《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HHHHHHH-C-HHHHH-C-C-C-C-HH-CCCCC-HHHHHHH-C-HHH-C-HHHH（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C4H8HHH-CC-HH-CC-HHH,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）HHHCCCHH-CC-HH-CCCC-HH-CC-HH-CCC-HHCCCHHH-C-H苯C6H6H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）HHHHHH-C-C=C-C-C-HHHH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）12kgC32kgO244kgCO2整理1kgC2.667kgO23.667kgCO2H-反应方程式2H2O22H2O数量关系（分子量）4kgH232kgO236kgH2O整理1kgH28kgO29kgH2O,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gcgHgo1第二步：先计算1kg燃料完全燃烧需要的氧气量O2O2min1kgC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O2min2.667gc8gHgo（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：L0O2min/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：A/F14.9合适A/F14.9浓A/F14.9稀,4燃料与燃烧化学,4.3燃烧的基本理论燃烧过程的三个基本步骤形成可燃混合气着火汽油机点燃单点着火柴油机压燃多点着火火焰传播,4燃料与燃烧化学,4.3燃烧的基本理论着火理论热爆理论链锁反应热爆理论混合气中发生初步的化学反应如果化学反应放出的热量散失的热量自身加热反应速率放热速率热积累达到着火极限爆炸着火燃烧,4燃料与燃烧化学,4.3燃烧的基本理论着火理论链锁反应混合气中发生初步的化学反应活化基在运动过程中与其它分子发生碰撞碰撞时有能量的交