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1、第三章第三章 燃料及其燃烧燃料及其燃烧3.1 燃料的种类和组成燃料的种类和组成3.2 燃料的热工性质及选用原则燃料的热工性质及选用原则3.3 燃烧计算燃烧计算3.4 燃烧过程的基本理论燃烧过程的基本理论3.5 气体燃料的燃烧过程及设备气体燃料的燃烧过程及设备3.6 液体燃料的燃烧过程及设备液体燃料的燃烧过程及设备3.7 固体燃料的燃烧过程及设备固体燃料的燃烧过程及设备硅酸盐制品在生产工艺过程中需消耗大量的热量硅酸盐制品在生产工艺过程中需消耗大量的热量热量的来源有两种：一是热量的来源有两种：一是燃料燃料，二是，二是电能电能。目前以前者为主，且目前以前者为主，且90%的燃料靠矿产；的燃料靠矿产；燃
2、料费用占产品燃料费用占产品生产成本的比例生产成本的比例玻璃：玻璃：25%左右左右陶瓷：陶瓷：30 60%水泥：水泥：15%左右左右燃料燃料-凡在物理、化学反应中能放出大量热凡在物理、化学反应中能放出大量热量并能够有效地利用于工业和其它方面的物质。量并能够有效地利用于工业和其它方面的物质。3-1 3-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成1 1 燃料的种类燃料的种类1.1 1.1 燃料的分类（按照属性分类）燃料的分类（按照属性分类）(1) 按型态分按型态分(2) 按来源分按来源分来来来来源源源源状状状状 态态态态固体固体固体固体液体液体液体液体气体气体气体气体天天天天 然然然然产出的产出的产出的产
3、出的木材木材木材木材煤煤煤煤石油（原油）石油（原油）石油（原油）石油（原油）天然气天然气天然气天然气加工的加工的加工的加工的木炭木炭木炭木炭焦炭焦炭焦炭焦炭煤砖煤砖煤砖煤砖( (球球球球) )煤粉煤粉煤粉煤粉石油加工产品（汽油、柴石油加工产品（汽油、柴石油加工产品（汽油、柴石油加工产品（汽油、柴油、渣油等）油、渣油等）油、渣油等）油、渣油等）合成液体燃料合成液体燃料合成液体燃料合成液体燃料悬浮燃料或称胶体水煤桨悬浮燃料或称胶体水煤桨悬浮燃料或称胶体水煤桨悬浮燃料或称胶体水煤桨石油气石油气石油气石油气人造煤气人造煤气人造煤气人造煤气地下水化煤气地下水化煤气地下水化煤气地下水化煤气3-1 3-1
4、燃料的种类及组成燃料的种类及组成3-1 3-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成(3) 按能源管理分按能源管理分一次能源：燃料、水力、风力一次能源：燃料、水力、风力二次能源：电力二次能源：电力一次一次能源能源直接使用：直接使用： 1二次能源：二次能源： 1-2 使用：使用： 2总效率：总效率： = 1-2 2例如：目前火力发电：例如：目前火力发电： 1-2 =28.7%电热效率：电热效率： 2 =8090%虽然虽然 2 ，但，但 1-2 ，因此总效率，因此总效率 仍然不高！仍然不高！等价热值：等价热值：电电热热当量热值即热电当量：当量热值即热电当量：1kwh = 3.60MJ电电热热3-1 3
5、-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成1.2 1.2 工业常用燃料工业常用燃料(1) 煤煤年轻的年轻的古老的古老的植物植物泥煤泥煤褐煤褐煤烟煤烟煤无烟煤无烟煤地地质质年年代代C增增高高H降降低低火焰火焰长长无无挥发分挥发分(V)降降低低 中国煤分类方案（附录十三）中国煤分类方案（附录十三）：(a) 按挥发分（按挥发分（Vdaf，%）分类：）分类： Vdaf 火焰长度火焰长度 (b) 按胶滤层厚度（按胶滤层厚度（y，mm）分类：）分类：y 粘结性粘结性 3-1 3-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成(2) 石油加工产品及残渣石油加工产品及残渣将石油加工将石油加工蒸馏，按沸点不同分开：蒸馏，按沸
6、点不同分开：汽油汽油主要成分是辛烷主要成分是辛烷(C8H18)，主要用于汽车等，主要用于汽车等煤油煤油主要用于航空主要用于航空柴油柴油分轻柴油和重柴油分轻柴油和重柴油 主要成分是十七烷主要成分是十七烷(C17H36)润滑油、凡士林、蜡润滑油、凡士林、蜡用于化妆品用于化妆品重油重油天然石油提取汽油、煤油、柴油后的液态天然石油提取汽油、煤油、柴油后的液态 残余物，呈暗黑色，粘稠状，流动性差。残余物，呈暗黑色，粘稠状，流动性差。3-1 3-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成随着工业化水平的提高，重油的质量越来越差：随着工业化水平的提高，重油的质量越来越差：减压蒸馏减压蒸馏减压渣油减压渣油裂化渣油裂
7、化渣油催化裂化催化裂化石油石油常压渣油常压渣油常压蒸馏常压蒸馏我国硅酸盐工业主要是烧重油，条件好的也有我国硅酸盐工业主要是烧重油，条件好的也有烧煤油和柴油。烧煤油和柴油。上述三种渣油统称为上述三种渣油统称为“重油重油”，又称为，又称为“燃料油燃料油”；3-1 3-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成规规规规 格格格格牌牌牌牌 号号号号2020号号号号6060号号号号100100号号号号200200号号号号 恩氏粘度，恩氏粘度，恩氏粘度，恩氏粘度， E E 80C 80C时时时时 100C100C时时时时 5.05.0111115.515.55.55.59.59.5 闪点闪点闪点闪点( (开口开
8、口开口开口), ), CC 8080100100120120130130 凝固点，凝固点，凝固点，凝固点， CC 1515202025253636 灰灰灰灰 分，分，分，分，% % 0.30.30.30.30.30.30.30.3 水水水水 分，分，分，分，% % 1.01.01.51.52.02.03.03.0 硫硫硫硫 分，分，分，分，% % 1.01.01.51.52.02.03.03.0 机械杂质，机械杂质，机械杂质，机械杂质，% % 1.51.52.02.02.02.02.52.5我国商品重油分类我国商品重油分类3-1 3-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成(3) 天然气、人造煤气
9、天然气、人造煤气天然气天然气是蕴藏在地壳内的可燃气体是蕴藏在地壳内的可燃气体 主要成分是主要成分是CH4(a) 气井：气井： CH4含量在含量在8590%以上以上(b) 油井伴生气：主要成分油井伴生气：主要成分CH4、CmHn(c) 煤成气（与煤伴生）：煤成气（与煤伴生）： gas（瓦斯）（瓦斯）产出产出人造煤气：人造煤气：工业上主要是煤（以烟煤为主）的工业上主要是煤（以烟煤为主）的 气化产气，少量的是木柴、秸杆等气化产气，少量的是木柴、秸杆等3-1 3-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成人造煤气种类：人造煤气种类：(a)石油气石油气炼制石油的副产品，其液态产品为液化炼制石油的副产品，其液态
10、产品为液化 石油气，主要含石油气，主要含甲、乙、丙、丁烷甲、乙、丙、丁烷，热值高，热值高;(b)焦炉煤气焦炉煤气煤在炼焦炉中进行干馏产生的煤气，煤在炼焦炉中进行干馏产生的煤气， 主要成分是主要成分是H2、CH4、CO，热值较高；，热值较高；(c)高炉煤气高炉煤气高炉炼铁过程中产生的一种煤气，含高炉炼铁过程中产生的一种煤气，含 2528%的的CO，少量，少量H和大量的和大量的N2、CO2，热值低，热值低;(d)发生炉煤气发生炉煤气煤或焦炭在煤气发生炉中与空气或煤或焦炭在煤气发生炉中与空气或 空气和蒸汽作用而制得，主要成分：空气和蒸汽作用而制得，主要成分：CO、H2、 CO2及及N2。3-1 3-
11、1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成根据气化剂的不同，发生炉煤气分为：根据气化剂的不同，发生炉煤气分为：煤煤 +空气空气 + 蒸汽蒸汽混合煤气混合煤气：CO+H2，热值高，热值高蒸汽蒸汽水煤气水煤气：CO+H2（以（以H2为主）为主）空气空气空气煤气空气煤气：CO，热值低，热值低 气化的关键问题：气化的关键问题：(a) 设备投资大设备投资大;(b) 污染环境；污染环境；(c) 对煤种、块度要求严。对煤种、块度要求严。3-1 3-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成 以组成燃料的主要元素以组成燃料的主要元素C、H、O、N、S及部分矿物杂质及部分矿物杂质灰分（灰分（A）和水分（）和水分（M）的）的
12、质量分数表示燃料的组成。质量分数表示燃料的组成。2 2 燃料组成表示方法及其换算燃料组成表示方法及其换算2.1 2.1 固体、液体燃料组成表示方法及其换算固体、液体燃料组成表示方法及其换算以其质量分数表示（质量以其质量分数表示（质量 %）2.1.1 2.1.1 元素分析法元素分析法 以单质以单质C或有机化合物形式存或有机化合物形式存在，受热分解后燃烧。在，受热分解后燃烧。含量：煤含量：煤5399；重油；重油86% 。 化合化合H：与氧相结合，不可燃：与氧相结合，不可燃自由自由H：与碳、硫的化合物，可燃：与碳、硫的化合物，可燃 固体燃料：固体燃料： 45% 液体燃料：液体燃料： 14%左右左右O
13、和和N不可燃，降低燃料的燃烧能力不可燃，降低燃料的燃烧能力固液体燃料中含固液体燃料中含13或更少。或更少。 金属硫化物金属硫化物可燃可燃 有机硫化物有机硫化物可燃可燃 无机硫酸盐无机硫酸盐不可燃不可燃燃烧产物对设备及环境有害燃烧产物对设备及环境有害 含量：液体燃料含量：液体燃料0.1-3.5% 固体燃料固体燃料2020液体燃料：一般液体燃料：一般0.30.33-1 3-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成新标准新标准新标准新标准GB483-87GB483-87原标准原标准原标准原标准GB476-79GB476-79干燥无灰基干燥无灰基干燥无灰基干燥无灰基( (daf)daf)(dry(dry
14、ash.free)ash.free)可燃基可燃基可燃基可燃基( (r r) )干燥基干燥基干燥基干燥基( (d d) )(dry)(dry)干燥基干燥基干燥基干燥基( (g g) )空气干燥基空气干燥基空气干燥基空气干燥基( (adad) )(air.dry)(air.dry)分析基分析基分析基分析基( (f f) )收到基收到基收到基收到基( (arar) )(arvived)(arvived)应用基应用基应用基应用基( (y y) )C H O N S A M100%（规定可燃物质）（规定可燃物质）100%（绝对干燥燃料）（绝对干燥燃料）100%（风干燃料）（风干燃料）100%（操作燃料）
15、（操作燃料）内内在在水水分分外外在在水水分分3-1 3-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成空气干燥基空气干燥基: :是指分析实验室里所用的空气干燥煤样是指分析实验室里所用的空气干燥煤样的组成，用下角标的组成，用下角标“ad”“ad”表示表示 。收到基收到基: :实际使用的燃料的组成，用下角标实际使用的燃料的组成，用下角标“ar”“ar”表示表示干燥基干燥基:绝对干燥的煤的组成，绝对干燥的煤的组成， 用下角标用下角标“d”“d”表示。表示。干燥无灰基干燥无灰基:无水无灰煤的组成，用下角标无水无灰煤的组成，用下角标“daf”“daf”表表示示不受燃料在开采、运不受燃料在开采、运输和贮存过程中水分
16、输和贮存过程中水分变动的影响。变动的影响。不受燃料在开采、运输、不受燃料在开采、运输、洗煤和贮存过程中水分、洗煤和贮存过程中水分、灰分变动的影响。灰分变动的影响。3-1 3-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成2.1.2 2.1.2 工业分析法工业分析法分析方法见分析方法见GB21277及及GB21184分析结果以分析结果以水分（水分（M）、灰分（）、灰分（A）、挥发分（）、挥发分（V）和）和固定碳（固定碳（FC）四种成分的质量分数表示。四种成分的质量分数表示。110C烘干烘干隔绝空气隔绝空气(干馏干馏)，850900C加热加热7分钟分钟通空气，燃尽（通空气，燃尽（80020C下至恒重）下至恒
17、重）失重：挥发分失重：挥发分V（灰分（灰分A）煤样煤样干样干样灰烬灰烬焦饼（炭）焦饼（炭）失重：固定碳失重：固定碳FC失重：水分失重：水分M3-1 3-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成收到基：收到基： （FC + V + M+ A）ar = 100%干燥无灰基：干燥无灰基：Vdaf + Cdaf =100%V（Volatilize constituent）燃料中的碳氢化合物，燃料中的碳氢化合物，V多燃多燃料着火温度低，燃烧速度快料着火温度低，燃烧速度快 ，燃烧火焰长。燃烧火焰长。M （Moisture content）水分多，粘性大；太大水分多，粘性大；太大 降降温；含量适当可减少灰尘温；
18、含量适当可减少灰尘FC（ Fixed Carbon ）FC ，表示经历的地质年，表示经历的地质年代长，燃料发热量高。火代长，燃料发热量高。火焰虽短，但后劲大，适合焰虽短，但后劲大，适合烧氧化焰。烧氧化焰。A (Ash)A大肯定不好大肯定不好3-1 3-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成燃料组成的换算系数燃料组成的换算系数燃料组成的换算系数燃料组成的换算系数 已知基已知基已知基已知基所换算的所换算的所换算的所换算的“ “基基基基” ”收到基收到基收到基收到基空气干燥基空气干燥基空气干燥基空气干燥基干燥基干燥基干燥基干燥基干燥无灰基干燥无灰基干燥无灰基干燥无灰基收到基收到基收到基收到基(ar)(
19、ar)空气干空气干空气干空气干燥基燥基燥基燥基(ad)(ad)干燥基干燥基干燥基干燥基(d)(d)干燥无干燥无干燥无干燥无灰基灰基灰基灰基(daf)(daf)11113-1 3-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成湿成分湿成分（用上角标（用上角标“ ”表示）表示）干成分干成分（用上角标（用上角标“d”“d”表示）表示）不可燃成分不可燃成分N N2 2、COCO2 2、SOSO2 2、SOSO3 3和和H H2 2O O等等换换算算可燃成分可燃成分H2、CO、CH4、CmHn和和H2S等等组成组成COv+H2v+CH4v+CmHnv+H2Sv+CO2v+N2v+O2v+H2Ov=100 COd+
20、H2d+CH4d+CmHnd+H2Sd +CO2d+N2d+O2d=100 组成表示组成表示2.2 2.2 气体燃料组成表示法气体燃料组成表示法3-1 3-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成式中：式中：ci 某一组分之平均热容，某一组分之平均热容，kJ/Nm3K； Vi 某一组分之体积分数。某一组分之体积分数。如：如： cmixt= ciVikJ/Nm3K 当温度不太低、压力不太高时，各组分近当温度不太低、压力不太高时，各组分近似遵从理想气体状态方程式，其大部分性质都似遵从理想气体状态方程式，其大部分性质都近似遵从加和性法则。近似遵从加和性法则。3-1 3-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组
21、成煤气中的水分多以气体状态存在，所以煤气有煤气中的水分多以气体状态存在，所以煤气有干、湿之分。干、湿之分。冷煤气冷煤气经水洗涤、被水蒸气饱和了的煤气，水经水洗涤、被水蒸气饱和了的煤气，水 分含量取决于煤气的温度。其值由物化的克劳分含量取决于煤气的温度。其值由物化的克劳 修斯修斯克拉渤龙方程式计算。克拉渤龙方程式计算。热煤气热煤气水分含量取决于煤中水分、通入水蒸气水分含量取决于煤中水分、通入水蒸气 的量以及化学反应速度。其值由物料平衡计算。的量以及化学反应速度。其值由物料平衡计算。 出口温度为出口温度为500600C或更高时，煤气中水蒸气或更高时，煤气中水蒸气 含量约等于含量约等于5%。3-1 3-1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成
