(2)无机材料窑炉燃料

1、第二章 无机材料烧成窑炉的燃料第一节第一节 绪绪 论论1.1.燃料在国民经济中的地位燃料在国民经济中的地位（1）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。也是生活消费基础，为工业、农业、轻工业交通运输能源供给原材料（2）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。2.2.我国的燃料资源我国的燃料资源（1）煤资源：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

2、，包括气、肥、焦、瘦、无烟煤及动力煤等。我国的煤炭资源居世界第三位，仅次于独联体国家（前苏联）和美国。（2）石油资源：到现在为止，已探明石油储量为98亿吨，其中可采储量39亿吨，居世界第八位，主要集中在东北和华北。（3）天然气资源：天然气已探明储量2300亿立方米，居世界十六位，主要分布在西南、西北和四川省，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：1）在当前的技术条件下，燃料燃烧时所放出的热量在工业上能够有效地加以利用。2）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，生成物中所含的热量可以被利用。3）燃烧产物的性质对加热过程不能起破坏作用

3、，且没有毒副作用。4）燃烧过程比较容易控制。5）有足够的蕴藏量或能大量生产，在经济上合理。 凡是燃烧时能放出大量热量，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。4.工业常用燃料1）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）2）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，轻质燃料产品所剩下的分子较重的油品，也叫渣油。3）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。 （2）燃料的分类1）按其存在的物态可分为：固态、液体和气体燃料。2）

4、按其来源分为：天然燃料和人造燃料。5.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占主导地位。（2）燃料的资源是有限的，而经济的日益发展对能源的需求却在迅速地增加，因此燃料的相对短缺是不可避免的，国民经济的发展将受到燃料的短缺的限制。6.合理组织炉内燃烧过程对热工设备工作效果的影响（1）炉子所获得的热量是通过燃料的燃烧所得到的。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。（2）当燃烧热量供应过多时，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。7.7.燃烧污

5、染燃烧污染（1）产生原因：人类开发自然资源，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，环境污染产生。（2）环境污染：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。环境污染种类很多，我们主要讲的是大气污染。（3）大气污染1）定义：人类在生活和生活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、建筑物、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。2）造成大气污染的物质：CO、CO2、SO2、氧化氮、烟尘、烃类化合物等。3）与燃烧有关的物质是： CO、CO2、SO2、NOx烟尘

6、等等。（4 4）SOSO2 2的污染的污染 1）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。 2）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。 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。（5 5）NOxNOx的污染的污染 1）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。 2）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降。 NO2有刺激性，臭味，毒性很强，约为NO的

7、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，对金属有腐蚀用。（6 6）烟尘的污染）烟尘的污染1）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。2）危害：1m以下的小颗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 7）燃烧污染的治理途径）燃烧污染的治理途径 1）提高设备的燃烧效率，降低单耗。促使燃料完全燃烧。 2）高烟囱排烟 3）燃料改质转换（脱S和脱N） 4）在燃烧过

8、程中治理。控制SO2和NOx的生成量和排量。 5）排烟治理。烟气余热利用，利用设备吸收烟气中的有害物质第二节第二节硅酸盐工业窑炉的燃料2.1 陶瓷窑炉使用燃料的发展过程1 .发展过程 柴草,木柴煤重油,轻油(柴油,煤油)气体燃料(天然气,煤气,液化石油气) 古代 近代 现代 固体燃料液体燃料气体燃料(清洁燃料)2. 国内外陶瓷燃料的应用现状 国外发达国家陶瓷窑炉于70年代已逐渐转为清洁燃料。如英国1979年陶瓷厂使用天然气占68.8,液化石油气占20.5,合计已达89.3,意大利,德国等以天然气为主,日本以石油液化气为主,南非以煤气为主.（2 2）我国）我国5050年代以前以煤气为主年代以前以

9、煤气为主,70,70年代部分厂年代部分厂开始使用重油开始使用重油,80,80年代改革开放后年代改革开放后, ,引进国外先引进国外先进窑炉进窑炉, ,大都使用煤气大都使用煤气, ,液化石油气液化石油气, ,天然气等天然气等清洁燃料清洁燃料.80.80年代至今年代至今, ,大部分轨道窑大部分轨道窑, ,隧道窑隧道窑等先进窑炉等先进窑炉, ,尤其是大的陶瓷生产基地尤其是大的陶瓷生产基地, ,基本使基本使用清洁燃料用清洁燃料. .但部分省区的陶瓷生产窑炉使用但部分省区的陶瓷生产窑炉使用重油柴油等液体燃料重油柴油等液体燃料, ,部分使用气体燃料部分使用气体燃料, ,还有还有少量个体或小窑炉使用煤少量个体

10、或小窑炉使用煤, ,焦碳等固体燃料焦碳等固体燃料. .2.2 2.2 燃料与陶瓷窑炉现代化的关系燃料与陶瓷窑炉现代化的关系1 1、燃料的重要性、燃料的重要性 燃料品种对窑炉发展有决定性影响燃料品种对窑炉发展有决定性影响, ,如果不如果不用清洁燃料就不能实现陶瓷窑路现代化用清洁燃料就不能实现陶瓷窑路现代化. .2 2、陶瓷窑炉烧成方式与燃料品种、陶瓷窑炉烧成方式与燃料品种（1）早期窑炉直接烧煤,煤非清洁燃料,只能采用明焰燃烧方式,重油等液体也只能采用明焰燃烧.缺点:传热处于非稳态,还占有效空间,增加成本,能耗高,装卸费力.（2）使用非清洁燃料的改进烧成方式:明焰裸烧.优点:火焰在火道中燃烧,借助

11、隔焰板,将热传给制品,属稳态传热,克服了装烧的缺点.缺点:隔焰和装烧,火焰不能直接接触制品,是间接传热,热阻大,效率低,能耗高,限制了生产能力. （3）使用清洁燃料明焰裸烧 （4）优点:不用匣钵,不用隔焰板,火焰直接加热制品, 大大提高了产品品质,高产量,节约能源.2.3 2.3 现代陶瓷燃料的介绍现代陶瓷燃料的介绍 现代陶瓷窑炉的首要条件是选用清洁燃料.清洁燃料包括:柴油,煤油,天然气,液化石油气,焦炉煤气,水煤气,发生炉冷煤气等.1 1、柴油及煤油：石油炼制产品、柴油及煤油：石油炼制产品（1 1）柴油）柴油1 1）定义：）定义：是由C13-30的液体烃类组成的混合物，一般含碳85.5-86

12、.5,氢13.5-14.5,和少量的硫,氮,氧的有机化合物和金属化合物平均分子量250-300.2 2）分类）分类: :轻柴油和重柴油.轻柴油又分为普通柴油和军用柴油.3 3）不同柴油的理化性能）不同柴油的理化性能 A、轻柴油是高速柴油机的燃料,馏程约160-365,密度0.74-0.90g/cm3 ,低位热值42.7-43.0MJ/kg,根据凝点不同分为10号,0号,-10号,-20号,-35号. B、重柴油用于中低速柴油机, 馏程约250-450,密度0.9-0.95 g/cm3 ,低位热值40.6-44.0 MJ/kg.4 4）柴油燃料的优缺点）柴油燃料的优缺点: :运输及贮存比较简便,

13、设备投资少,热值高而稳定,黏度较小,容易雾化,发热温度高达2080-2100,缺点是价格较高,凝点较高的柴油在较冷环境中使用时需要加热.5 5）质量要求：）质量要求：选用时注意硫含量,含硫过高会影响产品质量并腐蚀设备及管道,污染环境.(2) (2) 煤油煤油1 1）定义：）定义：由C9-16的烃类组成,平均分子量为200-2502 2）分类）分类: :航空煤油,拖拉机煤油,灯用煤油及炉用煤油.3 3）性能）性能: : 馏程约150-300,密度0.78-0.84 g/cm3 ,低位热值42.8-43.5 MJ/kg,闪点不应低于40.4 4）优缺点）优缺点: :清洁燃料的上品,不凝固,黏度小,

14、更易雾化,但价格更高. 2.2.天然气及液化石油气天然气及液化石油气（1 1）天然气）天然气1 1）用途）用途: :作为燃料和化工原料2 2）来源类型）来源类型: :伴生矿和独立气田3 3）成分）成分: :C1-6的饱和和不饱和烷烃,主要为CH44 4）优缺点）优缺点: :热值高,纯净,压力高,使用投资少,安装简单.5 5）甲烷的燃烧特征）甲烷的燃烧特征: :A、甲烷与空气混合的着火浓度范围很窄，因燃烧对缺氧很敏感，同时也减少了回火的危险性B、甲烷的火焰传播速度小，燃烧较为缓慢，比较容易发生脱火。C、天然气的发热温度为2000-2040，能满足各种陶瓷产品的烧成需要。D、与空气混合良好，为无焰

15、燃烧。E、天燃气的理论空气量大，对烧嘴要求高。F、碳氢比（3.0-3.2）比液体燃料的(6.0-7.0)和固体燃料的(10-30)低的多,因此,燃烧中产物中含水较多.（2 2）液化石油气）液化石油气1 1）组成）组成: :乙烷,丙烷为主,丁烷,戊烷及不饱和烯烃等.2 2）性能）性能: :液体密度0.5-0.6 g/cm3 ,低位热值45-50 MJ/kg.3 3）特点）特点: :A、热值是气体燃料中最高的.B、理论空气量高,助燃空气混合更为困难,应预稀释,体积浓度高于着火浓度范围上限的1.5倍.C、火焰传播.速度低,燃烧缓慢.D、纯净,含硫少,是烧结高档陶瓷产品的原料.E、密度较大,泄露时下沉

16、,易与空气混合,达到着火浓度,遇火易发生爆炸.F、蒸汽压较高,使用时必须使用减压筏.4 4）汽化方法）汽化方法: : 自然汽化和强制汽化A A、定义：、定义：自然汽化是在惰罐中利用外界环境热量汽化的方法；强制汽化是人为的加热石油气液体使其汽化的方法，加热方法有蒸汽热水及电热。B B、适用性：、适用性：自然汽化：只适用于家用或实验室用；强制汽化：多用于工业窑炉用。C C、强制汽化的种类：、强制汽化的种类：气相导出和液相导出。D D、液化石油混合气：、液化石油混合气：是将液化石油混合气与空气，烟气或热值较低的燃气混合，这样根据需要来调整热值。E E、混合气的混合方式有：、混合气的混合方式有：反射式

17、和鼓式。反射式：混气系统由反射器，空气过滤器和测控仪表组成；鼓式：加压的空气与液化石油气在混合气中混合，再加压送出。4 4、煤制气：、煤制气：焦炉煤气，水煤气，发生炉煤气，是由煤炭汽化制成的。（1 1）焦炉煤气：）焦炉煤气：1 1）定义：）定义：是煤炭在炼焦炉（简称焦炉）中干馏制取焦碳时的气体产物，故也称干馏煤气。2 2）炼焦炉产品：）炼焦炉产品：焦碳77-78，焦炉煤气15-18，及其它少量化工产品。3 3）焦炉煤气的组成（体积）范围：）焦炉煤气的组成（体积）范围：氢气46-61，一氧化碳4-8.5,甲烷21-30,二氧化碳1-4,氮气3.6-26氧气0.3-1.7.4 4）性能）性能: :

18、低位热值:13.2-19.2MJ/Nm3,属中热值燃气,其发热温度高,约为2100-2130,由于含氢高,故火焰传播速度比天然气和液化石油气大,常温常压下最大火眼传播速度约为1.5m/s,因其燃烧快不一脱火，切着火浓度范围大（），故能满足现代各种陶瓷窑炉的需要，但回火及爆炸危险较大（2）水煤气）水煤气1）定义：）定义：水煤气是将水蒸汽与炽热焦碳中的碳反应而生成的燃气2）生成水煤气的化学反应：）生成水煤气的化学反应： 3）水煤气的组成（体积）：）水煤气的组成（体积）：一氧化碳50，氢气50（3 3）发生炉煤气）发生炉煤气；1 1）定义：）定义：发生炉煤气是将汽化剂（空气，水蒸气，氧等）连续通入煤

19、气发生炉使之与其中的煤炭起反应生成的煤气。2 2）汽化方式：）汽化方式：在普通发生炉中固体燃料是由上部加入，汽化剂由下部送入，是逆向运动。燃料层由上到下分为：干燥干馏层，还原层，氧化层，灰层。A A、燃料层：、燃料层：各层的加热温度及化学反应过程：B B、燃料干燥；、燃料干燥；100-300 干馏过程：500-800C C、还原层：、还原层：800-1100 进行的化学反应 C+H2O=CO+H2 C+2H2O=CO2+2H2 CO+H2O=CO2+H2 CO2+C=2COD D、氧化层中、氧化层中1100-13001100-1300，进行的化学反应：，进行的化学反应： C+O2=CO2 2C

20、+O2=2CO 2CO+O2=2CO2E E、灰层：、灰层：主要是预热汽化剂并冷却灰渣。 3 3）发生炉煤气的类型及性能）发生炉煤气的类型及性能 A A、热煤气：、热煤气：是将出炉的高温煤气（400-500）只经过干法除尘，就送往用户，其温度高无法加压，净化程度差，含有焦油，水蒸气，灰尘及硫化物。 B B、冷煤气：、冷煤气：冷煤气是将发生炉出来的煤气经过水洗冷却，并通过电捕焦油器送往用户。净化程度高，可加压输送，是清洁燃料。可供现代陶瓷窑炉使用。 4 4）煤气发生炉汽化工艺：）煤气发生炉汽化工艺：分为固定床及流化床。 A A、固定床工艺：、固定床工艺：为块状固体燃料在炉中层状放置，汽化剂从空隙

21、中通过完成汽化过程，并非完全不动，而是逐渐下移。现今煤气发生炉多为固定床。 B B、流化床工艺：、流化床工艺：炉中的细颗粒固体受汽化剂吹动，形成沸腾状，如此完全汽化过程。 C C、发生炉煤气的原料：、发生炉煤气的原料：无烟煤，焦碳，烟煤及褐煤。 D D、固定床煤气发生炉的类型及汽化原理和性能（一段式和两段、固定床煤气发生炉的类型及汽化原理和性能（一段式和两段式式 a、一段式为单筒形炉体：有俄罗斯和美国设计的旧炉型，也有美国设计的新炉型。 新型炉的优点为：新型炉的优点为：可汽化6-13mm的碎煤，料层较厚，达2-2.7m,且汽化完全均匀,煤气热值比较稳定,汽化强度较高,为干式排灰,因而煤气出口压

22、力高,有利于净化和输送.热效率较高,灰渣含量较低.并适合多种煤的汽化. 一段式的缺点一段式的缺点: :对烟煤来说,由于炉内料层厚度不够大,因而其干燥干馏层较薄,煤在此层中受高温气体快速加热干馏.产生高温干馏焦油进入煤气中.此种高温干馏焦油粘性大,很难清除,常常堵塞管道和烧嘴,切且净化系统产生的含酚及焦油的污水量大,难以处理,对环境造成严重威胁. 一段式使用原料的选择一段式使用原料的选择: :褐煤煤气中所含焦油粘性不大,易于排除可使用.无烟煤和焦碳的焦油很少,不存在问题,选用原料只能是:褐煤,无烟煤和焦碳.5 5）两段式汽化炉）两段式汽化炉: :A A、结构、结构: :炉体由上下两个筒型部分组成

23、.上段炉体用作燃料的干燥干馏之用,称为干馏筒,下段炉体用做汽化,上段炉体中燃料层厚达数米.因而燃料的干馏处于较低温度且较长时间完成,所产生的低温干馏焦油黏度小,流动性好,易于分离清除.产生的煤气分两部分引出,上段由炉顶引出,因含干馏产物,热值较高,温度较低.下段煤气由炉体下段的上部引出,纯为汽化反应产物,无干馏产物,温度较高,热值较低.两部分气可单独使用也可混合使用.B B、优点：、优点：上段煤气中所含低温干馏焦油易于分离清除,产生含酚污水少,易于处理,环境污染小.而下段煤气中不含焦油和其它干馏产物,净化简化,净化水不含酚类和焦油,可封闭循环使用.热值可达6.7-7.1KJ/Nm3,较一段式炉

24、的5.0-6.3 KJ/Nm3高,炉内料层厚,操作较稳定,汽化强度和汽化效率较高,对煤的灰分及水分要求不严格.很适合烟煤汽化.但对无烟和焦碳一段式就可以使用.C C、缺点、缺点: :炉体高,厂房高,投资较大.因料层厚,对煤的块度要求较严.要求含粉量少,以免流体阻力过大. 2 24 4 我国陶瓷窑炉现代化的燃料问题我国陶瓷窑炉现代化的燃料问题1 1、陶瓷窑炉现代化的意义、陶瓷窑炉现代化的意义（1）选用新型窑炉，使用清洁燃料是大规模生产中、高档陶瓷产品的需要，是环境保护、节能降耗的需要。（2）陶瓷窑炉现代化的途径:国外引进，自行设计制造，改进现有窑炉，现代窑炉都要用清洁燃料。2 2、陶瓷窑炉清洁燃

25、料的解决办法、陶瓷窑炉清洁燃料的解决办法（1 1）天然气：）天然气：是最好的清洁燃料，我国天然气开发潜力很大，有条件的要尽量使用，目前产量有限，化肥生产需求大，大部分厂难以使用。（2 2）液化石油气：）液化石油气：也是清洁的燃料，仅需建汽化站集中供气，方便灵活，属高价燃料，民用是主要的。因此今后难以普遍采用，只适合生产高档产品。（3 3）柴油及煤油：）柴油及煤油：煤油产量有限，价格高，主要用于航空，窑炉不宜采用。柴油价格较低，供应较易。国内有不少厂家采用轻柴油。轻柴油使用方便，投资少，不受地区条件限制。但对于窑炉，液体不如气体燃料，液体燃料需要雾化，蒸发混合，然后燃烧，燃烧过程较缓慢。火焰甲长

26、，黑度又大，使窑温不能很均匀，空气混合不是分子混合，而是液滴与空气分子的混合，不易十分均匀，难以燃烧完全。（4 4）焦炉煤气：）焦炉煤气：一般用作钢铁联合企业中的能源，或做城市煤气。焦炉煤气热值较高，净化程度高，在煤制气中是最好的，但炼焦炉及其净化系统投资很大，对于一个城市来说投资这样一个厂也是相当可观的，城市建的是主要满足居民用气，只能供给有条件的陶瓷工厂。（5 5）水煤气：）水煤气：是用做生产合成氨的原料。只能周期生产，需要煤气柜储存汽化效率低，成本高，作为陶瓷燃料并不经济。（6 6）发生炉煤气：）发生炉煤气：常压固定床发生炉冷煤气很适合陶瓷窑炉使用，它虽属于低热值，但对陶瓷产品来讲完全能满足其需要，虽然发生炉需投资一笔费用，但是其生产的煤气成本低1 1）发生炉煤气的原料：）发生炉煤气的原料：无烟煤，焦碳或褐煤最好，烟煤也可做原料，只是设备要求高。发生炉煤气的粒度要求及存在问题解决办法2）发生炉煤气所有煤种的原料都要有一定的块度，块煤的供应十分重要，我国块煤生产一般在15-30之间。块煤在运输过程中的破碎率在30左右，块煤运到工厂后，发生炉要求比较均匀的，在一定范围内的块度，因此需再加工破碎，从而又产生新的粉煤，本来块煤比粉煤的价格就高，这样使得汽化炉用煤价格更高，使生产煤气价格成本高，解决办法是加强块煤供应管理，二