发电厂锅炉燃料及特性讲解Word格式文档下载.docx
- 文档编号:21109879
- 上传时间:2023-01-27
- 格式:DOCX
- 页数:29
- 大小:121.78KB
发电厂锅炉燃料及特性讲解Word格式文档下载.docx
《发电厂锅炉燃料及特性讲解Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《发电厂锅炉燃料及特性讲解Word格式文档下载.docx(29页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
硫酸盐不能燃烧,故并入灰分。
煤中可燃硫的含量一般不超过1~2%。
硫燃烧时的放热量不多,仅及碳的1/3.5左右。
但硫燃烧后形成的SO3和SO2,与烟气中的水蒸汽相遇,能形成H2SO4和H2SO3蒸汽,并在锅炉低温受热面等处凝结,从而腐蚀金属。
此外,SO2和SO3随烟气排入大气,对人体和动、植物带来危害。
硫是煤中的有害元素。
5.水分
煤的水分是由外部水分和内部水分组成。
外部水分,即煤由于自然干燥所失去的水分,又叫表面水分。
失去表面水分后的煤中水分称为内部水分,也叫固有水分。
水分的存在使煤中的可燃元素相对减少,同时它在煤燃烧时要汽化、吸热,从而使燃烧温度降低,甚至会使煤难于着火。
同时由于水分在煤燃烧后形成水蒸汽,使烟气体积增加,即增加引风机电耗,又带走大量热量,降低锅炉热效率。
另外,原煤的水分过大,常会造成煤斗或落煤管道粘结,甚至堵塞,并增加碎煤和制粉的困难。
6.灰分
煤中含有不能燃烧的矿物杂质,它们在煤完全燃烧后形成灰分。
灰分的存在不仅使煤中的可燃元素相对减少,还会阻碍空气与可燃质接触,增加不完全燃烧损失。
灰分在燃烧时会熔化、沾污受热面(结渣或积灰)、降低传热系数。
烟气中的飞灰会磨损受热面,因而限制了烟速的提高,也影响传热效果。
同时飞灰随烟气排入大气,会造成环境污染。
因此,和水分一样,灰分也是燃料中的有害成分。
二、煤的工业成分分析
工业分析主要测定煤中的水分、挥发分、固定碳和灰分含量,用以表明煤的主要燃烧特性。
根据工业分析测定的项目,煤的组成可用水分、挥发分、固定碳和灰分来表示。
三、煤的分析基准表示方法
1.煤的分析基准
为了确切地反映煤的特性,不但要知道煤的成分,还应当知道分析煤成分时煤所处的状态。
同一种煤当其所处的状态不同时,分析得出的成分含量,百分数是不同的。
常用的基准有收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基四种,它们的工业和元素分析结果表达如下:
(1)收到基以收到状态的煤为基准来表示煤中各组成成分的百分比。
用下标ar表示,它计入了煤的灰分和全水分。
其成分可用下列平衡式表示:
工业分析:
Mar+Aar+Var+FCar=100%
元素分析:
Car+Har+Nar+Sc.ar+Oar+Aar+Mar=100%
式中:
Mar,Aar,Var,FCar,Car,Har,Nar,Sc.ar,Oar为煤中的水分、灰分、挥发分、固定碳、碳、氢、氮、可燃硫、氧成分的收到基含量的百分数。
(2)空气干燥基由于煤的外部水分变动很大,在分析时常把煤进行自然风干,使它失去外部水分,以这种状态为基准进行分析得出的成分称为空气干燥基,以下角码ad表示。
Mad+Aad+Vad+FCad=100%
Cad+Had+Nad+Sc.ad+Oad+Aad+Mad=100%
(3)干燥基以无水状态的煤为基准来表达煤中各组成成分,以下角码d表示。
Ad+Vd+FCd=100%
Cd+Hd+Nd+Sc.d+Od+Ad=100%
(4)干燥无灰基除灰分和水分后煤的成分,这是一种假想的无水无灰状态,以此为基准的成分组成,以下角码daf表示。
Vdaf+FCdaf=100%
Cdaf+Hdaf+Ndaf+Sc.daf+Odaf=100%
煤中本来只有碳、氢和可燃硫三者为可燃成分,但由于氧和氮总是同可燃元素结合在一起,故常把去除水分和灰分后的成分都算作可燃部分,以此为基准进行分析得出煤的干燥无灰基成分。
煤的四种基准各有其用途。
当进行锅炉热力计算和热力试验时采用收到基成分:
为了避免煤的水分在分析过程中变动,煤样要先进行自然干燥,故在试验室进行煤的分析时采用空气干燥基成分,目前各煤矿提供的分析资料,也多为空气干燥基成分;
当确定煤中灰分含量时,需要引用干燥基成分,因为只有在不受水分变化影响的情况下,才能真实的反映灰分的含量;
实际上煤中的水分和灰分都容易受外界因素的影响而发生变化,这就势必影响煤中其它成分的含量,因此常用比较稳定的干燥无灰基成分来表明煤的燃烧特性和划分煤的种类。
一般同一矿井的煤干燥无灰基成分不会发生很大变化,因此煤矿的煤质资料以干燥无灰基成分为基准比较合理。
2.各种基准的换算
煤的各种基准成分之间,可以互相换算。
由一种基质成分换算成另一种基质成分时,只要乘以一个换算系数即可。
从表2-2中可以查出煤的各种基质之间的换算系数。
分析结果要从一种基准换算到另一种基准时,可按下式进行
Y=KX0
式中X0——按原基准计算的某一组成含量百分比;
Y——按新基准计算的同一组成含量百分比;
K——基准换算的比例系数(见表2-2)。
在表示试验项目的分析结果时,须在试验项目的代表符号下端标明基准,才能正确反映燃煤质量。
表2-2不同基准的换算系数
收到基
空气干燥基
干燥基
干燥无灰基
1
四、发热量
发热量是燃料的重要特性。
单位质量的煤完成燃料时所放出的热量。
单位是KJ/kg,用符号Q表示。
煤的发热量分为高位发热量和低位发热量。
高位发热量指1kg燃料完全燃烧时放出的全部热量称为高位发热量,它包含燃料燃烧时产生的水蒸汽的汽化潜热,即认为烟气中的水蒸气凝结成水放出它的汽化潜热。
但是,锅炉实际运行时,烟气还具有相当高的温度,烟气中的水蒸气不可能凝结成水而放出汽化潜热,故锅炉实际能利用的热量不包括水蒸气的汽化潜热。
从高位发热量中扣除烟气中水蒸气汽化潜热后,称为燃料的低位发热量,实际工程中常利用收到基低位发热量。
煤有不同的分析基准,因而也就有不同基质的发热量,通常采用空气干燥基发热量Qad。
煤的各种基质的发热量之间可利用表2—2中的换算系数进行计算,例如:
Qgr.ad=Qgr.daf(100-Aad-Mad)/100KJ/kg
但各种基准的低位发热量之间的换算却不能这样,因为这时还必须考虑汽化潜热的影响。
由于1kg氢燃烧后生成9kg水蒸汽,所以每公斤燃料燃烧时将形成(9Har+Mar)/100公斤水蒸汽。
如果取水的汽化潜热r=2508KJ/kg,则燃料收到基的高、低位发热量之间的关系为:
Qnet.ar=Qgr,ar-(54Har+6Mar)KJ/kg
同理可得:
Qnet.ad=Qgr,ad-(54Had+6Mar)KJ/kg
Qnet.d=Qgr,d-54HdKJ/kg
Qnet.daf=Qgr,daf-54HdafKJ/kg
根据高、低位发热量之间的关系可解决各种基准低位发热量之间的换算。
例如,已知煤的无灰干燥基低位发热量Qdaf,net,需求其收到基低位发热量Qar,net.。
为此,可根据高、低发热量之间的关系可得:
Qar,net=Qdaf,net(100-Aar-Mar)/100-6MarKJ/kg
由于各种煤的发热量不同,有时差别很大,为使燃用不同煤种的锅炉煤耗有可比性和编制燃煤计划方便,需要规定一种标准煤,其它煤必须折算成标准煤后才能互相比较。
规定把收到基低位发热量Qar,net=29270KJ/kg的煤叫做标准煤。
实际燃煤量BKg折合成标准煤重量Bbz(kg)的公式为:
Bbz=BQnet/29270KJ/kg
式中Bb—标准煤耗量Kg/h
B—实际煤耗量Kg/h
五、煤的其他性能
1.灰的性质
灰的性质主要指它的熔化性和烧结性。
熔化性影响炉内的运行工况,烧结性则影响对流受热面的积灰性能。
固态排渣煤粉炉中,火焰中心温度可达1400~1600℃,在这样高的温度下,燃料燃烧后灰分多呈现熔化或软化状态,随烟气一起运动的灰渣粒,由于炉膛水冷壁受热面的吸热而同烟气一起被冷却下来,如果液态的渣粒在接近水冷壁或炉墙以前已因温度降低而凝固下来,那么它们附着到受热面管壁上时,将形成一层疏松的灰层,运行中通过吹灰很容易将它们除掉,从而保持受热面的清洁。
若渣粒以液体或半液体粘附受热面管壁或炉墙上,将形成一层紧密的灰渣层,即为结渣。
目前判断燃煤燃烧过程是否发生结渣的一个重要依据是灰的熔融性。
灰的熔融性是指当它受热时,由固体逐渐向液体转化没有明显的界限温度的特性。
灰的熔融性常用灰的变形温度DT,软化温度ST,熔化温度FT来表示,它们是固液相共存的三个温度,而不是固相向液相转化的界限温度,仅表示煤灰形态变化过程中的温度间隔。
这个温度间隔对锅炉的工作有较大的影响,当温度间隔值在200~400℃时,意味着固相和液相共存的温度区间较宽,煤灰的粘度随温度变化慢,冷却时可在较长时间保持一定粘度,在炉膛中易于结大渣,这样的灰渣称为长渣。
当温度间隔值在100~200℃时为短渣。
如果灰熔点温度很高(ST>
1350℃),管壁上积灰层和附近烟气的温度很难超过灰的软化温度一般认为此时不会发生结渣,如果灰熔点较低(ST<
1200℃),灰粒子很容易达到软化状态,就容易发生结渣。
2.粘结性
所谓煤的粘结性指的是粉碎后的煤在隔绝空气的情况下加热到一定温度时,煤的颗粒相互粘结形成焦块的性质。
煤的粘结性的测定方法以坩锅法最为普遍,它是在实验室条件下用坩锅法测定挥发分产率之后,对所形成的焦块进行观测,根据焦块的外形分为七个等级,称为粘结序数,以此来评定粘结性的强弱。
各粘结序数的代表特征是:
1—焦炭残留物均为粉状
2—焦炭残留物粘着,以手轻压即成粉状;
3—焦碳残留物粘结,以手轻压即碎成小块;
4—不熔化粘结,用手指用力压裂成小块;
5—不膨胀熔化粘结,成浅平饼状,表面有银白色金属光泽;
6—膨胀熔化粘结,表面有银白色金属光泽,且高度超过15mm;
7—强膨胀熔化粘结,表面有银白色金属光泽,且高度大于15mm.
六、折算成分和标准煤
1.折算成分
燃料的成分是以质量百分数来表示的,但对于某些成分,例如水分,灰分和硫分,由于它们对锅炉机组的工作的影响较大,只用通过元素分析和工业分析所得到的应用基成分百分数不能完全说明问题。
这是因为燃料的发热量有高有低,在一定的锅炉负荷所带进炉内的水分,灰分和硫分,就不但与它们的应用基成分百分数有关,而且与燃料的发热量有关。
在锅炉和设计和运行中,为了更好地鉴别煤地性质,更准确地比较煤中硫、水分、灰分对锅炉工作地影响,常用折算成分的概念来考虑。
所谓燃料的折算成分,就是每送入锅炉4182KJ/kg热量(即1000kcal/kg),带入锅炉的水分、灰分和硫分,并用下列各式计算:
折算水分:
折算灰分:
折算硫分:
当煤中的Mar,zs>
8%时,称为高水分煤;
当Aar,zs>
4%时,称为高灰分煤;
当Sar,zs>
0.2%称为高硫分煤。
2.标准煤
所谓标准煤,就是假设其收到基低位发热量等于29270KJ/kg的煤。
即可用下式计算标准煤耗:
kg/h
式中Bbz—标准煤耗量,kg/h;
B—电厂实际煤耗值
—实际用煤的收到基低位发热量,kJ/kg。
第三节燃煤的着火及燃烧特性分析
一、影响煤粉气流着火的因素
1.燃料的性质
燃料性质对着火过程影响最大的是挥发分含量Vdaf,煤粉的着火温度随Vdaf的变化规律如图所示2-1。
挥发分Vdaf增大时,煤粉气流的着火温度显著降低,着火热降低。
原煤水分增大时,着火热也随之增大,同时水分的加热、汽化、过热都要吸收炉内的热量,致使炉内的温度水平降低,从而使煤粉气流卷吸的烟气温度以及火焰对煤粉气流的辐射热也相应降低。
原煤灰分在燃烧过程中不但不能放热,而且还要吸热。
同样使煤粉气流的着火推迟,而且也影响了着火的稳定性。
煤粉气流的着火温度也随煤粉的细度而变化,煤粉愈细,着火愈容易。
图2-1煤粉着火温度与Vdaf的关系
2.炉内散热条件
减少炉内散热,有利于着火。
3.煤粉气流的初温
提高初温T0可减少着火热。
4.一次风量和一次风速
增大煤粉空气混合物中的一次风量V0,便相应增大着火热,将使着火延迟;
减少一次风量,会使着火热显著降低,但是一次风量过低,会由于煤粉着火燃烧初期得不到足够的氧气,而使化学反应速度减慢,阻碍着火燃烧的继续扩展。
另外,一次风量还必须满足输粉的要求,否则会造成煤粉堵塞。
因此,对应于一种煤种,有一个一次风率的最佳值。
一次风速对着火过程也有一定影响。
若一次风速过高,则通过单位截面积的流量增大,势必降低煤粉气流加热速度,使着火距离加长。
但一次风速过低时,会引起燃烧器喷口被烧坏,以及煤粉管道堵塞等故障,所以有一个最合适的一次风速,它与煤种及燃烧器型式有关。
一般挥发分比较高的煤,要求的一次风量比较高。
5.燃烧器结构特性
影响着火快慢的燃烧器结构特性,主要是指一、二次风混合的情况。
如果一、二次风混合过早,在煤粉气流着火前就混合的话,等于增大了一次风量,相应使着火热增大,推迟着火过程。
燃烧器的尺寸也影响着火的稳定性。
燃烧器出口截面积愈大,煤粉气流着火时离开喷口的距离就愈远,着火拉长了。
从这一点来看,采用尺寸较小的小功率燃烧器代替大功率燃烧器是合理的。
这是因为小尺寸燃烧器既增加了煤粉气流着火的表面积,同时也缩短了着火扩展到整个气流截面所需要的时间。
6.锅炉负荷
锅炉负荷降低时,送进炉内的燃料消耗量相应减少,而水冷壁总的吸热量虽然也减少,但减少的幅度较少,相对每公斤燃料来说,水冷壁的吸热量反而增加了。
致使炉膛平均烟温下降,燃烧器区域的烟温也降低,因而对煤粉气流的着火是不利的。
当锅炉负荷到一定程度时,就会危及到着火的稳定性,甚至可能熄火。
因此,着火稳定性常常限制了煤粉锅炉负荷的调节范围。
二、燃煤的燃烧特性
1.碳氢比C/H
燃煤元素分析成分的碳氢比C/H,可以表示煤的燃烧难易程度,碳氢比愈高,说明燃煤的含碳量愈高,燃烧愈困难,也愈难于燃尽。
2.燃料比FC/Vdaf
燃料比是煤的工业分析成分中固定碳(FC)与干燥无灰基Vdaf的比值,它说明燃煤着火和燃尽的难易程度。
燃煤的燃料比愈大,说明这种煤的固定碳含量愈高,挥发分含量愈少,燃煤的着火温度愈高,着火愈困难,也愈难于燃尽。
3.反应指数T15
反应指数T15是指煤样在氧气流中加热,使其温升速度达到15℃/min时所需要的加热温度。
很显然,煤的反应指数愈大,表明这种煤越难着火和燃烧。
挥发分愈低的煤,其反应指数愈高,煤的着火、燃烧愈困难,这完全符合挥发分对着火、燃烧影响的规律。
但反应指数比之用常规工业分析方法测得的挥发分含量,更能准确地判断煤的燃烧性能。
4.燃烧分布曲线
煤的燃烧分布曲线是表示煤样的燃烧速度随温度变化的关系。
煤的燃烧分布曲线是对煤的着火、燃烧性能进行综合判断的依据。
如果煤种的燃烧分析曲线相似,则它们在锅炉中的燃烧情况也基本相同。
5.热解曲线
煤的热解曲线可判断煤中挥发分随温度升高析出的情况。
6.煤的燃尽率曲线
煤的燃尽率曲线可以判断煤燃烧的快慢和燃尽的时间。
三、煤的热分解机理
当煤粒被加热到超过超过一定温度后,即进入热分解阶段,放出挥发分并形成焦炭。
煤在热分解时放出挥发分的重量和成分与热解的条件有关。
煤的结构既复杂且又极不稳定,在热分解过程中的分解方式、热解产物的数量及性质均受外界因素的影响,如升温速度、加热温度、加热时间、周围气体的压力、成分和反应器的型式、煤的颗粒尺寸和流体动力条件等。
热分解的过程是使煤中的热不稳定物质不断热解挥发,剩余部分不断地缔合增碳,形成热稳定产物。
煤的热分解的发生是由于加热使温度升高,分子的振动加剧,当振动强度大于键的生成能时,分子和原子间的键断裂而引起的,同时发生一系列串联或并联的化学反应。
一般情况下,在105℃以前,主要析出水分和部分气体,直到300℃,水分才能完全析出。
在温度上升至200~300℃时,析出的水分称为热解水,并伴有气态物质CO和CO2,还有少量焦油析出。
当温度达到300~550℃时,大量焦油和气体开始析出,并被称为初次挥发物,其主要成分为CH和同系物,及CO、CO2等。
这些物质通过煤粒孔隙或燃料层向外扩散时,还有可能再次热分解或热解形成二次挥发物。
当温度达到500~750℃时,半焦开始热解,含氢较多的气体开始析出。
在759~1000℃时,半焦继续热解并析出少量含氢为主的气体,半焦形成焦炭。
第四节煤的分类及各类煤的特征
一、发电用煤分类
我国现行煤炭分类方法是以干燥无灰基挥发分的产率,和最大胶质层厚度作为分类标准的。
此分类方法对发电用煤并不完全合适。
如贫煤和瘦煤,最大胶质厚度是不同的,但对于煤粉燃烧过程来说,二者几乎没有什么差别。
同样,弱粘煤和不粘煤、气煤和肥煤,在燃烧特性上差别也不大。
因此,对于发电用煤来说,目前的分类方法在烟煤范围内分得过细;
而在无烟煤、褐煤范围内,又显得过于笼统。
此外一些对锅炉燃烧过程有重要影响的特性,却没有作为分类指标。
为了能更合理地利用煤炭,为运行锅炉配合质量适宜的煤种,使电厂能获得较大的技术经济效益和社会效益,西安热工研究所和北京煤化学研究院,共同提供了我国发电煤粉锅炉用煤分类GB7562-87(VAMST),如表2-3。
该国标是以煤的干燥无灰基挥发分Vdaf、干燥基灰分Ad、收到基水分Mar、干燥基全硫Sd.t和灰熔融性软化温度ST作为主要的分类指标,以收到基低位发热量Q.p作为Vdaf和ST的辅助分类指标。
因Q.p是Vdaf、Ad、Md.t的函数,所以Q.p是一个综合指标。
其数值大小标志着燃烧过程炉内温度水平的高低。
表中各分类指标V、A、M、S、ST(即挥发分、灰分、水分、硫分、灰熔融性软化温度)等级的划分,是根据锅炉燃烧安全、经济性等方面的现场统计资料和非常规的煤质特性实验室指标数据,通过有序量最优化分割法计算,并结合经验确定的。
二、常用的动力煤特性
1.无烟煤
无烟煤是煤化程度最深的煤类,即含碳量最高;
挥发分含量低(在10%以下);
不易点燃,燃烧缓慢,燃烧时没有烟,只有很短的蓝色火焰;
杂质少而发热量高;
无结焦性。
无烟煤呈黑色而有金属光泽;
重度较大,质硬不易研磨。
由于挥发分低故不易点燃,贮藏较稳定,一般不会自燃。
为保证着火和稳燃,在锅炉设计中常需要采取一些特殊措施,对低灰熔点的无烟煤还须同时解决着火稳定性和结渣之间的矛盾。
2.烟煤
烟煤是一种碳化程度较高的煤,次于无烟煤,挥发分含量范围较广(约为20~40%)。
表2-3发电煤粉锅炉用煤我国分类标准(VAMST)
分类指标
煤种名称
等级
代号
分级界限
辅助指标界限值
挥发分
Vdaf
①
超低挥发分无烟煤
特级
V0
≤6.5%
Q.p>
23MJ/kg
低挥发分无烟煤
1级
V1
>
6.5%~9%
20.9MJ/kg
低中挥发分贫瘦煤
2级
V2
9%~19%
18.4MJ/kg
中挥发分烟煤
3级
V3
19%~27%
16.3MJ/kg
中高挥发分烟煤
4级
V4
27%~40%
15.5MJ/kg
高挥发分烟褐煤
5级
V5
40%
11.7MJ/kg
灰分
AdAz②
常灰分煤
A1
≤34%(≤7)
灰分煤
A2
34%~45%(>
7~13)
A3
45%(>
13)
表面水分
Mf
水分煤
M1
≤8%
Vdaf≤40%
M2
8%~12%
M3
12%
全水分
Ml
≤22%
22%~40%
全硫
Sd.t(Stz)③
硫煤
S1
≤1%(≤0.2)
S2
1%~2.8%(>
0.2~0.55)
S3
2.8%(>
0.55)
煤灰
不结渣煤
ST1
1350℃
12.6MJ/kg
不限
熔融性软化温度
ST
易结渣煤
ST2
≤1350℃
与褐煤相比,它的挥发分较少,密度较大,吸水性较小,含碳量增加,氢和氧的含量减少。
烟煤的最大特点是具有粘结性,这是其他固体燃料所没有的。
应当指出的是,不是所有的烟煤都具有同样的粘结性。
大部分烟煤都容易点燃,火焰长,其发热量一般比无烟煤低。
外表呈灰黑色,有光泽,质较松,有的焦结性强,个别含氢量多,灰分、水分少的优质烟煤,其发热量可超过无烟煤。
但是也有灰分甚高的劣质烟煤,它的发热量很低。
3.贫煤
贫煤的碳化程度与烟煤相近,它的性质介于烟煤与无烟煤之间,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 发电厂 锅炉 燃料 特性 讲解
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)