第2章 燃料.ppt

1、燃料天然燃料 例如：天然气，石油和煤炭人工燃料 煤气、沼气和人造酒精等储量丰富 煤已探明储量：7800亿吨，居世界第三位 石油：116亿吨，居世界第八位 天然气：居世界第十六位 经济可采储量 俄罗斯 2440亿吨 美国 2405亿吨 中国 1145亿吨 澳大利亚 909亿吨煤石油天然气2334066三种主要化石能源可应用年限估计发展迅速 燃料总产量（折合亿吨标准煤）年19501960197019801990年产量0.213610能源消费以煤为主 能源构成的百分比煤石油天然气水力核能中国7419241世界30441862燃料供给相对不足 人均消费能源低 设备效率低，燃烧效率太低燃烧效率火电厂工业

2、锅炉工业炉窑民用炉灶中国28-3660-7023-3015-20发达国家35-4680-8550-6050-601979年，国家提出能源政策 开发与节约并重，近期把节约放在优先地位。至今未变固液、体燃料的成分 元素分析成分：为工程计算和应用方便，将燃料的主要元素组成和水分、灰分测量结果习惯上称为元素分析成分元素分析成分元素分析成分的构成 碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分气体燃料的成分 气体的分子式碳（Carbon）是燃料的主要可燃元素，占燃料质量份额的1590%，煤占5090%煤的地质年代越久远，碳化程度越深，含碳越多，无烟煤占90%kgkJCOOCkgkJCOOC/927021/3286622

3、2纯碳的着火和燃烧很困难，煤的含炭量越多，着火与燃烧越困难，但发热量大氢（Hydrogen）可燃元素。煤的碳化程度越深，含氢量越少，煤一般的含氢量为210%kgkJOHOH/12037021222硫（Sulfor）自然界中硫的存在形式包括有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫。硫是可燃元素，但热值很低，同时硫燃烧产生的二氧化硫、三氧化硫会进一步生成亚硫酸和硫酸，腐蚀金属，造成锅炉堵灰。我国煤的含硫量很低，一般12%，但南方某些煤的含硫量较高，可达35%，个别达10%，高硫煤高硫煤：含硫量大于2%的煤质kgkJSOOS/910022氧（Oxygen）氧是不可燃元素，在燃料中已和碳、氢化合，使其可燃成分相对减

4、少 固体燃料的含氧量随碳化程度的加深会较少，无烟煤含氧量1%2%，其他煤的含氧量10%左右 油的含氧量很少，1%左右氮（Nitrogen）通常情况下不可燃，条件满足时可生成NOx，但生成量很少，一般认为是不可燃元素 煤中含量很少，一般1%2%油中含量0.05%0.4%能造成空气污染，须严格控制其生成灰分（Ash）不可燃，属于矿物杂质，主要由SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3等氧化物和碱、盐等构成 燃料中灰分含量相差很大，油中几乎无灰，煤中灰分通常10%30%，多者可达50%按灰分的来源可分为灰分含量对燃烧过程的影响 燃料发热量少 着火、燃烧困难 积灰、结渣，影响传热 磨损受热面

5、污染环境灰在燃烧前后可能不完全一致，化合物可能会分解，但在800之后，基本不变，测定成分时规定：测量温度81510 水分（Water，Moisture）不可燃，属于杂质 油中含量13%，煤中变化较大250%水分构成 水分含量随开采、运输、储存条件而变化水分对燃烧过程的影响 燃料的发热量 着火、燃烧过程吸收大量热量，降低燃烧温度 排烟热损失 受热面腐蚀 堵灰 制粉、干燥和运输固液体燃料 七种元素分析成分的质量分数 C+H+O+N+S+A+M=100%气体燃料 不同分子成分的体积百分数 H2+O2+CH4+CO+CO2=100%燃料中的灰分和水分会随着燃料的开采、运输和储存过程而发生变化。而燃料成

6、分表示的是各成分的相对百分含量，为此必须规定燃料成分表示的分母基准。根据燃料中灰分和水分的变化情况分为4种基准：收到基ar(as received)Car+Har+Oar+Nar+Sar+Mar+Aar=100%空气干燥基ad(air dry)Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Mad+Aad=100%干燥基d(dry)Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%干燥无灰基daf(dry ash free)Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%各基准之间换算 上述各个基准之间存在换算关系，可以通过通分运算进行相互换算 例题：已知收到基成分，求干燥无灰基成分 Car+Ha

7、r+Oar+Nar+Sar=100-Mar-Aar Car/Cdaf=Har/Hdaf=(100-Aar-Mar)/100 Cdaf=Car100/(100-Aar-Mar)新名称原名称新符号原符号收到基应用基CarCy空干基分析基CadCf干燥基干燥基CdCg干燥无灰基可燃基CdafCr煤的元素分析，工作量大，复杂，工程上多应用工业分析成分。此外，还需要了解发热量、灰熔点等其他煤质特性工业分析构成(Proximate analysis)成分：水分、灰分、挥发分和固定碳，其中灰分和固定碳合称为焦炭发热量灰熔点工业分析成分的定义和煤的燃烧过程密切相关煤干煤焦炭灰分干燥干燥干馏干馏燃烧燃烧析出水分

8、析出水分析出挥发分析出挥发分固定碳燃烧固定碳燃烧AACFCVHONSMM固态气态工业分析也存在四种基准 收到基 空气干燥基 干燥基 干燥无灰基灰分 灰熔点：灰分的熔化温度 根据融化状态不同，分为变形温度、软化温度和熔化温度（流动温度）测定方法：角锥法1、和灰成分有关系 灰中的SiO2是弱酸性，含量较多，灰的PH值呈弱酸性。如果碱性物质增多，灰熔点将降低2、与晶格结构有关系 灰中氧化物结成共晶体，属SiO2-Al2O3-CaO-FeO系统，熔点比结合前要低，如CaO.SiO2，只有15403、与介质性质有关系 还原性气氛中比氧化性气氛中低200300 将灰制成小角锥（正三角形底，边长7cm，高度

9、20cm)，角锥垂直地面的侧面与灰托板表面垂直 至于硅碳管加热炉中加热 加热速度 介质气氛变形温度DT(deformation temp.)软化温度ST(soften temp.)熔化温度FT(flow temp.)待测灰样待测灰样变形温度变形温度软化温度软化温度熔化温度熔化温度挥发分（volatile）定义：在高温条件下煤有机质分解的产物，不是自然存在于煤中的。主要成分：CmHn，例如CH4、C2H4等 挥发分析出温度和析出量对燃烧过程影响很大，成为判别煤着火特性的重要指标之一煤质挥发分含量开始析出温度无烟煤10380400贫煤1020370390烟煤2040170320褐煤40601301

10、70泥煤60%同一种煤，即使产于同一矿井，Vdaf含量也会有出入。原因：加热温度的影响。加热时间和加热速度的影响。煤粒尺寸的影响分析试样1克左右，放入带盖的坩埚中，在90010 的恒温炉中，隔绝空气加热7分钟，析出气体，试样重量G1 G2VadMadGGG%100121然后换算成其他基准，习惯上用干燥无灰基，含量不受灰分和水分的影响。焦炭 定义 煤的焦结性 粉状。全部粉状 粘着。用手指轻碰即成粉状 弱粘结。用手指轻压即成小块 不熔融粘结。用手指用力压才裂成小块，表面无光泽 不膨胀熔融粘结。焦饼，有银白色金属光泽 微膨胀熔融粘结。手指压不碎，表面有小膨胀泡 膨胀熔融粘结。上下表面银白色光泽，焦渣

11、高度15mm。煤的焦结性对层燃炉有重要影响。焦渣处于58类，结焦成块，层燃炉妨碍通风，含碳量增加。焦渣处于12类，可能漏煤，或增加飞灰损失。结焦和结渣的区别?结焦指煤的特性；结渣指灰的特性。定义 燃料完全燃烧放出的热量 高位发热量：1kg燃料完全燃烧放出的全部热量，包括水蒸汽凝结时放出的热量。低位发热量：1kg燃料完全燃烧放出的全部热量，去掉水蒸汽凝结时放出的热量。高位发热量和低位发热量之间相差燃料燃烧后生成水分所吸收的汽化潜热。水在0，1atm下的汽化潜热为2290kJ/kg 收到基低位发热量和收到基高位发热量之间的换算见下式：ararargrararargrarnetMHQMHQQ2320

12、61001004362290,工程上，排烟温度高于100，蒸汽不会凝结，应用低位发热量作为计算燃料热量的依据。用氧弹量热计进行测量 基本原理)1.94(,adbadbadbadgrQaSQQ式中：Sb,ad由弹筒洗液测得的煤的含硫量，%a由氮生成硝酸并融于水所放出的热 量系数贫煤、无烟煤时，a0.001其他情况下，a0.0015为检验试验测得的发热值的准确性，采用门捷列夫经验公式进行校验 Qnet,ar=339Car+1030Har-109(Oar-Sar)-25Mar 当Ad25%，差值25%，差值1 哈德罗夫法（HGI）50g煤样在标准中速磨中磨600.25转，在规定条件下(0.071mm

13、筛)上筛分，称筛上煤样质量，然后获得过筛的煤样质量，从标准煤样绘制的标准图上可查得可磨性指数。哈德罗夫法主要用于中速磨直吹式制粉系统磨煤机的选取 Btu法（Kkm）在标准球磨机中磨制15分钟，测量通过90mm标准筛的网眼，检测筛余量Kkm1.6时，易磨煤两种方法之间的换算Kkm=0.0034HGI1.25+0.61 用于考察煤粉对设备（主要是指磨煤机）的磨损寿命中国煤炭科学院将煤分为10类 根据干燥无灰基挥发分含量及胶质层最大厚度分类 小知识：胶质层最大厚度：煤在干馏过程中加热到360-520时会产生流体物质，胶质体，一直加热到730 ，定期测量胶质层厚度，选其最大厚度记录之大分类小分类代号

14、Vdaf胶质层最大厚度煤焦特性无烟煤无烟煤W010-粉状贫煤贫煤P10200粉或粘结瘦煤S1420012粘结，熔结烟煤焦煤J1430825粘结，熔结肥煤F263725粘结，熔结气煤Q30525粘结，熔结弱粘煤RN203709熔结，有时膨胀不粘煤BN20370粉状长焰煤C3705块，弱粘结褐煤褐煤H40-块，弱粘结无烟煤(WY)。无烟煤固定碳含量高，挥发分产率低，密度大，硬度大，燃点高，燃烧时不冒烟。01号无烟煤为年老无烟煤；02号无烟煤为典型无烟煤；03号无烟煤为年轻无烟煤。如北京、晋城、阳泉分别为01、02、03号无烟煤。贫煤(PM)。贫煤是煤化度最高的一种烟煤，不粘结或微具粘结性。在层状炼

15、焦炉中不结焦。燃烧时火焰短，耐烧。贫瘦煤(PS)。贫瘦煤是高变质、低挥发分、弱粘结性的一种烟煤。结焦较典型瘦煤差，单独炼焦时，生成的焦粉较多。瘦煤(SM)。瘦煤是低挥发分的中等粘结性的炼焦用煤。在炼焦时能产生一定量的胶质体。单独炼焦时，能得到块度大、裂纹少、抗碎性较好的焦炭，但焦炭的耐磨性较差。焦煤(JM)。焦煤是中等及低挥发分的中等粘结性及强粘结性的一种烟煤。加热时能产生热稳定性很高的胶质体。单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、抗碎强度高的焦炭，其耐磨性也好。但单独炼焦时，产生的膨胀压力大，使推焦困难。肥煤(FM)。肥煤是低、中、高挥发分的强粘结性烟煤。加热时能产生大量的胶质体。单独炼焦时能生成

16、熔融性好、强度较高的焦炭，其耐磨性有的也较焦煤焦炭为优。缺点是单独炼出的焦炭，横裂纹较多，焦根部分常有蜂焦。13焦煤(13JM)。13焦煤是新煤种，它是中高挥发分、强粘结性的一种烟煤，又是介于焦煤、肥煤、气煤三者之间的过渡煤。单独炼焦能生成熔融性较好、强度较高的焦炭。气肥煤(QF)。气肥煤是一种挥发分和胶质层都很高的强粘结性肥煤类，有的称为液肥煤。炼焦性能介于肥煤和气煤之间，单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学产品。气煤(QM)。气煤是一种煤化度较浅的炼焦用煤。加热时能产生较高的挥发分和较多的焦油。胶质体的热稳定性低于肥煤，能够单独炼焦。但焦炭多呈细长条而易碎，有较多的纵裂纹，因而焦炭的抗碎强

17、度和耐磨强度均较其他炼焦煤差。12中粘煤(12ZN)。12中粘煤是一种中等粘结性的中高挥发分烟煤。其中有一部分在单独炼焦时能形成一定强度的焦炭，可作为炼焦配煤的原料。粘结性较差的一部分煤在单独炼焦时，形成的焦炭强度差，粉焦率高。弱粘煤(RN)。弱粘煤是一种粘结性较弱的从低变质到中等变质程度的烟煤。加热时，产生较少的胶质体。单独炼焦时，有的能结成强度很差的小焦块，有的则只有少部分凝结成碎焦屑，粉焦率很高。不粘煤(BN)。不粘煤是一种在成煤初期已经受到相当氧化作用的低变质程度到中等变质程度的烟煤。加热时，基本上不产生胶质体。煤的水分大，有的还含有一定的次生腐植酸，含氧量较多，有的高达10%以上。长

18、焰煤(CY)。长焰煤是变质程度最低的一种烟煤，从无粘结性到弱粘结性的都有。其中最年轻的还含有一定数量的腐植酸。贮存时易风化碎裂。煤化度较高的年老煤，加热时能产生一定量的胶质体。单独炼焦时也能结成细小的长条形焦炭，但强度极差，粉焦率很高。褐煤(HM)。褐煤分为透光率Pm30%的年轻褐煤和Pm3050%的年老褐煤两小类。褐煤的特点为：含水分大，密度较小，无粘结性，并含有不同数量的腐植酸，煤中氧含量高。常达1530%左右。化学反应性强，热稳定性差，块煤加热时破碎严重。存放空气中易风化变质、破碎成效块甚至粉末状。发热量低，煤灰熔点也低，其灰中含有较多的CaO，而有较少的Al2O3。无烟煤无烟煤 挥发分

19、含量最低，一般Vdaf10%，且挥发分析出的温度也较高，因而着火困难燃烬也不容易，燃烧时没有煤烟，仅有很短的青蓝色火焰，焦碳也没有粘结性。无烟煤的埋藏年代最久，碳化程度最深，因而含碳量高，一般Car40%，最高可达95%，而灰分又不大，Aar=635%(少量30%)，水分也很低Mar15%，所以发热量都很高，一般为Qnet,ar2532.5MJ/kg烟煤 挥发分含量较高，范围也较宽，一般Vdaf2040%碳化程度较无烟煤浅，含碳量Car4060%，少数可高达75%，一般灰分不大，Aar730%，但高的可达50%，水分Mar=318%，Qnet,ar2030MJ/kg 表面呈灰黑色，有光泽，质松

20、软贫煤 挥发分含量较低，Aar=1020%，着火较困难但不结焦。劣质烟煤 挥发分中等，但水分高，灰分更高，因而发热量较低，Vdaf2030，Mar接近12、Aar4050%，Qnet,ar=1112.5MJ/kg褐煤 挥发分含量很高，Vdaf4050%，挥发分的析出温度较低，着火及燃烧均较容易 褐煤的碳化程度次于烟煤，含碳量Car4050%但水分及灰分很高Mar2050%，Aar650%发热量低，Qnet,ar1021MJ/kg煤种名称代号主要指标辅助指标超低挥发分无烟煤V0Vdaf6.5Qnet,ar23MJ/kg低低挥发分无烟煤V16.5920.9低中挥发分贫煤V291918.4中中挥发分

21、烟煤V3192716.3中高挥发分烟煤V4274015.5高挥发分烟煤，褐，油页岩V54011.7常灰分A1Azs,ar7Ad34高灰分A27133445超高灰分A31345常水分W1Mf,ad8Vdaf40高水分W281240超高水分W31240常水分W1Mar22Vdaf40高水分W222-4040超高水分W34040低硫分S1Szs,ar0.2Sd1中硫分S20.20.5512.8高硫分S30.552.8不结渣T2-1ST1350易结渣T2-21350常规分析不能解决煤燃烧过程中的问题 煤着火与Vdaf密切相关，测量时900，7分钟，但实际上煤粉炉24秒钟达到15001800 煤燃尽时间

22、与FCd有重要关系，但是 灰结渣，ST有重要影响热重分析着火指数炉沉降炉一维燃烧炉热显微镜法重力筛分法比表面积测定组成：坩埚、加热炉、天平、程序控制板、数字处理机、记录仪、打印机可完成工作简介 热重分析曲线（TG），可求热解，着火温度，燃烧速度mg/min 经计算机处理，可得微商热重曲线（DTG）热重曲线(TG曲线)微商热重曲线(DTG曲线)是一种炉温可以控制的测量着火温度的电加热炉。当一定量的煤粉由空气（或氧气）携带流经正在升温的着火指数炉，人们从窗口观察，当发现火焰时的炉膛温度定义为着火指数。着火指数炉设备简单，使用方便，功能单一；着火指数与介质和试验规范有关。是微量煤粉作一维流动的电加热

23、热态试验炉，由预热段，反应段构成。给粉量：0.1100g/min炉内最高温度：可达1600功能功能：给粉系统取样温控系统烟 气分 析仪炉本体配气空压机真空泵水冷是煤粉作一维流动的燃烧试验装置，上部设锥形扩流装置，保持煤粉气流速度近似不变煤粉量：几kg/h几百kg/h，煤粉一经着火，可依靠自身热量继续燃烧功能：可做着火，燃烧，燃尽各种试验包括以下项目 细度；炉温；一次风量，风温；二次风量，风温；添加剂；费用高：每次34万元 用显微镜观察并拍摄煤灰在加热过程中的形态变化过程试验条件：煤样粒度60%，熔点较高。前苏联常用此法，灰渣在无冷却的表面上（或已被沉积层覆盖的有冷却的表面上）开始形成突峰状沉积

24、层的烟气温度，叫结渣温度。当烟气温度高于结渣温度时，在迎火焰方向形成突峰状的沉积层，若低于结渣温度，形成均匀疏松的沉积层。结渣温度tjz与灰的成分有关系，经验公式：碱金属多，tjz低，易结渣。232222)(048.0)(57.31090OFeCaOOKONaRRtjz结渣情况软化温度ST硅铝比结渣温度tjz轻微13901025中等126013901.72.89601025严重2.8960按来源分类l按热值分类高热值低热值特点 输送方便，易着火，易燃尽，含灰少，使用方便 CO有毒，大多数气体易爆炸，注意防爆1 1、来源、来源 主要是由石油炼制的2、石油产品l汽油 40180oCl煤油 1503

25、00oCl柴油 200350oCl重油 剩余物重油 石油（原油）在一定压力下（常压或减压）和一定温度下进行分馏，得到轻质油（汽油，煤油和柴油）后的残余物，成为重油或渣油（渣油无一定质量标准）重油组成，结构复杂，用元素分析表示 Car=81-87%Har=10-13%Oar=1-2%Nar=1-2%Sar=0.5-3%Aar1%Mar4%Qnet,ar=3842MJ/kg恩氏粘度 在实验室温度下，200ml实验油从粘度计中流出时间与20的200ml蒸馏水流出时间之比 符号 E 与运动粘度的关系：粘度与温度、压力有关 粘度影响燃料雾化质量，对燃烧效率有影响。EE0631.00731.0l凝固点重油

26、失去流动状态的温度。以倾斜45度的试管中的油经过510s不发生流动的温度来确定。凝固点对运输起作用。轻柴油通常为-35oC-20oC，分为10号、0号、-10号、-20号、-35号l闪点大气压力下，火源掠过油面时，油面出现短促蓝色闪光的温度成为闪点。重油闪点一般65120。贮存油温应低于闪点。闪点是燃油受热时的安全防火指标，开始容器加热温度应低于闪点20oC，闭式压力容器加热温度允许超过闪点。燃点 外界火焰能点燃油并维持5秒以上的最低温度称为燃点。相对密度 指20时单位体积内重油的质量和4的单位体积水的质量之比。d420能源植物 巴豆树、多种松科的枝叶；海桐、油桐，黑皂角树种子。常用植物油 菜籽油、花生油、大豆油、向日葵油l动物油1.查阅资料，自己找出一种固体燃料，给出元素分析成分和工业分析成分，根据不同基准之间相互换算的原则，将该燃料的元素分析成分由一种基准变换到另一种基准。2.查阅资料，详细说明影响灰的结渣温度和结渣状态的主要因素有哪些？