凡能用来燃烧、可以取得热量的一切可燃物质都称为燃料。燃料是锅炉工作的基本物质,经过燃烧将化学能转变为热能。燃料的种类很多,其性能差异也很大。要经济合理地利用燃料资源,使之在锅炉内得到充分燃烧,就应对燃料的种类及基本性能有较全面的了解。燃料按其物理状态可分为固体燃料、液体燃料、气体燃料。
一、固体燃料
工业锅炉用得最多的固体燃料是煤。煤是远古时代的植物,因地壳变化被埋于地层之中,长期受到地热和地压等的炭化作用形成的。由于炭化程度不同形成了各种类型的煤。根据炭化的程度,锅炉用煤可分为无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤、劣质煤等。
我国工业锅炉用煤的分类方法基本上采用《中国机械工程手册》中“锅炉设计代表性煤种分类表”的方法,见下表。
煤种 |
挥发分(V) (%) |
水分(w) (%) |
灰分(A) (%) |
应用基低位发热量(Q) [千焦/千克(kJ/kg)] |
|
I |
5~10 |
<10 |
>25 |
14 650~20 934 |
无烟煤 |
Ⅱ |
<5 |
<10 |
<25 |
>20 934 |
|
Ⅲ |
5~10 |
<lO |
<25 |
>20 934 |
贫煤 |
10~20 |
<10 |
<25 |
>18 84l |
|
I |
≥20 |
7~15 |
>40 |
11 300~15 490 |
烟煤 |
Ⅱ |
>120 |
7~15 |
<40 |
15 490~19 680 |
|
Ⅲ |
≥20 |
7~15 |
<25 |
>19 680 |
褐煤 |
38~60 |
>20 |
>30 |
8 374~14 654 |
石煤、煤矸石 |
2~30 |
|
>50 |
<10 467 |
二、液体燃料
锅炉用的液体燃料通常是重油和渣油,是石油炼油后的残余物。它的主要成分是碳(C)、氢(H)化合成的烃类化合物及少量硫(S)、氧(O)、氮(N)的化合物,还有沥青胶质物等组成的灰分及少量水分。因碳、氢是含有的主要元素且含量高,所以发热量高。因燃油含有的杂质(灰分)很少,在正常燃烧时的产物仅为挥发气体。由于大量氢元素的存在,烟气中含有大量燃烧生成的水蒸气,如硫化物含量高,更易造成尾部受热面的腐蚀,所以油中硫的危害很大。油中水分是在生产和运输过程中混入的,燃烧时会在火焰中急剧膨胀引起火焰脉动,使燃烧不稳甚至熄火。所以燃油在贮罐存放过程中应进行脱水,水分含量越少越好。
根据我国颁发的燃油分类标准,一般将燃料油根据其在80℃时的流动黏度增大次序分为20号、60号、100号、200号4个规格牌号。供锅炉用的部分重油特性质量指标见下表。
项 目 |
重油牌号 |
|
20号 |
60号 |
100号 |
200号 |
恩氏黏度°E80不大于 |
5.O |
11.0 |
15.5 |
27 |
闪点(℃)不低于 |
80 |
100 |
120 |
130 |
凝固点(℃)不高于 |
15 |
20 |
25 |
36 |
机械杂质(%)不大于 |
1.5 |
2.0 |
2.5 |
2.5 |
硫分(%)不大于 |
1.O |
1.5 |
2.O |
3.O |
灰分(%)不大于 |
0.3 |
O.3 |
O.3 |
O.3 |
水分(%)不大于 |
1.O |
1.5 |
2.O |
2.O |
表中所列的黏度、闪点等前四项特性指标,不仅反映了燃油的质量,而且还与安全使用密切相关。
燃油的黏度随着温度的升高而降低,温度高于120℃时,其变化已不明显。为了便于燃油的管道输送和燃烧,则需要先预热预热温度如果偏低则黏度大,流动慢;如果温度过高则易引起剧烈的气化,会造成跑罐甚至发生火灾。所以预热时要根据不同牌号控制预热温度,预热温度以比闪点低4℃为宜。
燃油被加热过程中表面蒸发的油气与空气混合后遇到火种能闪出火花,但又立即熄灭的最低温度称为闪点。如果温度继续升高,闪出的火花不再熄灭,可以使油气继续燃烧,这个温度称为燃点。一般燃点比其闪点高约7~10℃。闪点是燃油着火燃烧操作的最低极限温度,以此控制其安全性。
凝固点是燃油丧失流动性的最高温度。它是贮运的重要指标。机械杂质是指油中含有的泥沙等固体颗粒,它的存在会使喷燃器小孔堵塞或磨损,是油中的有害成分,其含量越少越好。
液体燃料易实现完全燃烧,燃烧的温度高,热辐射能力强,便于实现机械化、自动化操作,因而液体燃料可以改善劳动条件,减少环境污染。
三、气体燃料
锅炉用气体燃料主要有天然气、高炉煤气和焦炉煤气,工业锅炉上常用的是天然气。
天然气是碳氢化合物、硫化氢和一些惰性气体的混合物,主要成分是甲烷(CH
4),其次是乙烷(C
2H
6)和丙烷(C
3H
6),还有少量的硫化氢(H
2S)、二氧化碳(C0
2)、氮气(N
2)及水分等。其发热量很高,可达37700kJ/m
3,且不污染环境。
气体燃料运输方便,易于着火燃烧,调节控制也方便,容易实现机械、自动化运行操作,对环境污染小,是比较理想的燃料。但是,有些气体有毒性,而且易燃、易爆,所以燃用时必须严格执行安全操作规程。