明,炉内气氛对灰熔点没有明显的影响显的影响q但当含铁量较大时,炉内气氛的影响就非常显著。但当含铁量较大时,炉内气氛的影响就非常显著。我国动力用煤的分类我国动力用煤的分类采用
14、表征煤化程度的干燥无灰基挥发分采用表征煤化程度的干燥无灰基挥发分Vdaf作为分类指标作为分类指标无烟煤无烟煤Vdaf10%烟煤烟煤10%Vdaf37%褐煤褐煤Vdaf37%还还可可附加其它指标细分附加其它指标细分发电厂用煤的质量标准发电厂用煤的质量标准根据对锅炉设根据对锅炉设计、运行有计、运行有较较大影响大影响的煤质的煤质特性制定特性制定如某如某电厂用电厂用煤标号为煤标号为V4A1M1S2ST1我国发电厂用煤质量标准我国发电厂用煤质量标准GB75621998各类煤的燃烧特性各类煤的燃烧特性1 1、无烟煤、无烟煤煤化程度最深煤化程度最深 明亮的黑色光泽明亮的黑色光泽 硬度高不易研磨硬度高不易研磨
15、含碳量很高含碳量很高 杂质少而发热量较高,大致为杂质少而发热量较高,大致为2121一一25MJ/kg25MJ/kg挥发分含量较低,难以点燃,燃烧特性差挥发分含量较低,难以点燃,燃烧特性差为保证着火和稳燃,在锅炉设计中常需要采取一些特殊措施(为保证着火和稳燃,在锅炉设计中常需要采取一些特殊措施(W W型型炉),对低灰熔点的无烟煤还须同时解决着火稳定性和结渣之间的炉),对低灰熔点的无烟煤还须同时解决着火稳定性和结渣之间的矛盾矛盾无烟煤的着火需要较高温度,燃烧时火焰较短,燃尽也较困难。但无烟煤的着火需要较高温度,燃烧时火焰较短,燃尽也较困难。但在贮存时不易自燃。在贮存时不易自燃。2 2贫煤贫煤 它的
16、挥发量含量稍高于无烟煤,其着火、燃尽特性优于无烟煤,但它的挥发量含量稍高于无烟煤,其着火、燃尽特性优于无烟煤,但仍属于燃烧特性差的煤种。仍属于燃烧特性差的煤种。3 3烟煤烟煤中等的煤化程度,挥发分含量较高中等的煤化程度,挥发分含量较高水分和灰分也较少,发热量高水分和灰分也较少,发热量高烟煤燃点低,容易着火和燃尽烟煤燃点低,容易着火和燃尽但某些含灰量较高的劣质烟煤则燃烧特性较差但某些含灰量较高的劣质烟煤则燃烧特性较差对挥发分超过对挥发分超过25%25%的烟煤,贮存时应防止其自燃的烟煤,贮存时应防止其自燃;制粉系统应制粉系统应考虑防爆措施考虑防爆措施对劣质烟煤还应考虑受热面积灰、结渣和磨损问题。对
17、劣质烟煤还应考虑受热面积灰、结渣和磨损问题。4 4褐煤褐煤外观呈褐色,少数为黑褐色甚至黑色外观呈褐色,少数为黑褐色甚至黑色挥发分含量较高,有利于着火挥发分含量较高,有利于着火但其灰分和水分较高,发热量低,一般小于但其灰分和水分较高,发热量低,一般小于16750kJ/kg16750kJ/kg。含水分较高的年轻褐煤则燃烧性能较差,而且灰熔点较低含水分较高的年轻褐煤则燃烧性能较差,而且灰熔点较低褐煤的化学反应性强,在空气中存放易风化成碎块,容易发褐煤的化学反应性强,在空气中存放易风化成碎块,容易发生自燃。生自燃。利港利港煤质煤质燃用神华混燃用神华混煤、淮南煤煤、淮南煤 第二节第二节煤的常规特性对锅炉
18、工作的影响煤的常规特性对锅炉工作的影响1 1、挥发分、挥发分地质年代越长,含量越低地质年代越长,含量越低煤种划分煤种划分无烟煤无烟煤V Vdafdaf10%10%;烟煤烟煤V Vdafdaf10%10%;褐煤褐煤V Vdafdaf37%37%;地质年代越长地质年代越长,开始析出的温度越高,开始析出的温度越高褐煤褐煤200 200 ;无烟煤;无烟煤400 400 左右左右对着火和燃烧的影响:对着火和燃烧的影响:挥发分越多挥发分越多 1 1)易着火:)易着火:可燃气体先析出,燃烧温度低,相当于引燃作用可燃气体先析出,燃烧温度低,相当于引燃作用 挥发分含量同时也影响了煤粉挥发分含量同时也影响了煤粉空
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