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《锅炉原理》备课笔记2第二章燃料§2-1锅炉用燃料1．电厂是消耗燃料的大户，越发达的国家电厂消耗的燃料越多。2．三种状态的燃料：固体、液体、气体。我国煤是主要燃料，占总燃料发热量的90%，其他的燃料很少。石油不到10%，天然气不到10%（石油和天然气之和为10%左右）。而美国的石油和天然气之和高达50%，比我国的条件好。3．我国电站锅炉利用燃料的原则：电站锅炉尽量利用比较差的燃料，把好燃料让给其他的部门，因为电站对燃料的燃烧研究最好。4．我们这个锅炉原理课程介绍的是燃煤锅炉。§2-2煤的成分1．元素分析和工业分析元素分析定义：元素分析一般指分析燃料中的碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种元素。这个方法、这个结果叫元素分析。1．为什么要用元素分析：现有的分析方法中不能直接分析煤中有机物的各种化合物，很多物质在分析的过程中分解。所以一般用煤的元素分析表示煤的有机物特性。2．为什么不是完全彻底的元素分析？有一些化合物在煤的燃烧前后没有改变，就是他们不参与燃烧。分析他们的元素组成对于锅炉燃烧没用。这里指的就是煤的水分和煤的灰分。3．元素分析成分：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、灰分、水分。4．元素分析方法的简单介绍。有这个方面的国家标准，可以查阅。简单说来就是把煤制成煤样（磨成煤粉），在炉子里加热。先失去的是水分。紧接着燃烧煤粉。分析燃烧产物可以知道煤粉的元素分析成分。最后剩下的是灰分。5．为什么在定义中只有碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种成分。因为这个五种成分和燃烧有关。其余的灰分和水分和燃烧无关（不参与燃烧）。但是灰分和水分是煤里面都有的，也占一定的百分比，因此元素分析成分包括七种成分。工业分析的定义：分析煤粉中的灰分、水分、挥发分和固定碳的分析。1．为什么发电厂要用煤的工业分析。元素分析比较复杂，一般发电厂不能做。而煤又要进行快速分析，以指导运行。所以用比较简单的工业分析。2．工业分析成分：灰分、水分、挥发分和固定碳。3．工业分析简单介绍：和元素分析近似，也借助于燃烧。把煤样加热，先失去水分，然后隔绝空气继续加热，再失去的是挥发分。剩下的是焦碳（固定碳和灰分之和）。把焦碳燃烧，失去的是固定碳，余下的是灰分。4．发电厂每天都要对煤进行工业分析，让运行人员掌握煤种的变化情况，有利于锅炉运行。2．煤的成分常将各个成分用百分比表示。1．碳是煤的各个成分中含量最多的元素，有的高达90%，最少也有50%。是煤的发热量的主要来源。其中一部分与其他元素化合，其余是单质状态，称为固定碳。固定碳多了不容易着火。所以含碳多的煤不好着火。2．氢大部分含量在3～6%的范围内。一部分和氧结合成水；另一部分在有机物中我们在元素分析中的氢就是这一部分。在加热的时候形成氢气或各种碳氢化合物，容易着火和燃烧。氢的发热量很高。3．氧一部分和氢化合成水，不能燃烧；另一部分和碳化合成碳氢化合物，可以燃烧。含量差距很大，最高达40%。随着煤化程度的提高，含量降低。4．氮煤中的氮的含量不多，只有0.5～2.0%。在燃烧的时候有很少一部分与氧化合成氧化氮（xNO）。5．硫煤中的硫有三种形态存在：有机硫、黄铁矿硫（FeS2）和硫酸盐硫（CaSO4、MgSO4、FeSO4等）。一般来说，硫酸盐是灰分，不参与燃烧。6．水分把煤样在102～105℃条件下干燥带恒重，失去的就是水分。一般地质年代增加，水分减少。还和运输、贮藏的方法有关。两个概念：内在水分（固有水分、分析水分）和外在水分（外部水分）。长期放在阴凉的地方，使水分的逸出和水分的吸收平衡时的水分叫内在水分。用自然干燥法失去的水分为外在水分。两部分之和叫全水分。7．灰分把煤样加热到800±25℃，灼烧二小时，余下的就是灰分。最少为10%，最多可以达到50%以上。灰分由多种元素组成，和开采方法、运输、贮存方法有关。3．煤中某些成分对锅炉工作的影响1．硫分与氧气作用有一部分形成SO3，进而形成硫酸，腐蚀尾部受热面；在炉膛里形成H2S对水冷壁产生高温腐蚀；形成的SO2对环境造成危害；硫化铁很硬，造成严重的磨损。2．灰分挡住氧气和可燃成分接触，影响着火；造成结渣、积灰、磨损；污染大气环境。3．水分影响煤粉着火（使着火困难）；降低炉膛温度，增大未完全燃烧损失；排入大气，增加排烟损失；增加烟气体积，使吸风机电耗增加；增加烟气的水蒸气分额，增加烟气的腐蚀；原煤水分多，制粉系统工作困难；磨煤机出力下降；原煤仓容易堵塞、给煤机粘结等。4．挥发分定义：在隔绝空气的条件下加热850±20℃，使得煤粉中的有机物分解而析出，称为挥发分。主要成分：各种碳氢化合物、氢、一氧化碳、硫化氢等可燃气体；少量的氧气、二氧化碳、氮气等不可燃气体。释放挥发分的温度：煤化程度比较低的煤，200℃；煤化程度比较高的煤，400℃左右。挥发分的含量：无烟煤2～10%；褐煤37～60%；挥发分多着火容易；挥发分少着火困难。对着火温度的影响：褐煤370℃；无烟煤700℃。四．成分基准及其换算1．受到基（以前的应用基）脚标符号是ar2．空气干燥基（以前的分析基）脚标符号ad3．干燥基（以前的干燥基）脚标符号d4．干燥无灰基（以前的可燃基）脚标符号adf5．换算方法（1）以干燥基（还有干燥无灰基）为基础写出分式的分子和分母。（2）分析变化的大和小，确定分子和分母。§2-3燃料的某些特性一．发热量1．发热量的定义：单位质量或容积的燃料完全燃烧时所放出的热量。2．发热量分高位发热量和低位发热量，两者的区别是燃烧产物中全部水分凝结成水放出的汽化潜热。高位发热量包括；低位发热量不包括，因而高位发热量数值大一些。低位发热量在热平衡中应用（我国），因为排烟温度比较高（110～160℃），烟气中的水蒸气通常不会凝结成水。两者的换算公式为（2-5）。3．一般的发热量用氧弹测热仪的测量数据，如果没有测量数据，可以用下面的公式)262630081(19.4ararararargOSHCQ-++=（2-6）在应用这个高位发热量公式的时候，还要通过换算关系把数值换算成低位发热量的数据。这是一个经验公式，不是准确的公式，误差不大。4．煤的元素分析成分有各种基准基，所以发热量也有各个基准基的发热量，换算公式在P12～P13。5．折算成分：用相对值来反映这个成分对锅炉工作的影响，就是所谓的折算成分。就是对应4190kJ/kg发热量的成分。有折算水分、折算灰分和折算硫分三种，计算公式在P13。6．为了计算发电厂的煤耗，规定低位发热量为29310kJ/kg的煤为标准煤。二．灰的性质主要指煤的熔化性和烧结性，熔化性影响炉内的运行工况；烧结性影响在对流受热面的积灰性能。1．四种温度指标（1）变形温度t1灰锥变圆或开始倾斜的温度；（2）软化温度t2锥顶弯至锥底或萎缩成球形的温度；（3）熔化温度t3灰锥呈液体状态能沿平面流动。（4）成为液体温度t4这个是加上去的，真正成为液体必须符合一定条件，就是符合牛顿内摩擦定律，比熔化温度要高。2．灰分的熔化性和成分有关。含碱性氧化物（他们的熔点比较低）多，熔点就低；含酸性氧化物（他们的熔点比较高）多，熔点就高。含铁（碱性氧化物）量增加灰熔点下降。3．t21350℃炉内结渣的可能性不大，为了避免结渣炉膛出口烟气温度要留出50～100℃的余量。4．灰分的烧结性指灰分在高温对流受热面生成高温烧结性积灰的能力。烧结性和熔化性没有直接的关系，但是和灰分的成分有关。碱性物质含量多，烧结性越强。§2-4煤的分类一．煤的分类方法可以按照很多指标进行分类，分完大类再细分。1．通常把煤分成三个阶段：褐煤、烟煤和无烟煤。2．在无烟煤中根据挥发分的多少，分为1号（6.5～10%）、2号(3.5～6.5%)和3号(3.5%)。3．在烟煤中根据挥发分和粘结指数分类。分为贫煤、瘦煤、焦煤、亚焦煤、弱焦煤、不粘煤、肥煤、肥气煤、气煤和长焰煤。具体见P15。4．褐煤用目视透光率来表征年轻煤的煤化程度的比较好的指标。二．几种主要动力煤的特点1．无烟煤有光泽、机械强度高、焦结性差、含碳高、发热量高、难点燃、燃尽困难。2．贫煤是变质程度最高的烟煤、介于无烟煤和烟煤之间、挥发分少、燃烧接近无烟煤。3．烟煤挥发分多、水分和灰分少、发热量高容易着火和燃尽。4．褐煤外表呈褐色，似木质、挥发分高、好着火、发热量低。*5在两种煤的分界处，有的烟煤的挥发分比有的贫煤低，但是是烟煤。同时有的贫煤挥发分比有的烟煤高，但是是贫煤。这是因为这个贫煤的着火性质（着火和燃尽）是贫煤的，这个烟煤的着火性质（着火和燃尽）是烟煤的。§2-5和§2-6同学们自己看。《锅炉原理》备课笔记3第三章燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡§3-1燃烧所需空气量和过量空气系数1．理论空气量定义：1kg受到基燃料完全燃烧而又没有剩余氧存在，此时所需的空气量称为理论空气量。2．标准状态0℃、一个物理大气压。在标准状态下，1kmol气体的容积为22.41Nm3。3．1kg固体或液体燃料完全燃烧所需的理论空气量为：ararararOHSCV0333.0265.0)375.0(0889.00-++=（3-1）4．过量空气系数的定义：实际供给的空气量与理论空气量的比值。5．最佳过量空气系数的定义：不完全燃烧热损失最小，燃烧效率最高的过量空气系数。6．漏风系数的定义：漏入的空气量与理论空气量的比值。排烟的过量空气系数等于炉膛出口的过量空气系数加上烟道漏风系数之和。7．漏风的害处，炉膛漏风使得炉膛温度降低，增加机械未完全燃烧损失、增加烟气流量；烟道漏风，影响受热面的传热、排烟温度升高（具体要看什么地方漏风：离炉膛出口近的地方漏风往往使得排烟温度升高；远离炉膛出口的地方漏风使得排烟温度降低）；排烟温度升高和排烟体积增大都增加排烟损失，增加风机电耗。§3-2燃烧产物（烟气量）的计算1．理论烟气容积1．理论烟气容积的定义：如果燃烧时供给的是理论空气量（即1=α），而且又达到完全燃烧，这时烟气所具有的容积称为理论烟气容积。2．理论烟气容积的成分：二氧化碳CO2、二氧化硫SO2、氮气N2、水蒸气H2O。（1）二氧化碳CO2容积：100/866.12arCOCV=（3-5）（2）二氧化硫SO2容积：100/7.02arSOSV=(3-6)100375.0866.12ararROSCV+=(3-7)(3)理论氮气容积：100/8.079.0002arNNVV+=（3-8）（4）理论水蒸气容积：000161.0100/24.1100/1.112VWHVararOH++=（3-10）（5）理论烟气容积：000002222OHGYOHNROyVVVVVV+=++=（3-11）（6）理论干烟气容积：0022NROGYVVV+=2．实际烟气容积实际烟气容积比理论烟气容积多过量空气中的氧气、氮气和水蒸气。公式除了下面的公式以外还有公式，见P23。1．过量空气中氧气的容积：0)1(21.02VVO-=α（3-14）2．过量空气中氮气的容积：00)1(79.022VVVNN-=-α（3-15）3．过量空气中的水蒸气容积：00)1(0161.022VVVOHOH-=-α（3-16）4．实际烟气容积：000)1(0161.0)1(VVVVYY-+-+=αα（3-17）5．还有按照重量计算的实际烟气容积的公式；二氧化碳、二氧化硫、水蒸气份额以及灰粒浓度的公式，在P24。进行锅炉热力计算的时候需要。§3-3烟气分析（不完全燃烧情况的公式或者说实际的公式）1．奥氏分析仪用的是吸收的方法，见P25。2．干烟气容积的公式，见（3-33）。§3-4不完全燃烧方程式（烟气中一氧化碳含量计算）1．不完全燃烧的时候烟气中的成分：二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、氧气、氮气和水蒸气（只考虑一氧化碳）。2．不完全燃烧方程式：arararararSCNOH375.0038.0837.2++-=β（3-40）3．β是燃料特性系数，见上式。4．完全燃烧方程式：022121β+-=ORO02max2121β+-=ORO（3-43）5．由于烟气中或多或少含有氧气和一氧化碳，所以三原子气体