六章燃料与燃烧ppt课件.ppt
2023/1/20,1,燃料,与,临沂节能监察支队 殷挺,2023/1/20,2,燃料与燃烧,（一）燃料,（二）煤的燃烧,（三）燃油的燃烧,（四）气态燃料的燃烧,（五）锅炉热平衡,（六）新燃料的燃烧技术,2023/1/20,3,第六章 燃料与燃烧了解内容几种量热仪的名称和使用方法以及煤样的采集与制备的程序,煤的燃烧过程中各阶段的特点,燃油燃烧器的具体结构及特点,燃气燃烧器的具体结构及特点,锅炉热平衡的意义,新燃料燃烧设备的原理、结构。理解要点（一）燃料的相关概念（二）煤的工业分析的四项内容（三）煤的燃烧特性（四）燃油的燃烧特点及过程（五）燃油锅炉及燃油燃烧器的相关概念,2023/1/20,4,第六章 燃料与燃烧,掌握重点（一）燃料发热量及高位、低位发热量的定义（二）固态、液态燃料完全燃烧的计算（三）固态、液态燃料不完全燃烧的计算（四）基本燃煤燃烧设备的结构与工作原理（五）气态燃料的燃烧计算（六）热平衡计算,2023/1/20,5,第一节 燃料,2023/1/20,6,第一节 燃料,一、总论（理解要点）燃料：是指燃烧时能够放出热量或者产生动力，并且伴随着生成光的可燃物质。燃烧：是指燃料与氧化剂发生强烈化学反应，并伴有发光发热的现象。（一）燃料性质1.单位质量的该物质燃烧能放出大量的热量；2.容易并能充分燃烧；3.在自然界中蕴藏丰富，能够大量开采，价格低廉；4.燃烧产物对人体与环境无害。,2023/1/20,7,（二）燃料的分类（理解要点）1、固态燃料固态燃料是能产生热能或动力的固态可燃物质，大都含有碳或碳氢化合物。2、液态燃料液态燃料的主要成分与固态燃料相似，包括碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、灰分(A)和水分（M）等。3、气态燃料各种气态燃料均由一些单一气体混合组成，包括可燃物质和不可燃物质两部分。,2023/1/20,8,（三）新燃料1、生物质燃料生物质是指有机物中除化石燃料外所有来源于动、植物能再生的物质。2、水煤浆20世纪 70年代发展起来的一种新型煤基流体洁净燃料，是由煤、水和化学添加剂等经过一定的加工而制成的一种流体燃料。,2023/1/20,9,二、燃料组成的表示方法（理解）,（一）固态燃料和液态燃料的表示方法 固态燃料和液态燃料的各元素含量组成（碳、氢、氧、氮、硫、水分和灰分）通常用其相对质量（质量百分比）来表示：C+H+O+N+S+A+M=100%1、收到基（应用基）将全部水分和灰分都包括在内的燃料作为100%的成分，用下标ar表示：Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%,2023/1/20,10,2、空气干燥基（分析基）以将外在水分去掉后的燃料作为100%的成分，用下标ad表示：Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%3、干燥基 以去掉全部水分的燃料作为100%的成分。用下标d表示：Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%4、干燥无灰基（可燃基）以去掉全部水分和灰分的燃料作为100%的成分。用下标daf表示：Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%,2023/1/20,11,四种基准之间可以相互换算,2023/1/20,12,（二）气态燃料的表示方法（理解）,一般可将气态燃料分为干气体成分和湿气体成分两种表示方法。干气体成分：以去除水蒸气后的燃料成分作为100%。CH4+C2H4+C2H6+CO+H2+O2+N2+CO2=100%湿气体成分：包括水蒸气在内的燃料成分作为100%，用上标w表示。CH4w+C2H4w+C2H6w+COw+H2w+O2w+N2w+CO2w=100%干、湿气体的体积分数之间的换算按教材公式（6.1-9）计算,2023/1/20,13,三、燃料的分析方法,（一）煤的工业分析（理解）1、水分：煤的水分（全水分）可分为外在水分和内在水分两种。2、灰分：是指煤在燃烧时，其中的不可燃杂质经高温分解和氧化后形成的残渣。3、挥发分：是将煤在规定条件下隔绝空气加热时挥发性有机物的产率。4、固定碳：测定煤样除去挥发分和水分后形成焦炭，从焦炭中减去灰分后残留的部分。,2023/1/20,14,（二）煤的元素分析（理解要点）煤的组成以有机质为主，有机质的元素组成通常利用元素分析来测定，包括五种主要元素即碳、氢、氧、氮和硫。1、基本概念碳：煤中的主要可燃物质，占到20%70%甚至更多。氢：煤中含量仅次于碳的可燃成分，占到2%8%。氮和氧：氮和氧是燃料内部的不可燃物质。煤中氮的含量约为1%2%硫：硫是燃料中的有害可燃元素，我国煤含约0.5%3%。2、碳氢元素分析仪是利用吸收质量法测定煤或其它有机物中碳和氢的含量。,2023/1/20,15,（三）燃料的发热量1、基本概念（重点掌握）发热量：燃料的发热量（也称作热值）是指单位质量或者单位体积（气态燃料）的燃料完全燃烧时所能释放的最大热量。它是衡量燃料作为能源的一个很重要的组成部分。高位发热量：1kg（或1m3）的燃料完全燃烧后所产生的热量叫做燃料的高位发热量，它包括燃料燃烧时生成的水蒸气完全凝结成水放出的汽化潜热。低位发热量：1kg（或1m3）的燃料完全燃烧后所产生的热量减去燃料燃烧时生成的水蒸汽完全凝结成水放出的汽化潜热后的差值。2、氧弹式量热计（国内使用最多）、全自动量热仪（有更高的测量精度）,2023/1/20,16,四、样品的采集与制备（了解内容）,（一）入炉原煤的采样（二）煤粉采样（三）入炉煤和煤粉采样后处理（四）飞灰采样（五）炉渣采样（六）入炉煤、煤粉、飞灰和炉渣样品的制备,2023/1/20,17,第二节煤 的 燃 烧,2023/1/20,18,第二节 煤的燃烧,2023/1/20,19,一、煤的燃烧特性（理解）,（一）煤的发热量（二）煤的挥发分（三）煤的焦结性（四）煤的灰熔点,2023/1/20,20,二、煤的燃烧过程（了解）,（一）准备阶段燃料进入炉膛 吸热升温 水分蒸发、析出挥发分 着火点,2023/1/20,21,（二）挥发分、焦炭着火与燃烧阶段（了解）着火挥发分燃烧、焦炭被加热 挥发分消耗殆尽、焦炭与氧气接触燃烧出蓝色火焰焦炭燃烧表面会形成灰壳、灰壳外有CO 和CO2 气层，空气要冲破才能与碳发生反应,2023/1/20,22,燃烧阶段也是放热阶段，它放热的速度与燃烧温度、氧量、气流扰动、煤粒细度等有关，保证充分供风是控制的关键。燃烧根据反应物形态分均相和非均相燃烧，气态燃料基本为均相燃烧，固、液态燃料挥发分为均相燃烧，焦炭是非均相燃烧。扩散燃烧 动力燃烧,2023/1/20,23,（三）残碳燃尽形成灰渣阶段（了解）少量残碳燃烧 燃尽成灰渣（放热少，应适量供风、加强扰动和保持高炉温）,2023/1/20,24,三、燃烧计算,（一）完全燃烧时的燃烧计算（掌握重点）1、燃烧需理论空气量 收到基Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%燃料可燃成分主要是C、H、S等元素由碳完全燃烧12kgC+22.4m3O2 22.4m3CO2即1kgC完全燃烧需1.866m3O2，产1.866m3CO2,2023/1/20,25,1kg燃料完全燃烧需理论空气量为：（掌握）V0=1/0.21(1.866Car+5.55Har+0.7Sar-0.7Oar)m3标准状态下空气=1.293kg/m3,则理论空气量质量为：L0=1.293V0经验公式：V0=1.05Qnet,ar/4 186+0.278,2023/1/20,26,2、燃料需实际空气量与空气系数（掌握）实际送入燃烧器的空气量V、即实际空气量，它与理论空气V0的比值就是空气系数：=V/V0 低时，不完全燃烧损失大；高时，排烟损失大；确定最佳的方法则为：低时损失+高时损失=为最小时（min）工业锅炉经济运行（GB/T 179542007)中有限值规定，根据燃烧方式和燃料不同小于1.21.75,2023/1/20,27,3、理论烟气量Vy0（掌握）共有四种组分：CO2、SO2、N2和H2O；根据化学反应式得出对应1kg燃料燃烧时产气体容积为：Vy0=VCO2+VSO2+VN20+VH2O0 1.866Car(m3)0.7Sar(m3)空气中N2含79%，则0.79V0；燃料本身含N2，则1kgN2体积=22.4/28（m3）1kg燃料含N2体积为22.4/28Nar=0.8Nar（m3）则：VN20=0.79V0+0.8Nar,2023/1/20,28,VH2O0来源有三个方面：（重点掌握）（1）燃料中氢元素燃后生成水蒸气VH2O01VH2O01=222.4/(22.016)Har=11.1Har（2）燃料中所含水蒸气VH2O02VH2O02=22.4/18Mar=1.24Mar（3）理论空气V0带入的水蒸气容积VH2O03VH2O03=0.001293/0.80410 V0=0.0161V0所以理论烟气量为：Vy0=VCO2+VSO2+VN20+VH2O0 不计入VH2O0时为：Vgy0=VCO2+VSO2+VN20,2023/1/20,29,4、实际烟气量Vy（掌握）实际烟气量Vy为：Vy=Vgy+VH2O实际干烟气量Vgy=理论干烟气量Vgy0+过量空气（-1）V0（干空气）；实际水蒸气VH2O=理论水蒸气VH2O0+过量空气带入水蒸气0.0161（-1）V0；则：Vy=Vgy+VH2O=【Vgy0+（-1）V0】+【Vgy0+0.0161（-1）V0】=Vy0+0.0161（-1）V0经验公式：Vy0=1.04Qnet,ar/4 186+0.77,2023/1/20,30,5、烟气焓（掌握）1kg燃料生成理论烟气焓为：Iy0=VC02 hCO2+Vs02 hsO2+VH020 hHO2+VN20hN2 每种气体的比焓（h）都可查表取得。1kg燃料生成实际烟气中所含剩余空气量的焓为：Ik=（-1）V0 hgk+（-1）0.0161dV0hH2O则：Iy=Iy0+Ik燃高灰分燃料时，烟气携带飞灰应计入烟气焓为：Ifh=fhAarhfh；则：Iy=Iy0+Ik+Ifh,2023/1/20,31,（二）不完全燃烧时的燃烧计算（掌握）通过烟气分析仪测定烟气个成分的容积份额：RO2=(VCO2+VsO2)/Vgy100%=VRO2/Vgy100%；CO=VCO/Vgy100%；整理为：Vgy=(VCO2+VCO)/(RO2+CO)100%由碳的燃烧化学反应式可知：VRO2+VCO=1.866(Car+0.375Sar)m3则：Vgy=1.866【(Car+0.375Sar)/(RO2+CO)】m3 不完全燃烧的总烟气量为：Vy=Vgy+VH02,2023/1/20,32,不考虑烟气中含量极少的氢、碳氢化合物时，不完全燃烧烟气成分可以表示为：RO2+O2+CO+N2=100%烟气各成分份额应满足的关系由不完全燃烧方程式确定，即：21=RO2+O2+0.605CO+(RO2+CO)为燃料特性系数：=2.35(Har-0.125Oar+0.038Nar)/(Car+0.375Sar)则：CO=21-RO2-(RO2-O2)/(0.605+)不完全燃烧空气系数：完全燃烧时（CO=0）得空气系数为：,2023/1/20,33,四、燃煤燃烧设备（掌握）,（一）煤的层燃技术及层燃设备,（重点掌握原理、特点与结构）,图6.2-5 链条炉结构1-煤斗；2-煤闸门；3-炉排；4-送风道；5-防焦道；6-看火孔；7-老鹰铁；8-渣井；9-灰斗；10-人孔；11-下导轨,2023/1/20,34,四、燃煤燃烧设备特点：通常要经历干燥、热解、挥发分着火、焦炭燃烧和燃尽四个阶段。,图6.2-6 链条炉排上每层燃烧阶段的分布1-新燃料区；2-挥发分析出与燃烧区；3a-焦炭氧化区；3b-焦炭还原区；4-灰渣燃尽区,2023/1/20,35,（二）煤粉燃烧原理与煤粉炉,（重点掌握原理、特点与结构）,2023/1/20,36,（二）煤粉燃烧原理与煤粉炉,直流燃烧器,2023/1/20,37,旋流燃烧器,（二）煤粉燃烧原理与煤粉炉,2023/1/20,38,（三）循环流化床锅炉,（重点掌握原理、特点与结构）,2023/1/20,39,循环流化床锅炉的燃烧特点,特点：燃烧室内的流化速度快，运行在紊流流化床或者快速流化床状态，燃烧室内的颗粒浓度较高；燃烧室内颗粒的横向混合剧烈，燃料着火稳定迅速；炉膛上部稀相区存在着强烈的物料返混；内部温度均匀，稀相区的传热与传质强；循环流化床具有较高的燃烧效率；循环流化床具有很高的炉内脱硫剂利用率；炉膛截面较小，截面热负荷较高；负荷调整范围大，负荷调节速度快。（重点掌握）,2023/1/20,40,第三节 燃油的燃烧,2023/1/20,41,第三节 燃油的燃烧（理解要点）,一、液态燃料的燃烧过程及特点1液态燃料的燃烧方式分为：预蒸发型和喷雾型。2燃油的雾化原理是通过喷嘴将燃油破碎为细小的颗粒;影响燃油雾化质量的主要因素有油温、雾化剂的压力和流量、油压、油烧嘴结构等。,2023/1/20,42,一、液态燃料的燃烧过程及特点3燃油的配风原理和一次风、二次风的作用配风：必须有根部风；油雾、空气早期混合要强烈；应有一个大小和位置都适当的回流区；后期混合要强烈。一次风：一次风起根部风作用，并在着火前与油雾混合均匀；其中，一次风应是旋转射流，以产生一个适当的回流区、保持火焰的稳定；二次风：二次风可以是直流的，或者为了控制火焰的形状，可有一个不大的旋流强度，这样既有利于早期混合，又由于直流气流的衰减比较慢，有利于后期混合。,2023/1/20,43,一、液态燃料的燃烧过程及特点4乳化燃烧常用的三种方法 机械法、气动法、超声波法。,二、燃油锅炉及燃油燃烧器的相关概念（理解）1燃油锅炉的结构六种型式：干背式二回程锅壳式锅炉；干背式三回程锅壳式锅炉；干背式四回程锅壳式锅炉；半湿背式三回程锅壳式锅炉；湿背式中心回焰二回程锅壳式锅炉和湿背式三回程锅壳式锅炉。,2023/1/20,44,二、燃油锅炉及燃油燃烧器的相关概念（理解）2燃油燃烧器的分类燃油燃烧器一般按照其喷嘴形式或者配风方式来分类。按喷嘴形式分类方式见教材255页图6.3-2。,2023/1/20,45,三、燃油燃烧器（了解）,1、回油管；2、进油管；3、点火设备；4、圆形调风门；5、二次风叶轮；6、稳焰器,2023/1/20,46,（理解）（一）喷油嘴机械雾化喷油嘴气流雾化喷油嘴联合雾化喷油嘴（二）配风器旋流式配风器直流式配风器,2023/1/20,47,第四节 气态燃料的燃烧,2023/1/20,48,第四节 气态燃料的燃烧,一、气态燃料的燃烧（理解）1、气态燃料的燃烧优点2、扩散式燃烧3、完全预混式燃烧4、部分预混式燃烧二、燃烧计算（掌握重点）（一）完全燃烧时的燃烧计算,2023/1/20,49,1、理论空气量、实际空气量和空气系数（掌握重点）,式中：,理论空气量（干空气/干燃气），单位为立方米每立方米;,燃气中各种可燃组分的体积分数，%；,燃气中氧的体积分数，%。,气态燃料燃烧所需的实际空气量与空气系数的计算，参照煤的燃烧所需的实际空气量与空气系数计算方法进行。,2023/1/20,50,2、理论烟气量（掌握重点）,.m3/m3,3、实际烟气容积（1时）及烟气焓,.m3/m3,烟气焓的计算参照煤的烟气焓的计算。,2023/1/20,51,(二）不完全燃烧时的燃烧计算（掌握重点）,由给定的燃料特性系数,则可以确定,气态燃料的燃料特性系数计算公式：,2023/1/20,52,(二）不完全燃烧时的燃烧计算（掌握重点）,：,不完全燃烧时，空气系数为：,2023/1/20,53,三、燃气设备（了解）（一）燃气锅炉（二）燃气燃烧器 1、扩散式燃烧器（1）套管式燃烧器（2）旋流式燃烧器（3）平流式燃烧器 2、完全预混式燃烧器 3、大气式燃烧器,2023/1/20,54,第五节 锅炉热平衡,2023/1/20,55,第五节 锅炉热平衡,一、层燃炉、煤粉炉的热平衡（掌握重点）,kJ/kg或kJ/m3,Qr：输入热量 Q1：燃烧系统有效利用热Q2：排烟带走热量Q3：气体不完全燃烧热损失Q4：固体不完全燃烧热损失Q5：锅炉向环境散热损失Q6：燃料中灰渣带走热损失,2023/1/20,56,锅炉平衡图,排烟热损失Q2,气体未完全燃烧损失Q3,固体未完全燃烧损失Q4,输入Qr,锅炉有效热Q1,锅炉散热损失Q5,灰渣物理热损失Q6,其它损失Q7,自用Qzy,2023/1/20,57,2023/1/20,58,1、输入热量,2、燃烧设备的有效利用热（kJ/h）,（1）饱和蒸汽锅炉：,（2）过热蒸汽锅炉：,（3）热水锅炉：,MW,2023/1/20,59,3、排烟热损失,4、可燃气体未完全燃烧热损失,5、固体未完全燃烧热损失,6、散热损失,D2t/h按,2023/1/20,60,砖砌锅炉或散装锅炉取表数值、砖砌散装锅炉取图数值,2023/1/20,61,7、燃料物料热损失燃料物理热损失q6主要是指灰渣的物理显热损失。8、锅炉热效率和燃料消耗量,（1）锅炉热效率,（2）燃料消耗量,2023/1/20,62,二、循环流化床锅炉的热平衡,循环流化床锅炉的热量平衡由式：（掌握重点）,式中：,燃料的脱硫热损失热量,循环流化床锅炉的热效率：,2023/1/20,63,第六节 新燃料的燃烧技术,2023/1/20,64,第六节 新燃料的燃烧技术,一、生物质燃烧技术（理解）（一）生物质联合炉排燃烧技术（二）生物质流化床燃烧技术（三）生物质与煤混烧技术1、直接混合燃烧2、间接混合燃烧3、并联燃烧,2023/1/20,65,二、水煤浆燃烧技术（理解）（一）水煤浆燃烧五个阶段（二）水煤浆雾化喷嘴技术（三）燃烧器技术1、旋流燃烧器2、直流燃烧器,2023/1/20,66,谢 谢！,
