了得網工業技術_燃燒理論與燃燒設備

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徐旭常、呂俊復、張海編著的《燃燒理論與燃燒設備（第2版）》前3章分別介紹了燃料燃燒概論、涉及燃燒反應的化學動力學和氣固反應理論，以及燃燒中涉及的流動尤其是氣固兩相流動的基本知識，以便為後續的學習提供基礎。自燃和點燃、預混可燃氣體的火焰傳播、火焰穩定和射流火焰等是燃燒理論的基礎內容。為便於對本質的理解，將其結合氣體燃燒在第4章進行闡述，並在第5章介紹了氣體燃燒設備。第6、7章分別介紹了液體燃料的燃燒理論和燃燒器。液體燃料的燃燒理論歸結起來主要是液滴的蒸發、氣相的擴散和燃燒。液體燃料燃燒器的設計和使用的關鍵問題是霧化和配風。第8章以煤為例，介紹了固體燃料的燃燒理論，包括異相化學反應的焦炭燃燒問題。第9～11章分別介紹常用的固定床（層燃）、流化床、氣流床（室燃）的主要燃燒設備，並簡單涉及了煤燃燒中的污染物生成與控制。結合燃燒理論與燃燒設備，在第12章中簡單介紹了煤的氣化理論和大規模煤氣化技術。

內容簡介

《燃燒理論與燃燒設備（第二版）》在1990年《燃燒理論與燃燒設備》第一版的基礎上，更新和強化了近年來燃燒理論研究的進展和燃燒技術的進步，涵蓋了燃燒理論、燃燒技術、燃燒設備和燃燒污染物生成、數值模擬以及煤氣化等內容。
全書共12章。前3章分別介紹了燃燒概論、反應化學動力學和流動等燃燒基礎知識；第4、5章繫統分析了氣體燃燒理論和氣體燃燒設備；第6、7章為液體燃料的燃燒理論和燃燒設備；第8章以煤為例，概括介紹了固體燃料燃燒過程與燃燒理論；第9～11章分別介紹了常用的固定床、流化床、氣流床燃燒設備；第12章結合燃燒理論與燃燒設備，簡單介紹了煤的氣化理論和大規模煤氣化技術。
《燃燒理論與燃燒設備（第二版）》以基本概念為主，深入淺出地總結了燃燒理論基礎、研究進展和近年來應用上的新成就，具有顯著的新穎性；注重理論分析與實際技術密切結合，剖析了燃燒設備的理論基礎和創新思路，具有高度的實用性。
《燃燒理論與燃燒設備（第二版）》可作為高等院校熱能動力工程、電廠熱能動力等專業的本科生及研究生教材或教學參考書，也可供從事鍋爐及其他燃燒設備相關工作的工程技術人員參考。

第二版前言
第一版前言
第1章燃料、燃燒產物及熱損失
1.1 燃料的化學成分和性質
1.1.1 燃料的成分及燃燒特性
1.1.2 燃料的成分分析基礎和換算
1.1.3 燃料發熱量及其換算
1.2 煤的分類
1.2.1 按干燥無灰基揮發分Vdaf含量分類
1.2.2 我國發電廠用煤的VAMST分類標準
1.2.3 工業鍋爐用煤的分類
1.3 液體燃料和氣體燃料
1.3.1 黏性
1.3.2 閃點與燃點第二版前言
第一版前言
第1章燃料、燃燒產物及熱損失
1.1 燃料的化學成分和性質
1.1.1 燃料的成分及燃燒特性
1.1.2 燃料的成分分析基礎和換算
1.1.3 燃料發熱量及其換算
1.2 煤的分類
1.2.1 按干燥無灰基揮發分V_daf含量分類
1.2.2 我國發電廠用煤的VAMST分類標準
1.2.3 工業鍋爐用煤的分類
1.3 液體燃料和氣體燃料
1.3.1 黏性
1.3.2 閃點與燃點
1.3.3 凝固點
1.3.4 相對密度
1.4 液體燃料和氣體燃料
1.4.1 天然氣
1.4.2 高爐煤氣
1.4.3 發生爐煤氣
1.4.4 焦爐煤氣
1.4.5 液化石油氣
1.5 燃料的燃燒產物與煙氣焓
1.5.1 燃料的理論空氣量
1.5.2 燃料的燃燒產物
1.5.3 煙氣分析與過量空氣繫數
1.5.4 空氣和煙氣焓的計算
1.6 燃燒設備的熱平衡及熱效率
1.6.1 鍋爐熱量平衡概念
1.6.2 鍋爐效率與熱損失
1.6.3 污染物的測量
參考文獻
第2章燃燒的化學動力學基礎
2.1 化學反應速率
2.2 濃度對化學反應速率的影響
2.2.1 質量作用定律
2.2.2 反應級數
2.2.3 反應級數的測定
2.3 溫度對化學反應速率的影響
2.3.1 Arrhenius定律
2.3.2 活化能
2.3.3 反應速率的踫撞理論
2.3.4 反應速率的過渡狀態理論
2.4 壓力對化學反應速率的影響
2.5 鏈鎖反應
2.5.1 鏈鎖反應的概念
2.5.2 燃燒鏈鎖反應的分析
2.5.3 不分支鏈鎖反應
2.5.4 分支鏈鎖反應——爆炸
2.6 氣體在固體表面的吸附
2.6.1 物理吸附與化學吸附
2.6.2 吸附的影響因素分析
2.7 化學平衡
參考文獻
第3章燃燒的流體力學基礎
3.1 湍流流動與湍流模型
3.1.1 湍流流動
3.1.2 氣相湍流模型
3.2 射流與旋轉氣流
3.2.1 直流射流的特點
3.2.2 等溫直流自由射流
3.2.3 等溫直流引射射流
3.2.4 等溫旋轉射流
3.2.5 受限射流
3.2.6 平行射流組
3.2.7 相交射流
3.3 氣固流動
3.3.1 氣固接觸形式
3.3.2 空隙率
3.3.3 顆粒分類
3.4 固定床的流體力學
3.4.1 形成固定床的條件
3.4.2 固定床的流動阻力
3.5 流化床的流體力學
3.5.1 流化速度
3.5.2 床層壓降和空隙率
3.5.3 鼓泡流化床
3.5.4 湍流流化床
3.5.5 快速流化床
3.5.6 下行移動床
3.6 氣流床的流體力學
參考文獻
第4章氣體燃料燃燒理論
4.1 氣體燃料火焰的著火
4.1.1 氣體火焰著火的概念
4.1.2 自燃熱力理論
4.1.3 鏈鎖自燃理論
4.1.4 預混可燃氣體的點燃
4.1.5 點燃熱力理論
4.1.6 點燃方法
4.1.7 可燃極限
4.1.8 影響可燃極限的因素
4.2 氣體燃料火焰的傳播
4.2.1 層流火焰傳播概念
4.2.2 層流火焰傳播理論
4.2.3 影響層流火焰傳播的因素
4.2.4 湍流火焰傳播的特點
4.2.5 湍流火焰的表面理論
4.2.6 湍流火焰的容積理論
4.3 氣體燃料火焰的穩定
4.3.1 本生燈火焰的穩定
4.3.2 火焰穩定的均勻攪混熱平衡原理
4.3.3 湍流火焰的穩定方法
4.4 射流火焰
4.4.1 預混火焰和擴散火焰概念
4.4.2 不等溫自由射流火焰
4.4.3 層流射流火焰
4.4.4 湍流射流火焰
4.4.5 受限射流火焰和多股射流火焰
4.4.6 反擴散火焰
4.5 湍流射流火焰特征的解析分析
參考文獻
第5章氣體燃料燃燒設備
5.1 擴散式燃氣燃燒器
5.2 完全預混式氣體燃燒器
5.3 部分預混式燃氣燃燒器
5.3.1 普通部分預混式煤氣燃燒器
5.3.2 平焰式煤氣燃燒器
5.3.3 高速煤氣燃燒器和浸沒式煤氣燃燒器
5.4 氣體燃料燃燒污染物控制
5.4.1 熱力型NO_x
5.4.2 瞬時反應型NO_x
5.4.3 燃料型NO_x
5.5 氣體燃燒的數值模擬概論
5.5.1 層流氣體燃燒數值模擬
5.5.2 湍流氣體燃燒數值模擬
5.5.3 典型計算結果
參考文獻
第6章液體燃料燃燒理論
6.1 液體燃料燃燒過程
6.1.1 液體燃料的燃燒方式
6.1.2 噴霧方式燃燒的幾種物理模型
6.1.3 液體燃料燃燒過程強化的基本措施
6.2 液滴的蒸發
6.2.1 斯蒂芬流
6.2.2 相對靜止高溫環境下液滴的蒸發
6.2.3 強迫氣流下液滴高溫蒸發
6.3 液滴的燃燒
6.3.1 相對靜止環境下液滴燃燒
6.3.2 強迫氣流下液滴的燃燒
6.4 液體燃料燃燒的實驗研究
參考文獻
第7章液體燃料燃燒設備
7.1 液體燃料燃燒器
7.1.1 液體燃料燃燒對燃燒器的要求
7.1.2 霧化噴嘴的分類
7.1.3 油燃燒設備配風要求
7.1.4 液體燃料霧化質量
7.2 旋轉氣流特性
7.2.1 速度分布
7.2.2 壓力分布
7.2.3 旋流器中流體動力特性繫數
7.3 離心式機械噴嘴工作原理
7.3.1 霧化過程
7.3.2 噴油量的計算
7.3.3 霧化角的計算
7.3.4 簡單壓力式噴嘴設計計算
7.4 回油噴嘴及計算
7.4.1 回油噴嘴工作原理
7.4.2 內回油噴嘴霧化、調節特性的理論計算
7.4.3 內回油噴嘴實驗結果及修正
7.5 蒸汽噴嘴
7.5.1 蒸汽噴嘴
7.5.2 蒸汽機械霧化噴嘴
7.5.3 Y型蒸汽機械霧化噴嘴
7.6 配風裝置
7.6.1 旋流式配風器
7.6.2 平流式配風器
7.7 液體燃料燃燒污染物生成與控制
7.7.1 液體燃料燃燒污染物排放標準
7.7.2 液體燃料燃燒污染物生成
7.7.3 液體燃料燃燒NO_x的控制
7.8 液體燃燒的數值模擬概論
參考文獻
第8章固體燃料燃燒理論
8.1 固體燃料燃燒過程與熱解
8.1.1 概述
8.1.2 揮發分的概念
8.1.3 煤的熱解機理
8.1.4 揮發分的析出量及其成分構成
8.1.5 煤熱解反應動力學
8.1.6 揮發分的熱力特性
8.2 碳燃燒的化學反應機理
8.2.1 碳燃燒的異相反應理論
8.2.2 碳燃燒的化學反應
8.2.3 碳燃燒反應的微觀分析
8.2.4 碳和氧的反應機理
8.2.5 碳和CO₂的反應機理
8.3 碳的燃燒反應過程
8.3.1 碳的燃燒反應速率
8.3.2 燃燒反應速率的影響因素
8.3.3 多孔碳粒的燃燒分析
8.3.4 多孔碳板的有效滲入深度
8.3.5 多孔碳球的有效滲入深度
8.3.6 多孔碳球的燃燒反應
8.4 碳燃燒的二次反應
8.4.1 靜止或低速流動碳粒表面附近的燃燒
8.4.2 Re>100流動介質中碳表面附近的燃燒
8.5 碳顆粒的燃盡
8.6 具有空間二次反應的碳球燃燒
8.7 煤的燃燒及燃盡
8.7.1 揮發分對煤燃燒過程的影響
8.7.2 灰分對煤燃燒過程的影響
8.7.3 煤粒燃盡時間
參考文獻
第9章煤的層燃
9.1 煤的層燃過程
9.1.1 煤的層狀燃燒概述
9.1.2 層燃的熱質交換過程
9.1.3 層燃的化學反應過程
9.2 煤的層燃設備
9.2.1 固定爐排
9.2.2 鏈條爐
9.2.3 拋煤機爐
9.2.4 往復爐排爐
9.2.5 振動爐排爐
9.2.6 下飼爐
9.3 層燃污染物生成與控制
9.3.1 層燃過程中NO_x的生成與控制
9.3.2 層燃過程中SO₂的生成與控制
9.4 層燃的數值模擬概論
9.4.1 層燃爐數值模擬的方法
9.4.2 燃料層燃燒的數學模型
參考文獻
第10章煤的流化床燃燒
10.1 流化床燃燒的特點
10.1.1 概述
10.1.2 鼓泡流化床燃燒的特點
10.1.3 循環流化床燃燒的特點
10.1.4 循環流化床燃燒技術的發展
10.2 循環流化床燃燒過程
10.2.1 循環流化床燃燒過程分析
10.2.2 燃料熱量釋放規律
10.2.3 循環流化床中的燃燒效率
10.3 循環流化床燃燒設備
10.3.1 燃煤循環流化床過程定態設計
10.3.2 燃燒室設計
10.3.3 分離器設計
10.3.4 料腿與返料器設計
10.4 循環流化床燃燒污染物生成與控制
10.4.1 循環流化床燃燒中脫硫
10.4.2 循環流化床燃燒中氮氧化物的生成與控制
10.4.3 循環流化床灰渣綜合利用
10.5 循環流化床燃燒的數值模擬概述
10.5.1 基於實驗的半關聯性質的經驗模型
10.5.2 基於微觀守恆方程的計算流體力學模型
參考文獻
第11章煤粉燃燒
11.1 煤粉火炬燃燒的特點
11.1.1 煤粉氣流的點燃特性
11.1.2 煤粉氣流的火焰特性
11.1.3 燃燒室特性
11.1.4 煤粉燃燒的污染排放與控制
11.1.5 煤粉燃燒對燃燒室受熱面的污染特性
11.2 煤粉的制備
11.2.1 煤粉的一般特性
11.2.2 煤粉燃燒器和燃燒室
11.2.3 制粉繫統
11.3 直流煤粉燃燒器及其布置
11.3.1 直流煤粉燃燒器的布置
11.3.2 幾種常見的直流煤粉燃燒器
11.4 旋流煤粉燃燒器及其布置
11.4.1 幾種常見的旋流煤粉燃燒器
11.4.2 旋流煤粉燃燒器的布置
11.5 現代大型煤粉燃燒技術
11.5.1 煤粉火焰的穩定方法和原理
11.5.2 低NO_x煤粉燃燒技術
11.6 液態排渣煤粉燃燒
11.6.1 液態排渣煤粉燃燒的主要型式
11.6.2 液態排渣煤粉燃燒的主要特點
11.7 煤粉燃燒的數值模擬概述
11.7.1 煤粉顆粒燃燒過程的數值計算
11.7.2 煤粉燃燒過程的物理模型及其數學描述
11.7.3 對200MW鍋爐煤粉燃燒全過程模擬結果
參考文獻
第12章煤的氣化
12.1 水煤漿
12.1.1 水煤漿的優點
12.1.2 水煤漿的生產
12.1.3 水煤漿的霧化
12.2 煤的氣化理論
12.2.1 煤氣化概述
12.2.2 煤氣化的主要反應過程
12.2.3 煤氣化氣化反應動力學
12.2.4 煤氣化反應的影響因素
12.3 煤的固定床氣化
12.3.1 固定床氣化工藝原理
12.3.2 固定床氣化工藝分類
12.3.3 固定床氣化典型工藝
12.3.4 固定床加壓氣化爐關鍵設備
12.3.5 固定床加壓氣化在中國的應用及其改進
12.4 煤的流化床氣化
12.4.1 流化床氣化基本原理
12.4.2 流化床氣化的典型技術及結構
12.5 煤的氣流床氣化
12.5.1 氣流床煤氣化技術原理
12.5.2 典型氣流床煤氣化技術
12.6 煤氣化的數值模擬概論
12.6.1 煤氣化數值模擬方法
12.6.2 煤氣化數值模擬方法
參考文獻
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第1 章燃料、燃燒產物及熱損失
1.1 燃料的化學成分和性質
工業和發電燃燒設備（鍋爐）上所用的燃料有固體燃料（以煤為主）、液體燃料（以重油為主）和氣體燃料（煤氣）三大類。在我國，煤是最主要的鍋爐用燃料，燃燒液體和氣體燃料的工業鍋爐和電站鍋爐隻占很小部分［1］。
1.1.1 燃料的成分及燃燒特性
各種固體、液體及氣體燃料都屬於有機燃料。燃料的化學成分主要有碳、氫、氧、氮、硫、灰分及水分。
1.碳
碳是燃料中主要素，一般占燃料成分的15 %～90 % ，煤中占50 %～90 % 。
埋藏年代越久的煤，其碳化程度越深，含碳量也越高，而氫、氧、氮等的含量則較低。例如，無煙煤的埋藏年代最久，含碳量可達90 % 以上；而褐煤埋藏年代最短，含碳量為30 % ～40 % 。
碳完全燃燒時生成二氧化碳（CO2 ），此時每千克純碳可放出32866kJ 熱量；碳不完全燃燒時生成一氧化碳（CO），此時每千克純碳放出的熱量僅為9270kJ 。
由於純碳的著火與燃燒都較困難，因此含碳量高的煤難以著火、燃盡。例如無煙煤，雖然其發熱量較高，但屬於難燃的煤種，需要特殊的燃燒設備，以利於其著火與燃盡。
2.氫
氫也是燃料中的可燃成分，其發熱量最高，每千克氫燃燒後的低位發熱量為120370kJ ，約為純碳發熱量的4 倍，但煤中氫的含量較少，為2 %～10 % 。隨著碳化程度的加深，煤素含量減少。液體燃料素含量稍多，一般可達15 % 左右。
氣體燃料中的含氫量較多，尤其是天然氣。因此，燃用含氫較多的燃料利於減少CO2排放。
燃料中的氫一般不含水中的氫。
3.硫第1 章燃料、燃燒產物及熱損失
1.1 燃料的化學成分和性質
工業和發電燃燒設備（鍋爐）上所用的燃料有固體燃料（以煤為主）、液體燃料（以重油為主）和氣體燃料（煤氣）三大類。在我國，煤是最主要的鍋爐用燃料，燃燒液體和氣體燃料的工業鍋爐和電站鍋爐隻占很小部分［1］。
1.1.1 燃料的成分及燃燒特性
各種固體、液體及氣體燃料都屬於有機燃料。燃料的化學成分主要有碳、氫、氧、氮、硫、灰分及水分。
1.碳
碳是燃料中主要素，一般占燃料成分的15 %～90 % ，煤中占50 %～90 % 。
埋藏年代越久的煤，其碳化程度越深，含碳量也越高，而氫、氧、氮等的含量則較低。例如，無煙煤的埋藏年代最久，含碳量可達90 % 以上；而褐煤埋藏年代最短，含碳量為30 % ～40 % 。
碳完全燃燒時生成二氧化碳（CO2 ），此時每千克純碳可放出32866kJ 熱量；碳不完全燃燒時生成一氧化碳（CO），此時每千克純碳放出的熱量僅為9270kJ 。
由於純碳的著火與燃燒都較困難，因此含碳量高的煤難以著火、燃盡。例如無煙煤，雖然其發熱量較高，但屬於難燃的煤種，需要特殊的燃燒設備，以利於其著火與燃盡。
2.氫
氫也是燃料中的可燃成分，其發熱量最高，每千克氫燃燒後的低位發熱量為120370kJ ，約為純碳發熱量的4 倍，但煤中氫的含量較少，為2 %～10 % 。隨著碳化程度的加深，煤素含量減少。液體燃料素含量稍多，一般可達15 % 左右。
氣體燃料中的含氫量較多，尤其是天然氣。因此，燃用含氫較多的燃料利於減少CO2排放。
燃料中的氫一般不含水中的氫。
3.硫
氣體燃料中的硫以氣體化合物的形式存在，如硫化氫。液體燃料中的硫大多是有機物大分子中的一個或多個原子，與其他碳、氫、氧原子結合。固體燃料中的硫分為兩部分，一部分含在硫酸鹽中，如硫酸鈣、硫酸鎂，稱為無機硫，它不能燃燒，是灰分的一部分；另一部分是有機硫和黃鐵礦硫，可燃燒放熱，稱為可燃硫，但其熱值不高，每千克可燃硫的發熱量僅為9100kJ 。
煤中的硫鐵礦硫和硫酸鹽硫，是成煤過程中隨地質結構的變化，從周圍環境混雜進來的，因此在煤炭中是相對獨立的，絕大部分可以通過煤炭洗選的物理方法分離出來。但是有機硫已經成為煤炭結構的有機組成部分，見圖1.1 ，硫原子與碳等原子形成了緊密結合的化學鍵，需要化學方法纔可能分離出來。
硫燃燒後在煙氣中以SO2 及少量SO3 存在，SO3 使煙氣中的水蒸氣露點大大升高。
煙氣中的SO2 及SO3 能溶解於水變成H2 SO3 （亞硫酸）及H2 SO4 （硫酸），它會導致鍋爐低溫受熱面如空氣預熱器的金屬腐蝕及堵灰。鍋爐排放的煙氣中，硫的化合物將會污染環境，對人類及動植物皆有害。
我國大部分煤中硫酸鹽硫含量很低，可忽略不計，而黃鐵礦硫在總硫分中占有較高的比例。我國大部分動力煤的含硫量為1 %～2 % ，南方有些地區的劣質煙煤的含硫量為3 %～5 % ，有的甚至高達10 % 。含硫量超過2 % 的燃料稱為高硫燃料。
燃用高硫燃料的鍋爐，設計時應該重視減少低溫腐蝕；為滿足排放要求，需要采取脫硫措施。
4.氧
氧是燃料中的不可燃成分，可與燃料中的部分氫、碳等結合，見圖1.2 。氧的存在，使燃料中的碳、氫可燃成分相對減少，素的存在會使燃料發熱量有所下降。一般氧含量的變化範圍較大，如液體燃料僅含1 % 左右，固體燃料煤中的含氧量則隨碳化程度的加深而減少，如無煙煤的含氧量為1 %～2 % ，而泥煤的含氧量可達40 % 。
燃料中的氧一般不含水中的氧。
5.氮
氮也是燃料中的不可燃成素的存在會使燃料發熱量有所下降。一般氮的含量隻占1 %～2 % 。氮和氧在高溫下形成氮氧化合物，包括NO 、NO2 及N2 O ，這對生態環境極為有害。目前，國內外都在研究能降低排煙中NOx 含量的燃燒設備，已取得了較大的進展。在設計燃燒設備時，應充分重視NOx 的原始排放問題。
6.灰分
灰分是燃料中不可燃的礦物雜質在燃燒時形成的產物。灰分來自於礦物，但不同於礦物。燃料燃燒後形成的灰分成分與原來燃料裡的礦物成分不完全相同，因為在燃燒過程中有分解、化合等反應。
各種燃料的灰分含量相差較大，如氣體燃料及液體燃料基本上不含灰分，固體燃料煤中灰含量為10 %～30 % ，有些劣質煤的灰含量可達50 % 以上，油頁岩的含灰量高達70 % 。灰分的來源有兩個，一是形成燃料的物質本身的礦物質和燃料形成過程中進入的外來礦物質，稱為內在灰分；二是開采運輸過程中摻雜進來的礦物質，如灰塵、沙土等，稱為外在灰分。
燃料中灰分含量高，不僅導致發熱量減小，而且影響燃料的著火與燃燒。由於燃燒的煙氣中灰分濃度大，使受熱面易受污染而影響傳熱、降低效率，使受熱面易磨損而減少壽命，因此對排煙中所含粉塵必須采用高效除塵措施，使含塵降低至合格的排放指標，以減少向大氣中的粉塵排放。對於灰分含量高於40 % 的劣質燃料，應該就地使用，不宜長途運輸，否則經濟上不合算。
灰分的熔點是非常重要的特性指標，簡稱灰熔點。該特性指標與灰中的成分及含量有關，大多數煤的灰分呈酸性，因其中含SiO2 很多。灰中各主要成分的熔化溫度各不相同，見表1.1 。
灰分的熔點與成分含量有關。例如，當SiO2 + Al2 O3 含量高，且SiO2/Al2 O3 比值低（約為1.18）時，灰熔點大多較高；SiO2/Al2 O3 比值升高，則灰熔點降低。
灰熔點常用三個特征溫度表示，即溫度DT 、ST 、FT 。溫度DT 為灰的開始變形溫度，ST 為灰的軟化溫度，FT 為灰的熔化溫度。其測定方法采用角錐法。將灰樣研碎並加黏結劑制成角錐體，將它放入可觀測的高溫電爐中加熱。試樣加熱到一定溫度時，角錐頂尖開始變形，該溫度即為DT 。再加熱使角錐軟化歪倒，此時的溫度為ST 。溫度繼續升高，當角錐開始熔化時，此溫度即FT 。DT 、ST 、FT 溫度對應的灰錐形狀示於圖1.3 。
灰熔點的測量結果與測量設備中的氣氛有關，還原性氣氛下測定的灰熔點比氧化性氣氛中低，因此通常規定測量在半還原性氣氛下進行。
一般煤的灰熔點（DT 、ST 、FT）在1273～1873K 。低灰熔點的煤在層燃爐排上燃燒時，會使爐排及爐拱上結渣，影響供給燃燒的空氣與焦炭顆粒的良好接觸，嚴重時甚至會導致層燃爐不能正常運行。流化床中，結渣將形成大粒度的團塊，使流化質量受到致命的影響，導致結焦進一步惡化，甚至整個床層結為一塊，因此流化床中要嚴格控制結渣問題。
在煤粉爐中，如果飛灰處於熔化狀態，就會黏在燃燒室受熱面及爐牆上，熔化的灰堆積冷卻成渣塊，常稱為結渣。結渣後的受熱面吸熱量減少，從而使爐溫升高；爐溫的升高又使結渣更為嚴重，這樣，造成惡性循環，使鍋爐不能正常運行。另外，DT 、ST 、FT 的間隔大小對結渣及渣的流動性也有影響，間隔較大（約200K）的稱為長渣，間隔較小的（約100K）稱為短渣。長渣凝固較慢，短渣凝固較快。為了燒低灰熔點的煤，采用所謂液態排渣爐，即灰渣在熔化流動狀態下排出爐外。為提高爐內溫度，常將一部分水冷壁塗敷耐火材料，以減少吸熱量。升高爐溫（燃燒溫度最高可達1973K）可使灰保持液態，順牆流出排渣口。
為了確保液態排渣爐能順利排出液態渣，除要求煤的灰熔點較低外，還需了解不同溫度下的灰黏度即黏溫特性，以估計能否在一定溫度範圍內排渣。燃用低灰熔點的長渣煤有利於液態渣的形成和排出。在液態排渣爐和氣化爐中，通常要控制反應溫度高於灰熔點，若灰熔點高於燃燒溫度，將不能有效形成液態渣層，同樣影響設備的正常運行。此時，通常在燃料中摻混部分石灰石等礦物質，可在一定程度上降低灰熔點。
7.水分
水分是燃料中的不可燃成分。其含量變化很大，如液體燃料含水分1 %～3 % ，固體燃料中埋藏年代短的年輕褐煤水分可達50 % ，如雲南昭通褐煤；老年褐煤的水分也超過30 % ，如內蒙古白音華褐煤。煤中水分有三種，即外部水分、內部水分和結晶水分，見圖1.4 。外部水分是附著在顆粒內外表面的水分，包括表面水和大孔水。將煤樣放在空氣中自然干燥，很快會失去一部分水分，並達到空氣平衡的狀態，失去的這部分水分稱外部水分（ Mwz ）。外部水分包括煤在礦層中吸收的地下水，還有存放和運輸時遇雨雪，以及人為噴灑的水分。吸附在煤顆粒內部毛細孔中的水分為內部水分包括微孔水和閉孔水。將空氣干燥下得到的煤樣放到烘箱內，在375～378K 下烘干，此過程失掉的水分稱內部水分（ Mnz ），內部水分也叫做固有水分。實際上在測量內在水分過程中，存在於閉孔中的水分可能會有部分無法釋放出來，因此內在水分的測量值小於實際值。煤中一部分水與煤中的一些化合物結合，稱化合水、結合水或結晶水（ MR ）。結晶水用加熱方法不能測出，通常和閉孔中的內在水一起計在揮發分中，認為是揮發分的一部分。
含水分大的燃料發熱量低，不易著火、燃燒，而且在燃燒過程中水分的汽化要吸收熱量，降低燃燒溫度，使燃燒效率下降；同時，排煙熱損失大，使鍋爐效率降低；還易在低溫處腐蝕設備；由於煤中水分含量大還易使制粉困難，需要用高溫空氣或煙氣進行干燥；水分大的燃料也不利於運輸［2］。
1.1.2 燃料的成分分析基礎和換算
1.燃料的成分分析基礎
氣體燃料的成分用體積分數表示；而固體和液體燃料的成分，通常用質量分數表示：
C + H + O + N + S + A + M ＝ 100 % （1.1）
式中：C 、H 、O 、N 和S 分別為所含碳、氫、氧、素所占燃料的質量分數，A 和M 為灰分和水分的質量分數。式（1.1）中的各成素分析和工業分析得到。下面以煤為例說明各成分分析基礎。
由於同種煤的水分和灰分含量常隨開采、運輸、儲存或氣候條件的變化而改變，因此，其他成分的含量也隨之發生變化。為了實際應用的需要和理論研究的方便，通常采用四種不同“基”作為燃料成分分析的基礎。例如，在表示煤的成分時，把水分、灰分含量除外，則以可燃質成分作為百分之百，稱為干燥無灰基成分；如果把水分變化的因素排除，除去水分之外的其他含量作為成分的百分之百，則稱為干燥基成分；如將水分計入後就可得到所應用的煤的成分，稱為收到基成分；當煤樣在試驗室的正常條件下（293K 、一個標準大氣壓、相對濕度60 % ）放置，煤樣會失去一些水分，留下的穩定的水分稱為實驗室正常條件下的空氣干燥水分，以該空氣干燥過的煤樣為基礎的成分稱為空氣干燥基成分。用收到基成分可以避免試驗中水分變化的影響。
根據不同的成分分析基礎，式（1.1）可分別寫成
（1）收到基Car + Har + Oar + Nar + Sar + Aar + Mar ＝ 100 % （1.2）
（2）空干基Cad + Had + Oad + Nad + Sad + Aad + Mad ＝ 100 % （1.3）
（3）干燥基Cd + Hd + Od + Nd + Sd + Ad ＝ 100 % （1.4）
（4）干燥無灰基Cdaf + Hdaf + Odaf + Ndaf + Sdaf ＝ 100 % （1.5）
測定煤中所含碳、氫、氧、氮素、水分和灰分的含量的方素分析法。
2.煤的工業分析
另一種工業上常用的分析煤的方法稱為工業分析。工業分析法素分析法簡單，它隻需測定煤中所含水分（ M）、灰分（ A）、揮發分（ V）和固定碳（ FC）。另外還需測定煤的發熱量Qnet 、灰熔點、剩餘焦炭特征及可磨繫數。這種分析煤成分的方法比較簡單，適用於發電廠等運行單位對煤質的日常分析。
將煤的試樣放在375～378K 的恆溫箱中干燥約1h ，所失去的質量分數為水分（ M）。
煤樣放於留有小通氣孔的帶蓋坩埚中，在1173K 恆溫的馬弗爐內隔絕空氣加熱約7min ，煤樣因受高溫而裂解，放出可燃氣體，餘下固定碳與灰分（統稱焦炭），此時煤樣所失去的質量減去水分後，稱為揮發分，以V 表示。煤樣放入開口坩埚內，置於馬弗爐內燃燒，燃燒後餘下的物質為不可燃的灰分，以A 表示。放出揮發分後，煤樣殘餘的份額減去灰分的份額，即為固定碳，以FC 表示。工業分析的四項成分，即水分（ M）、揮發分（ V）、固定碳（FC）與灰分（ A）之和為100 % ，即M + V + FC + A ＝ 100 % （1.6）同理，煤的工業分析也可有收到基、空干基、干燥基、干燥無灰基等：（1）收到基Mar + Var + FCar + Aar ＝ 100 % （1.7）（2）空干基Mad + Vad + FCad + Aad ＝ 100 % （1.8）（3）干燥基Vd + FCd + Ad ＝ 100 % （1.9）（4）干燥無灰基FCdaf + Vdaf ＝ 100 % （1.10）煤的干燥無灰基揮發分的含量Vdaf ，是衡量煤種是否易於燃燒的重要指標。Vdaf 含量高，表明煤容易著火，也容易燃燒穩定和燃盡。通常在煤的分類中把Vdaf 作為重要依據。
例如，Vdaf 小於9 % 的煤稱為無煙煤，這種煤極其難燃。Vdaf 為9 % 至19 % 的煤稱為貧煤，比無煙煤易於燃燒些。Vdaf 大於19 % 的煤稱為煙煤、褐煤，它們都比較容易著火和燃燒。
褐煤的水分高些，有的含灰量也比較高。
在工業分析中，還可對放出揮發分後所剩餘的焦炭（固定碳與灰分）鋻定其黏結的程度，稱焦結性。焦炭的焦結性強弱程度隨煤種的差異而不同，它對層燃爐的燃燒過程影響較大，而對流化床和煤粉爐的燃燒過程則無影響。焦結性很強的煤在爐排上使焦炭形成黏結性很強的焦塊，這樣會使煤層通風不均勻，焦塊的燃盡也較困難，造成底渣中含碳量增加、燃燒效率降低。另一些焦結性很弱的煤，在爐排上燃燒時形成松散粉狀的焦炭，容易在未燃盡前就被通過爐排的空氣吹走，或落到爐排下，造成燃料的損失。
焦炭結焦性特征從粉狀至強膨脹熔融黏結共分為八類［3］。設計層燃燃燒設備時，要考慮煤的焦結性特征［4］。
3.燃料成分基礎的換算
固體燃料各種基成分間的相互關繫見圖1.5 。

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