第一篇燃料與燃燒本篇主要內容：鍋爐燃煤的特性、燃料的基本燃燒計算；鍋爐熱平衡：要求學生建立熱平衡的概念，掌握鍋爐熱效率的計算方法；通過講授鍋爐制粉系統、煙風及燃燒系統，使學生掌握各個系統的工作過程、工作特點和設備及系統的工作原理。2/4/20231沈陽工程學院王樹群動本091-2第一章燃料及燃燒計算燃料部分（1-5節）主要內容：鍋爐用燃料有哪些？煤的成分分析方法；煤的成分組成及各成分特點；煤的分析基準及換算；煤的主要特性：發熱量、標準煤、折算成分、灰的熔融性；煤的分類。2/4/20232沈陽工程學院王樹群動本091-2§1.1鍋爐用燃料1.燃料：燃燒時能發熱的物質。2.分類：物態：固體、液體、氣體獲得方式：人工：木炭、煤粉、汽油等3.選擇燃料的原則：不占用其它行業所必須的優質燃料；盡可能采用當地燃料；提高燃料使用的經濟性；盡可能減少污染；劣質煤：兩種含義.一是指水分、灰分或硫分含量較多、發熱量較低，（三高一低）在其它方面沒有多大經濟價值的煤。二是指發熱量雖然很高,但是難于著火燃燒的煤。2/4/20233沈陽工程學院王樹群動本091-2§1.2煤的成分一、元素分析和工業分析煤是由有機化合物和無機礦物質等組成的一種復雜物質。兩種分析方法：元素分析法、工業分析法。（一）元素分析成分及表示符號碳Ｃ、氫Ｈ、氧Ｏ、氮Ｎ、硫Ｓ、灰分Ａ、水分M（二）煤的工業分析及表示符號水分M、揮發分V、固定碳FC、灰分A2/4/20234沈陽工程學院王樹群動本091-2二、元素分析成分１、碳：主要可燃元素，含量最高，5０～９０％。

C+02=CO2+32700存在形式：Ｃ與氫、氮、硫等結合生成揮發性物質；

單質狀態，稱固定碳（FC).固定碳越多，煤不易著火，燃燒緩慢，火苗短。2/4/20235沈陽工程學院王樹群動本091-2２、氫：發熱量最高，3～６％,H含量越高，越容易著火、燃燒。2H2+O2=2H2O+1200003、氧、氮：含量很少高溫下生成氮氧化物(NOx)，污染大氣。4、硫：可燃、有害氣體，1.５％需脫硫S+O2=SO2+9040有機硫（S0）—--與C、H、O等結合成復雜的化合物。黃鐵礦硫（FeS2)—煤種S元素80%以黃鐵礦形式存在。硫酸鹽硫—CaSO4、MgSO4、FeSO4等，不能燃燒，歸入灰分中。2/4/20236沈陽工程學院王樹群動本091-2５、水分：主要不可燃成分，２～６０％。

全水分Mt①表面水分（外在水分）Mf—通過自然干燥可除去的水分。②固有水分（內在水分）Minh—原煤失去外在水分后剩余的水分。需要在較高溫度下（105-110℃，加熱1.5-2小時）才能從煤樣中除去。６、灰分：將煤樣在空氣中加熱到800±25℃，灼燒2h后的剩余物就是灰分。 煤中不可燃物質統稱灰分。10～50%。2/4/20237沈陽工程學院王樹群動本091-2三、工業分析成分水分（M）、揮發分(V)、固定碳(FC)、灰分(A)

1、全水分Mt①表面水分（外在水分）Mf—通過自然干燥可除去的水分。②固有水分（內在水分）Minh—原煤失去外在水分后剩余的水分。需要在較高溫度下（105-110℃，加熱1.5-2小時）才能從煤樣中除去。2/4/20238沈陽工程學院王樹群動本091-22、揮發分：失去水分的煤在隔絕空氣條件下加熱到900±10℃溫度時，有機物質會分解成各種氣體，這些氣體成分稱揮發分。１）組成：可燃氣體(CmHn、H2、COH2S等)、不可燃氣體(CO2等)。２）特點：自身容易著火燃燒；且能促進焦炭的燃燒。３）作用：燃燒的重要特性、煤分類的依據。2/4/20239沈陽工程學院王樹群動本091-23、固定碳（FC）和灰分（A)揮發分析出后剩下的物質稱焦炭。焦炭＝固定碳＋灰分將煤樣在空氣中加熱到815±10℃，灼燒2h后的剩余物就是灰分。2/4/202310沈陽工程學院王樹群動本091-2四、煤中成分對鍋爐工作的影響1、硫分危害：１）Ｓ＋Ｏ２＝ＳＯ２→ＳＯ3+Ｈ２Ｏ生成硫酸，造成低溫腐蝕；2）污染大氣；3）硫化鐵導致磨煤機磨損。

2/4/202311沈陽工程學院王樹群動本091-22、灰分危害：１）可燃元素減少，發熱量降低；２）阻礙可燃質與氧接觸，影響燃燒、燃盡；３）受熱面積灰、結渣，影響傳熱；４）煙氣中飛灰引起設備磨損、腐蝕，降低使用壽命；５）增加灰渣物理熱損失；６）污染環境；７）增加除塵、除灰設備；增加開采、運輸費用，制粉系統電耗。2/4/202312沈陽工程學院王樹群動本091-23、水分危害：１）發熱量降低；２）增加不完全燃燒損失；３）煙氣體積增大，排煙損失和引風電耗增加；４）影響磨煤，堵塞煤粉管道；５）低溫受熱面堵灰、腐蝕。

2/4/202313沈陽工程學院王樹群動本091-24、揮發分1）特點：自身容易著火燃燒；且能促進焦炭的燃燒。2）作用：燃燒的重要特性、煤分類的依據。2/4/202314沈陽工程學院王樹群動本091-2五、煤的成分計算基準1.收到基ar(asreceivedbasis)以入爐煤（實際工作煤）為基準進行分析的各個成分質量百分數。Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%FCar+Var+Aar+Mar=100%應用：鍋爐熱力計算。2.空氣干燥基ad(airdriedbasis)除去外在水分后的各個成分質量百分數。Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%FCad+Vad+Aad+Mad=100%應用：實驗室內煤樣分析使用。2/4/202315沈陽工程學院王樹群動本091-22/4/202316沈陽工程學院王樹群動本091-23.干燥基d(drybasis)：假想無水狀態的各個成分質量百分數。Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%FCd+Vd+Ad=100%應用：灰分含量常用干燥基表示。4.干燥無灰基daf(dryandashfreebasis)：假想無水無灰狀態的各個成分質量百分數。Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%FCdaf+Vdaf=100%應用：揮發分含量常用干燥無灰基表示。2/4/202317沈陽工程學院王樹群動本091-2§1.3燃料的某些特性一、發熱量：單位質量的煤完全燃燒時所放出的熱量。(1)高位發熱量(Qar,gr)：單位質量的煤形成的水蒸氣凝結為液態水時最大可能的發熱量。(2)低位發熱量(Qar,net)：高位發熱量中扣除汽化潛熱后的發熱量。Qar,net=Qar,gr-r(9Har/100+Mar/100)Qar,net=4.19(81Car+246Har+26Sar-26Oar-6Mar)2/4/202318沈陽工程學院王樹群動本091-2二、折算成分：折算水分、折算灰分、折算硫分相對于發熱量中每4190KJ/Kg收到基低位發熱量的煤的水分、灰分、硫分的含量。Mar,red=4190*Mar/Qar,netAar,red=4190*Aar/Qar,netSar,red=4190*Sar/Qar,netMar,red＞8%Sar,red＞0.2%Aar,red＞4%分別稱為高水分、高硫分、高灰分.標準煤：收到基低位發熱量為29310KJ/Kg的煤。Bb=BQar,net,p/292702/4/202319沈陽工程學院王樹群動本091-2三、灰的熔融性煤灰在某一確定溫度下開始熔化，此溫度定義為灰熔點。DT－變形溫度，錐體頂點開始變成圓或傾斜ST－軟化溫度，錐體頂點彎曲至錐地面或成球狀（灰熔點）固態排渣爐的灰熔融性用軟化溫度ST來代表FT－熔化溫度，完全熔化成液體并能在底面流動。2/4/202320沈陽工程學院王樹群動本091-22/4/202321沈陽工程學院王樹群動本091-22/4/202322沈陽工程學院王樹群動本091-2影響灰熔點因素：１）灰的成分：酸性氧化物增加，灰熔點升高；堿性氧化物增加，灰熔點降低２）所處環境介質的性質：還原性氣體存在，共晶體生成，灰熔點降低３）灰分含量：灰分越多，灰熔點降低當灰的軟化溫度ST＞1350℃,爐內結渣的可能性不大。為避免爐膛出口處結渣，爐膛出口處溫度比ST低50～100℃2/4/202323沈陽工程學院王樹群動本091-2§1.4煤的分類發電廠用煤主要以揮發分、發熱量、灰分、水分等作為指標進行分類。１.無煙煤：Vdaf10％、Ｃar=95--96%，含碳量高，揮發分少；特點：不易點燃，燃燒緩慢且火焰短；焦炭無膠結性，質硬，不易研磨；儲存不會自燃。２.貧煤：Vdaf＝10－20％；性質介于煙煤和無煙煤之間。３.煙煤：Vdaf＝20－40％；含碳低于無煙煤，但揮發分較多；特點：易點燃，火焰長，含氫量高，發熱量高；儲存時會自燃。４.褐煤：Vdaf＞４０％，含碳量少，揮發分高，水分、灰分含量大；特點：發熱量低，儲存時極易發生自燃。§1.5液體和氣體燃料（了解）2/4/202324沈陽工程學院王樹群動本091-2例題：某褐煤收到基元素分析各成分的百分含量為：Car=34%，Har=2.7%，Oar=8.6%，Sar=2.2%，Nar=0.6%，Aar=26.9%，Mar=25%，經過短時間干燥后測得Mad=20%。請計算干燥后，煤的空氣干燥基元素分析百分含量為多少?2/4/202325沈陽工程學院王樹群動本091-2思考題:1.元素分析法分析煤的組成時,煤由哪些成分組成？各有何特點？2.煤中硫分、水分、灰分對鍋爐工作有何影響？3.什么叫內在水分、外在水分、全水分？內在灰分、外在灰分？4.煤的工業分析有哪些分析成分？各有何特點？5.煤的含碳量、固定碳和焦炭有何區別和聯系？6.什么叫煤的揮發分、發熱量、高位發熱量、低位發熱量？7.DT、ST、FT分別代表什么含義？有哪些影響因素？8.煤種一定時,灰熔點是否是定值？為什么？9.電力用煤有哪幾種？

2/4/202326沈陽工程學院王樹群動本091-2第一章燃料及燃燒計算燃燒計算部分（6-7節）主要內容：1.燃燒所需空氣量計算；2.煙氣量計算（理論狀態下和實際運行中兩種算法）；3.過量空氣系數和漏風系數計算；4.煙氣和空氣焓計算（為鍋爐課程設計服務）；

2/4/202327沈陽工程學院王樹群動本091-2§1.6燃料的燃燒計算鍋爐燃燒計算的前提:1.空氣量與煙氣量的計算均以1kg燃料的收到基為基礎；2.計算狀態為標準狀態，1個標準大氣壓，0℃；3.空氣和煙氣的所有組成成分（包括水蒸汽，分壓很小），均可作理想氣體，1千摩爾氣體在標準狀態的容積是22.4Nm3；4.氣體容積計算單位均為Nm3/kg。（Nm3含義是標準立方米）2/4/202328沈陽工程學院王樹群動本091-2一、燃燒所需空氣量1.理論空氣量1kg收到基燃料完全燃燒而又沒有剩余氧存在時所需要的空氣量。

C燃燒消耗的氧氣量H燃燒消耗的氧氣量S燃燒消耗的氧氣量扣除燃料本身的氧量需要的總氧氣量2/4/202329沈陽工程學院王樹群動本091-2理論氧氣量和理論空氣量：2/4/202330沈陽工程學院王樹群動本091-22.實際空氣量：1KG燃料燃燒實際需要的空氣量。

爐膛內的混合不可能絕對均勻，為保證完全燃燒，需多送一部分空氣。

一般煤粉爐過量空氣系數為1.15～1.25。無煙煤、貧煤及劣質煙煤，過量空氣系數為1.20-1.25，煙煤及褐煤，過量空氣系數為1.15-1.20。過量空氣系數2/4/202331沈陽工程學院王樹群動本091-23.漏風系數

※鍋爐的通風方式： （1）鍋爐通風的方式——主要采用“平衡通風”，即同時使用送風機和引風機，爐膛保持微負壓

的方式；另外還有“負壓通風”和“正壓通風”的方式。 （2）平衡通風的特點——鍋爐不向外噴火焰和冒煙氣，但會有空氣從未密封處或密封不嚴密處漏入爐膛內，從而使煙氣沿煙氣流程的過量空氣系數不斷增大。 2/4/202332沈陽工程學院王樹群動本091-2漏風系數：

負壓環境下的鍋爐，爐外的空氣漏入爐內的漏風量與理論空氣量的比值。

★爐外漏入的空氣量為對應1KG燃料的漏風量。2/4/202333沈陽工程學院王樹群動本091-2二、煙氣量計算（煙氣容積計算）★★煙氣成分組成：當＝１完全燃燒：二氧化碳、二氧化硫、氮氣、水蒸氣。

１完全燃燒：二氧化碳、二氧化硫、氮氣、水蒸氣、氧氣。＞１不完全燃燒：二氧化碳、二氧化硫、氮氣、水蒸氣、氧氣、一氧化碳2/4/202334沈陽工程學院王樹群動本091-2（一）化學反應方程式法（完全燃燒，鍋爐設計采用）1.理論煙氣量：定義(1）三原子氣體煙氣量(2)理論氮氣量(3)理論水蒸汽量2/4/202335沈陽工程學院王樹群動本091-2(1)三原子氣體煙氣量2/4/202336沈陽工程學院王樹群動本091-2(2)理論氮氣量2/4/202337沈陽工程學院王樹群動本091-2(3)理論水蒸汽量①由煤中的水分②煤中H元素轉換的水分③由理論空氣量V0帶入的水分，即相對于每1kg燃煤帶入的水蒸汽容積0.0161V0(Nm3/kg)2/4/202338沈陽工程學院王樹群動本091-2理論水蒸汽容積理論煙氣量(4)采用蒸汽霧化等設備帶入的水蒸汽容積2/4/202339沈陽工程學院王樹群動本091-22、實際煙氣容積

（1）完全燃燒且過量空氣系數大于1的煙氣量(理論狀態下）※計算思路：實際煙氣容積=理論煙氣容積+過量空氣容積（干）+過量空氣帶入的水蒸氣容積或：實際煙氣容積=干煙氣容積+水蒸氣容積2/4/202340沈陽工程學院王樹群動本091-22/4/202341沈陽工程學院王樹群動本091-2三原子氣體的容積份額在輻射換熱計算中，三原子氣體RO2，H2O均參與輻射換熱,灰粒的濃度對輻射換熱有影響。三原子氣體的容積份額和分壓力為：2/4/202342沈陽工程學院王樹群動本091-2飛灰濃度：即每1kg煙氣中飛灰的質量。

afa—煙氣攜帶出爐膛的飛灰占總灰量的份額。2/4/202343沈陽工程學院王樹群動本091-2（二）不完全燃燒時的煙氣量（實際運行狀態）計算方法：實際煙氣容積=干煙氣容積+水蒸氣容積干煙氣容積利用煙氣分析實驗獲得的公式1-44計算；水蒸氣容積使用前面的公式1-28計算。2/4/202344沈陽工程學院王樹群動本091-22/4/202345沈陽工程學院王樹群動本091-2★煙氣分析

（1）計算實際的煙氣容積；（2）確定實際的過量空氣系數、“漏風系數”、燃燒的不完全程度（CO含量）；（3）指導燃燒調整、燃燒設備的改進。2/4/202346沈陽工程學院王樹群動本091-21、煙氣成分分析各氣體成分占干煙氣容積的百分數 2/4/202347沈陽工程學院王樹群動本091-22/4/202348沈陽工程學院王樹群動本091-22.奧氏煙氣分析器（1）結構2/4/202349沈陽工程學院王樹群動本091-2（2）原理 選擇性吸收方法——化學吸收劑吸收煙氣中的一種或兩種氣體成分2/4/202350沈陽工程學院王樹群動本091-22/4/202351沈陽工程學院王樹群動本091-2★★不完全燃燒方程式（CO含量計算）

因傳統煙氣分析實驗中CO測量不準，故可以使用CO計算方法進行計算，使用計算的CO含量數據進行計算。在不完全燃燒的條件下，且認為僅存在CO.不完全燃燒方程干煙氣中CO的含量2/4/202352沈陽工程學院王樹群動本091-2其中燃料特性系數為燃料特有性質，只和燃料成分有關，可按下式計算

2/4/202353沈陽工程學院王樹群動本091-2

★★完全燃燒方程式CO=02/4/202354沈陽工程學院王樹群動本091-2

由完全燃燒方程得：在鍋爐運行中，如果RO2值過小，供應的空氣量過大。當送入理論空氣量，且完全燃燒時，煙氣中三原子氣體的最大百分比含量:上式只取決于燃料性質，燃料成分一定，數值一定。故可使用其驗證煙氣分析實驗RO2數值。2/4/202355沈陽工程學院王樹群動本091-2三、空氣和煙氣焓的計算

空氣或煙氣焓是指在定壓條件下，將1kg燃料燃燒所需要的空氣量或產生的煙氣量從0℃加熱到t℃時需要的熱量。計算基礎：1kg燃料，規定0℃時的焓值等于零。1.理論空氣焓 2/4/202356沈陽工程學院王樹群動本091-2

實際空氣焓 式中——在空氣量計算時表示過量空氣系數 的符號。2/4/202357沈陽工程學院王樹群動本091-2

2.煙氣焓的計算

2/4/202358沈陽工程學院王樹群動本091-2四、運行中過量空氣系數計算

1.精確計算方法：由鍋爐過量空氣系數的定義，完全燃燒的情況下不完全燃燒的情況下2/4/202359沈陽工程學院王樹群動本091-22.粗略計算法完全燃燒且不計燃料特性時：實際運行中，