6-1燃料的概念

1、本本 章章 提提 纲纲燃料的概念燃料的概念 1燃烧计算燃烧计算 2燃料燃烧理论燃料燃烧理论 3洁净燃烧技术洁净燃烧技术 4掌握的内容：掌握的内容：燃料的种类，燃料的组成及表示方法，燃料的性质，燃料的种类，燃料的组成及表示方法，燃料的性质， 燃料燃烧过程，燃烧计算。燃料燃烧过程，燃烧计算。熟悉和了解知识：熟悉和了解知识：燃烧理论，污染物形成机理与控制，燃烧新技术。燃烧理论，污染物形成机理与控制，燃烧新技术。 6.1 6.1 燃料的概念燃料的概念第六章第六章 燃料及其燃烧燃料及其燃烧 教教 学学 目目 标标实现优化燃烧问题实现优化燃烧问题燃烧过程发生反应燃烧过程发生反应燃烧计算应用问题燃烧计算应用

2、问题如何评价燃料品质如何评价燃料品质什么是燃料什么是燃料解决的问题解决的问题6.1.1 6.1.1 燃料的种类燃料的种类矿物燃料矿物燃料生物燃料生物燃料燃料：是指在燃烧过程中能够发出燃料：是指在燃烧过程中能够发出热量并能利用的可燃物质。热量并能利用的可燃物质。按物态分：固体燃料按物态分：固体燃料、液体燃料和气体燃料 按获得的方法分：按获得的方法分：天然燃料和人工燃料 生物乙醇：以含糖量高的农作物生物乙醇：以含糖量高的农作物为生产原料，通过发酵和糖分转为生产原料，通过发酵和糖分转化等加工程序制成酒精。化等加工程序制成酒精。生物柴油：是用含油植物或动物生物柴油：是用含油植物或动物油脂作为原料的可再

3、生能源。是油脂作为原料的可再生能源。是优质的石油柴油代用品。优质的石油柴油代用品。 表表1 1 常用矿物燃料的分类常用矿物燃料的分类种类种类天然燃料天然燃料人工燃料人工燃料固体燃料固体燃料泥煤、褐煤、泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤、烟煤、无烟煤、油页岩、木柴油页岩、木柴焦炭、粉煤焦炭、粉煤液体燃料液体燃料石油石油（原油）（原油）石油加工产品石油加工产品如如汽油、煤油、汽油、煤油、柴油、重油、渣油等柴油、重油、渣油等气体燃料气体燃料天然气、石油拌气、天然气、石油拌气、矿井气矿井气高炉煤气、发生炉煤气、炼高炉煤气、发生炉煤气、炼焦炉煤气、焦炉煤气、地下气化煤气等地下气化煤气等常压下蒸馏常压下蒸馏 残渣：

4、直馏重油残渣：直馏重油减压蒸馏减压蒸馏 减压渣油减压渣油 裂化渣油裂化渣油 裂化煤气和裂化汽油裂化煤气和裂化汽油等动力燃料等动力燃料 裂化裂化高质量燃料：汽油，柴油，煤油高质量燃料：汽油，柴油，煤油三种渣油统称为重油三种渣油统称为重油又称燃料油又称燃料油(狭义狭义)石油（原油）石油（原油）石油加工产品石油加工产品 石油及石油加工产品6.1.2 6.1.2 燃料的组成及表示方法燃料的组成及表示方法固体燃料、液体燃料：固体燃料、液体燃料：元素分析组成元素分析组成 碳、氢、氧、氮、硫、灰分、水分等七种成分。碳、氢、氧、氮、硫、灰分、水分等七种成分。工业分析组成工业分析组成 水分（水分（M）、挥发分（

5、）、挥发分（V）、灰分（）、灰分（A）、固定碳（）、固定碳（FC）（Fixed Carbon）四种成分。）四种成分。各组成成分表示用质量百分数各组成成分表示用质量百分数,有四种有四种“基基”表示方法表示方法: 收到基（收到基（as received） ，空气干燥基（，空气干燥基（air dry） 干燥基（干燥基（dry），干燥无灰基（），干燥无灰基（dry ash free）。）。 （分别用上标（分别用上标ar、ad、d、daf表示）表示） 结论结论: 燃料的组成及表示方法，随燃料种类的不同而不同。燃料的组成及表示方法，随燃料种类的不同而不同。 各组成的数值随着各组成的数值随着”基基” 的不同

6、而不同的不同而不同.气体燃料：气体燃料：由可燃成分（由可燃成分（CO、H2、CH4与其他烃类）与不可与其他烃类）与不可燃成分（燃成分（CO2、H2O、N2、O2及及SO2）等组成）等组成各组成成分用体积百分含量表示。有各组成成分用体积百分含量表示。有“湿成分湿成分”和和“干成分干成分”两种两种“基基”表示方法。（用上标表示方法。（用上标、d表表示）示）气体燃料的组成，通常用比较稳定的干成分来表示。气体燃料的组成，通常用比较稳定的干成分来表示。实际使用的是湿煤气，在燃烧计算中，则需用湿成分实际使用的是湿煤气，在燃烧计算中，则需用湿成分作为计算依据。作为计算依据。不同不同“基基”表示方法之间的关表

7、示方法之间的关系系6.1.3 6.1.3 燃料的性质燃料的性质 、燃料的发热量燃料的发热量v单位质量或体积的燃料完全燃烧，当燃烧产物冷却到单位质量或体积的燃料完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量称为燃料的发热量或热燃烧前的温度时所放出的热量称为燃料的发热量或热值，单位为值，单位为kJkJkgkg（kJ/Nm3kJ/Nm3） 。v燃料的发热量是表征燃料质量的重要指标。它不仅取燃料的发热量是表征燃料质量的重要指标。它不仅取决于燃料中可燃物的化学组成而且还与燃料的燃烧条决于燃料中可燃物的化学组成而且还与燃料的燃烧条件有关。件有关。 v三种规定值三种规定值: :弹筒发热量弹筒发热量Qg

8、r,v ,Qgr,v ,高位发热量高位发热量Qgr,p ,Qgr,p ,低低位发热量位发热量Qnet,p Qnet,p 。（1 1）弹筒发热量）弹筒发热量Qgr,vQgr,v是实验室用氧弹式量热计（氧弹法）的实测值。是实验室用氧弹式量热计（氧弹法）的实测值。氧弹中，在有过剩氧的条件下燃烧，燃烧产物冷氧弹中，在有过剩氧的条件下燃烧，燃烧产物冷却到室温，测得的单位质量燃料所放出的热量。却到室温，测得的单位质量燃料所放出的热量。 ( (定容下定容下) ) 此条件下，燃料中的碳完全燃烧生成二氧化此条件下，燃料中的碳完全燃烧生成二氧化碳，氢燃烧并经冷却变成水，硫和氮燃烧温度下碳，氢燃烧并经冷却变成水，硫

9、和氮燃烧温度下转变成的二氧化硫、三氧化硫、氮氧化物等溶于转变成的二氧化硫、三氧化硫、氮氧化物等溶于水生成硫酸、硝酸。是燃料的最高发热量。水生成硫酸、硝酸。是燃料的最高发热量。6.1.3 6.1.3 燃料的性质燃料的性质控温装置控温装置测温装置测温装置加热器加热器搅拌器搅拌器搅拌器搅拌器感温元件感温元件感温元件感温元件+-样品样品氧气白金丝白金丝+-控温装置控温装置测温装置测温装置加热器加热器搅拌器搅拌器搅拌器搅拌器感温元件感温元件感温元件感温元件样品样品氧气白金丝白金丝 弹式热量计原理图弹式热量计原理图v高位发热量是评价燃料质量的标准。高位发热量是评价燃料质量的标准。vQgr,p =Qgr,v

10、 (硫酸、硝酸的形成热和溶硫酸、硝酸的形成热和溶解热解热)（2）高位发热量）高位发热量Qgr,p（gross constant pressure）（3）低位发热量）低位发热量Qnet,p（net constant pressure）v低位发热量是燃烧计算中使用的基准。低位发热量是燃烧计算中使用的基准。vQnet,p=高位发热量高位发热量Qgr,p水的汽化水的汽化潜热潜热 6.1.3 6.1.3 燃料的性质燃料的性质2 2 、各种燃料热工性质、各种燃料热工性质（一）固体燃料（一）固体燃料1)、挥发分：、挥发分：v 在在隔绝空气隔绝空气的条件下将一定量的煤样在温度的条件下将一定量的煤样在温度900

11、下下加热加热7分钟分钟，所得到的气态物质（不包括其中的水分），所得到的气态物质（不包括其中的水分）称为煤的挥发物。称为煤的挥发物。v 影响到燃烧时火焰的长度及着火温度。影响到燃烧时火焰的长度及着火温度。v 我国动力用煤的分类方法如下：我国动力用煤的分类方法如下： 煤种煤种 褐煤褐煤 烟煤烟煤 贫煤贫煤 无烟煤无烟煤Vdaf（%） 40 2040 1020 10 6.1.3 6.1.3 燃料的性质燃料的性质2)灰分灰分 v 灰分是指煤在灰分是指煤在815完全燃烧后的残留物。完全燃烧后的残留物。v 灰分含量高的煤不仅使发热量减少，而且影响煤的着火和燃烧。灰分灰分含量高的煤不仅使发热量减少，而且影响

12、煤的着火和燃烧。灰分每增加每增加l，燃料消耗即增加，燃料消耗即增加l 。表表2 煤中的灰分组成（煤中的灰分组成（%） 表表3 煤的灰分含量分级煤的灰分含量分级 2 2 、各种燃料热工性质、各种燃料热工性质6.1.3 6.1.3 燃料的性质燃料的性质3).水分水分:是指煤的内在水分或固有水分，不包括结晶水分。即指空气干是指煤的内在水分或固有水分，不包括结晶水分。即指空气干燥后煤样放在烘箱中在燥后煤样放在烘箱中在102105下加热至干燥状态，所失去的水分。下加热至干燥状态，所失去的水分。 4).固定碳固定碳FC 从测定煤样挥发分的焦渣中移去灰分后的物质称为固定碳。也就是从测定煤样挥发分的焦渣中移去

13、灰分后的物质称为固定碳。也就是从煤的测试试样质量中减去其中的灰分、水分及挥发分含量，剩下的质从煤的测试试样质量中减去其中的灰分、水分及挥发分含量，剩下的质量就是煤的固定碳含量。量就是煤的固定碳含量。 固定碳固定碳实际上是煤中的有机质在一定加热制度下产生的热解固体产实际上是煤中的有机质在一定加热制度下产生的热解固体产物，物，属于焦渣的一部分属于焦渣的一部分。固定碳。固定碳不仅含有碳元素，还有氢、氧、氮等元不仅含有碳元素，还有氢、氧、氮等元素素。因此，。因此，固定碳含量与元素成分中的碳元素含量是不相同的两个概念，固定碳含量与元素成分中的碳元素含量是不相同的两个概念，前者往往大于后者。前者往往大于后

14、者。2 2 、各种燃料热工性质、各种燃料热工性质6.1.3 6.1.3 燃料的性质燃料的性质5)结渣性结渣性 煤灰的熔融性与煤中灰分的组成有关。煤灰的熔融性与煤中灰分的组成有关。v 当灰分中当灰分中SiO2、Al2O3含量多时，灰分软化温度高；含量多时，灰分软化温度高； FeO、Na2O、K2O等含量多时，灰分软化温度降低。等含量多时，灰分软化温度降低。 灰熔点常采用三角锥法测定。灰熔点常采用三角锥法测定。v 变形温度变形温度（DT）Distortion Temperaturev 软化温度软化温度（ST）Soften Temperaturev 流动流动温度温度（FT） Fused Temper

15、ature 灰分软化温度还与燃烧时的气氛有关。灰分软化温度还与燃烧时的气氛有关。2 2 、各种燃料热工性质、各种燃料热工性质6.1.3 6.1.3 燃料的性质燃料的性质原样原样DTSTHTFTv 变形温度变形温度 （ DT ） 灰锥尖端或棱开始变圆或弯曲时的温度v 软化温度软化温度 （ ST ） 灰锥弯曲至锥尖触及托板或灰锥变成球形时的温度v 半球温度半球温度 （ HT ） 灰锥形变至近似半球形，即高约等于底长一半时的温度v 流动温度流动温度 （FT ） 灰锥熔化展开成高度在.5mm以下的薄层时的温度6.1.3 6.1.3 燃料的性质燃料的性质v 变形温度变形温度 （ DT ） 圆柱体试样边角

16、变圆时的温度v 软化温度软化温度 （ ST ） 试样收缩至其本身高度的1/2时的温度v 流动温度流动温度 （FT ） 试样收缩至其本身高度的1/3时的温度DTSTFT原样原样6.1.3 6.1.3 燃料的性质燃料的性质6).可燃硫含量可燃硫含量 焦炭中含硫量每增加焦炭中含硫量每增加1，使焦炭消耗量增加，使焦炭消耗量增加1824，降低高炉生产率，降低高炉生产率20。SO2 和和SO3排放到大气中，造成了大气环境的污染。排放到大气中，造成了大气环境的污染。一般要求含硫量小于一般要求含硫量小于1%。 煤中硫、氯的存在，对于带有旋风预热器的回转窑来煤中硫、氯的存在，对于带有旋风预热器的回转窑来说，极为

17、有害，易在预热器中形成结皮现象。说，极为有害，易在预热器中形成结皮现象。 7).7).煤的燃烧特性煤的燃烧特性热解特性，着火特性，燃烧特性热解特性，着火特性，燃烧特性 2 2 、各种燃料热工性质、各种燃料热工性质6.1.3 6.1.3 燃料的性质燃料的性质（二）液体燃料（二）液体燃料 -重油重油1 1、 粘度粘度 恩氏粘度（恩氏粘度（E）：即在测定温度下油从恩格勒粘度计中流出即在测定温度下油从恩格勒粘度计中流出2OOml所需的时间（秒）与所需的时间（秒）与20蒸馏水流出蒸馏水流出200ml所需的时所需的时间（约间（约52秒）之比值。秒）之比值。2 2、闪点、燃点、着火点、闪点、燃点、着火点 是

18、使用重油或其他液体燃料时必须掌握的性能指标，它们关系到是使用重油或其他液体燃料时必须掌握的性能指标，它们关系到用油的安全技术及燃烧条件。用油的安全技术及燃烧条件。3.3.凝固点凝固点 当油类完全失去流动性时的最高温度叫凝固点。当油类完全失去流动性时的最高温度叫凝固点。4.4.水分水分5.5.机械杂质机械杂质6.1.3 6.1.3 燃料的性质燃料的性质1.1.分子量和密度分子量和密度 2.2.平均比热平均比热 3.3.着火温度：着火温度：燃气开始燃烧时的温度称为着火温度。在纯氧中的着火温燃气开始燃烧时的温度称为着火温度。在纯氧中的着火温度比在空气中低度比在空气中低5050100100。4.爆炸浓度极限爆炸浓度极限:当可燃气体或油气与空气的浓度达到某个范围时，一当可燃气体或油气与空气的浓度达到某个范围时，一遇明火或温度升高到某一数值就会发生爆炸的浓度范围称为爆炸浓遇明火或温度升高到某一数值就会发生爆炸的浓度范围称为爆炸浓度极限。度极限。v 可燃气体浓度在爆炸浓度上限和爆炸浓度下限之间的任何值，都具可燃气体浓度在爆炸浓度上限和爆炸浓度下限之间的任何值，都具有爆炸的危险。有爆炸的危险。可燃物的爆炸浓度范围愈大，则引起火灾和爆炸的可燃物的爆炸浓度范围愈大，则引起火灾和爆