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1、能源与燃料 能源是自然环境中存在的，通过人类开发能 够产生各种能量的物质资源，是人类赖以生 存的基础和国民经济发展的动力 根据能量的利用形式和性质分类 燃料能源以化学能或原子能形式储存于物质 中，通过燃烧或原子裂、聚变后释放出热能的自 然资源。如化石燃料、草木、沼气、核燃料 非燃料能源以光能、机械能或热能形式存在 ，可以直接利用的能量资源。如太阳能、水能、 风能、地热能 第二章 燃料与燃烧计算 能源与燃料 一次能源自然界中不需加工，可直接应用的能 源。煤、原油、天然气、水能、风能、太阳能等 非再生能源其中矿物燃料和核燃料的生成速度极慢 ，而消费速度不断增长，最终会枯竭 再生能源在自然界的物质和
2、能量循环中能够重复生 产的能源，如水能、风能、海洋能、生物质能、太阳能 等，能量的消耗速度可与再生速度持平，经久使用而不 会枯竭 二次能源经由一次能源处理和能量形式转换而 得到的能源。焦炭、重油、煤气、电力、蒸汽等 常规能源在工农业生产和人类生活消费 中得到广泛应用的部分 煤炭、石油、天然气、水力、核裂变等 新能源其余的部分 太阳能、风能、地热能、海洋能、核聚变能等， 受到现阶段科学技术水平的限制，尚未大规模开 发和广泛使用 能源与燃料 中国化石燃料储量及消费结构 项目煤 100Mt 石油 100Mt 天然气 108m3 截至94年底探明可 采储量(中国世界 总量） 1145 10438.6
3、33 1373 1700 141000 探明可采储量 在世界的排位 31011 94年一次能源中化 石燃料的消费结构 ） 75.015.71.9 根据中国化石燃料的储量及开采利用的情况，在相当 长的时间内，煤不仅是中国，也是世界上最重要的一 次能源 第一节 燃料的化学成分 锅炉常用燃料的组成 可燃质高分子有机化合物 惰性质多种矿物质 燃料的化学成分及含量，可通过两种方法测 得 元素分析法C H O N S A M 工业分析法固定碳Cgd、挥发分V、水分、灰 分。广义上还包括煤的发热量、硫分、焦渣特性 及灰的熔点测定 碳(C) 氢(H) 硫(S) 氧(O) 氮(N) 水分(W) 灰分(A) 基本
4、 成分 一、燃料的元素分析成分 吸附和凝聚在颗粒内部 毛细孔。不易蒸发， 105110可烘干 机械附着和润湿在燃 料颗粒表面及大毛细 孔中。易于蒸发 外在水分(Mf) 内在水分(Minh) 对于既定燃料， 绝对含量不变 随开采、运输、贮存 、气候等条件变化 碳 燃料的主要可燃元素，含量最多 纯碳完全燃烧生成CO2，放热32866kJkg；不完全 燃烧生成CO，放热9270kJkg 煤的含碳量随煤化程度增高而增加 煤的含碳量愈高，其发热量愈高 纯碳不易着火 煤化程度越高，发热量越高，越不易着火 氢 燃料另一重要可燃元素，煤中含量不多，液 体含量较高 发热量比碳高，约120370kJkg 容易着火
5、燃烧 煤化程度愈高，氢含量愈小 燃烧过程容易析出炭黑而冒黑烟、污染大气 氧、氮 不可燃，习惯作为可燃成分，使燃料可燃成 分相对减少，发热量降低 氧随煤化程度加深而减少 煤中氮含量很少，属于有害元素 高温条件下，氧化生成NOx，排入大气，破坏生态 平衡 硫 可燃，发热量不大 9050 kJkg 有害元素 生成物腐蚀锅炉尾部受热面 污染环境 灰分 燃料的主要杂质、有害成分，夹杂在燃料中 的不可燃矿物质。如灰分含量多： 着火燃烧困难 容易积灰，如提高烟速加剧受热面磨损 污染环境 若灰熔点低，炉排和炉内受热面容易结渣， 破坏燃烧、恶化传热 液体和气体燃料灰分含量少 水分 主要杂质 随煤化程度增高而减少
6、 煤中哪些元素随 煤化程度增高而增加 如水分多 煤发热量降低 汽化吸热导致炉膛温度下降，影响煤 着火燃烧 增大烟气体积，排烟热损失增加 加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰 燃料油一般需进行脱水处理 二、燃料成分分析数据的基准与换算 燃料各成分百分数经常变化，提供或应用燃料 成分分析数据，须表明其分析基准（计算基数 ） 元素分析和工业分析，常采用四种分析基准 燃料的实际应用成分 实验室条件下风干后的成分 不受水分影响 稳定成分，用于判断煤的燃烧特性和分类 各种基换算 已知Cdaf，求Car 换算公式 xKx0 换算基相 应成分 已知基相 应成分 换算 系数 例题自学 第二节 煤的燃烧特性 发热量 挥发分
7、 焦结性 灰熔点 一、发热量 燃料的发热量单位质量 (单位容积) 燃料完全燃烧 所放出的热量。kJkg或kJNm3 高位发热量Qgr每kg燃料完全燃烧后所产生的 热量，包括燃料燃烧时所生成的水蒸气的汽化潜热 ，水蒸气全部凝结成水 排烟温度在110200，水蒸气处于蒸汽状态，汽 化潜热随烟气带走 低位发热量Qnet从高位发热量中扣除水蒸气的 汽化潜热 Qnet接近锅炉运行实际情况，在锅炉设计、试验中 以此作为计算依据 发热量间的换算 高低位发热量间关 系 计算发热量时，各种基Qgr间可用表2-1的换算系 数进行换算。而Qnet 必须考虑水分的汽化潜热？ 对于高位发热量来说，水分只是占据了质量的一
8、定分 额而使发热量降低；对于低位发热量，水分不仅占据 了质量的一定分额，而且还要吸收汽化潜热 将Qnet,ad换算成Qnet,ar 发热量近似计算 取决于燃料中可燃成分的多少。 不等于所含各可燃元素的发热量算术和，难以 准确计算 燃料不是各种成分的机械混合物，而包括极其复杂 的化合关系。 由氧弹发热量计算 门捷列夫公式 煤科院 标准煤 假想煤，规定其收到基低位发热量为29308kJkg 标准煤 消耗量 燃煤实际 消耗量 二、挥发分 失去水分的干燥煤样在隔绝空气下加热至一 定温度时，所析出的气态物质 其百分数含量即为挥发分 由各种碳氢化合物、H2、CO、H2S等可燃气体和 少量O2、CO2、N2
9、不可燃气体等组成 不是现成状态存在于燃 料中，在加热中形成 挥发分 煤分类的重要依据之一 煤的挥发分大小，大致代表煤的煤化程度 一般煤的挥发分随煤化程度加深而减少 不同煤种挥发分析出的温度与煤化程度有关 煤化程度越浅，挥发分开始析出的温度愈低。130400 挥发分含量对燃烧过程的发生和发展有较大影响 含量高的煤，着火迅速，燃烧稳定，易于燃烧完全 锅炉炉膛结构和锅炉运行方法与挥发分有关 高大炉膛空间 低加强炉排冷却 三、焦结性 焦炭 煤在隔绝空气加热时，水分蒸发、挥发分析出后 的固体残余物 煤的焦结性 焦炭的性状随煤种变化，呈粉末状、焦块等 煤的焦结性对煤在炉内的燃烧过程和燃烧效 率有很大影响
10、层燃炉不宜燃用不粘结或强粘结的煤 四、灰熔点 灰分 焦炭中的可燃物（ 固定碳）燃尽的残 留物 灰熔点 反映灰分的熔融性 。灰分没有固定熔 点，只有融化温度 范围 角锥法测灰熔点 一般以软化温度t2作为衡量 熔融性主要指标 难熔融性，t2 1425 可熔融性，12001425 易熔融性，t2 1200 第三节 煤的分类 埋藏在地层深处的古代植物残骸，在地壳压 力、地热和隔绝空气等条件作用下，经过几 千万年乃至上亿年逐渐碳化而形成的有机生 物岩 煤化程度逐年加深，所含水分和挥发物随之减少 ，碳含量相应增大 形成各类不同品种的煤，表现出不同的特性 按干燥无灰基挥发分（煤化程度）多少，对 煤分类 第四
11、节 液体燃料 一、燃料油及其分类 石油经过蒸馏、裂化等一系列加工处理后的部分 产品，如汽油、煤油、柴油和重油等 利用石油中不同成分具有不同沸点的原理，进行加热蒸 馏，将石油分成不同沸点范围（馏程）的蒸馏产物 二、燃料油的物理特性 特性指标影响输运、贮存和燃烧使用的 正常和安全 密度 粘度 凝固点 比热容 闪点和燃点 爆炸极限 1.密度 420 柴油：0.8310.862 重油：0.940.98 4t= 420-(t-20) 密度越小，含氢量越多，含碳量越小，发热 量越高 2.粘度 表征流动性能的特性指标 粘度大，流动性差，在管道内输送阻力大，装卸和雾化困 难 燃料油在t时的恩氏粘度 Et t2
12、0 oE 换算：运动粘度恩氏粘度 燃料油粘度与其成分、温度、压力有关，温 度提高后粘度降低 在运输、装卸和燃用时需预热，通常要求喷 嘴前油温在100以上，粘度不大于4 oE 200ml试验油在温度 为t时从恩氏粘度 计中流出的时间 粘度计常数：200ml、20的 蒸馏水从同一粘度计中流出 的时间（511s） 3.凝点 燃料油由液态变为固态时的温度 复杂的混合物，没有一定的凝固点：随温度逐渐 降低时，变得越来越稠，直到完全丧失流动性 测定方法 将试样油放在试管中冷却，倾斜450，试管中的油 面经过510s保持不变时的油温 汽油：1)含过量O2 理论烟气量与过量空气之和 三、烟气和空气的焓 单位燃料（1kg固体、液体或1Nm3气体）燃烧生 成的烟气和所需的理论空气量，在等压下从0 加热到所需的热量 理论空气的焓 理论烟气的焓 实际烟气的焓
