材料工程基础_3.1_燃料的种类和组成

1、安徽理工大学材料科学与工程学安徽理工大学材料科学与工程学 院院 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineering2 硅酸盐工业是一个高温工业，硅酸盐产品在烧制过程中需硅酸盐工业是一个高温工业，硅酸盐产品在烧制过程中需 要消耗大量的热量。要消耗大量的热量。 热量来源有两种：由燃料燃烧产生；以电为热源。热量来源有两种：由燃料燃烧产生；以电为热源。 硅酸盐工业窑炉的热源仍以燃料为主。硅酸盐工业窑炉的热源仍以燃料为主。 了解各类燃料的热工特性、燃烧过程及燃烧设备的特点，了解各类燃料的热工特性、燃烧过程及燃烧设备的特点， 学会燃料燃烧计算，以便合理地选用燃料燃烧设备

2、及组织燃学会燃料燃烧计算，以便合理地选用燃料燃烧设备及组织燃 烧过程，达到高产、优质、低消耗的生产效果。烧过程，达到高产、优质、低消耗的生产效果。 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineering3 实现优化燃烧问题实现优化燃烧问题 燃烧过程发生反应燃烧过程发生反应 燃烧计算应用问题燃烧计算应用问题 如何评价燃料品质如何评价燃料品质 什么是燃料什么是燃料 解决的问题 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineering4 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineering5 材料工程基础

3、材料工程基础-Basis of Materials Engineering6 矿物燃料矿物燃料 生物燃料生物燃料 燃料：是指在燃烧过程中能够发燃料：是指在燃烧过程中能够发 出热量并能利用的可燃物质。出热量并能利用的可燃物质。 按物态分：按物态分：固体燃料、液体固体燃料、液体 燃料和气体燃料燃料和气体燃料 按来源分：按来源分：天然燃料和人工天然燃料和人工 燃料燃料 生物乙醇：生物乙醇：以含糖量高的农作物以含糖量高的农作物 为生产原料，通过发酵和糖分转为生产原料，通过发酵和糖分转 化等加工程序制成酒精。化等加工程序制成酒精。 生物柴油：生物柴油：是用含油植物或动物是用含油植物或动物 油脂作为原料的

4、可再生能源，是油脂作为原料的可再生能源，是 优质的石油柴油代用品。优质的石油柴油代用品。 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineering7 常用矿物燃料的分类常用矿物燃料的分类 种类种类天然燃料天然燃料人工燃料人工燃料 固体燃料固体燃料 泥煤、褐煤、泥煤、褐煤、 烟煤、无烟煤、烟煤、无烟煤、 油页岩、木柴油页岩、木柴 木炭、焦炭、粉煤木炭、焦炭、粉煤 液体燃料液体燃料石油石油（原油）（原油） 石油加工产品石油加工产品 如如汽油、煤油、汽油、煤油、 柴油、重油、渣油等柴油、重油、渣油等 气体燃料气体燃料 天然气、石油气、天然气、石油气、 矿井气矿井气 高炉

5、煤气、发生炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气、 炼焦炉煤气、炼焦炉煤气、 地下气化煤气等地下气化煤气等 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineering8 泥煤泥煤(peat)褐煤褐煤(brown coal)烟煤烟煤(soft coal)无烟煤无烟煤(hard coal) 颜色颜色棕褐色棕褐色褐色、黑褐色褐色、黑褐色黑色黑色灰黑色灰黑色 光泽光泽无无大多无光泽大多无光泽有一定光泽有一定光泽金属光泽金属光泽 外观外观 有原始植物残有原始植物残 体、土状体、土状 无原始植物、无无原始植物、无 明显条带明显条带 呈条带状呈条带状无明显条带状无明显条带状 硬度硬度很低很

6、低低低较高较高高高 自然水分自然水分多多较多较多较少较少少少 碳化程度碳化程度低低70-78%78-90%90%以上以上 发热量发热量 (kJ/kg) 37%10-46%10% 固定碳固定碳低低90% 燃烧现象燃烧现象有烟有烟有烟有烟多烟多烟无烟煤无烟煤 煤的种类与特性煤的种类与特性 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineering9 石炭纪早期石炭纪早期石炭纪晚期石炭纪晚期侏罗纪晚期侏罗纪晚期 白垩纪晚期白垩纪晚期始新世中期始新世中期中新世中期中新世中期 奥陶纪中期奥陶纪中期志留纪中期志留纪中期泥盆纪早期泥盆纪早期 材料工程基础材料工程基础-Basis

7、of Materials Engineering10 常压下蒸馏常压下蒸馏 残渣：直馏重油残渣：直馏重油 减压蒸馏减压蒸馏 减压渣油减压渣油 裂化渣油裂化渣油 裂化煤气和裂化汽油裂化煤气和裂化汽油 等动力燃料等动力燃料 裂化裂化 高质量燃料：汽油，柴油，煤油高质量燃料：汽油，柴油，煤油 三种渣油统称为重油三种渣油统称为重油 又称燃料油又称燃料油( (狭义狭义) ) 石油（原油）石油（原油） 石油加工产品石油加工产品 石油及石油加工产品石油及石油加工产品 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineering11 材料工程基础材料工程基础-Basis of Mat

8、erials Engineering12 固体、液体燃料的组成固体、液体燃料的组成-元素分析法元素分析法 C molkJ/8 .408COOC 22 固、液燃料的主要热能来源固、液燃料的主要热能来源 煤中含量煤中含量: 5399% 重油中含量：重油中含量：86% 碳以有机化合物形式存在碳以有机化合物形式存在 受热分解后燃烧受热分解后燃烧 净氢：净氢：与碳和硫的化合物与碳和硫的化合物可燃可燃 化合氢：化合氢：与氧相结合，不能燃烧与氧相结合，不能燃烧 H 固体燃料：固体燃料： 45% 液体燃料：液体燃料： 14% 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineerin

9、g13 O、 N 氧和氮不能燃烧氧和氮不能燃烧 降低了燃料的燃烧能力降低了燃料的燃烧能力 固液体燃料中固液体燃料中 含含13或更少或更少 煤：煤：435% 重油：重油：14% M 水不能燃烧，且升温吸热，水不能燃烧，且升温吸热， 降低燃料的品质。降低燃料的品质。 少量水对燃料着火、燃烧、少量水对燃料着火、燃烧、 传热等方面有益。传热等方面有益。 S 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 燃烧产物对燃烧产物对 设备及环境有害设备及环境有害 固体燃料：固体燃料：20， 液体燃料：一般液体燃料：一般0.3 材料工程基础材料工程基础-Basis

10、of Materials Engineering15 固体、液体燃料的组成固体、液体燃料的组成-工业分析法工业分析法 VFCMA 燃料燃料 = + + 挥发分挥发分(V)、固定碳、固定碳(FC)、灰分、灰分(A)、 水分水分(M)分析项目分析项目 燃料中的碳氢化合物燃料中的碳氢化合物 V ，燃料着火温度低，燃料着火温度低， 燃烧速度快燃烧速度快 ，燃烧火焰长，燃烧火焰长 FC ，燃料发热量高，燃料发热量高 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineering16 固体、液体燃料的组成固体、液体燃料的组成-工业分析法工业分析法 由于煤开采、运输和贮存的条件不同，

11、同种煤的组成成由于煤开采、运输和贮存的条件不同，同种煤的组成成 分是波动的，在表明煤的组成时，必须说明选用的基准。分是波动的，在表明煤的组成时，必须说明选用的基准。 各组成成分表示用质量百分数，有四种各组成成分表示用质量百分数，有四种“基基”表示方表示方 法法: 收到基收到基(as received) 空气干燥基空气干燥基(air dry) 干燥基干燥基(dry) 干燥无灰基干燥无灰基(dry ash free) 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineering17 u 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的组是指分析实验室里所用的空

12、气干燥煤样的组 成，用下角标成，用下角标“ad”表示表示 。 u 收到基：收到基：指使用单位收到的煤的组成，也即实际使用煤的指使用单位收到的煤的组成，也即实际使用煤的 组成，用下角标组成，用下角标“ar”表示表示。 Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100 燃料中水燃料中水 内在水内在水(Mad)：空气干状态下残留在煤中的水分空气干状态下残留在煤中的水分 外在水外在水(Mar,f)：空气干燥过程中逸出的水分空气干燥过程中逸出的水分 100 100 , , far adfarar M MMM Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100 材料工程基础材料工

13、程基础-Basis of Materials Engineering18 u 干燥基：干燥基：指绝对干燥的煤的组成，指绝对干燥的煤的组成， 用下角标用下角标“d”表示。表示。 u 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”表示。表示。 不受燃料在开采、运输和贮存不受燃料在开采、运输和贮存 过程中水分变动的影响。过程中水分变动的影响。 不受燃料在开采、运输、洗煤和贮存不受燃料在开采、运输、洗煤和贮存 过程中水分、灰分变动的影响。过程中水分、灰分变动的影响。 Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=1

14、00 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineering19 煤组成的表示方法煤组成的表示方法 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineering20 燃料组成的换算系数燃料组成的换算系数 已知的基已知的基 所要换算的基所要换算的基 收到基收到基空气干燥基空气干燥基干燥基干燥基干燥无灰基干燥无灰基 收到基收到基 空气干燥基空气干燥基 干燥基干燥基 干燥无灰基干燥无灰基 ad ar M M 100 100 100 100arM 100 )(100ararAM ar ad M M 100 100 arM100 100 )(10

15、0 100 ararAM adM100 100 )(100 100 adadAM 100 100adM 100 )(100adadAM 100 100dA dA100 100 1 1 1 1 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineering21 已知已知Car、Mar、Mad、Aar，求，求Cad、Cd、Cdaf。 不同基准组成的换算不同基准组成的换算 解：假设解：假设100kg收到基燃料，收到基燃料，根据不同基时含碳量相同根据不同基时含碳量相同： ad adar far far adfarar dafarardaradar,far M MM M M MM

16、M CAMCMCM C 100 100 100 100 )100()100()100(100 , , , )(100 100 100 100 100 100 arar ardaf ar ard ar ad arad AM CC M CC M M CC aradddaf CCCC 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineering22 已知空气干燥基已知空气干燥基Gad、又知、又知Mad、Mar、Aad，求求Gd、Gdaf。 物料量转换物料量转换 解：解：根据不同基时含碳量相同根据不同基时含碳量相同： 100 100 100 100 100 100 100 1

17、00 adad ad adad ad ad ad daf ad addafadaddafdaf ad ad ad ad ad ad d ad addadaddd AM G AM C C G C C GGCGCG M G M C C G C C GGCGCG dafdadar GGGG 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineering23 【例】已知煤的干燥无灰基组成（【例】已知煤的干燥无灰基组成（%）为：）为： Cdaf Hdaf Odaf Ndaf Sdaf 80.2 6.1 11.6 1.4 0.7 又知：收到基时水分组成又知：收到基时水分组成Mar=

18、3.5，干燥基时灰分组成，干燥基时灰分组成Ad=8.2 求：收到基时求：收到基时Car的百分含量。的百分含量。 【解】由于三个基准不能同时转换，因此分两步进行计算：【解】由于三个基准不能同时转换，因此分两步进行计算： （1）先由）先由Cdaf换算成换算成Cd(%) 6 .73 2 .80 10 2 . 8100 100 100 )100(100 daf d d dafdd C A C CAC （2）再由）再由Cd换算成换算成Car(%) 0 .71 6 .73 100 5 . 3100 100 100 )100(100 d ar ar darar C M C CMC 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineering24 各种燃料油的组成用各种燃料油的组成用C、H、O、N、 S、A和和M的质量百的质量百 分数来表示。分数来表示。 我国主要产油区重油组成（我国主要产油区重油组成（%）范围如下：）范围如下： Cdaf Hdaf Odaf+Ndaf Sdaf Qnet (MJ/kg) 8587 1113 0.51.5 0.151.0 39.8044.00 材料工程基础材料工程基础-Basis of Materials Engineering