1、燃料基础知识第一节 概述燃料是指在燃烧过程中能够放出热量的物质。燃料按物态可分成固体燃料、气体燃料和液体燃料三种。发电厂锅炉是耗用大量燃料的动力设备。根据我国燃料利用原则，一是尽量不用其他工业部门所必需的优质燃料，并通过技术经济比较尽量利用劣质燃料(含杂质较多、燃烧比较困难，在其他方面没有多大经济价值的燃料)以保证国家的燃料资源得到充分、合理的利用，二是尽量利用当地燃料，以减轻运输负担，促进各地区天然资源的开发利用。因此，目前我国火力发电厂的主要燃料是煤，本章以介绍固体燃料煤为主。第二节 煤的成分及其性质分析煤的组成及其成分，一般采用元素分析和工业分析两种方法。一、煤的元素分析成分煤的元素分析
2、成分，即煤的化学组成成分。煤的元素分析成分包括碳(C)、氢(H)、氧(O) 、氮(N)、硫(S) 、水分(W) 和灰分 (A)。其中碳、氢、硫是可燃成分，其余均是不可燃成分。上述各种成分并不是机械的混合，而是形成复杂的化合物存在于燃料中。下面对煤中各成分的基本性质介绍如下：(一) 碳碳是煤中最主要的可燃元素，也是煤中最基本的成分，其含量约占 40一 85lkg 碳完全燃烧后生成二氧化碳，放出大约 32866kj 的热量。反应式为： C + O2 CO 21kg 碳不完全燃烧时生成一氧化碳只能放出 9270kj 的热量。反应式为： 2C + O2 2CO碳的燃烧特点是：不易着火，燃烧缓慢，碳本身
3、在比较高的温度下才能燃烧。所以，煤的碳化程度越深，即含碳量越多，着火燃烧越困难。(二) 氢氢是煤中发热量最高的元素，但其含量不多，且随着碳化程度的加深而其含量逐渐减少。lkg 氢燃烧后生成水，能放出三 143105kJ 的热量。反应式为：2 H2 + O2 2 H 2O但是，由于氢燃烧后生成水，水还要吸收一部分热量蒸发成水蒸汽，所以在锅炉中氢燃烧放出可利用的热量比上述值低。由于 lkg氢燃烧生成 9kg 水蒸气，在烟气中，水蒸气的汽化潜热可近似地认为是 2512kJkg，所以 lkg 氢在锅炉中燃烧时，实际放出的有效热量只有 143105-9*2512=120497kJ/kg。氢极易燃烧，燃烧
4、速度快。（三）氧氧是煤中的杂质，不能燃烧，由于氧与燃料中的氢和碳组成化合物。如 CO2 、H 2O 等占据了可以燃烧的 C、H 元素，使燃料中的可燃的元素相对减少。燃料的发热量降低。（四）氮氮是煤中的杂质，含量少，对锅炉工作的影响不大，但高温下和氧反应会生成氮氧化合物，污染大气。（五）硫煤中的硫是由有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫三部分组成。前两种硫可以燃烧，称为可燃硫或挥发硫，后一种不可燃烧是灰分的一部分。1kg 可燃硫燃烧后生成二氧化硫（或三氧化硫） ，并放出9044kJkg 的热量。反应式为：SR + O2 SO 2硫是煤中的有害元素，虽然硫燃烧可以放出一定的热量，但是，它的燃烧产物二氧化硫和
5、三氧化硫与烟气中的水蒸气结合生成硫酸蒸汽，导致锅炉尾部受热面的酸性腐蚀。另外，二氧化硫和三氧化硫气体，从烟囱排出会污染大气，对人体和动植物有害。 （六）水分水分也是煤中的杂质。煤中的水分是由表面水分和固有水分所组成。表面水分也称外在水分，是由于雨、霜、冰、雪或在开采过程中进入煤中的水分，依靠自然干燥可以除掉的，固有水分也称为内在水分，是指煤在形成的过程中所拥有的，依靠自然干燥方法不能除掉，必须把煤加热到 102105，保持 13h 才能除掉。水分的存在不仅使煤中的可燃元素含量相对减少，而且煤燃烧时水分蒸发还要吸收热量，使煤实际发热量降低。水分多的煤引燃困难，燃烧时间延长，降低燃烧室的温度，使锅
6、炉效率降低。（七）灰份煤中含有的不能燃烧的矿物质在煤然后形成灰分， 是煤中的主要杂质。煤中灰分越多可燃的成分越少，则煤的发热量越低，在燃烧过程中灰分容易隔绝可燃物质与空气的接触，使可燃质不易完全燃尽。灰粒随着烟气流动时，会造成锅炉受热面的磨损、积灰。灰分还可以引起结渣，破坏锅炉正常运行，而且，灰分随烟气从烟囱排出，还会污染空气，所以灰分是煤中的有害物质。综上所述，碳是煤中最主要的可燃元素；氢是煤中单位发热量最高的元素；硫是煤中可燃而又有害的元素；氮、氧、水分和灰分则是煤中的杂质。二、煤的工业分析成分用元素分析方法可测定出煤中化学成分的含量，但是，采用这种分析方法往往需要复杂的设备和较高的技术。
7、因此，一般发电厂常采用工业分析方法测定煤中的成分，这就是煤的工业分析成分。煤的工业分折成分包括水分(W)、挥发分(V)、固定碳(C) 和灰分(A)。其分析过程如下：(一) 取样为了正确测定煤中的成分，取样必须有充分的代表性，即取得的煤样能够代表该批煤的平均性质。(二) 制样将原始煤样经过多次的磨碎、过筛、混合和缩分，最后得到几百克，粒度在 200m 以下，在空气中风干后的分析煤样。(三) 分析测定1、水分的测定称取一定重量的煤样，置于干燥箱内，保持 102105，烘至其重量不再变化时为止(一般约 2h)，试样所失去的重量占原试样重量的百分数，即为该煤的水分值。2挥发分的测定把上述失去水分的试样
8、置于不通风的条件下，加热到85020，这时挥发性气体不断析出，停留 7min，这时煤失去的重量占原试样(未烘干加热)重量的百分数，即为该煤的挥发分的值。3固定碳和灰分的测定去掉水分和挥发分后，煤的剩余部分称为焦炭。焦炭是由固定碳和灰分所组成。将焦炭放在 80020下灼烧，直到重量不再变化时，取出来冷却，这时焦炭失去的重量占原试样重量的百分数，即为煤中固定碳的值；而剩余部分的重量占原试样重量的百分数就是煤中灰分的值。三、煤的成分基准及其换算(一 )煤的各种成分的基准煤的各种成分的含量通常用其质量百分数表示。C+H+O+N+S+A+W=：100其中：C、H、O、N、S、A、W 分别表示燃料中的碳、
9、氢、氧、氮、硫(可燃硫 )、灰分和水分的质量占燃料总质量的百分数。煤中的水分和灰分含量常随着开采、运输、贮存及气候条件的变化而变化，其他成分的百分数含量也将随着发生变化。因此，在用百分含量表示煤的种类及特性时，必须同时指明百分数的基准是什么。为了实际应用和理论研究的需要，将煤的成分基准分为应用基、分析基、干燥基、可燃基四种基准。1、应用基应用基，就是以进入锅炉设备的工作煤为基准。在这种状态下分析所得出的成分，就是应用基成分。通常是在各成分符号的右上角加标“y”：Cy + Hy + Oy + Ny + SyR + Ay + Wy =1002、分析基由于煤的外部水分变动很大，在进行煤的分析时，常把
10、煤进行自然干燥，使它失去外部水分，以此为基准进行分析得到的成分，称为分析基成分。通常是在各成分符号的右上角加标“f”：Cf + H f + S f R + Of + N f + A f + W f =1003、干燥基去除全水分后煤的成分，称为干燥基成分。通常在右上角加标“g”：Cg + Hg + Sg R +Og + Ng +Ag = 1004、可燃基煤中可燃成分是碳、氢、硫。但因通常氧、氮总是和这些可燃元素结合在一起。因此把除去水分和灰分为基准而得到的成分，称为可燃基成分。通常是在各成分符号的右上角加标“r“：Cr + Hr + Sr R + Or + Nr 100煤的几种分析基准各有其用途
11、，当进行锅炉的热力计算和热力试验时采用应用基成分。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放在试验室中进行煤的分析时采用分析基成分。当确定煤中的灰分含量时，只有在不受水分变化影响的情况下，才能真实地反映煤灰分的含量，因此，需用干燥基成分。第三节 煤的主要特性一、发热量（一）煤的发热量发热量是煤的主要特性之一，它指 1 千克煤完全燃烧时放出的热量。通常用 Q 表示，单位为千焦每千克（ kJ/kg） 。煤的发热量分为的低位发热量和高发热量两种。所谓高位发热量是指 1kg 煤完全燃烧并且生成的水蒸气凝结成水时，煤所放出的热量，用 Qg 表示，而当 1kg 煤完全燃烧并且生成的水蒸气未凝
12、结成水时，煤所放出的热量，称为低位发热量，用 Qd 表示。在锅炉运行中，由于排烟温度通常是高于 100，烟气中水蒸气的分压又低，故烟气中水蒸气一般不会凝结，因此，水蒸气所包含的汽化潜热并不能是放出来，故实际能被锅炉所利用的只是煤的低位发热量。在我国锅炉技术中均采用低位发热量。高、低位发热量之间的差别在于是否包括煤燃烧时所生成的水蒸气的那部分汽化潜热，烟气中的水蒸气来自煤中水分的蒸发和氢燃烧所生成的水蒸气（1kg 氢燃烧生成 9kg 水蒸气） ，1kg 煤燃烧所生成的烟气中的水蒸气含量应为(9H y/100+Wy/100)kg，而每公斤水蒸气汽化潜热约为 2500kJ，所以，煤的高、低位发热量之
13、间的关系为9H WQgQ d + 2500( + ) = Qd + 25(9H+W) kJkg100 100上式表明：在同一基准下，高、低位发热量之差为燃烧产物中水蒸气总的凝结放热。煤的发热量可用氧弹测热器测定或根据元素分析用近似公式求得。（二）标准煤各种煤的发热量往往相差很多，有的煤的发热量低至8374kJKg ，有的又高于 33494kJkg 左右，为了便于制定国家和各部门的生产计划，便于比较不同燃烧设备中煤的消耗量或同一设备在不同工况下煤的消耗量，因此，引入标准煤的概念。所谓标准煤规定其应用基的低位发热量为 29308kJkg。这样，各种煤的消耗量可通过下式换算成标准煤的消耗量进行比较B
14、b = B Qyd / 29308 kg/h式中Bb标准煤的消耗量 kghB 实际煤的消耗量，kgh；Qyd实际煤的应用基低位发热量，kJkg。一、 挥发分煤在锅炉内燃烧时首先是水分蒸发，随着温度的升高，燃料中的一些挥发性物质不断的挥发出来。挥发分中含有可燃气体如CO、H 2、C mHn、H 2S 和不可燃气体 O2、CO 2、N 2等。挥发分不是燃料中的固有物质，而是在特定条件下，燃料加热分解的产物。燃料中挥发分的数量对燃饶过程发生及发展有较大的影响。在燃烧时，挥发分首先析出，并与空气混合着火，放出的热量加热末燃烧的焦炭，使其迅速着火燃烧，同时挥发分逸出后，煤会变的比较松散，增大了燃烧面积，
15、加速了燃烧过程。因此，含挥发分多的煤容易着火，燃烧速度快，火焰较长，易于完全燃烧。二、 焦结性煤在隔绝空气的情况下加热，水分蒸发，挥发分析出后剩余的焦炭可以结成不同硬度焦块的性质，称为煤的焦结性。这是煤的重要特性之一。不同的煤，其焦结性不同。根据焦结性把焦炭分成七类：(1)粉末状：焦炭全呈粉状，没有互相粘着的颗粒。(2)粘结状：用手指轻压则呈粉末状。(3)弱粘结状：用手指轻压则碎成小块。(4)不熔融粘状：用手指用力压下才裂成小块。(5)不膨胀熔融粘结：焦炭用力压不能裂成小块，而是呈扁平饼，碳粒与碳粒之间的界线不易分清，焦炭上、下表面有明显金属光泽。(6)膨胀熔融粘结： 焦炭表面有银白色金属光泽
16、 ,在形成焦碳的过程中有明显的膨胀,但颗粒高度不超过15mm。(7)强膨胀熔融粘结：焦炭表面有银白色金属光泽，颗粒高度大于15mm。煤的焦结性与煤种有关，通常情况下，除烟煤外，其余几乎都不结焦。也就是说，通常呈粉末状或粘结状。煤的焦结性还与煤在大气中的风化程度有关。比如，有的煤初出矿时焦结性很强，但是在露天放置几个星期后就失去了焦结性。四、灰的熔融性(一) 灰的熔融性的测定煤灰的熔融性，就是指煤中灰分熔点的高低。而对于多成分灰的燃料没有明确的融化温度,因此，其熔融性常用三个温度来表示。其常用测定方法如下首先，将灰样用模子压制成直角或等边三角形锥体，锥体底边长7mm，高20mm，然后把灰锥放入温度可以调节的，充有适当还原性介质的电炉中逐步加热，随着炉温的升高，灰锥形状将发生变化。从而定出了三个特征温度。当角锥尖端开始变圆或弯曲时的温度为变形温度t 1；当灰锥尖端由于弯曲而触及锥底平面或整个锥体变成球状时的温度，成为软化温度t 2；当灰锥完全熔融成液态并能流动时的温度，称为熔化温度t 3。(二)影响灰熔点的因素
