【文章內(nèi)容簡介】 煤的形成、開采和運(yùn)輸過程中，加入的水分和礦物質(zhì) (燃燒后成為灰分），也成為煤的組成成分。煤的元素分析是指對煤中 C、 H、 O、 N、 S 五種元素的分析的總稱。煤的元素分析結(jié)果用各種元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。在鍋爐設(shè)計(jì)、熱工試驗(yàn)和燃燒控制等方面都需掌握煤的元素分析成分組成，元素分析結(jié)果對煤質(zhì)研究、工業(yè)利用和環(huán)境評價(jià)等極為有用。 (2) 在煤的著火、燃燒過程中，煤中各種成分的變化情況是：將煤加熱到一定溫度時(shí)，首先 水分被蒸發(fā)出來；接著再加熱，煤中的 H、 O、 N、 S 及部分碳所組成的有機(jī)化合物便分解，變成氣體揮發(fā)出來，這些氣體稱為揮發(fā)分；揮發(fā)分析出后，剩下的就是焦炭，焦炭就是固定碳和灰分。分析煤中水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分等四種成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，成為煤的工業(yè)分析。 煤的成分計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算 (1) 由于煤中水分和灰分含量易受外界條件的影響而發(fā)生變化 ,水分或灰分的含量變化了，其他元素成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)也會隨之而變化。所以不能簡單地只用各成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示煤的成分組成特性。有時(shí)為了使用或研究工作的需要，在計(jì)算煤的各成分百分 含量時(shí)，可將某種成分不計(jì)算在內(nèi)。這種根據(jù)煤存在的條件或根據(jù)需要而規(guī)定的“成分組合”稱為基準(zhǔn)。如果所用的基準(zhǔn)不同，同一種煤的同一成分的百分含量便不一樣。 常用的基準(zhǔn)有以下四種： 1. 收到基 (應(yīng)用基 )：以收到狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)計(jì)算煤中全部成分的組合稱為收到基。對進(jìn)廠原煤或爐前煤都應(yīng)按收到基計(jì)算各項(xiàng)成分。 2. 空氣干燥基（分析基）：以與空氣溫度達(dá)到平衡狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)。即供分析化驗(yàn)大容量鍋爐變工況運(yùn)行研究 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 的煤樣在實(shí)驗(yàn)室一定溫度條件下，自然干燥失去外在水分，其余的成分組合便是空氣干燥基。 3. 干燥基：以假想無水狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)。干燥基中因無水分，故灰分不受水 分變動的影響，灰分含量百分?jǐn)?shù)相對比較穩(wěn)定。 4. 干燥無灰基（可燃基 )：以假想無水、無灰狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)。干燥無灰基因無水、無灰，故剩下的成分便不受水分、灰分變動的影響，使表示碳、氫、氧、氮、硫成分百分?jǐn)?shù)最穩(wěn)定的基準(zhǔn)。 （ 2）煤的計(jì)算基準(zhǔn)的換算 由于煤質(zhì)分析所使用的煤樣式空氣干燥基煤樣，分析結(jié)果的計(jì)算是以空氣干燥基為基準(zhǔn)得出的，但是在鍋爐設(shè)計(jì)、計(jì)算時(shí)，是按實(shí)際進(jìn)入鍋爐的爐前煤、即收到基為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的，所以一方面要測定爐前煤的收到基成分，同時(shí)還要對煤的各種成分進(jìn)行基準(zhǔn)的換算。 換算公式為： 0X=KX （ 2— 1） 式中 0 X — 按原基準(zhǔn)計(jì)算的某一成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)， % X— 按新基準(zhǔn)計(jì)算的同一成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)， % K— 換算系數(shù) 換算系數(shù)可由表 21 查出 表 21 收到基 空氣干燥基 干燥基 干燥無灰基 收到基 1 100Mad100 Mar? 100100 Mar? 100100 Mar Aar?? 空氣干燥基 100 Mar100 Mad?? 1 100100Mad 100100MadAad 干燥基 100Mar 100 100 Mad100? 1 100100 Aad? 干燥無灰基 100 MarAar100? 100 MarAar100? 100 Aad100? 1 煤的發(fā)熱量 煤的發(fā)熱量是指單位質(zhì)量的煤在完全燃燒時(shí)所釋放出的熱量。單位是 kj/kg。常用下列三種規(guī)定值表示：（ 1）彈筒發(fā)熱量 Qb：彈筒發(fā)熱量是在實(shí)驗(yàn)室中用氧彈式量熱計(jì) X K Xo 大容量鍋爐變工況運(yùn)行研究 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 測定的實(shí)測值。（ 2）高位發(fā)熱量 Qgr：每樣在氧彈內(nèi)燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量（即彈筒發(fā)熱量Qb）減去硫和氮生成酸的校正之后所 得的熱量，成為高位發(fā)熱量。（ 3）低位發(fā)熱量 Q：煤的高位發(fā)熱量減去煤樣中水和氫燃燒時(shí)生成的水的蒸發(fā)潛熱后的熱值，稱為低位發(fā)熱量，這是在鍋爐運(yùn)行中煤的有效發(fā)熱量。 由彈筒發(fā)熱量換算成高位發(fā)熱量公式，即 Q a d , g r = Q s d , b ( 9 5 S a d , b + Q a d , b )? （ 2— 2） 由高位發(fā)熱量換算成低位發(fā)熱量公式，即 Q a r , n e t Q a r , g r 2 5 ( 9 H a r M a r )? ? ? （ 2— 3） 由空氣干燥基高位發(fā)熱量 Qar,gr 換算為收到基高位發(fā)熱量 Qar,gr 的公式為 1 0 0 M a rQ a r , g r Q a d , g r1 0 0 M a d?? ? （ 2— 4） 煤質(zhì)對鍋爐設(shè)備的影響 煤質(zhì)對制粉設(shè)備以及制粉系統(tǒng)的影響 煤中水分會直接影響磨煤機(jī)的出力、鍋爐的效率，同時(shí)會為低溫受熱面的積灰、腐蝕創(chuàng)造條件；煤粉細(xì)度影響煤在鍋爐中的燃燒情況，大顆粒煤粉會造成結(jié)渣、不完全燃燒損失加大，高過氧量需求和腐蝕等；煤的可磨性影響磨煤機(jī)的出力和 電耗量，如果煤耐磨，磨煤機(jī)研磨不見磨損大；揮發(fā)分高，還容易引起磨煤機(jī)的著火和爆炸，造成嚴(yán)重后果?；曳侄?，增加煤粉設(shè)備的能耗。 煤質(zhì)對鍋爐及輔助設(shè)備的影響 (1) 著火提前，使得燃燒器周圍結(jié)渣 ,嚴(yán)重時(shí)容易燒損。 (2) 著火延遲，影響火焰監(jiān)測。 (3) 燃燒不穩(wěn)定，鍋爐效率降低，主蒸汽溫度和負(fù)荷達(dá)不到設(shè)計(jì)值。 (4) 火焰太長，不完全燃燒損失增加。 (5) 水冷壁容易被高溫腐蝕，省煤器、再熱器、過熱器可能出現(xiàn)超溫、爆管等。 (6) 灰分多，可能磨損受熱面（如果煙速高），如果煙速低，會形成受熱面積灰，降低傳熱效果，并使排煙溫度升高，增加排煙熱損 失，降低鍋爐熱效率；灰分多，也會產(chǎn)生爐內(nèi)結(jié)渣，同時(shí)會腐蝕金屬；灰分還是造成環(huán)境污染的根源。 (7) 灰渣是造成爐膛結(jié)渣和高溫對流受熱面沾污和結(jié)渣的主要來源，降低鍋爐的出力，熔化的灰渣堆爐膛耐火襯磚也有很大的侵蝕性。 (8) 燃煤含硫，會產(chǎn)生硫酸蒸汽冷卻后變成硫酸，對低溫受熱面形成酸腐蝕，以及伴隨而來的堵灰和煙道堵塞問題。而過熱器和再熱器的高溫腐蝕和沾污，也與含硫有關(guān)。 大容量鍋爐變工況運(yùn)行研究 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第三章 燃燒過程的特性分析 概述 煤在空氣中的燃燒過程 ,可以分為四個(gè)階段： (1)預(yù)熱干燥階段。主要是將煤中水分蒸發(fā)出來，在這個(gè)階段中，燃料不但不能發(fā)熱 ，而且要大量吸收爐膛煙氣中的熱量。 (2)揮發(fā)分析出并著火階段。主要是煤中的高分子碳?xì)浠衔锛訜幔M(jìn)行熱分解，分解出包含可燃?xì)怏w、二氧化碳和水蒸汽所組成的揮發(fā)分。揮發(fā)分一經(jīng)析出，便馬上著火。 (3)燃燒階段。首先是揮發(fā)分燃燒，放出大量的熱量，為焦炭燃燒提供溫度條件。隨之焦炭燃燒，這個(gè)階段需要大量的氧氣，以滿足燃燒的需要，這樣就能放出大量熱量，使溫度急劇上升。 (4)燃盡階段：這個(gè)階段主要是殘余的焦炭最后燃盡，成為灰渣。因?yàn)闅堄嗟慕固砍１换曳趾蜔煔馑鼑諝夂茈y與之接觸，使燃盡階段的燃燒反應(yīng)進(jìn)行得十分緩慢，容易造成不完全燃燒 損失。 將燃燒過程分成上述四個(gè)階段是為了分析問題方便。實(shí)際上，以上各階段是交錯(cuò)進(jìn)行的。 影響煤粉氣流穩(wěn)定著火的因素 煤粉空氣混和物經(jīng)燃燒器以射流方式被噴入爐膛后，通過湍流擴(kuò)散和回流，卷吸周圍的高溫?zé)煔?，同時(shí)又受到爐膛四壁及高溫火焰的輻射，被迅速加熱，熱量達(dá)到一定溫度后就開始著火。將煤粉氣流加熱到著火溫度所需的熱量稱為著火熱。著火熱隨燃料性質(zhì)、燃燒設(shè)備以及運(yùn)行工況的變化而變化。影響因素有：（ 1）燃料性質(zhì)（ 2）爐內(nèi)散熱條件（ 3）煤粉氣流的初溫（ 4）一次風(fēng)量和一次風(fēng)速 （ 5）燃燒器結(jié)構(gòu)特性（ 6）鍋爐負(fù)荷。 綜上所述，組織強(qiáng)烈的煙氣回流和燃燒器出口附近煤粉一次風(fēng)氣流與煙氣的強(qiáng)烈混合，使保證著火熱量和穩(wěn)定著火過程的首要條件；提高煤粉氣流初溫，采用適當(dāng)?shù)囊淮物L(fēng)量和風(fēng)速是降低著火熱的有效措施；提高煤粉細(xì)度和敷設(shè)衛(wèi)燃帶是燃用無煙煤穩(wěn)定著火的常用方法。 燃燒完全的分析 概述 要組織良好的燃燒過程，其標(biāo)志就是盡量接近完全燃燒，也就是在爐內(nèi)不結(jié)渣的前提下，燃燒速度快而且燃燒完全，得到最高的燃燒效率。要做到完全燃燒，條件為： 大容量鍋爐變工況運(yùn)行研究 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 （ 1） 供應(yīng)充足而又合適的空氣量。 （ 2） 適當(dāng)高的爐溫。 （ 3） 空氣和煤粉的良好擾動和混合。 （ 4） 在爐內(nèi)要有足夠的停留時(shí)間。 燃燒完全影響因素的分析 首先燃料組成成分也就是自身的燃燒特性直接影響著燃盡程度。煤中的含碳量高，需要的燃盡時(shí)間就比較長。同時(shí)爐膛的結(jié)構(gòu)也是影響燃盡的主要因素，爐膛結(jié)果參數(shù)對燃盡的一些反映在爐膛容積熱強(qiáng)度和燃料在爐內(nèi)的最短停留時(shí)間，最短停留時(shí)間要能保證燃料燃燒效率達(dá)到 98%以上。 其次爐膛容積熱強(qiáng)度 qv 也影響燃盡，從理論上講， qv 值選取的低，煤粉在爐膛內(nèi)停留時(shí)間長，燃盡率也越高。爐膛容積熱強(qiáng)度 qv 可用 來說明燃料在爐內(nèi)的停留時(shí)間，但是單純用 qv 表示燃料在爐內(nèi)的停留時(shí)間有不足之處。因?yàn)榇笮湾仩t的燃燒器高度達(dá)10 米以上，燃燒器區(qū)域所占容積很大，要保證最上層一次風(fēng)中煤粉完全燃燒，起決定作用的是上排一次風(fēng)噴口中心至爐膛出口（大屏下端）的距離。然后是爐膛形狀，即與爐膛斷面積、燃料量、煙氣量有關(guān)。燃料在爐內(nèi)的最小停留時(shí)間可用下述關(guān)系來表示： min LWy? ? （ 3— 1） 式中 L—— 燃燒器上一次風(fēng)中心至屏下端距離， m Wy —— 煙氣在爐內(nèi)的平均上升速度， m/s ( 2 7 3 )273yjy VBABw ? ?? ?? （ 3— 2） 式中 jB — 計(jì)算燃料消耗量， Kg/h； yV — 煙氣體積， 3Nm /Kg p? — 煙氣平均溫度 39。ll lp? ? ?? （ 3— 3） 式中 39。39。l? —— 爐膛出口煙溫， C? ll? —— 理論燃燒溫度， C? 對于 100MW～ 300MW 的鍋爐機(jī)組，在規(guī)定的煤粉細(xì)度下，燃盡時(shí)間一般為 ～ 秒之間，其中煙煤的燃盡時(shí)間大約為 ～ 秒。 大容量鍋爐變工況運(yùn)行研究 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 優(yōu)化鍋爐燃燒提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性 煤粉的燃盡程度對經(jīng)濟(jì)性的影響 煤粉燃盡程度對運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響主要表現(xiàn)在飛灰和爐渣的含碳量，當(dāng)飛灰和爐渣含碳量增加時(shí)，鍋爐效率降低。煤粉的燃盡程度主要取決于爐內(nèi)溫度，煤粉和空氣的混合程度、煤粉細(xì)度、煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間和煤本身的燃燒特性。一般而言，對于低灰分，高熱值的煙 煤，提高燃盡程度主要應(yīng)從改善爐內(nèi)煤粉和空氣的混合著手；對于無煙煤、貧煤和高灰分、低熱值的劣質(zhì)煙煤，提高燃盡程度主要從改善爐內(nèi)空氣動力結(jié)構(gòu)，提高爐內(nèi)溫度和煤粉細(xì)度，配風(fēng)方式等方面進(jìn)行全面的分析，才能找出提高煤粉燃盡程度的具體方法和措施。 過量空氣系數(shù)對經(jīng)濟(jì)性的影響 過量空氣系數(shù)對運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響主要表現(xiàn)在鍋爐排煙損失上。當(dāng)過量空氣系數(shù)增加時(shí)，排煙損失增加，但是過量空氣增加時(shí)，一般飛灰或爐渣的含碳量將會減少。因此，一臺鍋爐的最佳運(yùn)行過量空氣系數(shù)，應(yīng)根據(jù)機(jī)械不完全燃燒損失和排煙溫度熱損失之和最小的原 則，通過試驗(yàn)來確定，大型電站鍋爐爐膛出口的過量空氣系數(shù)一般控制在 。 煤粉細(xì)度對經(jīng)濟(jì)性的影響 煤粉細(xì)度是指煤粉顆粒尺寸的大小，它是衡量煤粉品質(zhì)的重要指標(biāo)。煤粉細(xì)度一般用一組標(biāo)準(zhǔn)篩來測定，將一定數(shù)量的煤粉式樣放在篩子上篩分，篩分后留在篩子上的煤粉質(zhì)量占篩前煤粉總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，就稱為煤粉細(xì)度。電廠常用篩孔尺寸為 90 μ m 和 200 μ m 的兩種篩子測量煤粉細(xì)度，用符號 R90 和 R200 表示。 在其他條件相同時(shí)，煤粉細(xì)度 R90 和 R200 越大，煤粉燃盡所需要的時(shí)間越長，煤粉的燃盡程度往 往越差。因此，提高煤粉細(xì)度，可提高燃盡程度；但是提高煤粉細(xì)度，則制粉電耗增加，這可能會抵消因提高燃盡程度而得到的好處。 鍋爐煤種和負(fù)荷適應(yīng)性 鍋爐具有較好的煤種和負(fù)荷適應(yīng)性對提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性具有重要意義，這是因?yàn)椋海?1）根據(jù)我國能源政策，鍋爐盡量燃燒質(zhì)量較差的煤，而將優(yōu)煤用于化工、冶金等領(lǐng)域。我國煤種繁多，煤炭供應(yīng)渠道多樣化，鍋爐所燒煤質(zhì)多變，且呈不斷下降趨勢。（ 2）隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷差增大，許多中小型機(jī)組的調(diào)峰以低負(fù)荷運(yùn)行方式為主。 大容量鍋爐變工況運(yùn)行研究 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第四章 過熱器和再熱器的汽溫特性分析 概述 過熱蒸汽溫度與再熱蒸汽溫度直接影響電廠的經(jīng)濟(jì)性與安全性。汽溫每降