燃料

與臨沂節能監察支隊殷inting163@163.com7/29/20231燃料與燃燒（一）燃料（二）煤的燃燒（三）燃油的燃燒（四）氣態燃料的燃燒（五）鍋爐熱平衡（六）新燃料的燃燒技術7/29/20232第六章燃料與燃燒了解內容幾種量熱儀的名稱和使用方法以及煤樣的采集與制備的程序,煤的燃燒過程中各階段的特點,燃油燃燒器的具體結構及特點,燃氣燃燒器的具體結構及特點,鍋爐熱平衡的意義,新燃料燃燒設備的原理、結構。理解要點（一）燃料的相關概念（二）煤的工業分析的四項內容（三）煤的燃燒特性（四）燃油的燃燒特點及過程（五）燃油鍋爐及燃油燃燒器的相關概念7/29/20233第六章燃料與燃燒掌握重點（一）燃料發熱量及高位、低位發熱量的定義（二）固態、液態燃料完全燃燒的計算（三）固態、液態燃料不完全燃燒的計算（四）基本燃煤燃燒設備的結構與工作原理（五）氣態燃料的燃燒計算（六）熱平衡計算7/29/20234第一節燃料7/29/20235第一節燃料一、總論（理解要點）燃料：是指燃燒時能夠放出熱量或者產生動力，并且伴隨著生成光的可燃物質。燃燒：是指燃料與氧化劑發生強烈化學反應，并伴有發光發熱的現象。（一）燃料性質1.單位質量的該物質燃燒能放出大量的熱量；2.容易并能充分燃燒；3.在自然界中蘊藏豐富，能夠大量開采，價格低廉；4.燃燒產物對人體與環境無害。7/29/20236（二）燃料的分類（理解要點）1、固態燃料固態燃料是能產生熱能或動力的固態可燃物質，大都含有碳或碳氫化合物。2、液態燃料液態燃料的主要成分與固態燃料相似，包括碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、灰分(A)和水分（M）等。3、氣態燃料各種氣態燃料均由一些單一氣體混合組成，包括可燃物質和不可燃物質兩部分。7/29/20237（三）新燃料1、生物質燃料生物質是指有機物中除化石燃料外所有來源于動、植物能再生的物質。2、水煤漿20世紀70年代發展起來的一種新型煤基流體潔凈燃料，是由煤、水和化學添加劑等經過一定的加工而制成的一種流體燃料。7/29/20238二、燃料組成的表示方法（理解）（一）固態燃料和液態燃料的表示方法固態燃料和液態燃料的各元素含量組成（碳、氫、氧、氮、硫、水分和灰分）通常用其相對質量（質量百分比）來表示：

C+H+O+N+S+A+M=100%1、收到基（應用基）將全部水分和灰分都包括在內的燃料作為100%的成分，用下標ar表示：Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%

7/29/202392、空氣干燥基（分析基）以將外在水分去掉后的燃料作為100%的成分，用下標ad表示：Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%3、干燥基以去掉全部水分的燃料作為100%的成分。用下標d表示：Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%4、干燥無灰基（可燃基）以去掉全部水分和灰分的燃料作為100%的成分。用下標daf表示：

Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%7/29/202310四種基準之間可以相互換算已知的基準要換算成的基準收到基空氣干燥基干燥基干燥無灰基收到基1空氣干燥基1干燥基1干燥無灰基17/29/202311（二）氣態燃料的表示方法（理解）一般可將氣態燃料分為干氣體成分和濕氣體成分兩種表示方法。干氣體成分：以去除水蒸氣后的燃料成分作為100%。CH4+C2H4+C2H6+CO+H2+…+O2+N2+CO2=100%濕氣體成分：包括水蒸氣在內的燃料成分作為100%，用上標w表示。CH4w+C2H4w+C2H6w+COw+H2w+…+O2w+N2w+CO2w=100%干、濕氣體的體積分數之間的換算按教材公式（6.1-9）計算7/29/202312三、燃料的分析方法（一）煤的工業分析（理解）1、水分：煤的水分（全水分）可分為外在水分和內在水分兩種。2、灰分：是指煤在燃燒時，其中的不可燃雜質經高溫分解和氧化后形成的殘渣。3、揮發分：是將煤在規定條件下隔絕空氣加熱時揮發性有機物的產率。4、固定碳：測定煤樣除去揮發分和水分后形成焦炭，從焦炭中減去灰分后殘留的部分。7/29/202313（二）煤的元素分析（理解要點）煤的組成以有機質為主，有機質的元素組成通常利用元素分析來測定，包括五種主要元素即碳、氫、氧、氮和硫。1、基本概念碳：煤中的主要可燃物質，占到20%～70%甚至更多。氫：煤中含量僅次于碳的可燃成分，占到2%～8%。氮和氧：氮和氧是燃料內部的不可燃物質。煤中氮的含量約為1%～2%硫：硫是燃料中的有害可燃元素，我國煤含約0.5%～3%。2、碳氫元素分析儀是利用吸收質量法測定煤或其它有機物中碳和氫的含量。7/29/202314（三）燃料的發熱量1、基本概念（重點掌握）發熱量：燃料的發熱量（也稱作熱值）是指單位質量或者單位體積（氣態燃料）的燃料完全燃燒時所能釋放的最大熱量。它是衡量燃料作為能源的一個很重要的組成部分。高位發熱量：1kg（或1m3）的燃料完全燃燒后所產生的熱量叫做燃料的高位發熱量，它包括燃料燃燒時生成的水蒸氣完全凝結成水放出的汽化潛熱。低位發熱量：1kg（或1m3）的燃料完全燃燒后所產生的熱量減去燃料燃燒時生成的水蒸汽完全凝結成水放出的汽化潛熱后的差值。2、氧彈式量熱計（國內使用最多）、全自動量熱儀（有更高的測量精度）7/29/202315四、樣品的采集與制備

（了解內容）（一）入爐原煤的采樣（二）煤粉采樣（三）入爐煤和煤粉采樣后處理（四）飛灰采樣（五）爐渣采樣（六）入爐煤、煤粉、飛灰和爐渣樣品的制備7/29/202316第二節煤的燃燒7/29/202317第二節煤的燃燒7/29/202318一、煤的燃燒特性（理解）（一）煤的發熱量（二）煤的揮發分（三）煤的焦結性（四）煤的灰熔點

7/29/202319二、煤的燃燒過程（了解）（一）準備階段燃料進入爐膛吸熱升溫水分蒸發、析出揮發分著火點7/29/202320（二）揮發分、焦炭著火與燃燒階段（了解）

著火揮發分燃燒、焦炭被加熱揮發分消耗殆盡、焦炭與氧氣接觸燃燒出藍色火焰焦炭燃燒表面會形成灰殼、灰殼外有CO和CO2氣層，空氣要沖破才能與碳發生反應7/29/202321燃燒階段也是放熱階段，它放熱的速度與燃燒溫度、氧量、氣流擾動、煤粒細度等有關，保證充分供風是控制的關鍵。燃燒根據反應物形態分均相和非均相燃燒，氣態燃料基本為均相燃燒，固、液態燃料揮發分為均相燃燒，焦炭是非均相燃燒。擴散燃燒動力燃燒7/29/202322（三）殘碳燃盡形成灰渣階段（了解）少量殘碳燃燒燃盡成灰渣（放熱少，應適量供風、加強擾動和保持高爐溫）7/29/202323三、燃燒計算（一）完全燃燒時的燃燒計算（掌握重點）1、燃燒需理論空氣量

收到基Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%燃料可燃成分主要是C、H、S等元素由碳完全燃燒——12kgC+22.4m3O222.4m3CO2即1kgC完全燃燒需1.866m3O2，產1.866m3CO27/29/2023241kg燃料完全燃燒需理論空氣量為：（掌握）V0=1/0.21×(1.866Car+5.55Har+0.7Sar-0.7Oar)m3標準狀態下空氣ρ=1.293kg/m3,則理論空氣量質量為：L0=1.293V0經驗公式：V0=1.05×Qnet,ar/4186+0.2787/29/2023252、燃料需實際空氣量與空氣系數（掌握）實際送入燃燒器的空氣量V、即實際空氣量，它與理論空氣V0的比值就是空氣系數：α=V/V0α低時，不完全燃燒損失大；

α高時，排煙損失大；確定最佳α的方法則為：α低時損失+α高時損失=為最小時（min）《工業鍋爐經濟運行》（GB/T17954—2007)中有限值規定，根據燃燒方式和燃料不同α小于1.2~1.757/29/2023263、理論煙氣量Vy0（掌握）

共有四種組分：CO2、SO2、N2和H2O；根據化學反應式得出對應1kg燃料燃燒時產氣體容積為：Vy0=VCO2+VSO2+VN20+VH2O01.866Car(m3)0.7Sar(m3)空氣中N2含79%，則0.79V0；燃料本身含N2，則1kgN2體積=22.4/28（m3）1kg燃料含N2體積為22.4/28×Nar=0.8Nar（m3）則：VN20=0.79V0+0.8Nar7/29/202327VH2O0來源有三個方面：（重點掌握）（1）燃料中氫元素燃后生成水蒸氣VH2O01VH2O01=2×22.4/(2×2.016)×Har=11.1Har（2）燃料中所含水蒸氣VH2O02VH2O02=22.4/18×Mar=1.24Mar（3）理論空氣V0帶入的水蒸氣容積VH2O03VH2O03=0.001293/0.804×10V0=0.0161V0所以理論煙氣量為：Vy0=VCO2+VSO2+VN20+VH2O0

不計入VH2O0時為：Vgy0=VCO2+VSO2+VN207/29/2023284、實際煙氣量Vy（掌握）實際煙氣量Vy為：Vy=Vgy+VH2O實際干煙氣量Vgy=理論干煙氣量Vgy0+過量空氣（α-1）V0（干空氣）；實際水蒸氣VH2O=理論水蒸氣VH2O0+過量空氣帶入水蒸氣0.0161（α-1）V0；則：Vy=Vgy+VH2O=【

Vgy0+（α-1）V0】+【Vgy0+0.0161（α-1）V0】=Vy0+0.0161（α-1）V0經驗公式：Vy0=1.04×Qnet,ar/4186+0.777/29/2023295、煙氣焓（掌握）1kg燃料生成理論煙氣焓為：Iy0=VC02hCO2+Vs02hsO2+VH020hHO2+VN20hN2

每種氣體的比焓（h）都可查表取得。1kg燃料生成實際煙氣中所含剩余空氣量的焓為：Ik=（α-1）V0hgk+（α-1）

0.0161dV0hH2O則：Iy=Iy0+Ik燃高灰分燃料時，煙氣攜帶飛灰應計入煙氣焓為：Ifh=αfhAarhfh；則：Iy=Iy0+Ik+Ifh7/29/202330（二）不完全燃燒時的燃燒計算（掌握）通過煙氣分析儀測定煙氣個成分的容積份額：RO2=(VCO2+VsO2)/Vgy×100%=VRO2/Vgy×100%；

CO=VCO/Vgy×100%；整理為：Vgy=(VCO2+VCO)/(RO2+CO)×100%由碳的燃燒化學反應式可知：

VRO2+VCO=1.866(Car+0.375Sar)m3則：Vgy=1.866【(Car+0.375Sar)/(RO2+CO)】m3

不完全燃燒的總煙氣量為：Vy=Vgy+VH027/29/202331不考慮煙氣中含量極少的氫、碳氫化合物時，不完全燃燒煙氣成分可以表示為：RO2+O2+CO+N2=100%

煙氣各成分份額應滿足的關系由不完全燃燒方程式確定，即：21=RO2+O2+0.605CO+β(RO2+CO)β為燃料特性系數：β=2.35[(Har-0.125Oar+0.038Nar)/(Car+0.375Sar)]則：CO=[21-βRO2-(RO2-O2)]/(0.605+β)不完全燃燒空氣系數：完全燃燒時（CO=0）得空氣系數為：7/29/202332四、燃煤燃燒設備（掌握）（一）煤的層燃技術及層燃設備（重點掌握原理、特點與結構）圖6.2-5鏈條爐結構1-煤斗；2-煤閘門；3-爐排；4-送風道；5-防焦道；6-看火孔；7-老鷹鐵；8-渣井；9-灰斗；10-人孔；11-下導軌

7/29/202333四、燃煤燃燒設備特點：通常要經歷干燥、熱解、揮發分著火、焦炭燃燒和燃盡四個階段。圖6.2-6鏈條爐排上每層燃燒階段的分布1-新燃料區；2-揮發分析出與燃燒區；3a-焦炭氧化區；3b-焦炭還原區；4-灰渣燃盡區7/29/202334（二）煤粉燃燒原理與煤粉爐（重點掌握原理、特點與結構）7/29/202335（二）煤粉燃燒原理與煤粉爐直流燃燒器7/29/202336旋流燃燒器（二）煤粉燃燒原理與煤粉爐7/29/202337（三）循環流化床鍋爐（重點掌握原理、特點與結構）7/29/202338循環流化床鍋爐的燃燒特點特點：燃燒室內的流化速度快，運行在紊流流化床或者快速流化床狀態，燃燒室內的顆粒濃度較高；燃燒室內顆粒的橫向混合劇烈，燃料著火穩定迅速；爐膛上部稀相區存在著強烈的物料返混；內部溫度均勻，稀相區的傳熱與傳質強；循環流化床具有較高的燃燒效率；循環流化床具有很高的爐內脫硫劑利用率；爐膛截面較小，截面熱負荷較高；負荷調整范圍大，負荷調節速度快。（重點掌握）

7/29/202339第三節燃油的燃燒7/29/202340第三節燃油的燃燒（理解要點）一、液態燃料的燃燒過程及特點1．液態燃料的燃燒方式分為：預蒸發型和噴霧型。2．燃油的霧化原理是通過噴嘴將燃油破碎為細小的顆粒;影響燃油霧化質量的主要因素有油溫、霧化劑的壓力和流量、油壓、油燒嘴結構等。7/29/202341一、液態燃料的燃燒過程及特點3．燃油的配風原理和一次風、二次風的作用配風：必須有根部風；油霧、空氣早期混合要強烈；應有一個大小和位置都適當的回流區；后期混合要強烈。一次風：一次風起根部風作用，并在著火前與油霧混合均勻；其中，一次風應是旋轉射流，以產生一個適當的回流區、保持火焰的穩定；二次風：二次風可以是直流的，或者為了控制火焰的形狀，可有一個不大的旋流強度，這樣既有利于早期混合，又由于直流氣流的衰減比較慢，有利于后期混合。7/29/202342一、液態燃料的燃燒過程及特點4．乳化燃燒常用的三種方法機械法、氣動法、超聲波法。二、燃油鍋爐及燃油燃燒器的相關概念（理解）1．燃油鍋爐的結構六種型式：干背式二回程鍋殼式鍋爐；干背式三回程鍋殼式鍋爐；干背式四回程鍋殼式鍋爐；半濕背式三回程鍋殼式鍋爐；濕背式中心回焰二回程鍋殼式鍋爐和濕背式三回程鍋殼式鍋爐。7/29/202343二、燃油鍋爐及燃油燃燒器的相關概念（理解）2．燃油燃燒器的分類燃油燃燒器一般按照其噴嘴形式或者配風方式來分類。按噴嘴形式分類方式見教材255頁圖6.3-2。7/29/202344三、燃油燃燒器（了解）1、回油管；2、進油管；3、點火設備；4、圓形調風門；5、二次風葉輪；6、穩焰器7/29/202345（理解）（一）噴油嘴機械霧化噴油嘴氣流霧化噴油嘴聯合霧化噴油嘴（二）配風器旋流式配風器直流式配風器7/29/202346第四節氣態燃料的燃燒7/29/202347第四節氣態燃料的燃燒一、氣態燃料的燃燒（理解）1、氣態燃料的燃燒優點2、擴散式燃燒3、完全預混式燃燒4、部分預混式燃燒二、燃燒計算（掌握重點）（一）完全燃燒時的燃燒計算7/29/2023481、理論空氣量、實際空氣量和空氣系數（掌握重點）式中：——理論空氣量（干空氣/干燃氣），單位為立方米每立方米;——燃氣中各種可燃組分的體積分數，%；——燃氣中氧的體積分數，%。氣態燃料燃燒所需的實際空氣量與空氣系數的計算，參照煤的燃燒所需的實際空氣量與空氣系數計算方法進行。7/29/2023492、理論煙氣量（掌握重點）..….m3/m3

3、實際煙氣容積（＞1時）及煙氣焓

…..m3/m3

煙氣焓的計算參照煤的煙氣焓的計算。7/29/202350(二）不完全燃燒時的燃燒計算（掌握重點）由給定的燃料特性系數則可以確定氣態燃料的燃料特性系數計算公式

：7/29/202351(二）不完全燃燒時的燃燒計算（掌握重點）

：不完全燃燒時，空氣系數為：7/29/202352三、燃氣設備

（了解）

（一）燃氣鍋爐（二）燃氣燃燒器

1、擴散式燃燒器（1）套管式燃燒器（2）旋流式燃燒器（3）平流式燃燒器

2、完全預混式燃燒器

3、大氣式燃燒器7/29/202353第五節鍋爐熱平衡7/29/202354第五節鍋爐熱平衡一、層燃爐、煤粉爐的熱平衡（掌握重點）…kJ/kg或kJ/m3Qr：輸入熱量Q1：燃燒系統有效利用熱Q2：排煙帶走熱量Q3：氣體不完全燃燒熱損失Q4：