电站锅炉_第二章.

锅炉原理课件第二章锅炉燃料燃烧及热平衡计算煤的组成与分类锅炉的热平衡燃料的燃烧计算油和气体燃料煤的组成与分类燃料的燃烧计算引言中国能源资源现状我国能源-富煤贫油少气煤为主要能源；60~70%的一次能源来自煤，是世界上为数不多的几个以煤为主要能源国家之一；2005年煤炭在一次能源生产总量和消费总量中的比重，分别为76.3%和68.7%；远远高于全球平均27%和27.8%；一次能源分布：绝大部分化石燃料的储藏量和一次能源产量在干旱的三北，华北，西北和东北，而使用主要在东南沿海，需要大量的远距离输送。人口众多，能源相对不足，人均拥有量远低于世界平均水平，煤炭、石油、天然气人均剩余可采储量分别只有世界平均水平的58.6％、7.69％和7.05％。世界一次能源总供应中各类能源所占比例《BP世界能源统计2006》的数据表明，以目前的开采速度计算，全球石油储量可供生产40年，天然气和煤炭则分别可以供应65年和162年。我国与世界能源结构对比煤炭依旧为全球增长最快的燃料，中国消费了全球煤炭的36.9%，其中几乎全部产自中国本土。2005年，中国的煤炭消费增长了10.9%，比2004年14.4%的消费增长率有所降低。在中国以外的其他地区，煤炭的增长平缓，2005年增幅为1.8%，略高于过去10年1.5%的平均增长率。我国一次能源总供应中各类能源所占比例第一节煤的组成与分类煤是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。我国能源资源中煤炭在一次能源消费结构中约占70%，是世界上为数不多的以煤为主要能源的国家。主要特点概述：煤的化学组成和结构十分复杂，它包括有机质和无机质，以有机质为主。煤中有机质是复杂的高分子有机化合物，主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成。无机质主要是指存在于煤中（包括有机质中）的所有无机的非煤物质：原生矿物质、次生矿物质和外来矿物质煤的化学成分与分析基准为了实用方便，一般采用元素分析和工业分析来确定煤中各成分的含量煤的化学成分与分析基准煤的元素分析1煤的工业分析2煤的分析基准3“元素周期表中几乎没有什么元素不存在于煤中”。这充分地说明了煤炭组成的极端复杂性。根据其含量不同，通常可将煤的组成分为三类：含量低于100ppm的，称之为痕量元素，多指重金属在100~1000ppm之间的，称为次量元素，常指矿物质高于1000ppm的，为主量元素，即指碳、氢、氧、氮、硫煤的元素分析重金属：铅、铬、铜、锌等矿物质：钙、硅、铝、铁、镁等煤的元素分析煤的元素分析(Ultimateanalysisofcoal)是指对煤中的碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种元素的分析，元素分析的结果表示为各种元素的质量百分数，但是并不能代表煤中有机化合物的组成。小贴士：碳（C）、氢（H）、硫（S）是可燃的，另外两种是不可燃煤的元素分析可以判断煤的化学性质，常用于指导锅炉设计、热工试验和燃烧计算等煤的元素分析-碳碳是煤中主要可燃元素，也是煤的发热量的主要来源，每千克碳完全燃烧时可放出约3.27×104kJ的热量。煤中碳的含量随着成煤地质年代的变化而有所不同，地质年代长的无烟煤，其含碳量可达70%以上，而年代浅的煤则含碳量不到40%。碳主要存在于缩合芳香核上纯碳的着火和燃烧很困难，煤的含炭量越多，着火与燃烧越困难，但发热量大煤的元素分析-氢煤中氢多以碳氢化合物状态存在，含量大多在3%-6%，碳化程度越深的煤，氢的含量越少。氢是煤中发热量最高的可燃元素，热值可达120×103kJ/kg（燃烧产物为水蒸气）氢及碳氢气体分子极易着火与完全燃烧，因此，氢含量高，则对煤的着火燃烧有利。氢主要存在于煤分子侧链和官能团上煤中碳和氢的测定方法测定煤中碳和氢的方法是800℃燃烧法(利比西法)，其中又分为添加催化剂的快速测定法和不加催化剂的常规测定法。碳氢元素分析仪—三节炉法煤中碳和氢的测定方法800℃燃烧法：将装有一定煤样的瓷舟放入燃烧管中，在800℃和有氧化铜存在的条件下，使煤样在氧气流中充分燃烧，生成的水和二氧化碳分别用吸水剂(如氯化钙、浓硫酸或过氯酸镁)和二氧化碳吸收剂(如碱石棉、钠石灰或40%氢氧化钾溶液)吸收。根据吸收剂的增重，计算煤中碳和氢的百分含量。煤的元素分析-硫全硫St无机硫有机硫（Sor：与C、H、O等结合成复杂的化合物）{{硫化物硫Spy硫酸盐硫Ss煤中的硫以三种形态存在：有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫。可燃硫包括有机硫、黄铁矿硫。硫酸盐一般不再氧化，表现为灰分。（FeS2）（CaSO4、MgSO4等）小知识：硫的发热量很低，只有9×103kJ/kg。煤中硫的含量一般小于2%，但是对于高硫煤来说，其含量可能超过4%，个别煤种高达8%-10%。硫是煤中的有害成分，对锅炉运行以及生态环境都造成危害，是造成酸雨的主要根源煤的硫的测定方法煤中全硫的测定方法主要有高温燃烧中和法、艾士卡法、库仑法高温燃烧法测煤的全硫含量库伦法测煤的全硫含量煤的硫的测定方法煤的元素分析-氮和氧煤中氧的含量变化很大，年代浅的煤种氧含量较高，最高可达40%左右，碳化程度越高的煤，氧的含量越少，少的只有1%-2%氮的含量一般很少，仅0.5%～2.5%。氮燃烧后生成有害气体NOx，污染大气。煤中氮的测量方法有半微量开氏法和半微量蒸汽法，开氏法主要适用于褐煤、烟煤、无烟煤和水煤浆，蒸汽法主要适用于烟煤、无烟煤和焦炭。煤中氮测量—开氏法开式法的原理是煤与浓硫酸在催化剂作用下，加热分解，氮转化为硫酸氢铵，加入过量的氢氧化钠溶液后，氨逸出，由硼酸吸收，最后用酸滴定，计算出煤中的氮含量。TheKjeldahlmethod煤元素分析仪原理及主要技术指标：采用燃烧法自动测定固体或液体有机物中的碳、氢、氮、硫、氧。具有独特的石英管炉子以及局部吹氧设计，与电脑相连，带自动进样装置，一次可装入79个样品，其样品量可大至200毫克，每个样品分析时间约12分钟，分析结果以及曲线直接在计算机上显示并可打印出来，这个周期完全自动化。采用热导法检测，有两种测试模式—CHNS模式/O模式.主要技术指标：准确度：碳±0.1%;氢±0.1%;氮±0.1%;仪器型号：EL-2生产厂家：德国Vario公司煤的工业分析煤的元素分析，工作量大，复杂，工程上多应用工业分析成分。此外，还需要了解发热量、灰熔点等其他煤质特性工业分析成分构成(Proximateanalysis)：水分、灰分、挥发分和固定碳；其中灰分和固定碳合称为焦炭水分（M）、灰分（A）、挥发分（V）和固定碳（FC）煤中的水分煤中的水分含量差别很大，与成煤地质年代、开采方法、运输和储存条件等因素有关，原煤中的水分低的仅有2%，高的可达50%以上。煤全水分（M）分外在水分（Mf）和内在水分（Minh）外在水分freemoisture是附在煤粒表面的外来水分，这部分水变化很大，易于蒸发，可以通过自然干燥的方法除掉。内在水分inherentmoisture又称固有水分，需要在较高温度下才能从煤中除掉。全水分测定方法全水分的测定方法是将原煤样置于105～110℃（褐煤相应温度稍高）的烘箱内约2小时，使之干燥至恒重，采用质量差减法即可得到。水分测定使用的仪器设备有分析天平、干燥箱、称量瓶等烘箱电子分析天平煤中挥发分及测定特点：并不是以固有的形态存在于煤中，而是煤在加热过程中分解后析出的产物。坩埚马弗炉测定：称1g煤放入坩埚在900℃的马弗炉内隔绝空气加热7min取出，冷却后称量并根据质量损失得到其含量组成：主要由各碳氢化合物、氢、一氧化碳、硫化氢等可燃气以及少量氧、二氧化碳、氮气等不可然气组成煤中固定碳（FC)煤脱除挥发分后的剩余的固体物即为焦炭,它是由固定碳和灰分构成的。将焦炭加热至850±10℃，待完全燃烧后失去的重量为固定碳(FC)焦炭的黏结性与强度称为煤的焦结性，它是煤的重要特性指标之一。煤的灰分不是煤中固有组成，而是由煤中矿物质转化而来。煤的工业分析-灰分的来源煤中原生矿物质：指存在于成煤的植物中，主要是碱金属、碱土金属的盐类，与有机质分子紧密结合，很难用机械方法分开煤中外来矿物质：这种矿物质原来不含于煤层中，它是在采煤过程中混入煤中的顶、底板和夹矸层中的矸石所形成的。它与煤是独立存在的，几乎不影响煤的可选性煤中次生矿物质：主要来源于成煤过程中因地壳变动混入到煤层中的泥沙。煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为内在矿物质煤的工业分析-灰分将焦炭加热至850±10℃，待完全燃烧后失去的重量为固定碳(FC)，剩下来的残留物就是灰分A。灰分的主要成分是由硅、钙、铝、铁以及少量的镁、钛钾、钠等元素组成的化合物。不同煤的灰分含量差别很大，少的只有10%左右，多的高达50%以上。小贴士：煤中灰分矿物质的行为特性是导致结渣、沾污、磨损的重要根源煤-工业分析仪原理及主要技术指标：利用热失重原理分析煤的工业分析。将分析试样放入样盘坩埚中，通过机械传动送入低温炉，氮气干燥到恒重，再将干燥后的样送入预先通入氮气的高温炉中，加热7分钟，后改输氧气，灰化至恒重，分别通过电子天平测得失重，得出样品中水分、挥发分、灰分和固定碳含量。仪器型号：TGA2000；西班牙LasNavas公司煤的分析基准基准概念的引出煤是由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种元素及水分（M）、灰（A）分组成。这些成分的含量都以质量百分数表示，其总和为100%。由于煤中的水分（M）和灰分（A）易受到外界环境的影响而变化，其它成分的质量百分数也自然随之发生变化。因此，在给出煤中各成分含量时，应标明其分析基准才有实际意义。常用的基准收到基（asreceived）空气干燥基（airdry）干燥基（dry）干燥无灰基（dryandashfree）煤的分析基准收到基收到基以进入锅炉房的原煤为基准，以下标ar表示，其中包括全部水分在锅炉热力计算中，一般采用收到基成分。100%arararararararCHONSAM100%ararararFCVAM包括内在水分和外在水分煤的分析基准空气干燥基以自然干燥去掉外在水分的煤为基准称为空气干燥基，以下标ad表示100%adadadadadadadCHONSAM100%adadadadFCVAMMad只包括内在水分干燥基干燥基以去除煤中全部水分为基准，以下标d表示:100%ddddddCHONSA煤的分析基准100%dddFCVA干燥基中不存在水分（M)煤的分析基准干燥无灰基以除去全部水分和灰分的煤为基准，以下标daf表示。干燥无灰基因无水、无灰，剩下的成分不受水分、灰分含量变化的影响，是表示碳、氢、氧、氮、硫五种成分质量百分数最稳定的基准，因而可以作为燃料分类的基准。100%dafdafdafdafdafCHONS100%dafdafFCV基准的关系ASlyCHSrWnONWw灰分固定碳挥发份水分固体部分（焦炭）挥发部分干燥无灰基daf干燥基d空气干燥基ad收到基arinhfSly硫酸盐硫，归入灰分；Sr是可燃硫，通常也可认为是全硫；Winh、Wf分别是内在水分和外在水分。基准间换算由于不同煤样区别，需要对煤的各种成分进行基准换算：Xi-按新基准计算的同一成分的质量百分数，%；X0-按原基准计算的某一成分的质量百分数，%，K-换算系数0iXKX注意•换算系数可以用于各基准之间的百分数的换算，也可以用于各基准的高位发热量之间的换算，但是不能用于低位发热量和水分的换算。•对于不同基准下的低位发热量之间的换算，必须先化成高位发热量各基准指标间的换算系数换算因子所求基准收到基ar空气干燥基ad干燥基d干燥无灰基daf已知基准收到基1空气干燥基1干燥基1干燥无灰基1aradMM100100arM100100ararAM100100adarMM100100adM100100adadAM100100100100arM100100adMdA100100100100ararAM1