第二章 锅炉燃料

• （4）一氧化碳 无色无臭，是一种毒性很大的气体， 空气中含有0.06%时有害于人体，含0.2%时使人失去 知觉，含0.4%时致人死亡。空气中允许的一氧化碳浓 度为0.02g/m3。 • （5）乙烯 无色气体，具有窒息性的乙醚气味，有麻 醉作用，浓度达到0.1%时对人体有害。 • （6）硫化氢 无色气体，具有浓厚的腐蛋气味，易着 火，毒性大，空气中含有0.04 %时有害于人体，0.10 %时可致人死亡，大气中允许的硫化氢浓度为0.0l g/m3。
木柴，泥 木炭，焦炭，泥煤砖，煤矸石， 煤，烟煤， 甘蔗渣，可燃垃圾等 石煤，油 页岩
煤的分类
• （1）煤的技术型分类
• 采用表征煤化程度的主要参数干燥无灰基挥发 分作为分类指标的。按挥发分含量，煤可分为 三大类，褐煤、烟煤和无烟煤。凡≤l0%的煤 为无烟煤，>10%的煤为烟煤，>37%的煤为褐煤。
– 煤中硫含量为可燃成分的0.1~8.0%(南方地 区的劣质烟煤)。液体燃料以元素硫、硫化 氢存在。气体燃料中硫含量很少，主要是 H2S。 – 1Kg硫完全燃烧产生9050KJ热量，生成 SO2、SO3 – SO2、SO3与烟气中水蒸汽化合生成亚硫酸 和硫酸，会造成锅炉尾部受热面的腐蚀。 SO2、SO3会对人体和动植物带来危害。森 林酸雨。
一、燃料的元素分析成分
• 1.碳C(Cadafbon) 燃料的主要可燃元素， 约占可燃成分总量的50~95%
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1kg碳完全燃烧产生32866kJ的热量，是决定煤发 热量的主要元素 含碳量与煤形成的年代有关，时间越长，含碳量越高。 无烟煤最高。 煤中的碳不是以单质形态存在的，而是与H、S、O、 N等组成高分子有机化合物。 碳元素属于难燃物质，含碳量越多的煤，如无烟煤， 着火点越高，不易点燃，需预热、引燃且燃烧时间长。 液体燃料含碳量变化范围小，碳构成有机化合物。气 体燃料中，碳构成各种烷烃和烯烃类。
1952年被毒雾笼罩的特拉法加广场
• 发生1952年伦敦烟雾事 件的直接原因是燃煤产 生的二氧化硫和粉尘污 染，燃煤产生的粉尘表 面会大量吸附水，成为 形成烟雾的凝聚核，这 样便形成了浓雾。另外 燃煤粉尘中含有三氧化 二铁成分，可以催化另 一种来自燃煤的污染物 二氧化硫氧化生成三氧 化硫，进而与吸附在粉 尘表面的水化合生成硫 酸雾滴。这些硫酸雾滴 吸入呼吸系统后会产生 强烈的刺激作用，使体 弱者发病甚至死亡。
• 煤、石油、天然气都是有机的炭化物或碳氢化合物与多种 矿物质的混合物。为化石燃料，是地壳内动植物遗体经过 漫长的地质年代，经历数百万年的化学、物理变化而形成， 非常宝贵。锅炉设计及运行人员必须了解锅炉燃料的特性， 才能保证锅炉运行的安全性和经济性。
燃料分类
类 别
天然燃料
人工燃料
气体燃 料
液体燃 料 固体燃 料
3. 氧O (Oxygen) 燃烧料中的不可燃成分
– 不可燃，助燃。由于氧占有一定的质量百分比，使单 位质量燃料的发热量减少。
– 一部分是以CO2、H2O等化合态存在，一部分是游离态
氧，可助燃。
– 煤中氧含量变化很大，随煤化程度的加深而减少。无 烟煤只有1~2%，泥煤最高可达可燃成分的35%。液体 和气体燃料氧含量很小，液体0.1~1.0%,气体0~1.2%。
–燃料的种类和特性与锅炉造型、运行操作以及锅炉工作 的安全性和经济性有着密切的关系。 –燃料的化学成分及含量，通常是通过元素分析法测定求 得，主要元素有：碳(C) 、氢(H)、氧(O)、氮(N)和硫 (S)，还包括一定数量的灰分(A)和水分(M) –对于固体燃料，组成成分还可通过工业分析法测定，工 业分析成分有水分、挥发分（V）、固定碳（Cgd）和灰 分
• 煤的水分含量差别很大，一般随煤化成度的增高 而减少，低者仅为2~5%，高者可达50~60%（云 南昭通褐煤）液体燃料为1~3%，气体燃料中一般 含有很微量的水蒸气
• 煤中水分的危害
• 好处
– 降低可燃成分的比例，减少了煤的发热量 – 水分汽化吸收热量，降低炉膛温度，使燃料着火困 难，延长燃烧时间 – 由于水蒸气的存在，燃用高水分的煤时，烟气体积 增大，使烟气带走更多的热量，锅炉热效率降低 – 加剧尾部受热面的低温腐蚀和堵灰
2. 氢H (Hyddafogen) 燃料中的重要的可 燃成分
• 1Kg氢完全燃烧释放出120370kJ的热量，是燃料中单位 发热量最高的元素，且易着火，是燃料中最有利的元素。 • 煤中氢占可燃成分的2~6%，煤化程度越高，氢含量越 少。 • 液体燃料的氢含量较高，约占10~14%。 • 气体燃料中焦炉煤气中H的含量最高，天然气中H的含量 极少。 • 氢含量高的燃料，容易引起高温缺氧而析出碳黑，冒黑 烟，污染环境。
ar ar
100f和Ad、Mar， 求各收到基(应用基）成分。
20120308
第二节 固体燃烧
类 别
气体燃 料 液体燃 料
天然燃料
天然气 石油
人工燃料
高炉煤气，发生炉煤气，焦炉煤 气，液化石油气 汽油，煤油，柴油，沥青，焦油
固体燃 料
天然气
石油
高炉煤气，发生炉煤气，焦炉煤气， 液化石油气
汽油，煤油，柴油，沥青，焦油
木柴，泥煤，木炭，焦炭，泥煤砖，煤矸石，甘 烟煤，石煤，蔗渣，可燃垃圾等 油页岩
• 气体燃料是多种气体的混合体，可燃的组分有甲烷 (CH4)、乙烷(C2H6)、氢气(H2)、一氧化碳(CO)、乙烯 (C2H4)、硫化氢 (H2S)等。气体燃料中还可能含有不 可燃的气体成分，如二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、水分 （H2O）和少量的氧气(O2)等，不可燃组分占去一定 体积，使可燃组分的量减少、热值降低。 • （1）甲烷 无色气体，微有葱臭，易爆炸。 • （2）乙烷 无色无臭气体，易爆炸。 • （3）氢气 无色无臭气体，燃烧时具有较高的火焰传 播速度，极易爆炸。
• 夹杂在燃料中的不可燃的矿物质，也是燃料的主要 杂质 • 煤中灰分含量在10%直至大于50% • 灰分的危害
– 灰分越多，煤的发热量就降低，着火和燃烧都会发生困难 – 灰熔化后会造成裹碳，造成不完全燃烧损失 – 如果灰的熔点较低，炉排和炉内受热面上还能引起结渣， 破坏锅炉正常燃烧和恶化传热过程。 – 灰积沉在管束，影响通风，影响传热 – 灰随烟气流动冲刷受热面，会造成机械磨损 – 随烟气排入大气，污染环境 • 灰分的优点：对于层燃炉，灰分有保护炉排作用，灰分不应 小于10%。
C+H+O+N+S A M
=100%
• 这样按不同的“成分组合”计算出来的各成分 的质量百分数就会差别很大，这种根据燃料存 在的条件或根据需要而规定的“成分组合”就 称为基准。所用的基准不同，同一种煤的同一 成分的质量百分数不同。 • 常用的基准有以下四种：
• 收到基(应用基）
– 在炉前准备燃烧的燃料的各种成分质量百分数 – Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100% – 其特点是，包括全部水分在内的上述7种组成成分 的质量百分数之和为100%。 – 收到基(应用基）成分是实际的应用成分，用于锅 炉的燃烧，传热、通风和热工试验的计算。
daf ar ar
100
Car = 100
100 Aar M ar
Cdaf 100
Cdaf
Car 100% 100 Aar M ar
Car =Cdaf
100 Aar M ar 100
干燥无灰基的其它成分都可用同样的方法换算到相应的收到基 成分，它们的换算系数也都是 100 A M
第二章
锅炉燃料
燃料——可以燃烧并能释放出热能加以利用 的物质 燃料不同，性质各异，燃烧方式和燃烧设备 不同。 • 本章要求： 了解锅炉燃料的分类、组成、特性及分析这 些特性在燃烧过程中所起的作用。 重点掌握各种分析基准间的换算关系
第一节 燃料的化学成分
• 燃料是提供热能的物质。锅炉用燃料可分为气体燃料、液 体燃料和固体燃料。如果按燃料获得的方法来分，又可分 为天然燃料和人工燃料。 •
二、燃料成分分析数据的 基准与换算
• 为了便于燃料的热工计算和燃烧机理分析，对燃料的各组 成成分可用相应的质量占总质量的百分数表示，各成分的 质量百分数之和为100%
• 由于燃料中的水分和灰分会随外界条件的变化而变化，如 随着开采、运输和贮存等条件的变化而变化，甚至随着气 候条件的变化而变化。为了使用或研究工作的需要，在计 算燃料各成分的质量百分数时，可将某种成分 (如水分或 灰分)不考虑在内。
– 硫的存在形态：
燃料中的有害
• 有机硫（与C、H、O等结合成复杂有机化合物） • 无机硫（硫铁矿硫（FeS2）和硫酸盐硫
(CaSO4.2H20 FeSO4.7H2O)）
• 有机物硫和硫铁矿硫能参与燃烧，合称为可燃硫。 硫酸盐硫不能参与燃烧而转化为灰分，我国硫酸盐 硫含量很少，因此一般所说的全硫含量即为可燃硫 含量
4.氮N (Nitdafogen)燃料中的不可燃 成分
• 煤中氮含量仅为可燃成分的0.3~2.5%，液体燃料中
氮含量通常在0.2%以下。天然气中氮气含量较少， 高炉煤其中最多，高的可达55%左右。
• 在高温下燃烧时，形成氮氧化物NOx(NO、NO2)，是
一种有害物质，也可能形成酸雨。
• 5.硫S (Sulphudaf) 元素
• （2）工业锅炉用煤的分类 根据煤的挥发分、 水分、灰分以及发热量的不同，工业锅炉用煤 可分为石煤及煤矸石、褐煤、无烟煤、贫煤和 烟煤5大类。其中无烟煤、烟煤和石煤又各自 再分为3个小类
– 对粉末状煤加水，可减少灰损失，漏煤损失，防止 产生火口。 – 水分蒸发后，在煤层中会形成孔隙，加大燃料和空 气接触面积，有利于燃烧完全。
• 燃料油中水分的危害
– 引起管道和设备的腐蚀 – 增加排烟热损失 – 不均匀的水分含量会导致炉内火焰脉动， 甚至熄火