固液气燃料异同点

1、气固液燃料的异同点一、 燃料的成分异同燃料广泛应用于工农业生产和人民生活，能通过化学或物理反应释放出能量的物质。燃料有许多种，最常见的如煤炭、焦炭、天然气和沼气等等。随着科技的发展，人类正在更加合理地开发和利用燃料，并尽量追求环保理念。燃料也是物理学中需要学习的一部分内容，其吸放热的公式为q=Q/m。燃料是一种由有机可燃质、不可燃无机矿物质成分（灰分）和水分等物质组成的复杂混合物，其在燃烧过程中，能够产生大量的热能。按其物态，燃料可分为固体、液体和气体三大类；按其形成机理，燃料又可分为天然矿物质燃料和人造燃料。天然矿物质燃料的固体燃料主要是煤和油页岩，液体燃料主要是石油，气体燃料主要是天然气。

2、人造燃料是由天然燃料加工而成，主要有由木柴、煤制成的木炭、焦炭、石油焦、粉煤、型煤等固体人造燃料，由石油、煤、油页岩提炼制成的汽油、煤油、柴油、重油、渣油、煤焦油等液体人造燃料，以及由煤和石油制成的各种煤气、石油裂化气等气体人造燃料。根据我国现行燃料政策，锅炉所用的燃料主要是煤，为合理有效利用我国的煤炭资源，尽量使用当地煤、劣质煤。在一些地区锅炉也可燃用重油、渣油，以及天然气等。此外其它行业的副产品，如冶金业的焦炉煤气和高炉煤气、制糖业的甘蔗渣、造纸业的黑液以及生物质等，也可作为锅炉燃料。燃料的主要成分是碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S），以及灰分（A）和水分（M）。其中碳、氢、

3、可燃硫为可燃成分，水分和灰分为不可燃成分。物质是由分子构成的，但由于分子在构成物质时的状态不同，使得物质的存在状态也有所不同，这也会导致固液气燃料的特性产生不同。下表是固态、液态、气态分子结构的比较。 固态液态气态分子排列十分紧密没有固定位置极度散乱分子间距离很小较小很大分子间作用力强大较大极小分子的运动在平衡位置附近振动在一定范围内运动自由运动一定体积有有无一定形状有无无流动性无有有二、不同燃料的特性1固体燃料固体燃料：能产生热能或动力的固态可燃物质。大都含有碳或碳氢化合物。天然的有木材、泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤、油页岩等。经过加工而成的有木炭、焦炭、煤砖、煤球等。此外，还有一些特殊品种，如

4、固体酒精、固体火箭燃料。与液体燃料或气体燃料相比，一般固体燃料燃烧较难控制，效率较低，灰分较多。可直接用作燃料，也可用作制造液体燃料和气体燃料的原料或化工产品的原料。固体燃料是一种新型燃料，它用一根火柴便可点燃，能加热食品，引燃蜂窝煤，携带方便，很受人们欢迎。随着旅游业的日益发展，人们生活水平的不断提高，固体燃料无疑会有很大的市场。固体烯料，国内主要以煤为主。下面介绍-煤的特性采用煤的煤化程度参数来区分无烟煤、烟煤和褐煤，贫煤属于烟煤的一种。无烟煤煤化程度的参数采用干燥无灰基挥发份Vdaf和干燥无灰基氢Hdaf作为指标，以此来区分无烟煤的小类。烟煤采用两个参数来确定类别，一个是烟煤煤化程度的参

5、数，另一个是表征烟煤粘结性的参数。烟煤煤化程度的参数采用干燥无灰基挥发份Vdaf作为指标；烟煤粘结性的参数是根据粘结性的大小不同选用粘结指数、胶质层最大厚度作为指标，以此来区分烟煤中的类别。褐煤煤化程度的参数采用透光率作为指标，用以区分褐煤和烟煤，以及褐煤中划分小类，并采用恒湿无灰基高位发热量为辅来区分烟煤和褐煤。动力用煤主要考虑其燃烧性能，而不需考虑煤的气化、炼焦和煤化工等工艺性能。我国动力用煤的分类主要根据煤的干燥无灰基挥发份Vdaf多少来确定，并参考煤的水分和灰分的含量，主要有无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤等。由于它们的成分和特性不同，在燃烧中的反应也显著不同，只有清楚了解它们的特性，才能设计

6、出优质的锅炉产品，获得最佳的运行性能。（1） 无烟煤无烟煤是生成年龄最老、煤化程度最高的煤种。由于其挥发份低（Vdaf10），着火稳燃困难，不易燃尽。因其含碳量高，水分、灰份含量不多（Aar625，Mar19），故发热量一般较高，Qnet,v,ar约为2500032500kJ/Kg。在无烟煤燃烧方面难度最大的是Vdaf6.5的超低挥发份无烟煤；而灰份较大且灰熔融温度较低的无烟煤燃烧时则容易产生结渣。我国无烟煤储量较多，主要分布于华北、中南、西南及福建省。（2） 贫煤贫煤的煤化程度略低于无烟煤，干燥无灰基挥发份Vdaf含量约为1020。贫煤的发热量一般低于无烟煤，其着火稳燃、燃尽也比较困难。Vd

7、af低于15的贫煤通常和无烟煤一起被称为低挥发份煤。（3） 烟煤烟煤干燥无灰基挥发份Vdaf含量约为2045，一般含碳量也比较高，着火稳燃、燃尽比较容易。也有一些含灰量与含水量比较多的烟煤，Aar达40以上，低位发热量低于16700kJ/kg，其着火燃烧也比较困难，这部分煤被称为劣质烟煤。我国烟煤储量多，分布广，几乎各省区都有烟煤的储藏与开采。（4） 褐煤褐煤的煤龄最轻，煤化程度最浅， Vdaf含量约为4050，Mar约为2050，Aar高的可达4050%。因其水分、灰份含量比较高，所以发热量较低，Qnet,v,ar162007000kJ/kg。但因其挥发份含量高，很易着火燃烧。褐煤中水Mar

8、4060以上者可成为高水分褐煤；灰分Aar4050以上者可称为高灰分褐煤。褐煤的另一个特点是含氧量高，Oar810，因而容易自燃。按前苏联及国际分类法规定，褐煤与烟煤的分界线是： 23849kJ/kg的煤属于褐煤，23849kJ/kg的煤则属于烟煤。褐煤燃烧中最困难的问题是防止由于灰熔融温度低(一般ST小于1200)而造成的燃烧结渣问题。我国褐煤主要分布于内蒙、东北、云南、山东、广西等地。优缺点：固体燃料的优点是便于储存,便于运输。缺点是燃烧产生的污染性气体较多,因为固体中会含较多污染的元素,如S元素等。2.液体燃料液体燃料是用来产生热量或动力的液态可燃烧的物质。主要为碳氢化合物或其混合物，天

9、然的有石油及其某些加工产品如汽油、煤油、柴油、燃料油等；也有通过煤的液化或煤、油页岩经干馏以及一氧化碳和氢气用费一托合成法等制得的人造汽油。 液体燃料比固体燃料有下列优点：（1）比具有同量热能的煤约轻30%，所占空间约少50%；（2）可贮存在离炉子较远的地方，贮油柜可不拘形式，贮存便利还胜过气体燃料；（3）可用较细管道输送，所费人工也少；（4）燃烧容易控制；（5）基本上无灰分。液体燃料用于内燃机和喷气机等。可用作制造油气和增碳水煤气的原料，也可用作有机合成工业的原料。液体燃料主要为石油（或称原油）及其制品，锅炉燃用的主要是重油，轻柴油则作为锅炉点火时的用油，重柴油也只在个别电厂作为锅炉低负荷助

10、燃燃料。从原理上，石油的炼制方法主要分两类：一类是利用石油中各种成分的物理特性不同，主要是沸点不同，用蒸馏的方法加以分离；另一类是用各种方法将烃的分子进行改造。蒸馏的方法又有两种，一种是常压蒸馏，另一种是减压蒸馏。而分子改造的方法又包括裂化、重整等。重油所含成分的分析较复杂，但其元素组成也是碳、氢、氧、氮、硫及少量的水分和灰分，我国部分重质燃料油油质资料见表1.2-11。质量好的重油几乎不含水分、灰分，其碳氢含量比较高，因此发热量较高（Qnet,ar=37.642MJ/Kg）。由于各种牌号重油的粘度存在差异，使用时应适用于不同的喷嘴，以保证良好的雾化燃烧。20号重油适用于较小喷嘴（30kg/h

11、以下）的燃油锅炉；60号重油适用于中等喷嘴的工业炉或船用锅炉；100号重油适用于大型喷嘴的各种锅炉；200号重油适用于与炼油厂有直接输送管道的具有大型喷嘴的锅炉。60，100，200等3个牌号重油在使用时应先进行预热，牌号越大的重油预热温度要求越高。石油炼制过程中排出的残余物，不经处理直接作为燃料，习惯上称之为渣油。渣油没有统一的质量指标。燃用渣油时一般均需预热，以利输送和雾化。重油的主要性质有粘性、密度、闪点、燃点、凝固点、硫分、灰分、机械杂质、发热量和残碳等。油的运输、储存、雾化和燃烧都受这些特性的影响。固体煤变成液体燃料的方法：煤变成油通常有直接液化和间接液化两种方法。直接液化又称加氢液

12、化，主要是指在高温高压和催化剂作用下，对煤直接催化加氢裂化，使其降解和加氢转化为液体油品的工艺过程；煤的间接液化是先将煤气化，生产出原料气，经净化后再进行合成反应，生成油的过程。煤直接液化就是用化学方法，把氢加到煤分子中，提高它的氢碳原子比。在煤直接液化过程中，催化剂是降低生产成本和降低反应条件苛刻度的关键。优缺点：液体燃料主要优点是发热量高、废物含量少、灰分低、便于运输和燃烧热效应高，可获得近似于气体燃料的燃烧火焰。一般属于清洁燃料。缺点是运输不方便。3 气体燃料气体燃料，意思是能产生热能或动力的气态可燃物质。一般含有低分子量的碳氢化合物、氢和一氧化碳等可燃气体，并常含有氮和二氧化碳等不可燃

13、气体。 天然的有沼气、天然气、液化气等。经过加工而成的有由固体燃料经干馏或气化而成的焦炉气、水煤气、发生炉煤气等；石油加工而得的石油气，以及由炼铁过程中所产生的高炉气等。（1）气体燃料的分类气体燃料是多种可燃与不可燃单一气体成分组成的混合气体，可燃成分包括碳氢化合物、氢气、一氧化碳等，不可燃气体成分包括氧气、氮气、二氧化碳等。通常气体燃料按来源可分为天然气和人工气两类。气体燃料按发热量可分为低热值煤气（Qnet,ar628010450kJ/m3），如高炉煤气、发生炉煤气等；高热值煤气（Qnet,ar16720kJ/m3）,如天然气等；介于高热值和低热值煤气之间的煤气称为中热值煤气。各种煤气的主

14、要成分为氢（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）以及其它碳氢化合物（CmHn）等。（2） 气体燃料的特点1具有基本无公害燃烧的综合特性 气体燃料是一种比较清洁的燃料。它的灰分、含硫量和含氮量较煤和油燃料要低得多。燃气中粉尘含量极少。近年来。由于气体燃料脱硫技术的进步，在燃烧时几乎可以忽略SOx的发生。气体燃料中所含的氮，与其他燃料相比，燃烧时转化成NOx少，并且对于高温生成的NOx量的抑制，也比其他燃料容易实现。因此，对于保护环境提供了有利条件。同时，气体燃料由于采用管道输送，没有灰渣，基本消除了在运输、贮存过程中发生的有害气体、粉尘和噪声干扰。燃烧烟气还可以直接加热热水或对物料进行干燥。

15、在有些情况下，利用降低烟气温度，使烟气中大量蒸汽析出，回收凝结水，甚至比其他方法制取软水更为合算。2. 容易进行燃烧调节 燃烧气体燃料时，只要喷嘴选择合适，便可以在较宽范围内进行燃烧调节，而且还可以实现燃烧的微调，使其处于最佳状态。燃料气体燃料不仅可以适应低过氧燃烧，而且具有能够迅速适应负荷变动的特性，从而为降低燃料消耗、增大燃烧效率提供了有利条件。3. 作业性好 与油燃料相比，气体燃料输送免去了一系列的降粘、保温、加热预处理等装置，在用户处也不需要贮存措施。因此，燃气系统简单，操作管理方便，容易实现自动化。另外，燃气几乎没有灰分，允许大幅度提高烟气流速，受热面的积灰和污染远比燃煤、燃油时轻微

16、，不需要吹灰设备。在其他条件相似的情况下，燃气锅炉的炉膛热强度高于燃煤、燃油锅炉。因此，燃气锅炉的体积小，金属、耐火、保温等材料以及建设投资大大降低。4容易调整发热量 特别是在燃烧液化石油气燃料时，在避开爆炸范围的部分加入空气，可以按需要任意调整发热量。因此，在液化石油气贮配站中常设有鼓风机或用压缩空气来稀释燃气。气体燃料的主要缺点是它与空气在一定比例下混合形成爆炸性气体，而且气体燃料大多数成分对人和动物是窒息性的或有毒的，对使用安全技术提出了较高的要求。（3） 气体燃料的燃烧特性着火温度使可燃气体与空气或氧气的混合物着火并能继续维持燃烧的最低温度称为着火温度。着火温度并不是一个化学或物理常数

17、，与可燃气体的浓度、压力等有关。在氧气与空气中燃气的着火温度差别并不很大，一般在氧气中的着火温度比在空气中的着火温度低50100。在可燃气体中掺入氮气或二氧化碳等惰性气体，着火温度将提高；反之，入掺入着火温度低的可燃气体，则混合可燃气体的着火温度将降低。部分可燃气体在空气中的着火温度见表。大气压力下部分可燃气体在空气中的着火温度可燃气分子式着火温度/可燃气分子式着火温度/可燃气分子式着火温度/氢H2530590丁 烷C4H10490569高炉煤气530一氧化碳CO610658己 烷C6H14300630焦炉煤气300500甲烷CH4645850辛 烷C8H18275发生炉煤气530乙烷C2H6

18、530594乙 炔C2H2335500天然气530丙烷C3H8530558硫化氢H2S290487着火浓度极限使火焰能够传播，维持继续燃烧的可燃气体浓度称为着火浓度，有时也称爆炸浓度。它又分为着火浓度上限和下限，可燃气体浓度无论是高于上限，还是低于下限，火焰均不能传播。着火浓度极限除与燃料种类有关外，还与温度和压力等因素有关。当温度升高时，着火浓度范围扩大，特别是着火浓度上限变化较大；当压力降低时，着火浓度范围会缩小。部分可燃气体的着火浓度极限见表。在可燃气体混合物中增加惰性气体可以缩小其着火浓度范围，特别对着火浓度的上限影响较大，因为上限是处于空气不足的状态，在可燃气体体积分数不变的情况下，

19、增加惰性气体量，会使空气更加不足，着火发热量减少，影响火焰传播，所以着火范围缩小。在室温和大气压力下可燃气体的着火浓度极限（在空气中的容积比）燃 料着火范围燃 料着火范围燃 料着火范围下限%上限%下限%上限%下限%上限%甲 烷5.015.0己 烷1.256.9汽油气1.06.0乙 烷3.2212.45庚 烷1.06.0煤油气1.47.5丙 烷2.379.5乙 烷3.034.0天然气5.016.0丁 烷1.868.41丙 烯2.011.1一氧化碳12.574.2戊 烷1.48.0丁 烯1.79.0氢4.074.2混合可燃气体的着火浓度上、下限可按下式计算：L(a+b+c+.)/(a/A+b/B+

20、c/C+.)式中 L -混合可燃气体的着火浓度上限或下限；a、b、c、.-混合可燃气体中各可燃气体的体积分数（）；A、B、C、.-混合可燃气体中各可燃气体的着火浓度上限或下限；优缺点：气体燃料具有下列优点：（1）可用管道进行远距离输送，如天然气等等；（2）不含灰分；（3）着火温度较低，燃烧容易控制；（4）燃烧炉内气体可根据需要进行调节为氧化气氛或还原气氛等；（5）可经过预热以提高燃烧温度；（6）可利用低级固体燃料制得。不污染环境是它的最大亮点。（7）燃烧充分,污染少,也属于清洁燃料。缺点是（1）一般天然的较少,要来自化工生产,即煤的气化等工业；（2）是所用的贮气柜和管道，要比相等热量的液体燃料

21、所用的大得多。三、应用异同点固体燃料今天在发达国家主要用来生产蒸汽发电。此外在机械工艺和金属冶炼生产铁和钢的过程中也需要固体燃料。在发达国家固体燃料很少用来加热。但是在发展中国家中固体燃料依然是加热取暖和煮食的重要原料。液体燃料是交通和取暖所使用的燃料的重要组成部分，此外液体燃料还是化学工业的重要原材料。气体燃料主要用在日常生活中、取暖和发电。此外在化学工业中气体燃料也是重要的燃料和原材料。四、气体、固体、液体燃烧的区别气体燃料燃烧较为充分,固体燃料杂质多且很难燃烧充分,必须粉碎,液体燃料介于两者之间,燃料通过雾化可以成倍的扩大其蒸发表面积，其不仅可以加速燃料的蒸发过程，而且还有利于燃料与空气

22、混合，保证燃烧的迅速与完全，故应该雾化喷出。从燃烧过程看三者的差异如下图所示：4.1液体燃料燃烧：液体燃料的燃烧方式分为两类，一类为预蒸发型，一类为喷雾型。其燃烧实质是燃油蒸汽和空气的燃烧，是一种气态物质的均相燃烧过程，燃烧速度完全取决于液体表面蒸发的速度。雾化效果影响了油燃烧的快慢及燃烧质量，因此油的雾化是其燃烧过程中一个重要因素。所谓油的雾化，就是把燃料油分散成细小烟雾粒子的过程。雾化原理包括液膜雾化，射流雾化。评价雾化的指标有：雾化粒度，雾化油滴均匀性，雾化角以及流量密度。在工业上，这个过程是通过燃油烧嘴（油雾化喷嘴）来实现的。 常用的油雾化喷嘴可以简单分为两类：机械式雾化器（离心式，旋

23、杯式等）。介质式雾化器（以蒸汽或空气作介质）。喷雾型燃烧的特点：1.液体燃料的沸点低于着火点，先蒸发后燃烧，总是燃烧其蒸气；2.燃烧过程分为三步：a、蒸发b、混合c、燃烧3.液体燃烧不同于固体燃烧的异相化学反应，只能在表面蒸发，并在离液滴表面一定距离的火焰面上燃烧，液滴表面无火焰，内部无火焰4.液体燃料燃烧时，如果缺氧，会产生热分解喷雾型燃烧的要点：1、蒸发良好；2、供氧充分。以油为例，油滴燃烧与油雾燃烧的区别：在研究油滴燃烧过程时，我们考虑油雾炬燃烧，常用的燃烧模型有：一维滴群扩散，一维滴间燃烧模型，以及考虑了雾炬混合、输运、燃烧的综合数学模型。油雾炬的燃烧过程中，燃料与空气的分布及混合，油

24、滴的气化、燃烧以及油滴的颗粒特性都是应考虑的影响因素。油滴的燃烧包括：蒸发扩散和燃烧三个过程而油雾燃烧实现将油雾化后再进行燃烧；油雾的燃烧是一个复杂的过程，其中存在着油滴燃烧的特殊性，同时与油滴燃烧也存在着区别，因为油雾中各个油滴间相互间要发生干扰：1）相邻油滴间的同时燃烧使他们之间有着热量交换，以致减少了每个烧着油滴的热量散失；2）相邻油滴间的同时燃烧起到了竞争氧气的作用，妨碍了氧气扩散到他们的火焰焰锋面去。此外，燃烧过程中，会伴随有碳黑的形成，油雾燃烧基本上属于扩散火焰，不会回火，也不易脱火。限制油滴燃烧的主要因素是与空气的混合速度，即取决于空气向油滴表面扩散所需的时间，属扩散燃烧。燃油蒸

25、汽锅炉燃用重质油时，需要预先加热以降低其强度，再由油泵加压送至燃油蒸汽锅炉前，然后通过油喷嘴喷入炉内，此时油被散开井形成极细的雾状油滴，这个过程称为雾化。雾化后的油滴置于高温、含氧的介质中，吸热并蒸发为蒸气，再和喷引入炉中的空气混合，进而继续吸热而升温，当达到着火条件(一定的温度和浓度)时即着火、燃烧。油及其蒸气都是出碳氢化合物组成的，其巾高分子碳氢化合物所占的比例较大，它们如若在与氧接触前已达到高温(700)，则会因缺氧、受热而发生分解-热解产生固体的碳和氢，这种固体碳即为碳黑微粒。另外，如有尚未蒸发的油滴会因急剧受热发生裂化，一部分较轻的分子从油滴中飞溅而出，较重的部分可能变成固态物质-焦

26、粒或沥青。碳黑微粒和焦粒不仅造成固体本完全燃烧热损失，而且还将污染环境。因此，必须重视油喷嘴的设计、制造，以保证油的雾化质量。强化重油燃烧的途径。1、 提高雾化质量，减小油粒粒径 2、足够的氧气，改善油雾和空气的混合3、增大空气和油粒的相对速度 4、合理配风良好的液体燃料燃烧要求：雾化良好，合理配风，充分的混合。因此需要配置调风器，使空气均匀分配，使油雾空气混合良好，稳定火焰。油燃烧器有旋流，平流两种4.2固体燃料燃烧：固体燃料的多相扩散燃烧过程相当复杂：首先要使氧气到达固体表面，在固体表面和氧气之间界面上发生多相化学反应；其后，化学反应所需要的雾质量则靠自然扩散或强制扩散所形成的物质转移来提

27、高。煤在加热、燃烧和气化过程中要经历一系列不同的阶段，首先是煤中水分的蒸发使其变成干燥的煤，接着其中的碳氢化合物以挥发分的形式逐渐析出并着火，然后就是焦炭的着火和燃烧。煤热解是包括煤气化、液化、燃烧和干馏在内的煤热化学加工的基础。热解条件如煤种、压力、温度、升温速率和气氛不仅影响着热解产物的分布,而且决定着固体产物的物理结构和化学结构,从而影响着煤转化的反应性能。此处，研究固体燃料的燃烧过程时，我们主要研究焦炭的燃烧。4.21对固体燃烧，以煤为例：分为三个阶段；准备阶段-煤的干燥、预热和干馏固体燃料受热，温度上升，水分蒸发，在110左右物理水全部逸出，干燥终结。水分，耗热，时间。固体燃料干燥后

28、，温度继续上升，到一定程度，便开始分解，放出挥发物，最后剩下固定碳，这一过程称为干馏。特点：吸热过程，基本不需要空气。热量来源：灼热火焰、烟气、炉墙及邻近已经燃着的燃料。影响因素：煤的性质、水分、燃烧室内温度，燃烧室结构。燃烧阶段-煤的挥发分和焦炭燃烧挥发物主要是碳氢化合物，比焦炭容易着火，因此，当逸出的挥发物达到一定的温度和浓度时，就先于焦炭着火燃烧。通常把挥发物着火燃烧的温度粗略看作固体燃料的着火温度。挥发物，着火温度，挥发物，着火温度。焦炭是固体的主要燃质，其发热量约占燃料总发热量的一半以上，是燃料燃烧过程中主要的放热来源。焦炭燃烧所需时间比挥发物长得多，由于焦炭燃烧过程是多相反应，完全

29、燃烧比挥发物困难。保证焦炭迅速燃烧的条件：保证较高的温度条件，供给充足的空气，并且使空气和燃料很能好地混合。燃烬阶段-灰渣形成阶段焦炭块将烧完，焦炭外壳上面包了一层灰渣，使空气很难掺入里面参加燃烧，从而使燃烧缓慢。高灰分燃料就更难燃烬。燃烬是固体燃料所特有的，气体和液体燃料没有燃烬阶段。4.2.2固体层燃燃烧层燃：把煤块放在炉篦上堆成一定厚度的煤层进行燃烧。层燃的燃烧过程：大部分燃料在炉栅上燃烧，可燃气体及一小部分细屑燃料则在燃烧室空间内呈悬浮燃烧。燃烧过程：冷空气进入，炉栅和灰渣被冷却，而空气则被预热；氧化层：主要进行氧化反应，末端气体的温度也达到最高；还原层：气流中CO2与碳起还原反应，即

30、CO2+C2CO，温度越高，速度越快；新燃料层：煤干燥、干馏，将水汽、挥发物等带离煤层进入炉膛空间，挥发分及CO与煤层着火燃烧。氧化层和还原层的厚度，主要与燃料粒度大小、挥发分和灰分多少及燃烧层温度高低等因素有关。如果燃烧层稳定，氧化层的厚度几乎不随鼓风量变化。改变煤层的厚度还可以改变烟气的成分。一次空气主要是供给焦炭燃烧的需要，二次空气则是供给挥发物、CO以及部分被气流扬起的细小煤粒等燃烧的需要；层燃的方式1、直火式（或称完全燃烧式）燃料层的氧化放热反应：C + O2 CO2 + 热量2C + O2 2CO +热量2CO + O2 2CO2 + 热量特点：（1）燃料层薄，烟煤-100200m

31、m，无烟煤-60150mm，燃料在炉栅上和燃烧室内完全燃烧。（2）所需的二次空气量少，一般二次空气量约占全部空气量的10%15%左右。（3）由于挥发分与二次空气需在燃烧室内混合并燃烧，所以要求有较大的燃烧室空间。2、半煤气式特点：（1）燃料层较厚（为直火式的23倍），一次空气量不足，二次空气量较直火式多，约占空气总量的30%60%。燃烧产物中含有较多的可燃气体CO、H2、CH4等。（2）燃料层内的温度比直火式低，氧化层内的温度约为1200左右。（3）大多数半煤气燃烧室所产生的半煤气并不在燃烧室内燃烧而是在窑炉内与二次空气混合后燃烧。因此半煤气燃烧室空间较直火式小，室内的温度也低，产物的平均温度

32、约10001100。3、全煤气式（固体燃料的气化）特点：（1）燃料层厚度为直火式三倍以上，一次空气不足，二次空气为零，燃烧产物中可燃气体占35%48%，煤气中含有CO、H2、CH4、CO2、N2、H2O（g）等气体。（2）将煤制成煤气，易满足窑炉内火焰的气氛和温度要求，燃烧温度较直火式、半煤气式温度高。（3）劳动条件好，环境污染少。（4）可使用劣质煤，燃料费用低。此外还有一种更为复杂，但各方面反应参数均具有优势的固体燃料的燃烧：煤粉的燃烧。粉煤的燃烧是将磨成一定细度的煤粉与空气一同喷入炉内后进行燃烧。在燃烧过程中，不仅发生气体与气体之间的同相燃烧，而且还发生气体与固体之间的异相燃烧。在实际燃烧

33、过程中，通常是将燃烧所需要的空气分两次或三次加入。一次空气与煤粉混合喷入炉内，主要用于挥发分的燃烧，以后加入的空气主要用于强化燃烧过程、使焦炭得到充分燃烧。4.3气体燃料燃烧：气体燃料燃烧过程分哪三个阶段，以天然气为例：天然气燃烧过程，可以看作三个阶段，即天然气和空气的混合，混合后的可燃气体的加热和着火、完成燃烧化学反应而进行正常燃烧等三个阶段。 第一阶段：天然气和空气的混合 使用的燃烧方式之混合过程属于紊流扩散和机械掺混过程。其影响因素有：（1）天然气和空气的流动方式。当天然气和空气平行流动时，混合速度最慢，或叫混合不良，形成的火焰最长；当天然气和空气的流动方向之间有一定夹角，特别是呈旋转运

34、动时，能够加快混合速度，燃烧较好，火焰较短。 （2）气流速度。在紊流情况下，气流速度越大，紊流作用就越强，混合也就越快，越有利用燃烧作用。并且，天然气和空气之气流速度差越大，混合就越快，越有利于燃烧。 （3）气流直径越大，完成混合所需的时间越长。采用多喷口、细流股的喷咀，将气流分成许多细小流股，可以增加天然气和空气之接触面，从而加速其混合，提高燃烧强度。 （4）适当增大空气消耗系数，可以使混合加快，火焰缩短，反之，则混合变慢、火焰拉长。 第二阶段：天然气和空气混合物的加热和着火 要了解天然气和空气混合物的加热和着火，必先了解天然气的着火温度和着火浓度极限。前面已经提到着火温度是指天然气和空气的

35、混合物能开始燃烧的最低温度。我们使用的工业炉，一般都是先用一小的热源（电火花灼热的小物体、小火焰）将可燃混合物某一局部先加热到着火温度，然后引起其它部分着火，这样的着火过程称为强迫着火或点火。天然气的最低着火温度为750。对于火浓度极限，为了使点火以后的燃烧反应连续稳定地进行下去，必须要求燃气点火燃烧之后所放出的热量足以能够使邻近的未燃气体加热到着火温度。而燃烧过程稳定与否和天然气与空气的混合比例有直接关系。也就是说：只有当天然气和空气的比例处于一定范围之内时，才能使燃气保持连续稳定的燃烧，这一浓度范围叫作着火浓度极限。天然气的着火浓度极限为5.1%13.9%。浓度低于5.1%，高于13.9%

36、，就不能着火连续燃烧。综上所述，给燃气加热使之达到着火温度，要连续燃烧就必须使燃气浓度保持在着火浓度极限范围之内。 第三个阶段：完成燃烧化学反应 当天然气和空气混合物加热到着火温度后，就立即开始剧烈地氧化燃烧反应，并放出大量光和热，进入燃气的燃烧反应阶段。天然气燃烧化学反应式如下： CH42O2CO22H2OQ 要研究和认识燃气燃烧过程时，可将其分解为混合、着火和燃烧三个阶段。在实际的冶金炉内，三个阶段几乎是同时存在，相互制约，连续进行的。在高温的冶金炉内，天然气和空气的比例以及混合的好坏，是影响燃烧质量和炉温的关键。4.3.1空气消耗系数n值的大小对燃烧过程有以下影响： （1）当空气消耗系数

37、n值增大时，实际空气消耗量随之成比例的增加。一是从设计的角度说，需要增加供风和排烟系统的能力，从而增加投资费用和动力消耗；二是在现实生产中，往往由于n值的增大，使整个系统阻力增加，而引起烟囱抽力不足，影响环境且造成浪费。（2）当n值增大，炉内过剩气体体积增大，同时循环气体量增大，导致单位体积燃烧产物热含量降低（即燃烧热没变，气体体积增大了，气体含的热量平均值就降低了，从而使炉温降低了）。在燃烧产物离开炉膛时，带走的热损失总量也增大了，总结果使炉温降低。 （3）当n值增大时，虽可保证最大程度的完全燃烧，但此时燃烧产物中N2、O2绝对数量增加，而使燃烧产物中CO2、H2O（汽）的含量相对减少，削弱

38、了烟气在高温炉膛中的辐射能力。 以上说明，当n1时，随着n值的增加，不仅燃烧温度降低和燃烧产物的辐射能力减弱，而且随产物带走的热损失也增加。 （4）当n1时，n值越小，不完全燃烧热损失越大。显然，n值过大或过小，都会使燃料利用程度降低。 总之，一般原理是：在保证最大程度完全燃烧的前提下，n值越小越好。 4.3.2气体燃料的燃烧方法 根据天然气与空气在燃烧前的混合方式不同，将气体燃料的燃烧方法分为三类：即有焰燃烧、无焰燃烧和半无焰燃烧。 （1）有焰燃烧 所谓有焰燃烧是指天然气与空气在烧咀中不予混合，而是在离开烧咀进入炉内（或燃烧室内）边混合边燃烧，形成一个火焰。这时，燃烧速度受到混合速度的限制，

39、火焰较长，并有明显的轮廓，所以，称这种燃烧为有焰燃烧。 有焰燃烧，因为天然气与空气不在喷咀中混合，所以一般不会发生回火现象。同时，气体预热温度不受着火温度的限制，比较安全。 （2）无焰燃烧 所谓无焰燃烧是指天然气和空气进入炉膛（或燃烧室）前预先进行了充分混合，燃烧时速度很快，整个燃烧过程在烧咀砖（或叫烧咀坑道）内就可以结束。火焰很短或看不到火焰，故此称为无焰燃烧。 （3）半无焰燃烧这种燃烧方式是将燃烧所需的空气分两部分与气体燃料相互混合，一次空气在烧嘴的混合室与气体燃料相混合。二次空气借助于混合后可燃气体的喷射作用，一边混合一边燃烧。其产生的游离碳黑量远比有焰燃烧少。 对于气体燃料的燃烧，还有

40、一个需要注意的点，那就是脱火与回火问题。这个问题本质上是气流速度w与火焰传播速度uce的大小关系问题。而火焰长度问题可以转变为火焰锋面在湍流气流中的传播速度问题。4.3.3燃气燃烧的火焰传播 燃气在点火后，通过燃烧反应所放出的热量把邻近的未燃气体加热，使其达到着火温度，而燃烧起来。这种通过热能的传递，而使燃烧反应区逐渐向前推移的现象叫做火焰的传播。 图1为燃气燃烧的火焰传播实验示意图，通过实验建立火焰传播的基本概念。在一个水平放置的玻璃管中通入混合均匀的可燃气体，管子A端装有点火器，并与大气相通，使管内保持恒压。点火后，在点火源附近的一层气体达到着火温度时，便开始激烈地燃烧化学反应。 点火源附

41、近着火后，形成一层平面火焰，称为火焰前沿（或燃烧前沿）。火焰前沿的温度很高，它将热量传给相邻的一层可燃混合物，使其温度达到着火温度，并着火燃烧。原来的火焰前沿的位置上已是燃烧完了的燃烧产物，新着火的一层可燃混合物又变成了新的火焰前沿，它又将热量向前传递。这样，一层一层地被加热，着火燃烧。可以看到火焰前沿连续地向前（向B端）移动。这种由于热量传递而使火焰前沿持续移动的燃烧过程叫做火焰正常传播或正常燃烧。 火焰前沿向前移动的速度，称为火焰传播速度（V火）。火焰传播速度大，可燃混合物燃烧较快；火焰传播速度小，可燃混合物燃烧较慢。氢气H2燃烧时，火焰传播速度最快，一氧化碳CO次之。烷烃CmHn最慢（天

42、然气主要成分是甲烷CH4，属于烷烃）。 假若上述实验管内的可燃混合物不是静止的，是连续供气、是流动的，流动速度为V燃，其流动方向与火焰传播速度V火的方向相反，这时，则可能有三种情况： （1）当V燃V火时，即两者速度相等，这时火焰前沿的位置将是稳定不动的，也就是燃烧稳定。 （2）当V燃V火时，火焰前沿就会向管内移动，在烧咀中发生这种现象便称为回火。无焰燃烧发生回火是很危险的。有焰燃烧一般不会发生回火，但可能出现熄火，燃烧不正常。 （3）当V燃V火时，火焰前沿就会向管口移动，而最终脱离管口，这种现象便称为脱火现象。在熔炼炉里可能造成燃气过多，形成烟道着火，炉温不均匀，造成浪费。 在实际生产中，应避免回火、脱火现象的发生。也就是说，供气速度不