鍋爐及鍋爐房設備ppt

1、鍋爐及鍋爐房設備,內蒙古建筑職業(yè)技術學院主講 楊二虎,燃 料 分 析,2、1 煤的組成及特性2、2 液體燃料的組成及特性 2、3 氣體燃料的組成及特性,第二章 燃料分析,燃料是指可以燃燒并能放出熱能加以利用的物質。 鍋爐燃燒所用的燃料有固體燃料（煤、煤矸石等）、液體燃料（輕柴油、重油、渣油等）、氣體燃料（天然氣、混合發(fā)生爐煤氣、水煤氣、液化石油氣、高爐煤氣、焦爐煤氣等）。第一節(jié) 煤的組成及特性

2、煤是由碳（C）、氫（H）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、灰分（A）和水分（M）組成，但燃料不是這些成分的機械混合，而是一種極為復雜的化合物。 一、煤的元素分析（一）煤的元素分析成分 煤的元素分析成分是用各成分相應的質量占燃料總質量的百分數(shù)表示的。,,1．碳（C）碳是煤中主要的可燃元素。1kg純碳完全燃燒可放出32866kJ熱量。含碳量愈多的煤，其發(fā)熱量也愈高。純碳的著火溫度較高，煤中的碳含量愈高愈難著火，燃燒過程也愈緩慢，

3、燃盡時間也愈長。2．氫（H）氫是煤中重要可燃元素，其熱值較純碳高得多，是碳的3、8倍。氫的著火溫度較低，所以，煤中氫的含量愈多對燃燒愈有利。3．硫（S）硫是煤中的有害元素，它雖燃燒，但發(fā)熱量不大，1kg硫完全燃燒放出9050kJ熱量。煤中硫分為可燃硫和不可燃硫?？扇剂虬ㄓ袡C硫和硫鐵礦硫，但硫的燃燒產物是SO和SO。而硫酸鹽硫屬于不可燃燒，成為灰分的一部分。,,4、氧（O）和氮（N）氧和氮是煤中的不可燃元素。由于它們的存在，

4、煤中的可燃碳和可燃氫的含量減少，降低了煤的發(fā)熱量。在高溫條件下，氮被氧化生成NOX，隨煙氣排入大氣，造成嚴重的環(huán)境污染。在各種煤中，氧的含量是1%～2% ，氮的含量在0.5%～2.0%之間。5、灰分（A）灰分是煤中固態(tài)不可燃物。是煤中的主要雜質。由于灰分的存在，①減少了煤中可燃成分的含量、降低了煤的發(fā)熱量；②灰分增加了煤的開采、運輸?shù)墓ぷ髁?；③灰分在煤的加工和磨制過程中，增加了電能的消耗和設備的磨損；④灰分影響煤的著火、燃燒和燃盡

5、，造成鍋爐受熱面結渣、積灰、磨損和腐蝕，使傳熱效果下降，降低了鍋爐效率；⑤飛灰隨煙氣排入大氣，污染環(huán)境。,,煤中灰分的含量與開采、運輸和儲存有關。波動幅度很大，一般在5%～35%之間，劣質煤中灰分高達75%。 6、水分（M）水分是煤中的不可燃成分，它占據(jù)了煤中可燃成分的含量，使煤的發(fā)熱量降低。由于水分的存在：①對煤的加工和磨制造成困難，而且增加了能量的消耗；②水分對煤的預熱干燥階段非常不利，使爐膛溫度下降，造成著火困難。③水分在高

6、溫下汽化成水蒸氣，成為煙氣的一部分，增加了排煙熱損失。水分在煤中也是以兩種形態(tài)存在：①外水分W：煤在開采、運輸、儲存和洗選過程中帶進的水分。通過自然干燥而除去。②內水分W：吸附和凝聚在煤塊內部毛細孔中的水分，也稱固有水分。內水分不易蒸發(fā)，在105～110℃溫度下可以烘干。,,為便于燃料的熱工計算和燃燒機理分析，對煤的各組成成分用相應的質量百分比表示，各成分質量百分比的總和為100%。即元素分析 C + H + O + N +

7、 S + A + W = 100%（二）煤的各種“基”的表示方法和基的換算1、煤的各種“基”的表示方法1）接收基（應用基）接收基表示實際應用的煤（爐前煤）中各組成成分的質量百分比總和。用下角標ar表示。其表達式為Car + Har + Oar + Nar + Sar + Aar + Mar =100% 注：在進行鍋爐熱工計算以及分析鍋爐運行工況時，以接收基作為原始依據(jù)。,,2）空氣干燥基空氣干燥基表示不含外水分條件下，煤

8、中各組成成分的質量百分比總和，用下角標ad表示。其表達式為：Cad + Had + Oad + Nad + Sad + Aad + Mad =100%3）干基干基表示不含水分條件下，煤中各組成成分的質量分數(shù)總和。它用下角標d表示。其表達式為 Cd + Hd + Od + Nd + Sd + Ad + Md =100%4）干燥無灰基（可燃基）干燥無灰基表示不含水分和灰分條件下，煤中各組成成分的質量分數(shù)總和。用下角標daf表

9、示。其表達式為：Cdaf + Hdaf + Odaf + Ndaf + Sdaf + Adaf + Mdaf =100%,,2、各種基的表示方法 3、四種“基”的換算各種“基”可以相互換算，按下式進行 B = KA 式中 A——已知“基”的相應成分； B——換算“基”的相應成分； K——換算系數(shù)，如表2—1所示。,,二、煤的工業(yè)分析及燃燒特性煤的工業(yè)分析是測定煤的

10、水分（M）、灰分（A）、揮發(fā)分（V）、固定碳（Cgd）的含量。煤的工業(yè)分析成分是用質量分數(shù)表示的。即 C + V + M + A = 100℅煤的工業(yè)分析的內容還包括煤的發(fā)熱量測定、煤灰熔融性測定。（一）揮發(fā)分（V）煤在限定條件下隔絕空氣加熱后，所得揮發(fā)性有機物質稱為揮發(fā)分。煤中揮發(fā)分的主要成分是碳氫化合物、氫氣等。煤的揮發(fā)分與煤的種類、煤的碳化程度關系密切，煤齡愈久遠，揮發(fā)分含量愈少，揮發(fā)分逸出的溫度和煤的著火溫度相應也愈高

11、，與此相反，煤齡愈短，揮發(fā)分含量愈高，揮發(fā)分逸出溫度愈低，著火溫度也愈低，則此種煤量容易燃燒。,,（二）灰分（A）灰分是指煤完全燃燒后殘留的固定物質。（三）水分（M）水分是指煤中的全部水分，包括外水分和內水分。（四）固定碳（Cgd）從煤的試樣中減去其中的灰分、水分及揮發(fā)分，剩下的質量就是煤的固定碳含量。（五）煤灰熔融性（灰熔點）灰熔點是指灰的融化溫度?；胰埸c對鍋爐的燃燒工況影響很大，是煤灰的重要指標之一。通常采用“角錐法

12、”測定其熔融性。角錐法，就是將灰樣制成高為20mm。底面為邊長7mm的正三角形、且一個棱面垂直于底面的灰錐體，然后將灰錐體置于弱還原性氣氛的高溫加熱爐中升溫加熱，觀察或拍攝試樣變化情況，并記錄灰錐體形狀發(fā)生變,,化情況，并記錄灰錐體形狀發(fā)生變化的三個特征溫度：①變形溫度t1（灰錐體尖端開始變圓或彎曲時的溫度）；②軟化溫度t2（灰錐體彎曲且錐尖觸及底板，或灰錐體變成球形，或高度小于等于底邊長度的半球形時的溫度）；③熔融溫度t3（灰錐

13、體完全熔化或展開成高度小于等于1.5mm的薄層時的溫度）。（六）煤的發(fā)熱量（Q）及折算成分煤的發(fā)熱量是指單位質量的煤完全燃燒時所放出的全部熱量，單位為kJ/kg。煤的發(fā)熱量分為高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量兩種。,,⒈高位發(fā)熱量是指1kg煤完全燃燒后所產生的全部熱量，包括水蒸汽全部凝結成水所放出的凝結熱（數(shù)值上等于汽化潛熱），高位發(fā)熱量用Qgr, 表示，單位為kJ/kg。⒉低位發(fā)熱量是指1kg煤完全燃燒后所產生的全部熱量中，減去其中水蒸氣

14、凝結時放出的凝結熱，低位發(fā)熱量用Qnet, 表示，單位為kJ/kg。燃煤工業(yè)鍋爐的排煙溫度一般在160～200℃之間，煙氣中的水蒸氣處于蒸汽狀態(tài)，其汽化潛熱隨煙氣帶走，所以，在燃燒鍋爐的熱工計算中，均采用低位發(fā)熱量作為計算依據(jù)。1、標準煤的概念由于各種煤的發(fā)熱量差別很大，為了便于比較不同型式鍋爐的燃煤消耗量，故引出標準煤的概念。標準煤：將接收基的低位發(fā)熱量為29308kJ/kg的煤規(guī)定為標準煤。,,對于不同的鍋爐所作用的不同煤種

15、，可以通過下式換算成統(tǒng)一的標準煤來進行比較。 式中 Bb——折算成標準煤的消耗量（kg/h）;B——實際煤的消耗量（kg/h）；Qnet,v,ar——實際煤的接收基低位發(fā)熱量(kJ/kg)。2．煤的發(fā)熱量的確定煤的發(fā)熱量通常用實驗方法測定，也可以根據(jù)燃料的元素分析及工業(yè)分析的結果進行近似計算得出。計算褐煤、煙煤、無煙煤發(fā)熱量的經驗公式Qgr,v,daf=335(327)Cdaf+1298(1256)Hda

16、f+63Sdaf-105Odaf-21(Ad-10),,三、煤的分類煤的組成比較復雜，目前國內尚無統(tǒng)一的劃分方法。按煤的接收基水分及灰分含量，將煤分為無煙煤、貧煤、煙煤、褐煤、劣質煤等五類。（一）無煙煤物理性質：無煙煤呈灰黑色，表面具有金屬光澤，質地堅硬。。 化學性質：無煙煤的干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf≤10%，揮發(fā)分析出溫度較高，著火比較困難，不易燃盡。無煙煤的煤齡最長，炭化程度很深，含碳量高，灰分含量都不多，發(fā)熱

17、量高，Qnet,v,ar≈22000～28000kJ/kg。燃燒時無煙，火焰很短，呈淺黃色，焦渣特性呈粉狀。,,（二）貧煤貧煤的揮發(fā)分較低，Vdaf≈10%～20%。不易著火和燃燒，燃燒時火焰較短，焦結性差；發(fā)熱量較高，介于無煙煤和煙煤之間。（三）煙煤煙煤揮發(fā)分含量很高，Vdaf>20%～40%；含碳量也高，接收基碳Car≈40%～60%或更高。煙煤的發(fā)熱量較高，Qnet,v,ar≈20000～27000kJ/kg。煙煤

18、大多為有光澤的黑色均勻體，質地松軟，燃燒時火焰比較長、煙多。,,（四）褐煤褐煤是煤齡較短、炭化程度較低的煤，揮發(fā)分含量高，Vdaf≈40%～50%，燃燒時揮發(fā)分析出溫度也低，故很容易著火燃燒；褐煤的發(fā)熱量不高，Qner,v,ar Vdaf≈1000～15000kJ/kg。褐煤呈棕褐色，因故而得名。褐煤質地松脆，容易風化，容易自燃，難于儲存，也不宜遠運，屬于地方性燃料。（五）劣質煤主要指泥煤、油葉巖和煤矸石。（內蒙古少用）,第二節(jié)

19、 液體燃料的組成及特性,鍋爐所用液體燃料通常是指石油制品。一、燃料油的組成鍋爐燃料使用的液體燃料都是石油煉制過程中的產品或副產品，主要有渣油、重油、柴油等。燃料油是由各種碳氫化合物組成的復雜的混合物。從元素分析成分看，與煤一樣，也是由碳、氫、氧、氮、硫、灰分、水分等七種成分所組成，對各組成成分用相應的質量占總質量的質量分數(shù)表示，各成分質量分數(shù)的總和為100%。即C + H + O + N + S + A + M = 100%

20、七種組成成分同煤。燃料油的元素成分“基”的表示方法和煤一樣，分為四種：接收基、空氣干燥基、干基與干燥無灰基，實際應用較多的是接收基基準。,,二、燃料油的特性燃料油是一種優(yōu)質燃料，其影響燃燒的主要特征物理量如下：1．密度單位體積物質的質量稱為密度，用符號ρ表示，單位為kg/m3。2．相對密度相對密度是指某一溫度時油的密度和4℃時純水密度之比值。石油工業(yè)中規(guī)定，以20℃時的相對密度作為油的標準相對密度。燃料油的標準相對密度在0.

21、8～0.98之間。3．比熱容1kg的燃料油溫度升高1K所需要的熱量，稱為該燃料油的比熱容。用符號c表示，單位為kJ/(kg·K)。燃料油的比熱容c≈2.14kJ/(kg·K)。,,4．熱導率熱導率是表示燃料油導熱能力的特性指標，用符號λ表示，單位為W/(m·K)。5．凝固點與沸點（1）凝固點 物質由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的現(xiàn)象叫凝固。發(fā)生凝固的溫度叫凝固點。 （2）沸點 物質由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的現(xiàn)象叫氣化

22、，液體的氣化分為蒸發(fā)和沸騰兩種。沸騰時液體的溫度叫沸點。燃料油的沸點與其凝固點一樣，沒有一個恒定值，而是一個溫度范圍。 6．粘度粘度是流體流動時的內部阻力，表征流體流動性能的指標。用符號°E表示。（恩氏粘度）粘度愈大，流體的流動性能愈差。,,7．閃點油溫升高時油面上的油蒸氣增多，其與空氣的混合氣和明火接觸后發(fā)生一閃就滅的短暫閃光，這時的油溫就稱為該種燃料油的閃點。8．燃點和自燃點在常壓下對燃料油加熱，液體表面的油蒸氣

23、與空氣的混合物遇火源點燃，并連續(xù)燃燒5s以上，這時油的最低溫度稱為該種燃料油的燃點。在常壓下對燃料油加熱，液體表面的油蒸氣與空氣的混合物在沒有外界火源的情況下，能自行著火燃燒的最低溫度稱為該燃料油的自燃點。10．殘?zhí)繗執(zhí)渴钱斨赜图訜岬胶芨叩臏囟葧r聚合形成的堅固油垢沉淀物，這是燃燒器噴口堵塞和磨損的主要原因。燃燒器噴口堆積炭化物，使重油霧化質量降低，燃燒狀況惡化。,,11．穩(wěn)定性重油的穩(wěn)定性是指重油在貯藏和加熱過程中，生成重質粘稠

24、狀物質和難溶解性物質。這些油垢油渣物會引起儲油箱、油管路系統(tǒng)、過濾器、加熱器、燃燒器等堵塞，導致燃燒惡化。12．發(fā)熱量1kg燃料油完全燃燒所放出的全部熱量，稱為該燃料油的發(fā)熱量。它也有高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量之分。燃料油的發(fā)熱量很高，通常使用的燃料油，低位發(fā)熱量Qnet,v,ar=37000～42000kJ/kg。燃料油的發(fā)熱量一般用實驗方法測定，也可以用近似公式計算。計算燃料油發(fā)熱量的近似公式有二：,,1）由元素組成計算發(fā)熱量

25、 Qgr,v,ar=339Car+1256Har-109(Oar-Sar) Qnet,v,ar=339Car+1030Har-109(Oar-Sar)-25.1Mar式中Qgr,v,ar、Qnet,v,ar——燃料油的高、低位發(fā)熱量（kJ/kg）；（2）由20℃時的燃料油密度ρ20計算發(fā)熱量Qgr,v,ar=51916.3-8892.8(ρ20)2×10-6 Qn

26、et,v,a=46424.5+3.1864(ρ20)8892.8(ρ20)2×10-6 式中Qgr,v,ar、Qnet,v,ar——燃料油的高、低位發(fā)熱量（kJ/kg）；ρ20——20℃時燃料油的密度（kg/m3）。,,三、鍋爐常用的燃料油目前工業(yè)鍋爐使用的液體燃料主要是重油、渣油和輕柴油。（一）重油密度較大的燃料油稱為重油。重油的特點是：1．密度大、粘度大2．燃點和閃點較高重油的燃點和閃點較高，因此，火災的危

27、險性較小。（二）渣油渣油是石油煉制過程中形成的塔底殘油，是國產標準重油規(guī)格以外的重油。由于生產工藝不同，渣油的質量指標也不相同。,,（三）柴油從廣義上講，密度較小的燃料油稱為柴油，又稱輕柴油。其特點是：1．粘度小由于粘度小，則流動性能好。因此，輕柴油便于管道輸送和霧化，不需要預熱。2．含硫量較小柴油含硫量低，燃燒時產生的SO2和SO3也比較少，其燃燒生成的煙氣對鍋爐受熱面的腐蝕和大氣環(huán)境的污染較燃用重油的鍋爐小。3．輕柴

28、油易揮發(fā)輕柴油與重油、渣油相比，其閃點低，火災危險性也較大。因此，在設置油庫和工作油箱時，應特別注意防火。,,第三節(jié) 氣體燃料的組成及特性 氣體燃料是指在常溫下保持氣態(tài)的燃料，簡稱燃氣。 燃氣易點火、易燃燒、易操作、易實現(xiàn)自動調節(jié)，而 燃燒產物中無廢渣和廢液，煙氣中SO2和Nox的含量較少。因此，燃氣是最理想的潔凈燃料。一、燃氣的組成燃氣是多種氣體的混合氣體，由三大部分組成。（一）可燃組分燃氣中的可燃組分有一氧化

29、碳（CO）、氫（H2）和碳氫化合物（CmHn）等。（二）不可燃組分燃氣中的不可燃組分有氮（N2）、氧（O2）和二氧化碳（CO2）等，它們占去了氣體燃料一定的體積，使可燃組分的含量減少，熱值降低。,,（三）有害雜質燃氣中的雜質不僅占據(jù)了一定的體積，而且給燃氣的儲存、輸送和燃燒造成不良的影響。燃氣中的主要雜質有：焦油與灰塵；萘；硫化氫；一氧化碳；氨；水分；殘液 。二、燃氣的特性（一）燃氣的體積分數(shù)在相同溫度和壓力條件下，燃氣中各

30、單一組分的體積和燃氣總體積的比值稱為體積分數(shù)，用符號γ表示。（二）燃氣的平均密度單位體積的燃氣所具有的質量稱為燃氣的平均密度，用符號ρ表示，單位為kg/m3。,,（三）燃氣的比體積單位質量的燃氣所占有的體積稱為燃氣的比體積，用符號v表示，單位為m3/kg。（四）燃氣的相對密度燃氣的平均密度與相同狀態(tài)下空氣的平均密度的比值稱為燃氣的相對密度。通常用標準狀態(tài)下的數(shù)值進行計算。（五）粘度氣體燃料的粘度用動力粘度、運動粘度和條件粘

31、度表示。條件粘度的定義和測定方法與燃料油同。（1）動力粘度 在流體中，面積為1cm2，相距1cm的兩層表面，以1cm/s的相對速度運動時，兩表面之間產生的內摩擦力叫做該流體的動力粘度，用符號μ表示。單位為Pa·s。,,（2）運動粘度 流體的動力粘度與同溫度的流體密度之比值，叫做該流體的運動粘度。用符號v表示。單位為m2/s。 燃氣的粘度隨著壓力升高而增大。六）臨界參數(shù)當溫度不超過某一數(shù)值，對氣體進行加壓可以

32、使氣體液化，而在該溫度以上，無論施加多大壓力都不能隨之液化，這個溫度就稱為該氣體的臨界溫度；在臨界溫度下，使氣體液化所需的壓力稱為臨界壓力；此時的比體積稱為臨界比體積。上述參數(shù)統(tǒng)稱為臨界參數(shù)。用符號Tc、Pc、vc表示，單位為K、Mpa、m3/kg。（七）燃氣的比熱容燃氣的比熱容分比定壓熱容和比定容熱兩種。,,1．比定壓熱容保持燃氣壓力不變時，1m3燃氣溫度升高（或降低）1K所吸收（或放出）的熱量稱為氣體的比定壓熱容。用符號cP表

33、示，單位為kJ/(m3·K)。2．比定容熱容保持燃氣容積不變時，1m3燃氣溫度升高（或降低）1K所吸收（或放出）的熱量稱為氣體的比定容熱容，用符號cV表示，單位為kJ/(m3·K)。（八）著火溫度（即燃燒溫度）燃氣開始燃燒時的溫度稱為著火溫度。 九）爆炸極限（體積分數(shù)）當可燃氣體或油氣與空氣混合物的含量達到某個范圍時，一遇明火或溫度升高到某一數(shù)值就會發(fā)生爆炸的含量范圍稱為爆炸極限。爆炸極限有上限和下限。,

34、,（十）燃氣的發(fā)熱量燃氣的發(fā)熱量是指標準狀態(tài)下，單位數(shù)量燃氣完全燃燒時所放出的全部熱量。用符號Q表示，單位為kJ/m3或kJ/kg。 燃氣發(fā)熱量分為高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量兩種。三、鍋爐常用的氣體燃料（一）天然氣天然氣是從地下開采出來的可燃氣體，以烴類為主要成分。天然氣分為四種類型，即氣田氣（純天然氣）、油田伴生氣、凝析氣田氣、礦井氣（煤層氣）。（二）人工燃氣以煤或石油為原料，經過各種熱加工過程制得的可燃氣體，稱為人工燃氣