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1、第四章 燃料燃烧和燃烧设备,材料高温设备,燃料：凡是在燃烧时能放出大量的热量，而且此热量能有效利用的物质。据此，对燃料的要求有：蕴藏量大，便于开采；可燃物含量大，发热多；燃烧产物为气态物质，便于在窑炉空间运动；燃烧产物对产品、设备和周围环境无害。,材料高温设备,在硅酸盐工业中，燃料费用在生产成本中占有较大的比例；同时，燃烧过程对产品的产量、质量以及周围环境和窑炉寿命等都有较大的影响。因此，工业生产中应合理地选择燃料和组织好燃烧过程。燃料分类:按形态，分为固体燃料、液体燃料和气体燃料；按来源，可分为天然燃料和人造燃料。见.表4-1.jpg。,第一节 燃料的特性及各类燃料一、燃料的组成1.气体燃料
2、的组成气体燃料由可燃气体和不可燃气体组成，其中可燃气体有CO、H2、CH4及其它碳氢化合物(CnHm)；不可燃气体有CO2、N2和H2O等。以气体燃料各组份的体积百分含量表示其组成。由于气体燃料中常含有呈蒸汽状态存在的水分，故其组成又分干基组成和湿基组成。,材料高温设备,干基组成不包含水分，即：COd% + H2d% + CH4d% + CnHmd%+ CO2d% + N2d% + = 100%湿基组成包含水分，故： COw% + H2w% + CH4w% + CnHmw%+ CO2w% + N2w% + + H2Ow% = 100% 湿基中的水分通常即该温度下的饱和水蒸汽量,故与气体燃料所处
3、温度有关，当温度变化时，其含量也将发生变化，从而引起湿组成的变化。,材料高温设备,气体燃料的干基组成基本稳定，但湿基组成是实际组成，燃烧计算以湿基组成为依据。气体燃料(如煤气)干、湿基组成间的换算。已知煤气的湿基组成，求干基组成。设有100m3的湿煤气，该煤气的湿基组成中水分含量为H2Ow%，则其中某一组份(如CO)为：COd% = 100 / (100 - H2Ow)COw%COd%：煤气干基组成中CO的含量；COw%：煤气湿基组成中CO的含量。,材料高温设备,已知煤气的干基组成，求湿基组成。如果已知煤气的干基组成和1mn3的干煤气在某温度下的饱和水蒸汽量G(或煤气的温度t，据此可查附录8得
4、G值)，求湿基组成？a.先按下式求得湿基组成中的水分含量：H2Ow = 0.124G / (100 + 0.124G)100%b.再据：COw% = (100 - H2Ow)/100COd% 求得煤气的湿基组成。式中COd%为煤气干基组成中CO的含量。,材料高温设备,例题1已知发生炉煤气的干基组成如下： 气体成份 COd H2d CH4d O2d N2d CO2d (体积%) 29.8 15.4 3.7 0.2 43.2 7.7煤气的温度为26，求煤气的湿基组成。解：查附录8，当煤气的温度为26时，饱和水蒸汽含量为G = 27.60g/m3。据此可计算出该煤气的水分含量为： H2Ow = 0.
5、124G /(100 + 0.124G)100% = 0.12427.60/(100 + 0.12427.60)100% = 3.31%,材料高温设备,又据： COw% = (100 - H2Ow)/100COd%可计算出该煤气的湿基组成。如某一组分CO：COw% = 29.8%0.967 = 28.82%其它组分的湿基组成，经计算分别为：H2w = 14.89%，CH4w =3.58%，O2w = 0.19%N2w = 41.77，CO2w = 7.45%，(H2Ow = 3.31%)作业：P241第9题第二问。,材料高温设备,2.固体/液体燃料的组成固体燃料和液体燃料都是由地下古老的动植物
6、经长期地质与化学作用形成的，基本组成是各种有机物，通常用组成这些有机物的元素来表示其组成，即所谓元素组成法：碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)和硫(S) ，以及一定量的水分(W)和灰分(A)。显然，这类燃料的组成与选用的基准有关，常用以下4个基准表示固体/液体燃料的组成。,材料高温设备,(1)应用基组成，y以燃料实际的应用状态来表示其组成。以应用基表示燃料组成时：Cy% + Hy% + Oy% + Ny% + Sy% + Ay% + Wy% = 100%应用基组成是燃烧计算的依据，当提供的燃料组成不是应用基组成时，要换算成应用基组成，再进行燃烧计算。,材料高温设备,(2)分析基组成，f将燃
7、料在20、相对湿度70%的条件下风干，排除外在水分而残留内在水分(又叫分析基水分Wf) 的燃料组成。以分析基表示的燃料组成时：Cf% + Hf% + Of% + Nf% + Sf%+ Af% + Wf% = 100%实验室提供的煤样组成通常是分析基结果。(3)干燥基组成，g绝对干燥的固体/液体燃料的组成。,材料高温设备,以干燥基表示燃料组成时：Cg% + Hg% + Og% + Ng% + Sg% + Ag% = 100%干燥基组成中无水分，用它来表示燃料的组成不会受水分波动的影响，故同一燃料的组成较稳定。(4)可燃基组成，r不考虑燃料中的水分和灰分的组成。以可燃基表示的燃料组成：Cr% +
8、Hr% + Or% + Nr% + Sr% = 100%不同矿山的煤质资料常用可燃基组成表示，以便于比较各种煤的质量。,材料高温设备,由于没考虑受外界影响而波动较大的水分和灰分，因此可燃基组成更加稳定，但是，它离燃料的真实组成更远了！同一种燃料采用不同的基准来表示时，各组成之间的换算关系，见.表4-2.jpg。不同基准之间的换算系数，见.表4-3.jpg。例题2某烟煤的组成如下： Cr% Hr% Or% Nr% Sr% Ag% Wy% 80.67 4.85 13.10 0.80 0.58 10.92 3.20试将其统一为以应用基表示的燃料组成。,材料高温设备,解：给出的燃料组成包括了三个基准：
9、r，g，y，现在要统一为一个基准(即应用基，y)来表示。由干燥基换算成应用基，查表4-3，得换算系数为：(100 - Wy) / 100 = (100 - 3.20) / 100 = 0.968故以应用基表示的灰分组成为：Ay% = Ag%0.968 = 10.57% 由可燃基换算成应用基，查表4-3，得换算系数为：100 - (Ay + Wy) / 100 = 100 - (10.57 + 3.20) / 100 = 0.86,材料高温设备,由此，以应用基表示的各组分组成为： Cy% = Cr%0.86 = 80.670.86 = 69.38% Hy% = Hr%0.86 = 4.850.8
10、6 = 4.17% Oy% = Or%0.86 = 13.100.86 = 11.27% Ny% = Nr%0.86 = 0.800.86 = 0.69% Sy% = Sr%0.86 = 0.580.86 = 0.50%因此，该煤样以应用基表示的组成如下：Cy% Hy% Oy% Ny% Sy% Ay% Wy% 69.38 4.17 11.27 0.69 0.50 10.57 3.20作业：P241第12题第一问。,材料高温设备,对于固/液体燃料，除常用元素分析法表示其组成外，还用工业分析法来表示。工业分析法又叫实用分析法，操作简单，一般的工厂都可以进行分析。工业分析法中，煤的组成分为水分、灰分
11、、挥发分和固定碳(即W、A、V和FC)。我们知道，煤在隔绝空气的情况下加热(称干馏)，随温度的升高将发生一系列的变化，如：100150：自由水分蒸发，得到W(水分)。,材料高温设备,200450：碳氢化合物分解产生大量的可燃气体挥发物，如CH4、H2、CnHm等，此阶段结晶水也排除了，从而得到V(挥发分)。 850：气体逸出基本停止。 10001100：气体逸出完全停止，残留焦炭块，得FC(固定碳)和A(灰分)。灰分(A)是焦碳块在有氧气的条件下充分燃烧后留下的不可再燃的组分，烧掉的是FC(固定碳)。,材料高温设备,煤的工业分析，以应用基表示组成时： FCy% + Ay% + Vy% + Wy
12、% = 100%以分析基表示组成时：FCf% + Af% + Vf% + Wf% = 100%以干燥基表示组成时：FCg% + Ag% + Vg% = 100%以可燃基表示组成时：FCr% + Vr% = 100%,材料高温设备,二、燃料的热值(发热量)1. 概念单位体积(对于气体燃料)或质量(对于液固燃料)的燃料完全燃烧，当燃烧产物冷却到参加燃烧反应的物质起始温度(20)所放出的热量，以Q表示，单位为Kj/Kg或Kj/mn3。根据燃烧产物中的水的状态不同，热值分高位热值(QGW)和低位热值(QDW)。高位热值指燃烧产物水为0的液态水，低位热值的水为20的水蒸汽。,材料高温设备,高位热值与低位
13、热值之差，即0的液态水与20的水蒸汽的热焓，约为2500Kj/Kg水。 对于固/液燃料，燃烧产物水的来源，一是燃料所含的水，二是燃料中的氢燃烧后生成的水。因此，高位热值与低位热值的关系为： 应用基： QyGW QyDW = 25(Wy + 9Hy) 分析基： QfGW QfDW = 25(Wf + 9Hf) 干燥基： QgGW QgDW = 225Hg 可燃基： QrGW QrDW = 225Hr,材料高温设备,对于气体燃料，根据含有氢的可燃成分(如氢气、硫化氢、碳氢化合物)燃烧的化学反应式，计算得1mn3气体燃料的高位热值与低位热值之差为(以湿基表示)： QwGW - QwDW= 20.1(
14、H2w + H2Sw + m/2CnHmw + H2Ow) 各种燃料(煤，天然气和重油)的低位热值，可以采用氧弹式量热计在实验室中测量，或采用下面的计算公式进行计算。,材料高温设备,2.热值的计算气体燃料的热值计算气体燃料的高位(或低位)热值计算公式：Q =xi Qi式中：xi表示气体燃料中各可燃组分的体积百分含量(注意是湿基表示的燃料组成！)； Qi表示各可燃组分在标准状态下的高位或低位热值，见.表4-4.jpg。,材料高温设备,液固燃料的热值计算对于我国的固体燃料(煤)，可根据元素分析结果按P189给出的公式(4 -1618)进行计算，也可根据工业分析结果，按经验式(4 -1920)计算烟
15、煤和无烟煤的低位热值。对于液体燃料(重油)，可根据元素分析结果按门捷列夫公式进行计算。如应用基表示的低位热值为：QyDW = 339Cy + 1030Hy - 109(Oy - Sy) - 25Wy,材料高温设备,3、标准燃料为了比较各种燃料发热量的大小，评价窑炉或产品的燃料消耗情况，提出了标准燃料的概念。应用基低位热值为29300 Kj/Kg(或7000Kcal/Kg)的燃料为标准燃料。某燃料的热值与该值之比称该燃料的热当量。例如1Kg某重油的热值为41000Kj，则该重油的热当量为：41000 / 29300 =1.4，即1 Kg重油相当于1.4 kg的标准燃料所放出的热量。作业：P241第9、10题第一问，第12题第二问。 思考题2。,
