燃烧教案10.doc

燃料及燃烧是热能与动力工程专业的专业基础课之一，并包括专业课的部分内容。本课程根据专业方向和培养目标的需要，阐明燃料的主要性质、燃烧过程的基本原理、组织燃烧的基本方法、设计和选择燃烧装置的基本原则。本课程教学目的与任务是使学生获得有关燃料及燃烧的专业基础理论和基本知识以及燃烧技术方面的实验研究的基本技能，为合理利用燃料、改进燃烧技术、设计和研制高效能的燃烧系统打好必要的基础。一、绪论1.燃料在国民经济中的地位燃料就是自然界中能够提供某种形式能量的自然能源。燃料也就是能源。能源是国民经济的基础，也是人类日常生活最重要的基本资源，人们的物质文明和精神文明都离不开能源。生活消费基础工业农业、轻工业交通运输能源供给原材料如果说人们生活中的各种消费是由原材料、基础工业、农业、轻工业、交通运输等支持着，那么能源则是上述各个行业得以运行、生产的基础。下图就显示了能源在整个国民经济生产及生活中的重要意义。2.我国的燃料资源我国的燃料资源结构以煤为主，估计地质储量为1.44万亿吨，探明储量6000多亿吨，品种齐全，包括气、肥、焦、瘦、无烟煤及动力煤等。分布面也广，在全国27个省市自治区有不同数量的煤炭资源。其中山西和内蒙古两省约占61.3。我国的煤炭资源居世界第三位，仅次于前苏联和美国。石油资源：由于过去石油地质和勘探程度很低，大部分陆地沉积岩面积还没有进行普查和勘探，到现在为止，已探明石油储量为68亿吨，其中可采储量24亿吨，居世界第八位，主要集中在东北和华北。天然气已探明储量2300亿米3，居世界十六位，主要分布在西南和四川省，在东北和中南地区还有比较丰富的油页岩资源。3.工业燃料的概念及其一般分类（1）定义：a.在当前的技术条件下，单位重量（或体积）燃料燃烧时所放出的热量在工业上能够有效地加以利用。b.燃料生成物呈气体状态，燃烧后的热量绝大部分含于生成物中，而且还可以出放热地点以外利用生成物中所含的热量。c.燃烧产物的性质对加热过程不能起破坏作用，没有毒。d.燃烧过程比较容易控制。e.有足够的蕴藏量或能大量生产，在经济上合理。凡是燃烧时所放出大量热量，并能满足上述五项要求的所有可燃物质均称为工业燃料，简称燃料。（2）燃料的分类i.按其存在的物态可分为：固态、液体和气体燃料。ii.按其来源分为：天然燃料和人造燃料。4.工业常用燃料i.工业上应用最多的固体燃料是煤炭和焦炭。（焦炭是炼焦煤加工制成的人造燃料）ii.液体燃料主要是重油，其次是柴油、汽油、煤油。重油是天然石油在炼油厂经加工炼制，从中提出挥发油、汽油、煤油、柴油和润滑油等轻质产品所剩下的分子呈较重的油品，也叫渣油。iii.气体燃料天然气以及二次能源的气体燃料。如：高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气和发生炉煤气。5.本学科的研究内容及其发展燃料的燃烧从其最终结果来看，是物质间的一种能量转换过程，它是通过燃料和氧化剂在一定条件下所进行的具有放热和发光特点的剧烈氧化反应，将燃料的内能转化为热能。（1）燃烧过程燃料空气烧前准备加压燃烧反应烟气输送混合直接利用加热介质作功排放加热作功加热排放排放排放整个燃烧过程来看，燃烧是物理和化学现象的综合过程。这些物理化学现象之间互相联系和制约的，并以其综合关系决定着燃烧的最终结果。（2）燃烧学的内容包括两部分：即燃烧理论和燃烧技术。i.燃烧理论着重研究燃烧过程所包括的各个基本现象。它主要是运用化学、传热传质学及流体力学的有关理论，由简及繁地说明燃烧基本现象的物理化学本质。ii.燃烧技术主要是把燃烧理论中所阐明的物理概念基本规律与实际工程中的燃烧问题联系起来，对现有的燃烧方法进行分析和改进，对新的燃烧方法进行探讨和实验，以不断提高燃料利用率和燃烧设备的技术水平。iii.发展为了降低能源消耗、节约燃料、合理组织燃烧过程是本学科发展的方向。目前燃烧技术研究的主要问题：针对不同燃料的燃烧特性提出合理的燃烧方法，根据生产工艺的具体要求研究并设计特殊性能的新型燃烧装置，研究高效率、节能型的燃烧装置，研究低噪音、低污染的燃烧技术以及为实现燃烧过程的计算机控制提供燃烧过程的数学模型。6.合理利用燃料和其它能源对发展国民经济的意义（1）.能源是发展国民经济的重要的物质基础。我国以燃料燃烧的方式得到能量在相当长的时期内还要占主导地位，有效地、合理地利用燃料是很必要的。（2）燃料的资源是有限的，随着大规模的开发、利用这类能源势必将迅速地减少，尤其是天然气、石油等优质能源。90年代初，专家估计根据已探明的燃料资源，按其现有的开采速度，天然气的寿命约2030年，石油的使用寿命约3050年，煤炭的使用寿命约为150300年。尽管不断有新的矿物燃料资源被探明，但是这类资源的锐减是不可避免的。解决这一类问题的途径就是开发新的能源与合理利用现有的能源。（3）燃料的资源是有限的，而经济的日益发展每年都以8%的速度递增，所以对能源的需求也在迅速地增加，而经济的发展必须以燃料资源为基础，没有丰富的燃料资源，国家国民经济的发展就要受到限制。（4）合理利用燃料，节约能源，降低产品价格有利于企业的发展，促进国民经济的发展。7.合理组织炉内燃烧过程对炉子热工的关系炉子所获得的热量是通过燃料的燃烧所得到的。当炉子所需的燃料和空气量是一定的，当燃料没有完全燃烧，它所释放的热量将不能满足炉子热工工艺的要求，炉子中的产品将达不到工艺要求变成废品。当燃烧供应过多时，工业燃烧所达到的温度过高，产品报废，必须合理组织炉内燃烧。8.燃烧污染（1）产生原因人类在生产和生活过程中一方面大量地向自然环境开采自然资源，另一方面又在生产和生活过程中产生各种排泄物，这些排泄物又返回到环境中去，环境污染问题就是在这样的一个过程中产生的。（2）环境污染就是将有害物质排入环境，破坏了环境的机能（破坏了生态平衡），并且给经济发展和人民生活带来不良影响，这就叫环境污染。环境污染种类很多，我们主要讲的是大气污染。（3）大气污染定义：人类在生活和生活过程中向大气排出的各种污染物浓度一旦超过环境所能允许的浓度极限就导致大气质量恶化，使人的健康、健筑物、设备、财产等方面直接或间接地遭受破坏，该现象称为大气污染。造成大气污染的物质：CO、CO2、SO2、氧化氮、烟尘、烃类化合物、臭氧层的破坏等等。与燃烧有关的物质是：SO2、NOx烟尘等等。（4）SO2的污染i.SO2的排放量：每年大约2000万吨，燃烧造成的SO2占总排放量的85以上，SO2排放量每年22递增。ii.SO2的危害：对人类健康有严重影响：刺激眼睛，引起呼吸道疾病和死亡。SO2转变为SO3后遇水形成酸雨。SO2能损伤植物的叶，抑制植物生长，我国每年受SO2污染的农田面积4000多万亩，造成农业经济损失20亿元。SO2腐蚀性大，电线硬化，钢丝绳寿命缩短。（5）NOx的污染i.造成大气污染的氮化物主要是NO和NO2，由燃烧造成的排放量占总排量的80以上。ii.NOx的危害NO无刺激性，不活泼，毒性不大，使人的血液输氧能力下降。NO2有刺激性，臭味，毒性很强，约为NO的4-5倍。对呼吸器官有强烈的刺激作用，迅速破坏肺细胞引起肺气肿和肺癌。NxO最主要的危害引起酸雨和光化学烟雾，对金属有腐蚀作用。（6）烟尘的污染产生的原因：主要是燃料的不完全燃烧产生的，悬浮于气体中弥散的固相和液相物质，其粒度为0.2m-500m。危害：1m以下的少粒的烟尘就可使排烟呈浓烟滚滚之貌。10m以下的烟尘进入肺泡，部分就沉积在肺内，与SO2协同作用，使人肺呼吸的SO2质量增大，对人的危害更大了。（7）燃烧污染的治理途径提高设备的燃烧效率，降低单耗。促使燃料完全燃烧。高烟囱排烟燃料改质转换（脱S和脱N）在燃烧过程中治理。控制SO2和NOx的生成量和排放量。排烟治理。烟气余热利用，利用设备吸收烟气中的有害物质。燃烧概述第一节 燃料性质概述燃料指的是通过燃烧而获得可利用热能的物质。凡是可燃的物质就是燃料这种说法是不确切的。燃料有着明确的行业使用背景，有些物质（如煤、石油）从热能利用的角度来说是燃料，但从化工行业来说，则是原料，所以为了合理地利用燃料和满足不同生产部门对燃料性质的要求，天然的燃料需做进一步加工。本节主要讲解的是燃料的种类、燃料的化学组成和燃料的发热量三方面的知识。一、燃料的种类燃料的种类很多，按其存在的形态可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。1.固体燃料（1）煤：包括无烟煤、烟煤、褐煤。 （2）煤的干馏残余物：包括焦炭、半焦炭。（3）有机可燃的页岩和泥炭。 （4）木柴、植物桔杆、木炭。2.液体燃料（1）石油及其炼制产品：包括汽油、煤油、重油、柴油、渣油等。（2）醇类：主要为甲醇和乙醇。 （3）植物油3.气体燃料（1）天然气；（2）液化石油气：石油加工过程中的副产品；（3）人造煤气：主要有焦炉煤气、高炉气、发生炉气等；（4）人工沼气。二、燃料的化学性质（化学组成）我们使用的燃料大都是复杂的混合物，其中有可燃的；也有不可燃的，为了有效地、合理地使用燃料，我们必须了解它们的基本组成或化学组成。1.固体和液体燃料的化学组成.固体燃料是古代动植物埋藏地下，经长期的地质和化学作用而生成的，故其组成是各种有机的混合物，这些有机的混合物的元素组成为：C、H、O、N、S、A和W。由于燃料中的元素是以复杂的化合物形式存在，分析比较复杂，所以通常把看成是单独的元素组成的。液体燃料是由多种碳氢化合物混合而成的，所含有的碳氢化合物的分析也比较困难，因此只要了解其元素组成即可。C、H、O、N、S、A和W。2.气体燃料的化学组成气体燃料是由若干单一可燃气体与不可燃气体组成的混合物：CO、H2、CH4、CnHm、CO2、N2、H2O、O2等。3.燃料成分表示方法及其换算（1）固体燃料和液体燃料的成分表示方法及其换算固、液体燃料通常是用各组分的质量百分数来表示的，有三种表示方法即应用成分、干燥成分和可燃成分。i.应用成分：由C、H、O、N、S、A、W七种组分所组成的，习惯上称之“应用基”，上述各种组分在应用基中的质量百分数叫做燃料“应用成分”，即ii.干燥成分：以不含水分的干燥基中的各组分的百分含量来表示燃料的化学组成，称为“干燥成分”。由C、H、O、N、S、A组成。iii.可燃成分：只C、H、O、N、S五种元素在可燃基中的百分含量来表示燃料的成分，称为“可燃成分”。vi.各组分之间的换算系数已知成分要换的成分可燃成分干燥成分应用成分可燃成分1干燥成分1应用成分1（2）气体燃料成分的表示方法及其换算气体燃料组成是以各组成成分的体积百分数来表示的。气体燃料的表示方法有湿组成和干组成两种，湿组成指的是包括水蒸汽（在该温度下，饱和水蒸气的含量）在内的成分，即：干组成：气体燃料的干组成不包括水蒸汽，即：二者的互换系数：其中：是指在该温度下的饱和水蒸汽的量。从饱和水蒸汽表中可以查得1m3干气体所吸收的水蒸汽量气体，将其换算成水蒸汽的湿成分%，。4.燃料的发热量（1）定义：工程计算中规定1kg煤（重油）或1m3气体燃料完全燃烧后所放出的燃烧热叫做它的发热量。单位： kJ/kg或kJ/m3。（2）燃料的发热量表示方法：高发热量和低发热量高发热量(Q高)：指燃料完全燃烧后，燃烧产物冷却到使其中水蒸汽凝结成0的水所放出的热量。低发热量(Q低)：指的是燃料完全燃烧后，燃烧产物中的水蒸汽冷却到20时所放出的热量。（3）测定方法固、液体燃料用氧弹式量热计直接测定计算。气体燃料用实验测定（容克式量热计）或根据化学组成计算。（4）计算方法i.根据煤的工业分析计算发热量褐煤：烟煤：无烟煤：式中：F、W、A、V煤的固定碳、水分、灰分、挥发分；K、K常数；Q高低位发热量的差值。V18时，V18时，iii.根据元素分析计算发热量a.杜隆公式：b.门捷列夫公式：c.高低发热量的换算公式气体燃料 第二节 固体燃料天然固体燃料主要有两大类：木质燃料和矿物质燃料。矿物质燃料主要是煤，它不仅是现代工业热能的主要来源，随着科学技术的发展，煤将越来越多地应用于化学工业，进行综合利用。一、煤的种类根据固体炭化程度的不同，可将煤分为四类：泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤。1. 泥煤：最年轻的煤，由植物刚转变，保留植物遗体的痕迹。质地疏松，吸水性强，含水40以上，与其他煤相比含氧量高，含氧最高达28-38，含碳较少。使用性能：挥发分高50%以上，可燃性好，反应性强，机械性能差。主要用途：烧锅炉和汽化燃料制成焦碳。2. 褐煤：泥煤进一步变化后所生成的，密度大，含碳较高，氢和氧的含量较少，挥发分产率很低3050%，可燃质数3.9-1.4，着火温度280-370，燃烧后结束时的温度550-700。Q低=10003000Kcal/Kg使用性能：黏结性弱，极易氧化和自燃，吸水性强，作为地方燃料。3. 烟煤：碳化程度较高的煤，与褐煤比较挥发分较小，密度大，吸水性较小，含碳量增加（80%90%），氢和氧的含量较小，可燃质数2.3-1.3，着火温度380-420，燃烧后结束时的温度650-750。Q低=30005000Kcal/Kg使用性能：黏结性好，炼焦的主要原料。也是工业上经常使用的燃料。4. 无烟煤：矿物化程度最高的煤，最老的煤。密度大，含碳量高90%，挥发分极少39%，组织致密，吸水性小，受热时易爆炸成碎片，不易着火，可燃质数1.5-0.4，着火温度500-610，燃烧后结束时的温度750-900。Q低=53006900Kcal/Kg使用性能：发热量大，灰分少，而且分布广，用于汽化或在小高炉和化铁炉中。二、煤的化学组成各种煤都是有机化合物，其主要元素为C、H、O、N、S、A、W组成C：是煤的主要可燃元素。燃烧时放出大量的热，煤的炭化程度越高含碳量就越大。各种煤的含碳量大致为泥煤70%；褐煤70%78%；烟煤78%90%；无烟煤90%。H：可燃元素。在煤中与C、S结合在一起存在叫可燃氢，（可以燃烧）另一种与氧结合在一起的化合氢。不能燃烧，在计算Ln,Q 时应用有效氢。O：是煤中的有害物质。与C、H构成氧化物使C、H失去进行燃烧的可能性。N：一般不参加燃烧反应，在高温下与氧形成NOX。S：在煤中有三种存在形态。有机硫（S机）：来自母体植物与炼成化合状态，均匀分布。黄铁矿硫（S矿）：与铁结合在一起形成FeS2。有机硫和黄铁矿硫参与燃烧反应，称可燃硫或挥发硫。硫酸盐硫（S盐）：以各种硫酸盐形式（主要CaSO42H2O和FeSO4）存在于煤的矿物杂质中。硫在燃料中是一种有害的物质，燃烧后生成二氧化硫和三氧化硫，能危害人体健康和造成大气污染。；在加热炉中将造成金属的氧化和脱碳，在锅炉换热面进行腐蚀，在工业生产中应严格控制硫的含量。灰分A：煤中所含的矿物杂质。在燃烧过程中经过高温分解和氧化作用后生成一些固体残留物（有害物质）。影响冶金炼焦的质量，降低煤的发热量，造成燃料的不完全燃烧（由于灰分的熔点低，容易结渣，阻碍空气流动），炼焦的灰分A应不超过10%。水分W：是燃料中的有害物质。降低燃料的可燃质（A），燃烧时还要消耗热量。水在固体燃料中包括两部分，外部水分和内部水分。外部水分：不被燃料吸收而是机械地附着在燃料表面上的。在大气中风干即可去掉。内部水分：达到风干状态后，燃料中所残留的水分，它包括被燃料吸收并均匀分布在可燃质中的化学吸附水和存在于矿物杂质中的矿物结晶水，在高温分解时，才能除掉。三、煤炭的物理性质和工业分析为了合理利用煤资源和正确制定煤利用的工艺制度，应了解物理和化学性能。1.煤炭的物理性质（1）煤的比热、导热系数煤在室温下的比热：约为0.84-1.67 kJ/(kg)。随着炭化程度的提高而变小。在常温下煤的比热与水分和灰分含量的关系：式中：cp恒压比热。煤的导热系数一般为：0.232-0.348 W/(m) 随着炭化程度的提高而增大。一般炼焦煤在干馏温度范围内的导热系数可用下式计算：（2）粘结性、结焦性粘结性：粉碎后的煤在隔绝空气的情况下加热到一定温度时，煤的颗粒相互粘结形成焦块的性质。结焦性：煤在工业炼焦条件下，一种煤或几种煤混合后的粘结性，也就是煤能炼出冶金焦的性质。意义：一般粘结性好的煤结焦性就比较强。了解煤的粘结性和结焦性是很重要的。这样我们就知道煤是否可以炼焦。选择炼焦煤的依据。（3）煤的指的是煤在加热时是否易于破碎而言。耐热性的强弱直接影响煤的燃烧和汽化效果。耐热性差的煤（主要褐煤、无烟煤）气化和燃烧时容易破碎成碎片，妨碍气体在炉内的正常流通，并容易发生烧穿现象，是气化过程变坏。（4）反应性和可燃性反应性：指煤反应能力，也就是燃料中的碳与二氧化碳及水蒸汽进行还原反应的速度。可燃性：指的是燃料中的碳与氧发生氧化反应的速度，即燃烧速度。衡量反应性好坏的标准：用反应物中一氧化碳的生成量（吸热反应）和氧化层的最高温度来表示，一氧化碳的生成量越多，氧化层的温度越低，则反应性越好。煤的炭化程度越高，则反应性和可燃性就越差。2.煤的工业分析（1）煤的工业分析方法将一定量的煤加热到110，蒸发水分，测出水分含量；再隔绝空气加热到850（一般为20分钟），测出挥发分含量（CO、CO2、H2、CnHm、N2以及一部分热解水和矿物结晶水）；通入空气，使固定碳完全燃烧，测出灰分和固定碳的含量。（2）煤的工业分析内容测定水分、灰分、挥发分和固定碳的百分含量。其公式：固定碳100-（W+A+V）（3）意义：是确定煤的用途和制定工艺制度时不可缺少的原始依据。三、煤的加工和综合利用1.煤化学发展的四个阶段萌芽阶段（1780-1830年）：煤的起源：植物质、陆生植物群形成。启蒙阶段（1830-1912年）：启蒙阶段：提出以元素组成的基础。有机化合物。经典阶段（1913-1963年）：煤化学发展的黄金时期，煤作为热源和能源处在垄断地位。1963-至今：煤炭的研究经历了从衰落（因为煤的污染和液体燃料的出现）、复兴到陷入低谷和再振兴的变动。（燃料的短缺在一次让煤振兴。）2.煤的加工及综合利用煤在高温高压下的直接液化技术。通过煤与氢得到了与石油高压加氢所得到产物相似的油品。煤的流化床气化：流化床燃烧，流化床碳物料的活化等工艺。煤间接液化技术通过煤的气化生成合成气，再经费-托合成，生成液体燃料。我国现状：在煤炭加工处理方面，已建成选煤厂的入选能力约达5亿吨。在水煤浆燃烧技术处于发展初期，技术上的差距主要表现在燃烧稳定性和制浆药剂生产的生主知识产权方面。在燃烧发电技术方面，有循环流化床锅炉燃烧（CFBC），增压流化床燃烧发电技术（PFBCCC）和煤气化联合循环发电（IGCC）技术。四、焦炭的性质焦炭是用炼焦煤加工制成的，它是和中二次能源，它的机械强度大，有一定的孔隙度，它在高炉中既作为燃料，也作还原剂，又是一种支承炉料的材料，使炉内保护良好的透气性。焦碳的生产工艺流程：破碎、洗煤、配煤、炼焦和产品处理五个阶段。1. 破碎：为了便于洗煤和结焦，需要对原料进行破碎，一般要求破碎后的煤的粒度3mm以下的为7588%。2. 洗煤：对煤进行清洗，以降低煤的灰分和杂质。3. 配煤：将各种结焦性能不同的煤，按一定的比例配合起来，以获得合乎规格要求的焦碳，4. 炼焦：是将配好的煤加入焦炉内，在隔绝空气条件下，炼制焦碳。5. 产品处理：分为焦碳的处理和化学副产品处理两方面，焦碳处理是将焦炉推出的红焦碳喷水、熄火，筛分分级得到不同粒度的焦碳。化学副产品处理是将焦炉煤气收回并加以利用。第三节 液体燃料一、液体燃料的种类石油及其加工产品液体燃料的分类：天然液体燃料：石油及其加工产品人造液体燃料：从煤中提炼出各种燃料油1.石油及其加工产品的化学组成石油是一种天然的液体燃料，是黑褐色的粘稠液体。石油由各种同族和不同分子量的碳氢化合物组成，主要有烷烃（CnHm+2）、环烷烃（CnH2n）、芳香烃（CnH2n-6）、和烯烃（CnHm）及少量的硫化物、氢化物、氮化物、水分和矿物杂质。2.分类：根据所含碳氢化合物的种类分为四类。1） 石蜡基原油主要烷烃CnHm+2组成。高沸点馏分中含有大量石蜡。从这种油中得到黏度指数较高的润滑油，煤油。缺点产的汽油的辛烷值较低，加工时必须专门脱蜡。2） 烯基原油烯基CnHm较多。不饱和烃，化学稳定性较查、高温下易转换芳香足碳氢化合物。从中可以得到少量的辛烷数高的汽油，和大量优质的沥青，优点含蜡少，便于炼制柴油和润滑油。缺点汽油产量小，润滑油黏度指数低，煤油易冒烟。3）中间基原油烷烃和烯基含量大体相等的综合基原油。从中可以得到大量直溜汽油和优质的煤油。缺点汽油的辛烷数不高，含蜡较高。4）芳香基原油芳香烃较多。不饱和碳氢化合物，基本形式为 CnH2n-6。自然界中的储量少，从中得到辛烷数很高的汽油和溶解能力很强的溶剂。化学活性较强，易置换其他产品。缺点产的煤油冒烟。3原油加工方法目前常用的原油加工方法主要是分馏法和裂解法。1）分馏法定义：是把原油加热、利用各种分馏产物沸点不同而它们分别提出来。分类：根据分馏塔工作压力的不同可分为常压分馏和减压分馏。常压分馏：由于塔内工作压力接近大气压力故常压分馏。常压分馏的产物是：石油气、汽油、挥发油、煤油、柴油等。沸点在350以下的石油产品如下表名称沸点密度kg/t汽油、航汽油40-1500.71-0.74汽车汽油50-2000.73-0.76轻拨发油100-2400.77-0.79煤油200-3200.80-0.83粗柴油230-3600.84-0.88减压分馏：塔内压力一般只有4000-10000Pa，甚至低于1333Pa以下，故又称真空分馏。减压分馏用来处理沸点高于350以上的重质馏分，以提高轻质产品的收集率。例如：用来提炼沸点为350-500的粗柴油和轻质润滑油等。用直接分馏法只能分馏出分子量较小的轻质油品。2）裂解法定义：为了提高原油中轻质油品的产量，特别是汽油的产量，可将直接分馏塔剩下的残渣或某些分子量较大的重质油品进一步在高温高压条件下进行分解，这种工艺叫裂解法。分类：根据工艺特点不同，分为热裂解和催化裂解等。一般裂解法反应温度多在400-600，压力1-1.5MPa，甚至4-7MPa。二、燃料油（重油）的物理化学特性石油加工剩余的渣油，大部分碳氢化合物，其元素组成如下。1.重油元素成分及含量：（可燃基）成分CHO+NS质量百分含量85-8810-130.5-1.00.2-1.0C H占95%以上重油黏度大，C越高、H越少含量少对燃料的性质无影响含量少、危害大、严格控制重油中的水分是运输和储存时混进去的，含水多时，降低了Q低和t理，水分汽化影响设备的正常运行，火焰的稳定性。灰分含量极少，一般不超过3%，与运输和储存有关，使用时必须过滤。2.闪点、燃点、着火点i.闪点：当燃料被加热时，在油的表面上将出现油蒸汽，油温越高油蒸汽越多。因此，油表面附近空气中的油蒸汽的浓度也就愈大。当空气中的蒸汽浓度大到遇到点火小火焰能使其发生闪火现象时，这时的油温就叫做油的闪点。闪点只是瞬间现象，它并不能继续燃烧。闪点是按照国家规定的统一标准用专门仪器测定出来的，分为两类：开口闪点（油表面暴露在大气中80130）、闭口闪点（油表面封闭在容器内）。ii.燃点：如果油温超过闪点，使油的蒸发速度加快，以致闪火后能继续燃烧而不熄灭，这时的油温叫做油的燃点。燃点比闪点大约高10。iii.油的着火点：如果继续提高油温，则油表面的蒸汽会自己燃烧起来这种现象叫自燃。这时的油温叫油的着火点。重的着火点为500600。油储存时低于闪点，燃烧时大于着火点。3.粘度：大小对于燃料油的运输和雾化都有影响。（1）定义：表示流体质点之间的摩擦力大小的一个物理指标。随着温度的升高，黏度显著降低。凝固点一般30以上，常温下大多数重油处于凝固状态。（2）表示方法：动粘度系数和恩氏粘度Et动粘度系数：单位m2/s或cm2/s并规定：1斯托克斯（St）1cm2/s=110-4m2/s；1/100St称为“厘斯”用符号cSt表示，1cSt1mm2/s恩氏粘度：定义：我国用恩氏粘度来表示油的黏度。常用的有四种牌号，20、60、100和200号重油（油温度为50时测量的）二者之间的关系：4.密度定义：单位体积的重量。单位：kg/m3或t/m3常温下（20）的油的密度：温度与重油密度之间的关系：式中：体积膨胀系数，=0.0025-0.002205.比热和导热系数（1）比热与温度的经验公式在（20-100）范围内，重油的比热可近似取1.30-1.70 kJ/(kg)（2）导热系数经验公式：（117.7/20）（1-0.00054t）10-32020时重油的导热系数（查表得出）一般工程计算中：6.发热量一般发热量在7.含硫量重油中的硫是一种有害杂质，国家规定供工业炉窑用的重油含硫量不应大于1。8.残炭是把重油在隔离空气的条件下加热时蒸发出油蒸汽后剩下的一些固体碳素。残炭能提高火焰的黑度，有利于强化辐射传热的能力。但易使烧嘴出口结焦，影响烧嘴的正常工作。我国的重油残炭产率比较高，一般在10左右。9.掺混性重油的性质及其加工方法不同，把不同来源的重油糁混使用时会出现沥青、含蜡物质等固体沉淀而影响重油的输送，单独用直馏重油配成的燃料油可以混合使用。裂化重油必须先做掺混性实验，然后才可以混合使用。三、我国燃料油的分类及特点我国作为燃料油使用的产品主要有：汽油、煤油、柴油和重油，它们是经过常压分馏而得到的，见下表：油品汽油重汽油煤油柴油重油馏出温度25-180120-230190-260260-3503501.汽油特点：具有良好的挥发性。适宜作为点燃式活塞内燃机的燃料。汽油可分为车用汽油（50200）和航空汽油（40150）两种。2.煤油在石油基燃料中，煤油的蒸发性次于汽油。最大用途：用作喷气发动机的燃料，通常称之为喷气燃料。另外还有作为照明用的灯用煤油，作动力燃料的拖拉机煤油。用在航空领域。3.柴油特点：沸点较高，自燃点较低，故适宜作压燃式活塞发动机的燃料使用。柴油发电机。第四节 气体燃料一、 气体燃料的种类及其一般特性气体燃料的优点：燃烧过程最容易控制，易实现自动调节，还可以进行高温预热，将低热值的燃料获得较高的燃烧温度，节约燃料，降低燃耗。1.气体燃料的种类：天燃气、高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气2.一般特性气体燃料是多种单位气体的混合物，我们应先了解主要单一气体的物理化学性质。（1）氢气无色无味气体，密度0.0899 kg/Nm3，难溶于水，临界温度-239.9，着火温度510-590，Q低10800 kJ/Nm3。48%易在空气中爆炸，空气助燃火焰传播速度较高260 m/s。（2）一氧化碳无色无味气体，1.25 kg/Nm3，难溶于水，临界温度-197，着火温度610-658，Q低12600 kJ/Nm3，火焰为淡蓝色，CO的毒性很大。（3）甲烷无色微有葱臭味气体，0.715 kg/Nm3，难溶于水，临界温度-82.5，着火温度530-750，Q低35800 kJ/Nm3，火焰有微弱的亮光，当空气中甲烷浓度25-30时对人体有害。（4）乙烷无色无味气体，1.34 kg/Nm3，难溶于水，临界温度-34.5，着火温度510-630，Q低63700 kJ/Nm3，火焰有微光。（5）乙烯无色，具有窒息性的乙醚气味，有麻醉作用。1.26 kg/Nm3，难溶于水，临界温度9.5，着火温度540-547，Q低58700 kJ/Nm3，火焰发光，空气中的乙烯含量达到0.1时对人有害。（6）硫化氢无色，具有浓烈的臭鸡蛋味气体，1.52 kg/Nm3，易溶于水，着火温度364，Q低59000 kJ/Nm3，火焰呈蓝色，毒性很大。（7）二氧化碳无色，略有酸气，1.977 kg/Nm3，易溶于水，临界温度31.35，空气中的CO2浓度达到25mg/L时，对人体有危害。（8）氧气无色无臭气体，1.429 kg/Nm3，临界温度-118.8。另外，煤气具有腐蚀性，主要是其中含有氨气、硫化氢、二氧化碳、氰氢酸及氧气。二、冶金工业常用煤气的物理性质1.高炉煤气高炉煤气是高炉炼铁过程中所得到的一种副产品。（1）成份：主要与高炉燃料的种类，所炼铁的品种及高炉炼铁的工艺有关，一般主要成分为：CO占（25-31），H2占（2-3），CH4不超过1，N2约占（57-60），CO2约（4-10）（2）低发热量：约在3450-4180 kJ/Nm3（3）理论燃烧温度：1400-1500，由于温度低，一般不能单独用。（预热或与其他高热值的燃料混合应用）CO的毒性很大，使用时应特别注意。2.焦炉煤气是炼焦生产的副产品即煤在1000高温的焦炉炭化室内进行干馏得到的可燃气体称焦炉煤气。（1）成份：H2约占（55-60），CH4（25-28）,CnHm（2-4）,CO（6-8），CO2（2-4），N2（4-7），O2（0.4-0.8）（2）低发热量：15890-17140 kJ/Nm3从其组成看惰性气体较少，故发热量较高。3.发生炉煤气发生炉煤气就是将固体燃料在煤气发生炉中进行气化而得到的人造气体燃料。固体燃料的气化是一个热化学过程，即在一定的温度下，借助于某种气化剂的化学作用将固体燃料的可燃质转化为可燃气体的过程。（1）分类：根据气化剂不同将其分为三类，即空气发生炉煤气、混合发生炉煤气和水煤气。（2）主要特点i. 水煤气：以过热水蒸气为气化剂得到的水煤气成分：CO约占（40-45），H2约占（45-53），此外还有少量N2和CO2等其它气体。Q低1008011340 kJ/Nm3，可作化工原料及工业炉燃料。ii空气发生炉煤气：以空气为气化剂得到的空气发生炉煤气成分：CO约（2030），H215，N2约（5060），CO2（510）Q低37804620 kJ/Nm3，用作工业炉的燃料。iii. 混合发生炉煤气：以空气和水蒸气为气化剂得到的混合发生炉煤气主要成分CO和H2随着空气和水蒸气混合比例不同，二者的含量差异较大。Q低50007000 kJ/Nm3，4.天然气天然气是由低分子的碳氢化合物、硫化氢以及少量的N2、CO2、水蒸气、矿物杂质组成的。Q低3350054400 kJ/Nm3。CH4约占（8595），H2S约占（0-0.9），N2(1.55.0%) CO2+SO2约占(0.51.5%)。天然气是一种优质的燃料，也是理想的化工原料。第二篇 燃烧反应计算燃烧反应的实际进程和反应结果是与体系的热力学条件（温度、压力）条件及动力条件（燃烧扩散、燃烧器等）有关，为了能够计算研究方便，我们对燃烧计算规定了几点要求。 一、燃烧反应计算的规定1.在燃烧反应计算的过程中，氧化剂多数是空气，少数是氧气或富氧。空气的主要成分：氧气和氮气。干空气的成分：按质量：氧占23.2，氮占76.8；按体积：氧占21，氮占79.空气中水蒸气的含量：通常按某温度下的饱和水蒸汽含量计算。2.在燃烧反应计算时，对于固、液体燃料用应用成分计算；气体燃料用湿成分计算。3.在燃烧反应计算的过程中，氧化剂（空气或氧气）和燃烧产物应当成理想气体来进行计算。二、燃烧反应1.分类：按燃烧反应中生成物的成分可将其分为两类。完全燃烧反应：燃料中CCO2，H2H2O，SSO2。不完全燃烧反应：燃料中有一些可燃物分子不能被充分氧化而生成H2、CO等。2.燃烧产物的组成完全燃烧反应：CO2、H2O、SO2、N2及少许的氧。不完全燃烧反应：CO2、H2O、SO2、N2及少许的氧，尚有CO、H2O、CH4等。3.产生不完全燃烧的原因空气量供应不足；燃料与氧化剂混合不均匀；或在燃烧室中来不及充分混合将会使一些可燃分子来不及与氧气接触而不发生反应。在高温下某些碳氢化合物和燃烧产物中的CO2和H2O等发生分解而生成H2、CO2等可燃气体。例如：在高温下，第一节 空气需要量和燃烧产物的计算一、理论空气量和理论燃烧产物量的计算1.理论空气量（1）定义：使单位量的燃料完全燃烧所需的最少的空气量。用L0表示。（此时燃料与氧化剂全部反应。）（2）计算：a.固体、液体燃料的理论空气需要量已知燃料应用成分的质量百分数为：按化学反应完全燃烧方程式，其中碳燃烧时为：C + O2 CO2 + Q数量关系： 12 + 32 44 kg每公斤碳需氧量：1 + 8/311/3 kg/kgC用kg需氧量：同理可计算出氢、硫燃烧时需氧量分别为8H、S。由此可知每公斤燃料完全燃烧时所需氧的质量为G0.02：将需氧量换算为标准状态下氧的体积量L0.02（标态下氧密度32/22.41.429 kg/Nm3）：将上述（1）、（2）两式换算为在空气中燃烧时所需的空气量G0和L0:空气中的含氧量分别为：按估量计0.232，按体积计0.21所以，或或b.气体燃料的理论空气量的计算已知燃料湿成分（体积百分数）为：其中可燃成分的化学反应方程式为：1m3需氧的体积： 1 + 1/2CONm3需氧的体积：所以，如果有CO体积数的CO完全燃烧就需要1/2CO体积氧气。同理，可计算出体积数分别为H2、CH4%、CnHm%、H2S%完全燃料时，就需要如下体积数的氧气量：1/2H2、2CH4%、（n+m/4）CnHm%、3/2H2S%。故1m3气体燃料完全燃烧时所需的理论氧气量为：1m3煤气完全燃烧时所需的空气量为：2.理论燃烧产物量的计算定义：使单位量燃料完全燃烧后，生成的燃烧产物的量，叫之。用V0表示。主要成分为：CO2、SO2、H2O、N2、O2。计算方法：a.固、液体燃料的理论燃烧产物量的计算据可燃成分的化学反应方程式可知 12 44 公斤 2 18 16 64 公斤 对于固、液体燃料，并估计到燃料成分中的N2和W值，由上式可得：故b.气体燃料完全燃烧时所生成的理论燃烧产物的量根据燃料完全燃烧的化学方程式，同理可得：二、实际空气量和实际燃烧产物量1.实际空气量：燃烧反应中实际供给的空气消耗量。用“Ln”表示。，式中n空气消耗系数。N值的确定与燃料的种类及燃烧装置等因素有关。对于气体燃料：n=1.051.15；对于液体燃料：n=1.151.25；对于固体燃料：n=1.21.5；上面计算中未计入空气中的水分，计算空气中的水分时，这时2.实际的燃烧产物生成量（1）当n1时，称理论燃烧产物生成量V0。（2）当n1时，称实际燃烧产物生成量Vn。或所以：（3）固体、液体燃料的Vn（3）气体燃料的Vn三、燃烧产物成分和重度的计算1.燃烧产物成分：它表示为各组成所占的体积的百分数。表示方法为：CO2、H2O、SO2、N2、O2即， 2.燃烧产物的密度有两种计算方法（1）用参加反应的物质的总质量除以燃烧产物的体积。i.参加反应物为固、液体时 （空气=1.293）ii.参加反应物为气体燃料时（2）用燃烧产物的质量除以燃烧产物的体积四、不完全燃烧的燃烧产物1.不完全燃烧时燃烧产物生成量的变化设燃烧产物中的可燃物仅有CO、H2和CH4，根据燃烧反应方程式，并将空气中的O2和N2均写入反应式中:不完全燃烧产物中可燃物组成 相当于完全燃烧产物讨论：当n1时由反应式中可知，当燃烧产物中有CO和O2时和完全燃烧相比产物的生成量增加了，反应式左边的体积1+0.5+1.88，而右边是1+1.88。所以燃烧产物中若有1m3CO，则燃烧产物体积增加0.5m3。同理，燃烧产物中若有1m3H2，会使燃烧产物体积增加0.5m3，CH4则不引起燃烧产物体积的变化。若以(Vn)不表示不完全燃烧产物的生成量(Vn)完表示完全燃烧产物的生成量则故如果只是考虑讨论干燃烧产物生成量，则上式可变为：,当n1时，（空气供应不足，燃料过剩，一般有两种情况）a.燃料与空气的混合是充分的，燃烧产物中可能有CO、H2和CH4等，但不会有O2，由反应方程式，要使CO完全燃烧应再加入0.5m3O2，和1.88m3N2，这时不完全燃烧的体积要比完全燃烧的体积减少。这时，对于干燃烧产物，可得小结：当空气供应量不足n1时，而又充分均匀混合时（O2=0）的情况下，将会使产物生成量比完全燃烧时有所减少，不完全燃烧程度越严重，生成量将越减少。b.第二情况：混合不充分，而产物中仍存在O2，即O20那么这时为了使不完全燃烧产物中的可燃物燃烧便可少加一部分空气，其量为：将剩余的O2折合为空气量据此便可对上式加以修正，即当n1且O20时， 小结：按上式分析，产物生成量的变化要看（1.88CO+1.88H2+9.52CH4与4.76O2两项之差。为正不完全燃烧产物量大于完全燃烧产物量，一般情况下， n1时，4.76O2量较少，其值为正，使燃烧产物生成量有所减少。二、不完全燃烧产物成分和生成量的计算（1）条件：不完全燃烧反应前后的物质平衡n1，混合是充分均匀的燃烧产物生成物的量：成分组成为：（2）计算(Vn)不不计空气中的水分i.碳平衡对于固、液体燃料：对于气体燃料：ii.氢平衡方程：对于固、液体燃料：对于气体燃料：iii.氧平衡方程：对于固、液体燃料：对于气体燃料：iv.氮平衡方程：对于固、液体燃料：对于气体燃料：v.水煤气反应的平衡常数，vi.甲烷分解反应的平衡常数，式中：K1、K2是平衡常数，仅是温度的函数，如果已知燃烧产物的实际平衡温度，即可查表求出。如果燃烧室的气体平衡压力接近一个大气压，那么式中各组成的分压将在数值上等于各组成的成分的体积百分数，即PCO2=CO2，PCO=CO，联立上述六个方程组即可求出燃烧产物各成分。第二节 燃烧温度的计算一、燃烧温度的概念燃料燃烧时燃烧产物达到的温度燃烧温度。意义：（1）决定燃烧装置中温度的最基本因素。 （2）选择燃料和燃烧方法以及组织燃烧过程的主要依据。 影响燃烧温度的因素：发热条件（燃料种类、成分、燃烧条件、传热条件）散热条件。1.实际燃烧温度在实际条件下的燃烧产物的温度t产。Q传燃料+O2产物选择控制体，p=const，进入的燃料和O2的能量与产物出去的能量相等，并且达到动态平衡。进入燃烧室的燃料以单位体积或单位质量来计算，温度以0为基准。燃烧过程：热收入热支出 （KJ/Kg）（1）热收入项：i.单位质量或单位体积带入的燃烧热Q低ii. 燃料的物理热iii. 空气带入的物理热（2）热支出项i. 燃烧产物含有的物理热 (燃烧产物的温度、平均比热)ii. Q传燃烧产物传给周围物体的热量iii. Q不由燃烧条件而造成的不完全燃烧热损失iv. Q分燃烧产物中某些气体在高温下的热分解反应消耗的热量根据能量守恒定律：热收入热支出整理得：讨论：t产与那些因素有关：Q低，t产；预热空气和燃料；空气带入的物理热；燃料的物理热， t产 Q不；t产 Q分，t产2.理论燃烧温度若假设燃料是在绝热系统中燃烧（Q传=0），并且完全燃烧（Q不=0），则按上式计算出的燃烧温度称为“理论燃烧温度”，即从t理与t产的关系式中，我们可以得出t理t产， t产= Kt理 K是经验数据，一般在0.60.8之间。意义：t理是燃烧过程的一个重要指标