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1、第一讲： 燃料的特性,第四章 燃料及燃料计算,一、本课的基本要求,1掌握燃料及其基本特性。 2掌握固（液）体燃料的组成物、成分分析方法、 表示方法及换算。 3掌握气体燃料的组成物、成分分析方法、 表示方法及换算。 4掌握高发热量、低发热量的概念及计算。,第四章 燃料及燃料计算,二、本课的重点、难点 重点：燃料成分的换算。 难点：高发热量、低发热量的关系。,5掌握标准燃料的定义及意义。 6了解冶金企业常用燃料的种类及特性。,第四章 燃料及燃料计算,冶金炉热能主要来源于燃料的燃烧。,1燃料的定义 凡是在燃烧时能够放出大量的热，并且此热量能 有效地被利用在工业或其他方面的物质。 有效地被利用：在技术
2、上是可能的，在经济上 是合理的。,2对燃料的要求 （1）在当前技术条件下，燃料燃烧时所放出的热量 能有效地加以利用。 （2）燃烧生成物呈气体状态，燃烧后的热量绝大 部分含于其气体生成物之中。,第四章 燃料及燃料计算,（3）燃烧产物（烟气）对熔炼（加热）设备不起 破坏作用，无毒、无腐蚀作用。 （4）燃烧过程易于控制。 （5）资源丰富，便于开采。,有机物为主要组成的物质： 1）C、H 热效应高，产物呈气态（CO2、H2O、）； 2）CO2、H2O浓度不太大，一般无害； 3）资源丰富。,3燃料的种类 按物态分：固体燃料 煤、焦炭、粉煤 液体燃料 汽油、煤油、重油、焦油 气体燃料 天然气、高炉煤气、焦
3、炉煤气,第四章 燃料及燃料计算,按来源分：天然燃料 煤、石油 人造燃料 焦炭、重油、高炉煤气 为了保证产品产量、质量、降低燃耗、提高炉子寿命、 防止环境污染，必须： 合理选择燃料 燃料特性 组织好燃烧过程 燃烧机理 炉子设计时，必须进行燃烧计算。,第四章 燃料及燃料计算,4.1 燃料的特性,4.1.1 燃料的化学组成 固（液）体燃料的化学组成 （1）固(液）体燃料的基本组成 组成物：呈各种化合物形式存在的有机物质，组成元素 有C、H、O、N、S，由SiO2、Al2O3、Fe23、CaO、 MgO、Na2O等矿物杂质组成的灰分A，一部分水分W。,燃料质量好,第四章 燃料及燃料计算,成分分析方法：
4、 工业分析法：测定燃料中的水分W、灰分A、挥发 分产率V及固定碳F的含量及性质，作为评价燃料的 指标。 测定使用组成 元素分析法：测定燃料中C、H、O、N、S的质量 百分含量，不能说明燃料由那些化合物组成以及这些 化合物的形式，只能进行燃料的近似评价。 燃料燃 烧计算的重要原始数据 成分表示方法及成分换算：,质量分数,表示,第四章 燃料及燃料计算,根据需要共有四种表示方法，即 供用成分、干燥成分、可燃成分、有机成分。,供用成分 w(C)y+ w( H)y+ w(O)yw(N)yw(S)yw(A)y+ w(W)y =100% 实际应用，不稳定。,干燥成分,w(C)g+ w( H)g+ w(O)g
5、w(N)gw(S)gw(A)g=100%,比较稳定,第四章 燃料及燃料计算,可燃成分,w(C)r+ w( H)r+ w(O)rw(N)rw(S)r=100%,稳定,有机成分 w(C)o+ w( H)o+ w(O)ow(N)o =100%,换算原理：燃料中各成分在任何一种表示方法中， 其质量相等。例如对碳而言,第四章 燃料及燃料计算,换算系数 表4-2 P202,热工计算时：采用供用成分 元素分析法：w(C)r w( H)r w(O)r w(N)r w(S)r,工业分析法：w(W)y w(A)g,供用成分(y),可燃成分(r),供用成分(y),干燥成分(g),第四章 燃料及燃料计算,例4-1 P
6、202,（2）气体燃料的基本组成 组成物：简称煤气，它是由各种简单气体组成的混合物。,第四章 燃料及燃料计算,CO引起中毒、CH4导致窒息、H2易爆，注意安全！,分析前先将水分吸收掉，故分析结果表示燃料的干成分。 实用煤气中总含有一定量水分，称为湿成分。 水分单独测定，用一标准立方米干煤气中所含水分的 质量来表示，符号为,。查附表16,成分表示方法及成分换算：,体积分数,表示 有干成分和湿成分之分,煤气质量好,成分分析方法：吸收法,第四章 燃料及燃料计算,湿成分即供用成分,干成分,换算：在标准状态下，lkg水蒸气的体积为,=1.24 m3/kg,lm3干煤气中水的含量为,g，则100m3干煤气
7、所,含水蒸气的体积为,m3,第四章 燃料及燃料计算,湿煤气总体积为,1000.124,m3,换算原理：燃料中各成分在任何一种表示方法中，其 质量相等。例如对CO而言,第四章 燃料及燃料计算,换算系数,热工计算时：采用湿成分。,例4-2 P203,4.1.2 燃料的发热量,1发热量的定义,单位质量或单位体积燃料完全燃烧时所放出的 热量。用Q表示，单位为kJ/kg或kJ/m3。燃料的发 热量与燃烧产物的状态和温度有关。,第四章 燃料及燃料计算,（1）高发热量QGw,燃烧产物温度,冷却到燃烧反应物的初始温度(20）,冷凝为0的水,燃烧产物中的水蒸气,实验室内鉴定燃料的指标,（2）低发热量QDw,燃烧
8、产物温度,冷却到20的蒸气状态,工程上，燃料的发热量是指QDw,第四章 燃料及燃料计算,20的水蒸气,20的水,0的水,kJ/kg(水),kJ/kg,2发热量的计算,（1）气体燃料 各简单可燃气体的发热量之和，即,kJ/m3,第四章 燃料及燃料计算,（2）固（液）体燃料 经验公式 4-10 P204,（3）混合煤气,kJ/m3,3标准燃料 为了评价燃料的发热能力，国家规定发热量29.27103 kJ/kg的燃料。,第四章 燃料及燃料计算,4.1.3 各类燃料,1气体燃料 天然气 高炉煤气 焦炉煤气 发生炉煤气 CH4 炼铁副产品 炼焦副产品 煤气化 （4000Nm3/t铁） （300-330N
9、m3/t焦） 热值高 CO H2 热值低 H2 CnHm 热值较高 CO H2 热值低 1.143-1.286 0.122-0.136 0.572-0.643 0.171-0.214,2液体燃料 重油 CnHm 热值高 1.358-1.429,第四章 燃料及燃料计算,泥煤 褐煤 烟煤（0.929-1.072） 无烟煤(1.115-1.143) 焦炭 0.908-0.936 高炉炼铁 煤粉：高炉喷吹,3固体燃料 煤：,第四章 燃料及燃料计算,P226 4-2,返回,作业,第二讲： 燃烧计算,第四章 燃料及燃烧计算,一、本课的基本要求,1掌握气体燃料燃烧过程的三个阶段及关键性 阶段，有焰燃烧、无焰
10、燃烧的特点。,2掌握气体燃料燃烧（,）,的计算。,3掌握固、液体燃料燃烧（,）,的计算。,第四章 燃料及燃烧计算,4掌握n对热工过程的影响及一般选择原则。,二、本课的重点、难点,重点：燃料燃烧（,）,的计算。,难点：n对热工过程的影响分析。,4.2 燃料的燃烧,4.2.1 气体燃料的燃烧,第四章 燃料及燃烧计算,燃烧过程：煤气与空气的混合、混合物的加热及着火、完成燃烧反应三个阶段。 关键性阶段，影响燃烧速度。 燃烧方法：有焰燃烧及无焰燃烧 有焰燃烧：煤气与空气在燃烧器（简称烧嘴）中不先预混合，或只有部分混合，从燃烧器喷射进热设备后，边混合边燃烧的燃烧方法，即混合与燃烧同时进行，形成一个明显的火
11、焰。 特点： 火焰长，炉内温度分布均匀；燃烧空间的热强度低。,第四章 燃料及燃烧计算,无焰燃烧：煤气与空气在进入热设备前预先进行了 充分混合，因此燃烧速度快，火焰很短 甚至看不到火焰。 特点：燃烧空间的热强度高；火焰短，炉内温度 分布不均匀。,4.2.2 液体燃料的燃烧,燃烧过程：油的雾化、油雾与空气的混合、混合物的 预热分解、着火燃烧、完成燃烧反应。 关键性阶段，影响燃烧速度。 雾化方式：雾化剂雾化和机械雾化,第四章 燃料及燃烧计算,雾化剂雾化：用空气或高压蒸汽作雾化剂。 机械雾化： 高压重油自小孔喷入气体空间（旋转）。,4.2.3 固体燃料的燃烧,燃烧过程：准备（干燥、预热、挥发分逸出、C
12、形成）、 燃烧（挥发分燃烧、固定碳燃烧）、燃尽 （灰分烧成灰渣） 关键性阶段，影响燃烧速度。 块煤： 层状燃烧 粉煤：悬浮燃烧,第四章 燃料及燃烧计算,4.3 燃烧计算,假设： （1）气体的体积以标准状态（0，latm)计算，22.4m3/kmol； （2）元素的分子量均以近似值计算，如氢的分子量取2；,（3）不考虑热分解产物，只计算燃烧反应产物；,第四章 燃料及燃烧计算,（4）不考虑空气中的稀有气体及水蒸气；,干空气：,湿空气：水分含量按空气温度下的饱和水蒸汽含量 计算。 （5）完全燃烧条件 依据：燃烧的化学反应方程式。 已知：（1）燃料的种类和组成（湿成分、 供用成分）,第四章 燃料及燃烧
13、计算,（2）空气消耗系数n （3）空气、煤气的预热温度,燃料成分表示方法不同，计算方法也不同。,4.3.1 气体燃料的燃烧计算,可燃组成及其燃烧反应方程式列表4-4 P211 反应物与生成物之间的体积比：,CO+,O2=CO2,1 ：,：1,第四章 燃料及燃烧计算,1空气消耗量 理论空气消耗量,m3/m3,为了保证完全燃烧,实际空气消耗量,m3/m3,式中n空气消耗系数，取决于燃料种类、燃烧 设备、炉内气氛要求，经验选定。,2燃烧产物量 理论燃烧产物量,第四章 燃料及燃烧计算,m3/m3,实际燃烧产物量,m3/m3,3燃烧产物成分 燃烧产物中各种组成物所占的体积百分数。 实际空气消耗量下：,第
14、四章 燃料及燃烧计算,4燃烧产物密度 单位体积燃烧产物的质量，kg/m3 已知燃烧产物成分时，密度即为各成分质量之和 除以总体积Vn。各成分质量，如CO2之质量为,kg,第四章 燃料及燃烧计算,则,kg/m3,湿空气,m3/m3,式中,1m3干空气的饱和水蒸汽量，,g/m3,查附表16,4.3.2 固、液体燃料的燃烧计算,可燃组成及其燃烧反应方程式列表4-5 P214,第四章 燃料及燃烧计算,反应物与生成物之间的摩尔比：,C + O2 = CO2,1 ： 1 ： 1,：,：,1空气消耗量 理论空气消耗量,m3/kg,实际空气消耗量,m3/kg,第四章 燃料及燃烧计算,2燃烧产物量 理论燃烧产物
15、量,m3/kg,实际燃烧产物量,m3/kg,3燃烧产物成分 式（4-26） P215 4燃烧产物密度,kg/m3,第四章 燃料及燃烧计算,4.3.3 空气消耗系数,n是控制燃烧过程的一个重要参数。 1影响n的因素 （1）燃料的种类 气体燃料液体燃料固体燃料 （2）燃料的准备,燃烧前的加工、粉碎或雾化程度。质量,（3）燃烧设备的构造 影响燃料与空气的混合。,第四章 燃料及燃烧计算,2n对热工过程的影响,（1）,燃料一定，,供风系统（鼓风机） 排烟系统（烟囱）,（2）燃烧温度,温度,不完全燃烧 温度,（3）燃烧产物成分,第四章 燃料及燃烧计算,（4）热损失,热损失,（5）燃料利用系数,热损失,燃料利用系数,不完全燃烧,燃料利用系数,燃料浪费,n值过大过小都不利，一般选择原则是：在保证最大 程度完全燃烧的前提下，n越小越好。,第四章 燃料及燃烧计算,3n的计算,设计时 经验选取 生产时 依据燃烧产物成分的分析来计算，以求 在操作过程中调节空气量达到最佳n值。,计算原理：物质平衡 氧平衡 氮平衡,例4-4 P213 例4-5 P216,燃烧过程最佳控制,第四章 燃料及燃烧计算,作业,P2
