《燃料与燃烧化学》PPT课件.ppt

讲课内容 4.0 概述 4.1 发动机燃料 4.2 发动机代用燃料 4.3 燃烧化学 4.4 燃烧的基本理论,4 燃料与燃烧化学,4.0 概述 石油能源形势 石油的生产 1859年8月27日美国斌夕法尼亚州的梯塔斯维尔 德雷克等人打出了第一口具有商业价值的油井 石油给发动机带来了新的生命力 1886年1月29日德国人卡尔.本茨发明了装有单缸 四冲程汽油机的世界第一辆汽车 1897年德国人鲁道夫.狄塞尔制造了世界上第1 台实用的四冲程柴油机为柴油找到了用武之地,4 燃料与燃烧化学,4.0 概述 我国石油资源及消耗 国内原油供需现状 单位：万吨 总结：从1993年以来，我国已经成为原油净进口国， 现在对外依存度已经超过了50，达58以上。,4 燃料与燃烧化学,4.0 概述 我国石油资源及消耗 中国未来原油供需预测（IEA） 单位：亿吨 从国际能源机构（IEA）预测看：对比供需表和供需预测表可看出，2005年对外依存度预计35.8，现已达44，与预测比2010年为44，现提前了5年 到2015年，我国对外依存度将超过60,4 燃料与燃烧化学,4.0 概述 中国的石油安全问题 目前，国外关于石油进口（进口依存度）与石油安全 的关系，存在两种说法： 当一国石油进口量占国内消费量的30时就会产 生安全问题 分析： 对于我国来讲，2003年石油进口量已占到国内消费量 的32；2005年底进口依存度超过44。也就是说，我国 将不得不正视石油的安全问题,4 燃料与燃烧化学,4.0 概述 中国的石油安全问题 目前，国外关于石油进口（进口依存度）与石油安全 的关系，存在两种说法： 当一国的石油进口量超过5000万吨时，国际石油 市场的行情变化就会影响到该国的国民经济运行。而当一 国的石油进口量超过8000万吨以后，就必须运用外交、经 济、军事手段来保证石油供应的安全 对于我国来讲，2000年石油进口量已超过5000万 吨，2003年石油进口量已超过9000万吨，2011年2.54亿吨 （25400万吨） 可见，我国不能不正视石油的安全问题,4 燃料与燃烧化学,4 燃料与燃烧化学,4.0 概述 中国的石油战略 加强国内、开拓海外、油气并举、节约优先、建立储备。 加强国内 就是继续发挥国内油气资源的基础性保障作用，继 续加大新区新领域的勘探力度，提高老油田采收率，保 持国内石油储量的持续稳定。 这是保障国家石油安全最基础、最重要的一条。,4 燃料与燃烧化学,4.0 概述 中国的石油战略 加强国内、开拓海外、油气并举、节约优先、建立储备 开拓海外 开拓海外，将国家石油战略置于全球大背景下，积 极参与海外油气勘探开发，建立多元化的油气进口渠道、运输通道和基础设施，形成和利用国外油气资源相适应的贸易、投资、设施、政策体系。,4 燃料与燃烧化学,4.0 概述 中国的石油战略 加强国内、开拓海外、油气并举、节约优先、建立储备 油气并举 油气并举，即加快国内天然气勘探开发和大型基础 设施建设，适时引进液化天然气和管道天然气，保障国 内日益增长的用气需要。,4 燃料与燃烧化学,4.0 概述 中国的石油战略 加强国内、开拓海外、油气并举、节约优先、建立储备 节约优先 是国家对石油发展战略确定的一项基本国策。 我国经济是属于大量消耗原材料为主的高投入、高消耗、低 效益的粗放式经济。 积极调整产业结构，加快发展高效节油型产业，有效控制交 通运输业用油量的增长，提高石油资源利用效率，加快替代石油 进度，严格控制不合理用油，推动石油资源的回收利用，建立节 约优先的经济体系和消费模式。建设节约型社会。,4 燃料与燃烧化学,4.0 概述 中国的石油战略 加强国内、开拓海外、油气并举、节约优先、建立储备 建立储备 建立储备，即逐步建立以国家储备为主、机构储备为辅的石油储备，建立具有一定规模的石油资源储备和期货价格储备，逐步形成石油储备、资源储备和价格储备相结合的石油储备战略。 石油战略储备体系包括两方面：一建立石油储备基地的硬储备；二通过参与国际原油市场操作，达到套期保值的软储备。 美国、日本等能源消费大国，石油硬储备量约是本国3个月的消费量。,4.1 发动机燃料 石油的基本知识 概述 石油是埋藏在地下的天然矿产物 未经提炼的称之为原油 流态常温下为流体或半流体 气味有特殊气味 含胶质、沥青质越多气味越浓 含硫化物和氧化物越多气味越臭 颜色黑色、深棕色、暗绿色、赤褐色、黄色 含胶质或沥青质越多颜色越深 密度产地不同密度不同一般（0.800.90）,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 石油的基本知识 石油的组成 石油的元素组成（主要是碳和氢）,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 石油的基本知识 石油的组成 石油的烃类组成 定义：石油主要由碳和氢两种元素的化合物组成 碳氢化合物烃。 分类：碳氢化合物中碳和氢的原子结合规律不同 烃的性质不同。 按碳氢原子结合规律分： 烷烃、环烷烃、芳香烃、烯烃。,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 石油的基本知识（石油的组成） 石油的烃类组成 烷烃 CnH2n2（饱和烃） 气体（C1C5）、液体（C6C16）、固体（C16以上）石蜡 分正构烷烃和异构烷烃 H H H H H H H-C-H H H H H-C-C-C-C-H H-CCCCC-H H H H H H H-C-H H H-C-H H H H （正）丁烷C4H10 异辛烷C7H16,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 石油的基本知识（石油的组成） 石油的烃类组成 环烷烃 CnH2n（饱和烃单键环状连接） 环丁烷 C4H8 H H H - CC - H H - CC - H H H,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 石油的基本知识（石油的组成） 石油的烃类组成 芳香烃 苯环CnH2n6（饱和烃单、双键单环状连接） 萘环CnH2n12（饱和烃单、双键双环连接） H H H C C C H H- C C -H H-C C CC-H H- C C -H H-C C C-H H C C C H H H-C-H 苯C6H6 H 甲基萘,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 石油的基本知识（石油的组成） 石油的烃类组成 烯烃 CnH2n（不饱和烃单、双键链状连接） H H H H H H-C-C=C-C-C-H H H H 戊烯烃C5H10,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 汽油 汽油的性能 抗爆性、蒸发性、氧化安定性、清净性、腐蚀性、机械杂质与水分 汽油的性能抗爆性 概念 抗爆性汽油在气缸内燃烧时抵抗自燃的能力 指标 汽油的抗爆能力用汽油的辛烷值表示,4 燃料与燃烧化学,制定汽油牌号的依据。,4.1 发动机燃料 汽油 汽油的性能蒸发性 概念 汽油在一定的温度范围内由液体变为气体的性能 蒸发性对发动机的影响 蒸发性越强燃烧越好、动力性好、起动性好 但过强易产生“气阻”现象 蒸发性越差影响燃烧、动力性经济性变差、起动 性变差，燃油稀释润滑油,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 汽油 汽油的性能蒸发性 指标 馏程 蒸汽压 馏程 定义：从汽油开始蒸发到汽油蒸发截止所对应的温 度范围。 馏程：汽油的沸点范围35200。 评价：通常用10、50、90、100的馏出温度 来评价汽油的蒸发性。,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 汽油 汽油的性能蒸发性 馏程 10表示汽油中含有轻质馏分的大概数量 用于评价汽车的起动性 希望10的馏出温度低一些（但不能太低气阻）,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 汽油 汽油的性能蒸发性 馏程 50表示汽油的平均蒸发性 用于评价汽车的加速和暖机性能 希望50的馏出温度低一些 90表示汽油中含有重质馏分的含量 希望低，否则经济性滑油变质,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 汽油 汽油的性能蒸发性 汽油的饱和蒸汽压 定义：在一定温度下，液体和蒸汽间的蒸发过程达到 平衡时的蒸汽压力 饱和蒸汽压与气阻的关系： 饱和蒸汽压气阻趋向 讨论：为什么？,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 汽油 汽油的性能氧化安定性 概念 指抵抗大气或氧气的作用而保持其性质不发生长久性 变化的能力。 对发动机的影响 氧化安定性差说明汽油中烯烃含量多和空气中的 氧发生化学反应生成胶状物质导致油路堵塞、气门关 闭不严、气缸散热不良、增加爆燃倾向。,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 汽油 汽油的规格 讨论：为什么汽油牌号是以汽油的辛烷值为依据制定 的？ 汽油的选用 选用原则：依据压缩比 依据说明书,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 柴油 柴油的使用性能 柴油的使用性能：着火性、雾化和蒸发性、硫含量、 安定性、低温流动性 柴油的使用性能着火性 概念 柴油机压燃在无外源点火下混合气自燃的性能 指标 柴油的十六烷值,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 柴油 柴油的使用性能着火性 对发动机的影响 十六烷值高自燃能力强但过高来不及混合 就已燃烧燃烧不完全经济性冒黑烟。 十六烷值过低自燃能力差因为着火延迟期长 工作易粗暴起动也困难。 十六烷值范围 一般高速车用柴油机在4065范围。,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 柴油 柴油的使用性能雾化和蒸发性 对发动机的影响 雾化性越差柴油蒸发表面积缸内混合效果 易高温裂解冒黑烟动力性经济性。 蒸发性越差燃烧离上止点越远动力性经济性,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 柴油 柴油的使用性能雾化和蒸发性 评价指标 粘度评价雾化性 粘度大雾化性差，但泵润滑好。 粘度小雾化性好，但泵润滑条件差。 馏程评价蒸发性 50馏出温度与起动性和加速性有关。 90馏出温度与柴油含重质成分有关 与发动机积炭沉淀物有关。,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 柴油 柴油的使用性能雾化和蒸发性 评价指标 闪点评价储存安全性 讨论：并不是蒸发性越高越好蒸发性过好易发生 安全方面的问题用闪点来控制。 定义：在一定试验条件下柴油蒸汽与外界空气混合 形成可燃混合气遇到明火后发生闪火现象时的最 低温度。 为保证安全闪点不应低于某一温度。,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 柴油 柴油的使用性能安定性 在运输储存和使用过程中保持其使用性能不变的能力 柴油的使用性能低温流动性 概念 柴油在低温时的流动性能。 当外界温度柴油的粘度柴油中开始析出石蜡 （此时温度称为浊点）温度再柴油中的石蜡形成网 状柴油将失去流动性（此时的温度称为凝点）。,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 柴油 柴油的使用性能低温流动性 对发动机的影响 当达到浊点时发动机虽然能工作但雾化性差发动机燃烧不良但油滤器将会涂满石蜡最终结果是发动机断油。,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 柴油 柴油的使用性能低温流动性 指标 浊点和凝点。 柴油牌号的确定 柴油的牌号是以凝点为依据制定的。 讨论：为什么柴油牌号是以凝点为依据制定的？,4 燃料与燃烧化学,4.1 发动机燃料 柴油 柴油的规格 可查相应国际标准。 柴油的选用 依据： 依据环境温度。 环境温度要高于凝点大致5。,4 燃料与燃烧化学,4.3 燃烧化学 燃料燃烧的化学反应 燃料（C和H）完全燃烧时的化学反应如下： C-反应方程式 CO2CO2 数量关系（分子量） 12kg C32kg O244kg CO2 整理 1kg C2.667kg O23.667kg CO2 H-反应方程式 2H2O22H2O 数量关系（分子量） 4kg H232kg O236kg H2O 整理 1kg H28kg O29kg H2O,4 燃料与燃烧化学,4.3 燃烧化学 燃料燃烧所需要的理论空气量 概念理论空气量 1kg燃料完全燃烧所需要的最少空气量。 计算公式 第一步：设gc、gH、go表示1kg燃料中的质量成分 gcgHgo 1 第二步：先计算1kg燃料完全燃烧需要的氧气量O2 O2 min 1kgC需要的氧质量百分比 1kgH2需要的氧质量百分比 燃料本身含氧量 O2 min 2.667gc8gHgo （kg）,4 燃料与燃烧化学,4.3 燃烧化学 燃料燃烧所需要的理论空气量 计算公式 第三步：再算1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量 设：空气各元素占的比例（以质量成分计） 氧气占23，氮气占77 则：理论空气量L0 氧气所占比例23O2min 计算公式： L0 O2min /0.23,4 燃料与燃烧化学,4.3 燃烧化学 燃料燃烧所需要的理论空气量 汽油与柴油的理论空气量 汽油的平均质量成分： 汽油和柴油的理论空气量： 将表中各值带入公式得： 汽油理论空气量L014.9（kg/kg） 柴油理论空气量L014.5（kg/kg）,4 燃料与燃烧化学,4.3 燃烧化学 过量空气系数与空燃比 过量空气系数 定义：燃烧1kg燃料实际供给的空气量/理论空气量 公式：L/L0 意义：描述实际空气量与理论空气量间的差别 实际描述了混合气的浓度 浓度：1 合适 1 浓 1 稀,4 燃料与燃烧化学,4.3 燃烧化学 过量空气系数与空燃比 空燃比 定义：实际供给的空气量/燃料量 公式：A/F空气量/燃料量 意义：描述实际空