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第二章 燃料

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第二章 燃料 - PowerPoint PPT Presentation


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第二章 燃料. 第一节 燃料的种类 第二节 煤的化学成分与性质. 核能燃料 — 可控核裂变与和聚变. 燃料总类. 有机燃料 — 以各种形式在自然界存在的碳氢化合物. 燃料的定义. 在经济上和技术上适合于产生热量的材料为燃料。. 煤 — 无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤、泥煤等. 固体燃料. 油页岩. 木材,生物质. 锅炉燃料. 液体燃料 — 石油及其制品 — 轻油、柴油、重油. 天然气、液化石油气. 气体燃料. 煤气 — 城市煤气、高炉煤气、焦炉煤气. 沼气. 有机燃料的物理状态分为: 固体燃料、液体燃料和气体燃料. 第二章 燃料.

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第二章 燃料

第一节 燃料的种类

第二节 煤的化学成分与性质

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核能燃料—可控核裂变与和聚变

燃料总类

有机燃料—以各种形式在自然界存在的碳氢化合物

燃料的定义
  • 在经济上和技术上适合于产生热量的材料为燃料。
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煤—无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤、泥煤等

固体燃料

油页岩

木材,生物质

锅炉燃料

液体燃料—石油及其制品—轻油、柴油、重油

天然气、液化石油气

气体燃料

煤气—城市煤气、高炉煤气、焦炉煤气

沼气

有机燃料的物理状态分为:

固体燃料、液体燃料和气体燃料

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第二章 燃料

第一节 燃料的种类

第二节 煤的化学成分与性质

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一、煤的组成特点
  • 可燃成分和不可燃成分组成的复杂组合物,结构非常复杂。
  • 各组成元素并不单独游离存在,而是以复杂的化合物存在,成分十分不均匀。
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二、煤的化学成分
  • 煤的化学分析(元素分析)成分分为:
  • C,H,O,N,S,A(ash),M(moisture)

可燃成分—C,H,部分S

不可燃成分—其它成分

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碳 C
  • 最主要的可燃质,煤是富含碳的燃料,
  • 燃烧产物主要是CO2,
  • 碳含量取决于碳富集程度,炭化及年龄。
  • 碳的发热量:7800kcal/kg,4.182系数
  • 一般含量:30%~70%,
  • 关于热量单位:

kcal(工程), kJ(国际), BTU(英制)…

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氢 H
  • 发热量很高,达28600kcal/kg,极易燃烧,
  • 煤中含量很少,仅为2%~5%,
  • 液体燃料中可达到14%,
  • 天然气中最多。
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硫 S
  • 部分S属于可燃质
  • 发热量仅2160kcal/kg
  • 对锅炉设备及环境的危害很大
  • 硫的含量0.2~5%,甚至更高,超过1%,既为高硫煤。
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在煤中硫以三种状态存在:

有机硫

可燃硫(挥发硫),燃烧生成SO2

全硫

硫化铁

有机硫

硫酸盐—不燃烧,含量很少,并入灰分

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氧 O
  • 氧不可燃,且不助燃,氧不以游离状态存在于煤中,与煤中的氢和碳组成化合物,占据部分可燃质,使煤发热量降低。
  • 氧的含量1~15%,木柴中的氧含量达到20%~25%。
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氮 N
  • 氮是一种不利的元素,在高温环境下,与氧形成氮氧化物,对环境危害极大。
  • 煤中氮的含量~1%。
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一次灰分—成煤前植物中含有的矿物质,均匀分布在可燃质中一次灰分—成煤前植物中含有的矿物质,均匀分布在可燃质中

内在灰分

二次灰分—在煤形成过程中,外界带入的杂质,呈粒状分布

灰分

外在灰分—产生于开采、运输、贮藏过程中

灰分A

煤中不可燃矿物杂质,成分十分复杂,大多数煤的灰分含量7%~40%。

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内在水分—也称为吸附水分或风干水分,即煤经过风干后的水分内在水分—也称为吸附水分或风干水分,即煤经过风干后的水分

水分

外在水分—经过风干后可以脱除掉的那部分水分,受运输,贮存条件等影响,变化很大。

水分M
  • 含量一般在1~30%,多在10%左右。
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三、煤成分的表示方法及其换算
  • 用各个成分的质量百分数来表示;
  • 水分和灰分所占质量较大,且随外界条件有较大的波动;
  • 采用四种不同的“基”准的质量成分表示:

1.收到基ar;

2.空气干燥基ad;

3.干燥基d;

4.干燥无灰基daf.

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收到基(下标符号为ar)
  • 表示燃料中全部成分的质量百分数总和
  • 是锅炉燃料燃烧计算的原始依据。

Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%

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空气干燥基(下标符号为ad)
  • 表示在不含外在水分的条件下,燃料各组成成分的质量百分数总和,
  • 是实验室煤质分析所用煤样的成分组成。

Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%

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干燥基(下标符号为d)
  • 表示在不含水分的条件下干燥燃料各组成成分的质量百分数总和
  • 干基中各成分不受水分变化的影响

Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%

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干燥无灰基(下标符号为daf)
  • 表示在不含水分和灰分的条件下,干燥无灰燃料各组成成分的质量百分数总和,
  • 干燥无灰基中只包含燃料的可燃成分,各成分不受水分和灰分变化的影响,
  • 煤炭交易。

Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%

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各种基的换算(略)
  • 查表,查图,查手册。
  • 作业:编制计算程序,完成换算。
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四、煤的发热量
  • 两种发热量的定义:

1.高位发热量Qgr

        • 1kg煤完全燃烧时放出的全部热量,包括烟气中水蒸汽凝结时放出的热量。

2.低位发热量Qnet

        • 在1kg煤完全燃烧时放出的全部热量中扣除水蒸汽汽化潜热后所得的热量。即煤中可燃质的一部分燃烧热量被用于水分的汽化,没有得到利用。

单位为kcal/kg,或者kJ/kg,MJ/kg。

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几点说明
  • 实验室所测是全部热量(高位),锅炉排烟温度均较高(110C以上),烟气中水未蒸汽凝结,将这部分气化潜热带走。
  • 我国均采用低位发热量。有些国家采用高位发热量,必要时说明。
  • 表示煤的发热量同样分为不同的“基”,因此,也存在之间的换算。
  • 作业:编制换算程序。
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五、折算水分、折算灰分与折算硫分的概念
  • 硫分、灰分与水分对锅炉工作的影响

1)降低煤的发热量

2)降低燃烧温度,不利于燃料的着火与燃烧

3)增加烟气容积,排烟温度升高,排烟损失增加,

锅炉效率下降

4)加剧锅炉受热面的低温腐蚀与积灰

5)增加通风电耗。

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采用折算成分的目的
  • 比较锅炉燃烧不同煤时,带入炉内的水、灰和硫的质量—煤的折算成分,
  • 定义:每送入炉内1MJ热量,随燃料带入炉内的某成分的质量,
  • 分别为折算水分、折算灰分和折算硫分
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折算成分的表达式
  • 要产生同样的热量,带入锅炉的灰量取决于煤灰分含量与发热量,
  • 与灰分含量成正比,与发热量成反比。
  • 采用此比例式来代表带入的灰量,
  • 因该比值很小,故乘1000。
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折算水分

折算灰分

折算硫分

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采用折算成分判断煤中水分、灰分和硫分高、中、低的大致范围如表所示。采用折算成分判断煤中水分、灰分和硫分高、中、低的大致范围如表所示。
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六、标准煤概念
  • 单纯以燃煤量的多少来比较不同锅炉的经济性不妥,须折算到统一标准,
  • 标准煤的概念,规定低位发热量为7000kcal/kg(或者kJ/kg,MJ/kg)的煤为标准煤,
  • 将发热量不是7000 kcal/kg的煤统一折算到7000 kcal/kg来进行比较。
  • 用于计算和比较标准煤耗等
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七、气体燃料容积组成表示和换算
  • 气体燃料的组成通常用两种表示方法
  • 1—干气体组成(不包含水分)
  • 2—湿气体(包含水分)
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八、煤质分析

1.煤质分析方法

(1)元素分析

全面测定煤的所有成分以及挥发份与发热量等。

(2)工业分析

测定水分、灰分、灰熔融特性、煤粉细度、挥发份以及发热量等。

工业分析在电厂常用(唯一的实验内容)

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煤质分析的内容

1.煤元素分析

2.煤中水分含量测定

3.煤中灰分含量测定

4. 煤发热量测定

5. 挥发份及其测定

6.灰的熔融性及测定

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1.煤元素分析(专门仪器)2.煤中水分测定

包括测定外在水分与内在水分。

3.煤中灰分测定

将煤粉试样在电炉中灰化。

4. 煤发热量测定

绝热式量热计(注意:扣除生成硫酸和硝酸的热量)

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5.挥发份及其测定
  • 挥发份定义:失去水分的煤样在隔绝空气的条件下加热到一定温度时,煤分解逸出的部分可燃质和矿物质。
  • 主要成分是CO、CO2、CmHn、H2等。
  • 收到基挥发份含量在5%~40%之间。
  • 表示方法:V,Vdaf,等,也存在换算。
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影响因素:
  • 挥发份的多少和组成与煤的年代有关
  • 热解程度随加热速率、加热温度和加热时间而变,须在统一条件下测定。
  • 挥发份的发热量取决于挥发份的成分
  • 挥发份的多少与组成影响到着火,是对动力用煤进行分类的重要依据。
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焦炭=固定炭+灰分:失去水分并放出挥发份后所剩余的残留物称为焦炭。焦炭=固定炭+灰分:失去水分并放出挥发份后所剩余的残留物称为焦炭。

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6.灰的熔融性及测定
  • 炉膛内温度很高,煤中灰颗粒一般呈熔化或软化状态,对锅炉工作影响极大。
  • 对锅炉的主要危害是造成锅炉受热面结渣,传热恶化,掉渣灭火或事故。
  • 灰分成分不同,发生熔化的温度也不同。
  • 高熔点成分+低熔点成分,无固定的熔点,
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温度

壁面

高灰熔点煤

低灰熔点煤

距壁面的距离

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灰熔融性的测定
  • 将灰制成特定形状的灰堆,加热升温1300℃以上,采用三个特征温度来表示灰的熔融特性。
      • t1—开始变形温度;
      • t2—软化温度
      • t3—熔化温度
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结渣判别:
  • 一般认为,
  • t2>1350℃,不易结渣;
  • t2<1350℃,易结渣;
  • t1<1200℃,易结渣;
  • 各种各样的结渣判定指标(研究的热点)
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煤粉炉的排渣方式
  • 固态排渣炉—排渣为固态(广泛采用);
  • 液态排渣炉—排渣为液态。
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煤质分析小结:

1.煤质分析方法

2.煤中水分测定

3.煤中灰分测定

4. 煤发热量的测定

5. 挥发份及其测定

6.灰的熔融性及测定

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第二章 燃料
  • 第一节 燃料的种类
  • 第二节 煤的化学成分与性质
  • 第三节 我国发电厂煤粉锅炉用煤的分类
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电厂动力用煤分类
  • 根据煤的燃烧特性,
  • 以挥发份、灰分、水分、硫分和灰熔融特性作为主要的分类指标,
  • 以煤的发热量作为辅助分类指标

VAMST分类标准

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无烟煤:Vdaf≤10%,含碳最多,发热量高,难以无烟煤:Vdaf≤10%,含碳最多,发热量高,难以

点燃;

  • 贫煤:Vdaf=10~20%,灰分较多;
  • 烟煤:Vdaf=10~50%,含碳多,灰、水少,发热量高
  • 褐煤:Vdaf>40%,水分与灰分高,发热量低,着火

与燃烧容易。

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挥发份含量%

褐煤

烟煤

贫煤

无烟煤

年代

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简要回答
  • 煤的成分组成是什么?
  • 采用哪几种“基”来表示煤成分的质量百分比,为什么?
  • 煤的高位发热量与低位发热量的区别。
  • 高位发热量在不同“基”下的换算,是否需要考虑水分汽化潜热的影响?
  • 炉膛的结渣可能性与灰熔点的关系。