燃料及燃烧.

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1、燃料及燃烧,热能与动力工程教研室,绪论,1.燃料在国民经济中的地位 燃料就是自然界中能够提供某种形式能量的自然能源。燃料也就是能源。能源是国民经济的基础，也是人类日常生活最重要的基本资源，人们的物质文明和精神文明都离不开能源。生活消费基础工业农业、轻工业交通运输能源供给原材料 如果说人们生活中的各种消费是由原材料、基础工业、农业、轻工业、交通运输等支持着，那么能源则是上述各个行业得以运行、生产的基础。,绪论,2.我国的燃料资源 我国的燃料资源结构以煤为主，估计地质储量为1.44万亿吨，探明储量6000多亿吨，品种齐全，包括气、肥、焦、瘦、无烟煤及动力煤等。我国的煤炭资源居世界第三位，仅次于前苏

2、联和美国。 石油资源：到现在为止，已探明石油储量为68亿吨，其中可采储量24亿吨，居世界第八位，主要集中在东北和华北。 天然气已探明储量2300亿立方米，居世界十六位，主要分布在西南和四川省，在东北和中南地区还有比较丰富的油页岩资源。,绪论,3.工业燃料的概念及其一般分类 （1）定义： a.在当前的技术条件下，燃料燃烧时所放出的热量在工业上能够有效地加以利用。 b.燃料生成物呈气体状态，燃烧后的热量绝大部分含于生成物中，而且还可以出放热地点以外利用生成物中所含的热量。 c.燃烧产物的性质对加热过程不能起破坏作用，没有毒。 d.燃烧过程比较容易控制。 e.有足够的蕴藏量或能大量生产，在经济上合理

3、。 凡是燃烧时所放出大量热量，并能满足上述五项要求的所有可燃物质均称为工业燃料，简称燃料。,绪论,4.工业常用燃料 i.工业上应用最多的固体燃料是煤炭和焦炭。 （焦炭是炼焦煤加工制成的人造燃料） ii.液体燃料主要是重油，其次是柴油、汽油、煤油。 重油是天然石油在炼油厂经加工炼制，从中提出挥发油、汽油、煤油、柴油和润滑油等轻质产品所剩下的分子呈较重的油品，也叫渣油。 iii.气体燃料 天然气以及二次能源的气体燃料。如：高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气和发生炉煤气。,（2）燃料的分类 i.按其存在的物态可分为：固态、液体和气体燃料。 ii.按其来源分为：天然燃料和人造燃料。,绪论,5.合理利用燃料和

4、其它能源对发展国民经济的意义 能源是发展国民经济的重要的物质基础。我国以燃料燃烧的方式得到能量占主导地位。 燃料的资源是有限的，而经济的日益发展对能源的需求却在迅速地增加，因此燃料的相对短缺是不可避免的，国民经济的发展将受到燃料的短缺的限制。 6.合理组织炉内燃烧过程对炉子热工的关系 炉子所获得的热量是通过燃料的燃烧所得到的。当燃料没有完全燃烧，它所释放的热量将不能满足炉子热工工艺的要求，炉子中的产品将达不到工艺要求变成废品。 当燃烧供应过多时，工业燃烧所达到的温度过高，产品报废，必须合理组织炉内燃烧。,绪论,7.燃烧污染 （1）产生原因 人类开发自然资源，在生产和生活过程中产生各种排泄物，这

5、些排泄物又返回到环境中去，环境污染产生。 （2）环境污染 将有害物质排入环境，破坏了环境的机能（破坏了生态平衡），并且给经济发展和人民生活带来不良影响，叫之。 环境污染种类很多，我们主要讲的是大气污染。 （3）大气污染 定义：人类在生活和生活中向大气排出的各种污染物浓度一旦超过环境所能允许的浓度极限就导致大气质量恶化，使人的健康、健筑物、设备、财产等方面直接或间接地遭受破坏，该现象称为大气污染。 造成大气污染的物质：CO、CO2、SO2、氧化氮、烟尘、烃类化合物、臭氧层的破坏等等。 与燃烧有关的物质是：SO2、NOx烟尘等等。,绪论,（4）SO2的污染 i.SO2的排放量：每年大约2000万吨

6、，燃烧造成的SO2占总排放量的85以上，SO2排放量每年22递增。 ii.SO2的危害： 对人类健康有严重影响：刺激眼睛，引起呼吸道疾病和亡。 SO2转变为SO3后遇水形成酸雨。 SO2能损伤植物的叶，抑制植物生长，我国每年受SO2污染的农田面积4000多万亩，造成农业经济损失20亿元。 （5）NOx的污染 i.造成大气污染的氮化物主要是NO和NO2，由燃烧造成的排放量占总排量的80以上。 ii.NOx的危害 NO无刺激性，不活泼，毒性不大，使人的血液输氧能力降。 NO2有刺激性，臭味，毒性很强，约为NO的4-5倍。对呼吸器官有强烈的刺激作用，迅速破坏肺细胞引起肺气肿和肺癌。 NxO最主要的危

7、害引起酸雨和光化学烟雾，对金属有腐蚀用。,绪论,（6）烟尘的污染 产生的原因：主要是燃料的不完全燃烧产生的，悬浮于气体中弥散的固相和液相物质，其粒度为0.2m-500m。 危害：1m以下的少粒的烟尘就可使排烟呈浓烟滚滚之貌。 10m以下的烟尘进入肺泡，部分就沉积在肺内，与SO2协同作用，使人肺呼吸的SO2质量增大，对人的危害更大了。 （7）燃烧污染的治理途径 提高设备的燃烧效率，降低单耗。促使燃料完全燃烧。 高烟囱排烟 燃料改质转换（脱S和脱N） 在燃烧过程中治理。控制SO2和NOx的生成量和排量。 排烟治理。烟气余热利用，利用设备吸收烟气中的有害物质,绪论,8.本学科的研究内容及其发展 燃烧

8、学的内容包括两部分：即燃烧理论和燃烧技术。 i.燃烧理论着重研究燃烧过程所包括的各个基本象。它主要是运用化学、传热传质学及流体力学的有关理论，由简及繁地说明燃烧基本现象的物理化学本质。 ii.燃烧技术主要是把燃烧理论中所阐明的物理概念基本规律与实际工程中的燃烧问题联系起来，对现有的燃烧方法进行分析和改进，对新的燃烧方法进行探讨和实验，以不断提高燃料利用率和燃烧设备的技术水平。,绪论,iii.发展为了降低能源消耗、节约燃料、合理组织燃烧过程是本学科发展的方向。 目前燃烧技术研究的主要问题：针对不同燃料的燃烧特性提出合理的燃烧方法，根据生产工艺的具体要求研究并设计特殊性能的新型燃烧装置，研究高效率

9、、节能型的燃烧装置，研究低噪音、低污染的燃烧技术以及为实现燃烧过程的计算机控制提供燃烧过程的数学模型。,燃烧概述,第一节 燃料性质概述 燃料指的是通过燃烧而获得可利用热能的物质。 一、燃料的种类 按其存在的形态可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。 1.固体燃料 1）煤：包括无烟煤、烟煤、褐煤。 （2）煤的干馏残余物：包括焦炭、半焦炭。（3）有机可燃的页岩和泥炭。 （4）木柴、植物桔杆、木炭。 2.液体燃料 （1）石油及其炼制产品：汽油、煤油、重油、柴油、渣油等。 （2）醇类：主要为甲醇和乙醇。 （3）植物油,燃烧概述,3.气体燃料 （1）天然气；（2）液化石油气：石油加工过程中的副产品；（3）

10、人造煤气：主要有焦炉煤气、高炉气、发生炉气等；（4）人工沼气。,二、燃料的化学性质（化学组成） 1.固体和液体燃料的化学组成 .固体燃料是各种有机的混合物，混合物的元素组成为：C、H、O、N、S、A和W。 液体燃料是由多种碳氢化合物混合而成的，C、H、O、N、S、A和W。,2.气体燃料的化学组成 气体燃料是由若干单一可燃与不可燃气体组成的混合物：CO、H2、CH4、CnHm、CO2、N2、H2O、O2等。,燃烧概述,3.燃料成分表示方法及其换算 （1）固体燃料和液体燃料的成分表示方法及其换算 固、液体燃料通常是用各组分的质量百分数来表示的，有三种表示方法。 i.应用成分：由C、H、O、N、S、

11、A、W七种组分所组成的，习惯上称之“应用基”，上述各种组分在应用基中的质量百分数叫做燃料“应用成分”，即 ii.干燥成分：以不含水分的干燥基中的各组分的百分含量来表示燃料的化学组成，称为“干燥成分”。由C、H、O、N、S、A组成。 iii.可燃成分：只C、H、O、N、S五种元素在可燃基中的百分含量来表示燃料的成分，称为“可燃成分”。,燃烧概述,换算关系 可燃基与应用基: 分析基与应用基:,燃烧概述,vi.各组分之间的换算系数 已知成分要换的成分可燃成分干燥成分应用成分可燃成分1干燥成分1应用成分1（2）气体燃料成分的表示方法及其换算 气体燃料组成是以各组成成分的体积百分数来表示的。气体燃料的表

12、示方法有湿组成和干组成两种，湿组成指的是包括水蒸汽（在该温度下，饱和水蒸气的含量）在内的成分，即： 干组成：气体燃料的干组成不包括水蒸汽，即： 二者的互换系数：其中：是指在该温度下的饱和水蒸汽的量。 从饱和水蒸汽表中可以查得1m3干气体所吸收的水蒸汽量气体，将其换算成水蒸汽的湿成分%，。,燃烧概述,4.燃料的发热量 （1）定义：工程计算中规定1kg煤（重油）或1m3气体燃料完全燃烧后所放出的燃烧热叫做它的发热量。单位： kJ/kg或kJ/m3。 （2）燃料的发热量表示方法：高发热量和低发热量 高发热量(Q高)：指燃料完全燃烧后，燃烧产物冷却到使其中水蒸汽凝结成0的水所放出的热量。 低发热量(Q

13、低)：指的是燃料完全燃烧后，燃烧产物中的水蒸汽冷却到20时所放出的热量。 （3）测定方法 固、液体燃料用氧弹式量热计直接测定计算。 气体燃料用实验测定（容克式量热计）或根据化学组成计算。 （4）计算方法 i.根据煤的工业分析计算发热量 iii.根据元素分析计算发热量 a.杜隆公式：b.门捷列夫公式：c.高低发热量的换算公式 气体燃料,燃烧概述,第二节 固体燃料 天然固体燃料主要有两大类：木质燃料和矿物质燃料。矿物质燃料主要是煤。 一、煤的种类 根据固体炭化程度的不同，可将煤分为四类：泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤。 泥煤：最年轻的煤，由植物刚转变，保留植物遗体的痕迹。质地疏松，吸水性强，含水40以上

14、，与其他煤相比含氧量高，含氧最高达28-38，含碳较少。 使用性能：挥发分高50%，可燃性好，反应性强，机械性差。 主要用途：烧锅炉和汽化燃料制成焦碳。,燃烧概述,褐煤：泥煤进一步变化后所生成的，密度大，含碳较高，氢和氧的含量较少，挥发分产率很低3050%，可燃质数3.9-1.4，着火温度280-370，燃烧后结束时的温度550-700。Q低=10003000Kcal/Kg 使用性能：黏结性弱，易氧化和自燃，吸水性强，地方料。 烟煤：碳化程度较高的煤，与褐煤比较挥发分较小，密度大，吸水性较小，含碳量增加（80%90%），氢和氧的含量较小，可燃质数2.3-1.3，着火温度380-420，燃烧后结

15、束时的温度650-750。Q低=30005000Kcal/Kg 使用性能：黏结性好，炼焦的主要原料。也是工业上经常使用的燃料。,燃烧概述,无烟煤：矿物化程度最高的煤，最老的煤。密度大，含碳量高90%，挥发分极少39%，组织致密，吸水性小，受热时易爆炸成碎片，不易着火，可燃质数1.5-0.4，着火温度500-610，燃烧后结束时的温度750-900。Q低=53006900Kcal/Kg 使用性能：发热量大，灰分少，而且分布广，用于汽化或在小高炉和化铁炉中。,燃烧概述,二、煤的化学组成 煤都是有机化合物，为C、H、O、N、S、A、W组成 C：是煤的主要可燃元素。燃烧时放出大量的热。 H：可燃元素。

16、 在煤中与C、S结合在一起存在叫可燃氢，（可以燃烧）另一种与氧结合在一起的化合氢。不能燃烧，在计算Ln,Q 时应用有效氢。 O：是煤中的有害物质。与C、H构成氧化物使C、H失去进行燃烧的可能性。 N：一般不参加燃烧反应，在高温下与氧形成NOX。 S：在煤中有三种存在形态。,燃烧概述,有机硫（S机）：来自母体植物与炼成化合状态，均匀布。 黄铁矿硫（S矿）：与铁结合在一起形成FeS2。 有机硫和黄铁矿硫参与燃烧反应，称可燃硫或挥发硫。 硫酸盐硫（S盐）：以各种硫酸盐形式（主要CaSO42H2O和FeSO4）存在于煤的矿物杂质中。 灰分A：煤中所含的矿物杂质。在燃烧过程中经过高温分解和氧化作用后生成一些固体残留物（有害物质）。,燃烧概述,水分W：是燃料中的有害物质。降低燃料的可燃质（A），燃烧时还要消耗热量。 水在固体燃料中包括两部分，外部水分和内部水分。 外部水分：不被燃料吸收而是机械地附着在燃料表面上的。在大气中风干即可去掉。 内部水分：达到风干状态后，燃料中所残留的水分，它包括被燃料吸收