第七章 燃料、燃烧计算及锅炉热平衡.ppt

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1、第七章 燃料、燃烧计算及锅炉热平衡,LOGO,7.1 燃料的组成,燃料的种类,物态,LOGO,煤的组成,各成分的组成C+H+O+N+S+A+M=100,其中碳（C）：主要可燃元素，约占1585。氢（H）：可燃成分，发热量是碳的3.6倍，约占26。氧（O）和氮（N）：不可燃成分，生成有害物NOx，O的比重不一，N的比重约占0.5%2%。硫（S）：有三种形态，有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫，前2种可燃，后一种不燃烧；硫燃烧生成SO2、SO3。灰分（A）：煤完全燃烧后生成的固态残余物。水分（M）：不可燃成分。,LOGO,燃料油的组成,各成分的组成C+H+O+N+S+A+M=100,其中碳（C）：主要可燃

2、元素，约占8588。氢（H）：可燃成分，发热量是碳的3.6倍，约占1013。氧（O）和氮（N）：不可燃成分，生成有害物NOx。硫（S）：有三种形态，有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫，前2种可燃，后一种不燃烧；硫燃烧生成SO2、SO3。灰分（A）：煤完全燃烧后生成的固态残余物。水分（M）：不可燃成分。,LOGO,燃气气体燃料的组成,各成分的组成可燃成分：CO、氢、碳氢化合物等不可燃成分：氮、氧、CO2等。有害杂质：焦油和灰尘，奈，硫化氢，氨，水分，残液。,LOGO,7.2 燃料的特性,煤的特征,（1）煤的工业分析,测定煤水分（M）、灰分（A）、挥发分（V）、固定碳（C）。各成分，用质量百分数表示。,A

3、+V+M+C=100,挥发分（V）煤在隔绝空气加热后，有机物质分解所得的气体物质。主要成分有碳氢化合物、碳氧化合物、氢和焦油蒸气。测定挥发分所残留的物质是焦渣。,（2）煤灰的熔融特性,用角锥法测定四个特征温度IT、ST、HT、FT。,灰渣熔融特性温度的定义示意图,LOGO,燃料油的特征,黏度用于判断油的流动和雾化性能。黏度单位：m2/s，沲（st），厘沲（cst），恩氏黏度（E）。,1st=1cm2/s=10-4m2/s1cst=10-2st=10-6m2/s,E在某温度下200mL燃料油从恩氏黏度计中流出时间与20时200mL的蒸馏水流出时间的比值。,闪点在大气压力下，汽化的燃料油和空气的混

4、合物与火焰接触，发生短促闪火的最低温度。燃点在大气压力下，汽化的燃料油和空气的混合物与火焰接触发生持续燃烧（不少于5秒）的最低温度。凝固点燃料油在45倾斜的试管壁，能保持510s而不流动的温度。倾点上述条件刚能流动的温度，一般认为倾点=凝固点+2.5。,LOGO,燃气的特征,标准状态下密度,（kg/Nm3）,平均分子量,平均容积比热cv（kJ/（m3）,发热量Q（kJ/Nm3）,i,LOGO,7.3 燃料成分分析基及煤的发热量,“基”的表示方法,（1）收到基（as received basis）包括全部水分和灰分在内的燃料成分总量作基数。Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=

5、100,（2）空气干燥基（air dried basis）去掉外在水分的燃料作基数。Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100,（3）干燥基（dry basis）去掉全部水分的燃料作基数。Cd+Hd+Qd+Nd+Sd+Ad=100,（4）干燥无灰基（dry ash-free basis）去掉水分和灰分的燃料作基数。Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100,LOGO,煤的发热量,高位发热量Qgr,v（kJ/kg）1kg煤完全燃烧时放出的热量，含烟气中水蒸气凝结放出的热量。,低位发热量Qnet,v（kJ/kg）1kg煤完全燃烧时放出的热量扣除水蒸气的汽化潜热后所

6、得的热量。,按收到基计算的高位发热量,按空气干燥基计算的高位发热量,Qgr,v,ad-Qnet,v,ad=25(9Had+Mad),按干燥基计算的高位发热量,Qgr,v,d-Qnet,v,d=225Hd,按干燥无灰基计算的高位热量,Qgr,v,daf-Qnet,v,daf=225Hdaf,LOGO,“基”的换算,收到基水分与空气干燥基水分之间的换算,除水分外的各种成分、挥发分和高位发热量在各“基”间换算的公式为E1=kE2转换系数k见表7-1,LOGO,各种“基”低位发热量间的换算,同一种煤水分从Mar1变到Mar2，收到基低位发热量之间的换算,燃料水分、灰分同时改变时，收到基低位发热量之间的

7、换算,各种“基”低位发热量换算公式见表7-2,LOGO,7.4 燃料燃烧计算,空气量和烟气量的计算,碳完全燃烧反应方程式C+O2=CO212kgC+22.4Nm3O2=22.4Nm3CO2每kg碳完全燃烧需要1.866Nm3氧气，生成1.866Nm3二氧化碳。同理，根据S、H的完全反应方程有：每kg硫完全燃烧需要0.7Nm3氧气，生成0.7Nm3二氧化硫；每kg氢完全燃烧需要5.55Nm3氧气，生成11.1Nm3水蒸气。,因此，每kg收到基燃料完全燃烧需要理论空气量Va0（Nm3/kg）为,1.燃烧所需空气量,LOGO,过量空气系数,炉内空气过量系数a（炉膛出口处的系数）一般在1.31.6之间

8、。,理论空气量经验公式,对于贫煤及无烟煤,对于烟煤,对于劣质煤,对于气体燃料,Qnet,v,ar10467kJ/Nm3,Qnet,v,ar14654kJ/Nm3,对于液体燃料,（Qnet,v,ar12560kJ/kg）,LOGO,2.燃烧生成的理论烟气量,理论烟气量供给Va0，燃料完全燃烧生成的烟气量，烟气中只含CO2、SO2、H2O、N2四种气体；符号Vg0，Nm3/kg（固体、液体燃料）或Nm3/Nm3（气体燃料）。,三原子气体,（3）水蒸气,（1）二氧化碳气体,（2）二氧化硫气体,由4部分组成：,1）H燃烧生成,2）燃料中含水分形成,3）空气带入,1.293Va0dV10-3=1.293

9、101.2410-3Va0=0.016Va0,4）重油雾化带入水蒸气1.24Mat,LOGO,（4）氮气,由两部分组成：,1）空气带入,0.79Va0,2）燃料中所含,其中理论干烟气体积,理论烟气量经验公式,对于无烟煤、贫煤及烟煤,对于劣质煤,Qnet,v,ar12560kJ/kg,对于液体燃料,对于气体燃料,Qnet,v,ar10467kJ/Nm3,Qnet,v,ar14654kJ/Nm3,理论烟气量,LOGO,实际烟气量,过量空气的体积,空气中21为氧，79为氮。过量空气带入H2O为 0.0161（a-1）Vao,其中实际干烟气体积,实际烟气量,LOGO,空气和烟气焓的计算,理论空气量的焓

10、,式中空气的比焓,见建筑冷热源附录7-1。,烟气的焓,其中理论烟气量的焓,式中各成分的比焓,见建筑冷热源附录7-1。,飞灰的焓,飞灰的比焓见建筑冷热源附录7-1。烟气中带走的飞灰份额查表7-3。,LOGO,7.5 锅炉热平衡,热效率定义,定义：通过建立燃料燃烧发热量与各项损失的热平衡式，来分析锅炉的热效率，通常称为锅炉的热平衡。,作用：了解热平衡中各项损失大小或比率，有利于在使用这些设备时，掌握如何减少损失，提高热效率，节约能耗。,LOGO,锅炉热平衡,锅炉能流图,热平衡方程,LOGO,（1）送入锅炉的热量 Qf,固体、液体燃料,气体燃料,其中燃料显热hf一般不予计算；无外热源加热空气时，Qo,h也不用计算。,当重油雾化所用蒸汽量为Mat（kg/kg）时，则带入锅炉的热量为,（2）锅炉有效利用热量Q1,带过热蒸汽锅炉,饱和蒸汽锅炉,热水锅炉,LOGO,（3）锅炉排烟热损失 Q2,（4）气体未完全燃烧损失Q3,（5）固体未完全燃烧损失Q4,包含三部分灰渣中的碳；漏煤中的碳和飞灰中的碳未完全燃烧损失。,=,灰渣、飞灰和灰量,LOGO,（6）散热损失Q5,（7）灰渣物理热及冷却热损失Q6,灰渣物理热,冷却热损失,LOGO,热效率确定,正平衡法：直接测量输入锅炉的热量和有效利用热量确定热效率。反平衡法：测量锅炉各项热损失确定热效率。,锅炉燃料消耗量,两种方法各自的特点？,思考,