燃烧理论2燃料

燃烧理论

教材：工程燃烧学，汪军，中国电力出版社，2008.7主讲教师：

韩奎华邮箱：hankh@163.com，hkh@电话：88392414手机公室：千佛山校区东院热力楼308室第2章燃料2.1燃料及其概况2.2燃料的成分和性质2.3煤的分类2.4煤的工业分析2.5煤的特种分析2.6液体燃料2.7气体燃料2.1燃料及其概况一、什么是燃料？燃料：是各种（有机和无机）复杂化合物的混合物，通过燃烧可以将其化学能转化为热能的物质，同时在技术上是可行的，经济上是合理的例如：天然气、石油、煤炭等金刚石、塑料制品、衣物、木制家具可以燃烧，但不作为燃料，经济上不合理燃料是远古时代的动、植物被埋于地下，在缺氧高温高压的条件下，由细菌作用形成的固、液、气态的碳氢化合物2024/6/5二、燃料分类按燃料获得方法：天然燃料、人工燃料按状态划分：固体、液体、气体燃料按释放能量的方式划分：化学燃料、核燃料2024/6/5三、我国燃料情况储量丰富煤已探明储量：7800亿吨，居世界第三位石油：116亿吨，居世界第八位天然气：38万亿立方米，居世界第十位三种主要化石能源可应用年限估计煤 220~230年石油 40年天然气 66年 2024/6/5三、我国燃料情况能源消费以煤为主2006能源构成的百分比煤石油天然气水力核能中国68.721361.3世界304418622024/6/5三、我国燃料情况燃料供给相对不足人均消费能源低1995年，中国发电业装机容量2亿千瓦，发电量1万亿千瓦时，居世界第4位，但人均发电量仅为世界的1/31989年，世界人均煤炭储量312.7吨，中国234.4吨，同期苏联为1045吨，美国为1846吨设备效率低，燃烧效率太低燃烧效率火电厂工业锅炉工业炉窑民用炉灶中国28-3660-7023-3015-20发达国家35-4680-8550-6050-602024/6/5四、我国能源政策1979年，国家提出能源政策开发与节约并重，近期把节约放在优先地位。至今未变2024/6/52.2燃料的组成和特性一、燃料的组成和分析燃料化学组成分析：工业分析、元素分析、成分分析。工业分析和元素分析针对固体燃料组成分析提出的。2024/6/5一、燃料的元素分析固液、体燃料的成分元素分析成分：为工程计算和应用方便，将燃料的主要元素组成和水分、灰分测量结果习惯上称为元素分析成分元素分析成分的构成碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分C+H+O+N+S+A+M=100%气体燃料的成分气体的分子式2024/6/5一、燃料元素分析碳（Carbon）是燃料的主要可燃元素，占燃料质量份额的15~90%，煤占50~90%煤的地质年代越久远，碳化程度越深，含碳越多，无烟煤占90%2024/6/5纯碳的着火和燃烧很困难，煤的含炭量越多，着火与燃烧越困难，但发热量大一、燃料的元素分析氢（Hydrogen）可燃元素。煤的碳化程度越深，含氢量越少，煤一般的含氢量为2~10%2024/6/5一、燃料的元素分析硫（Sulfur）自然界中硫的存在形式包括有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫。硫是可燃元素，但热值很低，同时硫燃烧产生的二氧化硫、三氧化硫会进一步生成亚硫酸和硫酸，腐蚀金属，造成锅炉堵灰。我国煤的含硫量很低，一般1~2%，但南方某些煤的含硫量较高，可达3~5%，个别达10%，高硫煤：含硫量大于2%的煤质2024/6/5一、燃料的元素分析氧（Oxygen）氧是不可燃元素，在燃料中已和碳、氢化合，使其可燃成分相对减少固体燃料的含氧量随碳化程度的加深会较少，无烟煤含氧量1%~2%，其他煤的碳氧量10%左右油的含氧量很少，1%左右2024/6/5一、燃料的元素分析成分氮（Nitrogen）通常情况下不可燃，条件满足时可生成NOx，但生成量很少，一般认为是不可燃元素煤中含量很少，一般1%~2%油中含量0.05%~0.4%能造成空气污染，须严格控制其生成2024/6/5一、燃料的元素分析灰分（Ash）不可燃，属于矿物杂质，主要由SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3等氧化物和碱、盐等构成燃料中灰分含量相差很大，油中几乎无灰，煤中灰分通常10%~30%，多者可达50%按灰分的来源可分为内部灰分：生成煤时混入，混合均匀外部灰分：开采、运输时混入，分布不均匀2024/6/5一、燃料的元素分析灰分含量对燃烧过程的影响燃料发热量少着火、燃烧困难积灰、结渣，影响传热磨损受热面污染环境灰在燃烧前后可能不完全一致，化合物可能会分解，但在800℃之后，基本不变，测定灰成分时规定：测量温度815±10

℃2024/6/5一、燃料的元素分析水分（Water，Moisture）不可燃，属于杂质油中含量1~3%，煤中变化较大2~50%水分构成内部水分（固有水分）105~110℃外部水分（表面水分）45~50℃化合水分（结晶水）灰分的一部分瓷土Ａｌ２Ｏ３．２ＳｉＯ２．２Ｈ２Ｏ水分含量随开采、运输、储存条件而变化2024/6/5一、燃料的元素分析水分对燃烧过程的影响燃料的发热量着火、燃烧过程吸收大量热量，降低燃烧温度排烟热损失受热面腐蚀堵灰制粉、干燥和运输2024/6/5二、燃料成分的表示固液体燃料七种元素分析成分的质量分数C+H+O+N+S+A+M=100%气体燃料不同分子成分的体积百分数H2+O2+CH4+CO+CO2……=100%2024/6/5

三、燃料成分表示的基准燃料中的灰分和水分会随着燃料的开采、运输和储存过程而发生变化。而燃料成分表示的是各成分的相对百分含量，为此必须规定燃料成分表示的分母基准。根据燃料中灰分和水分的变化情况分为4种基准：收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基2024/6/5三、燃料元素分析基准收到基ar(asreceived)Car+Har+Oar+Nar+Sar+Mar+Aar=100%空气干燥基ad(airdry)Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Mad+Aad=100%干燥基d(dry)Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%干燥无灰基daf(dryashfree)Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%2024/6/5三、燃料元素分析基准各基准之间换算上述各个基准之间存在换算关系，可以通过通分运算进行相互换算例题：已知收到基成分，求干燥无灰基成分Car+Har+Oar+Nar+Sar=100-Mar-AarCar/Cdaf=Har/Hdaf=……=(100-Aar-Mar)/100Cdaf=Car×100/(100-Aar-Mar)2024/6/5各种基准之间的换算因子2024/6/5四、元素分析成分新旧符号的变化2024/6/5新名称原名称新符号原符号收到基应用基CarCy空干基分析基CadCf干燥基干燥基CdCg干燥无灰基可燃基CdafCr2.3煤的分类煤的种类及化学组成煤的形成与种类煤是由植物经过物理和化学的演变和沉积而成的、棕色至黑色的可燃烧的固体。在煤化过程的不同阶段，把煤分成：泥煤、褐煤、烟煤及无烟煤。植物质的堆积阶段菌解作用阶段碳化作用阶段煤的种类特点泥煤质地疏松，吸水性强。含氧量最高，含碳、硫较低。挥发分高，可燃性好，反应性高，灰分熔点很低褐煤密度较大，含碳量较高，氢、氧含量较少，挥发性相对低些。粘结性弱，极易氧化和自燃，吸水性较强，在空气中易风化和破碎

烟煤挥发分少，密度较大，吸水性小，含碳量增加，氢和氧的含量较低。烟煤是工业上的主要燃料，也是化学工业的重要原料。烟煤的最大特点是具有粘结性，因此是炼焦的主要原料

无烟煤密度大，含碳量高，挥发分极少，组织密实、坚硬、吸水性小。缺点是可燃性差，不易着火，但发热量大，灰分少，含硫低

煤的种类及化学组成煤的化学组成煤是由极其复杂的有机化合物组成的。主要的化学成分有：C、H、O、N、S、A（灰分）及W（水分）可燃质惰性质元素描述C可燃元素，煤化程度越高含碳量越大。完全燃烧时生成二氧化碳，此时每千克纯碳可放出32866kJ热量；不完全燃烧时生成一氧化碳，此时每千克纯碳放出的热量仅为9270kJH可燃元素。发热量最高，每千克氢燃烧后的低热值为120370kJ（约为纯碳发热量的4倍），含量较少，在可燃质中含碳量为85%时，有效氢含量最高，约5%。在煤中氢以两种形式存在，与碳、硫结合在一起的，叫做可燃氢，它可以有效地放出热量。另一种是和氧结合在一起的，叫化合氢，它不能放出热量，在计算发热量和理论空气量时，以有效氢为准。

O氧和氮都是不可燃成分。氧和碳、氢等结合生成氧化物而使碳、氢失去燃烧的可能性。可燃物质中碳含量越高，氧含量越少。氮一般不能参加燃烧，但在高温燃烧区中和氧形成的NOx是一种排气污染物，煤中含氮约0.5~2%。

NS三种存在形式：有机硫，黄铁矿硫，硫酸盐。硫酸盐中的硫不能燃烧，它是灰分的一部分；有机硫和黄铁矿硫可燃烧放热，但每千克可燃硫的发热量仅为9100kJ。硫燃烧后生成SO2、SO3，它危害人体，污染大气并可形成酸雨。在锅炉中则会引起锅炉换热面腐蚀。

C：可燃元素，煤化程度越高含碳量越大。完全燃烧时生成二氧化碳，此时每千克纯碳可放出32866kJ热量；不完全燃烧时生成一氧化碳，此时每千克纯碳放出的热量仅为9270kJ

H：可燃元素。发热量最高，每千克氢燃烧后的低热值为120370kJ（约为纯碳发热量的4倍），含量较少，在可燃质中含碳量为85%时，有效氢含量最高，约5%。在煤中氢以两种形式存在，与碳、硫结合在一起的，叫做可燃氢，它可以有效地放出热量。另一种是和氧结合在一起的，叫化合氢，它不能放出热量，在计算发热量和理论空气量时，以有效氢为准。O和N：不可燃成分，氧和碳、氢等结合生成氧化物而使碳、氢失去燃烧的可能性。可燃物质中碳含量越高，氧含量越少。氮一般不能参加燃烧，但在高温燃烧区中和氧形成的NOx是一种排气污染物，煤中含氮约0.5~2%。S：三种存在形式：有机硫，黄铁矿硫，硫酸盐。硫酸盐中的硫不能燃烧，它是灰分的一部分；有机硫和黄铁矿硫可燃烧放热，但每千克可燃硫的发热量仅为9100kJ。硫燃烧后生成SO2、SO3，它危害人体，污染大气并可形成酸雨。在锅炉中则会引起锅炉换热面腐蚀。元素描述A灰分是指煤中所含矿物质在燃烧过程中高温分解和氧化后生成的固体残留物。来源有两个，一是煤化过程中由土壤等外界带入的矿物质，称为外来灰分；另一种灰分是原来成煤植物中固有的，称为内在灰分。灰分的存在不仅使燃料发热量减少，而且影响燃料的着火与燃烧。在工业上解决灰分的方法大体是：（1）在入炉前减少煤中灰分，采用洗煤。（2）在燃烧过程中排渣（液体排渣）或在燃烧之后的排气中除尘（固体除尘）。W水分是燃烧中无用的成分。煤中水分包括两部分：（1）外部水分或湿水分，附在煤表面的水分，与大气温度有关。把煤磨碎后在大气中自然干燥到风干状态，这部分水分就可除去；（2）内在水分，煤达到风干状态后所残留的水分，包括被煤吸收并均匀分布在可燃质中的化学吸附水和存在于矿物质中的结晶水。内在水分只有在高温分解时才能除掉。通常作分析计算和燃烧评价时所说的水分就是指这部分水。

煤的种类及化学组成一、中国煤科院的分类方法

中国煤炭科学院将煤分为10类

根据干燥无灰基挥发分含量及胶质层最大厚度分类

2024/6/5小知识：胶质层最大厚度：煤在干馏过程中加热到360-520℃时会产生流体物质，——胶质体，一直加热到730℃，定期测量胶质层厚度，选其最大厚度记录之煤科院煤质分类方法2024/6/5大分类小分类代号Vdaf胶质层最大厚度煤焦特性无烟煤无烟煤W0~10-粉状贫煤贫煤P10~200粉或粘结瘦煤S14~200~12粘结，熔结烟煤焦煤J14~308~25粘结，熔结肥煤F26~37>25粘结，熔结气煤Q>305~25粘结，熔结弱粘煤RN20~370~9熔结，有时膨胀不粘煤BN20~370粉状长焰煤C>370~5块，弱粘结褐煤褐煤H>40-块，弱粘结二、常见煤质特点无烟煤(WY)。无烟煤固定碳含量高，挥发分产率低，密度大，硬度大，燃点高，燃烧时不冒烟。01号无烟煤为年老无烟煤；02号无烟煤为典型无烟煤；03号无烟煤为年轻无烟煤。如北京、晋城、阳泉分别为01、02、03号无烟煤。贫煤(PM)。贫煤是煤化度最高的一种烟煤，不粘结或微具粘结性。在层状炼焦炉中不结焦。燃烧时火焰短，耐烧。贫瘦煤(PS)。贫瘦煤是高变质、低挥发分、弱粘结性的一种烟煤。结焦较典型瘦煤差，单独炼焦时，生成的焦粉较多。2024/6/5二、常见煤质特点瘦煤(SM)。瘦煤是低挥发分的中等粘结性的炼焦用煤。在炼焦时能产生一定量的胶质体。单独炼焦时，能得到块度大、裂纹少、抗碎性较好的焦炭，但焦炭的耐磨性较差。焦煤(JM)。焦煤是中等及低挥发分的中等粘结性及强粘结性的一种烟煤。加热时能产生热稳定性很高的胶质体。单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、抗碎强度高的焦炭，其耐磨性也好。但单独炼焦时，产生的膨胀压力大，使推焦困难。肥煤(FM)。肥煤是低、中、高挥发分的强粘结性烟煤。加热时能产生大量的胶质体。单独炼焦时能生成熔融性好、强度较高的焦炭，其耐磨性有的也较焦煤焦炭为优。缺点是单独炼出的焦炭，横裂纹较多，焦根部分常有蜂焦。1／3焦煤(1／3JM)。1／3焦煤是新煤种，它是中高挥发分、强粘结性的一种烟煤，又是介于焦煤、肥煤、气煤三者之间的过渡煤。单独炼焦能生成熔融性较好、强度较高的焦炭。2024/6/5二、常见煤质特点气肥煤(QF)。气肥煤是一种挥发分和胶质层都很高的强粘结性肥煤类，有的称为液肥煤。炼焦性能介于肥煤和气煤之间，单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学产品。气煤(QM)。气煤是一种煤化度较浅的炼焦用煤。加热时能产生较高的挥发分和较多的焦油。胶质体的热稳定性低于肥煤，能够单独炼焦。但焦炭多呈细长条而易碎，有较多的纵裂纹，因而焦炭的抗碎强度和耐磨强度均较其他炼焦煤差。1／2中粘煤(1／2ZN)。1／2中粘煤是一种中等粘结性的中高挥发分烟煤。其中有一部分在单独炼焦时能形成一定强度的焦炭，可作为炼焦配煤的原料。粘结性较差的一部分煤在单独炼焦时，形成的焦炭强度差，粉焦率高。弱粘煤(RN)。弱粘煤是一种粘结性较弱的从低变质到中等变质程度的烟煤。加热时，产生较少的胶质体。单独炼焦时，有的能结成强度很差的小焦块，有的则只有少部分凝结成碎焦屑，粉焦率很高。2024/6/5二、常见煤质特点不粘煤(BN)。不粘煤是一种在成煤初期已经受到相当氧化作用的低变质程度到中等变质程度的烟煤。加热时，基本上不产生胶质体。煤的水分大，有的还含有一定的次生腐植酸，含氧量较多，有的高达10%以上。长焰煤(CY)。长焰煤是变质程度最低的一种烟煤，从无粘结性到弱粘结性的都有。其中最年轻的还含有一定数量的腐植酸。贮存时易风化碎裂。煤化度较高的年老煤，加热时能产生一定量的胶质体。单独炼焦时也能结成细小的长条形焦炭，但强度极差，粉焦率很高。褐煤(HM)。褐煤分为透光率Pm＜30%的年轻褐煤和Pm＞30～50%的年老褐煤两小类。褐煤的特点为：含水分大，密度较小，无粘结性，并含有不同数量的腐植酸，煤中氧含量高。常达15～30%左右。化学反应性强，热稳定性差，块煤加热时破碎严重。存放空气中易风化变质、破碎成效块甚至粉末状。发热量低，煤灰熔点也低，其灰中含有较多的CaO，而有较少的Al2O3。2024/6/5三、动力煤的特点无烟煤挥发分含量最低，一般Vdaf＜10%，且挥发分析出的温度也较高，因而着火困难燃烬也不容易，燃烧时没有煤烟，仅有很短的青蓝色火焰，焦碳也没有粘结性。无烟煤的埋藏年代最久，碳化程度最深，因而含碳量高，一般Car＞40%，最高可达95%，而灰分又不大，Aar=6~35%(少量＞30%)，水分也很低Mar＝1~5%，所以发热量都很高，一般为Qnet,ar＝25~32.5MJ/kg2024/6/5三、动力煤的特点烟煤挥发分含量较高，范围也较宽，一般Vdaf＝20~40%碳化程度较无烟煤浅，含碳量Car＝40~60%，少数可高达75%，一般灰分不大，Aar＝7~30%，但高的可达50%，水分Mar=3~18%，Qnet,ar＝20~30MJ/kg表面呈灰黑色，有光泽，质松软2024/6/5三、动力煤的特点2024/6/5贫煤挥发分含量较低，Aar=10~20%，着火较困难但不结焦。劣质烟煤挥发分中等，但水分高，灰分更高，因而发热量较低，Vdaf＝20~30％，Mar接近12％、Aar＝40~50%，Qnet,ar=11~12.5MJ/kg三、动力煤的特点褐煤挥发分含量很高，Vdaf＝40~50%，挥发分的析出温度较低，着火及燃烧均较容易褐煤的碳化程度次于烟煤，含碳量Car＝40~50%．但水分及灰分很高Mar＝20~50%，Aar＝6~50%发热量低，Qnet,ar＝10~21MJ/kg2024/6/5煤种名称代号主要指标辅助指标超低挥发分无烟煤V0Vdaf≦6.5Qnet,ar>23MJ/kg低低挥发分无烟煤V16.5~9>20.9低中挥发分贫煤V29~19>18.4中中挥发分烟煤V319~27>16.3中高挥发分烟煤V427~40>15.5高挥发分烟煤，褐，油页岩V5>40>11.7常灰分A1Azs,ar≦7Ad≦34高灰分A27~1334~45超高灰分A3>13>45常水分W1Mf,ad≦8Vdaf≦40高水分W28~12≦40超高水分W3>12≦40常水分W1Mar≦22Vdaf>40高水分W222-40>40超高水分W3>40>40低硫分S1Szs,ar≦0.2Sd≦1中硫分S20.2~0.551~2.8高硫分S3>0.55>2.8不结渣T2-1ST>1350易结渣T2-2<13502024/6/52.4煤的工业分析一、什么是煤的工业分析煤的元素分析，工作量大，复杂，工程上多应用工业分析成分。此外，还需要了解发热量、灰熔点等其他煤质特性工业分析构成(Proximateanalysis)成分：水分、灰分、挥发分和固定碳，其中灰分和固定碳合称为焦炭发热量灰熔点2024/6/5二、工业分析成分工业分析成分的定义和煤的燃烧过程密切相关2024/6/5AACFCVHONSMM固态气态二、工业分析成分工业分析也存在四种基准收到基Aar+FCar+Var+Mar=100%空气干燥基Aad+FCad+Vad+Mad=100%干燥基Ad+FCd+Vd=100%干燥无灰基FCdaf+Vdaf=100%2024/6/5二、工业分析成分灰分灰熔点：灰分的熔化温度根据融化状态不同，分为变形温度、软化温度和熔化温度（流动温度）测定方法：角锥法2024/6/5影响灰熔点的因素1、和灰成分有关系灰中的SiO2是弱酸性，含量较多，灰的PH值呈弱酸性。如果碱性物质增多，灰熔点将降低2、与晶格结构有关系灰中氧化物结成共晶体，属SiO2-Al2O3-CaO-FeO系统，熔点比结合前要低，如CaO.SiO2，只有1540℃3、与介质性质有关系还原性气氛中比氧化性气氛中低200~300℃2024/6/5角锥法测定灰熔点将灰制成小角锥（正三角形底，边长7cm，高度20cm)，角锥垂直地面的侧面与灰托板表面垂直至于硅碳管加热炉中加热加热速度900℃以前，15~20℃/min900℃以后，5±1℃/min介质气氛弱还原性(50%H2+50%CO2)或(60%CO2+40%CO)2024/6/5变形温度DT(deformationtemp.)软化温度ST(softentemp.)

熔化温度FT(flowtemp.)灰熔点对应的三个温度2024/6/5待测灰样变形温度软化温度熔化温度二、工业分析成分挥发分（volatile）定义：在高温条件下煤有机质分解的产物，不是自然存在于煤中的。主要成分：CmHn，例如CH4、C2H4等挥发分析出温度和析出量对燃烧过程影响很大，成为判别煤着火特性的重要指标之一2024/6/5不同煤质挥发分含量和析出温度煤质挥发分含量开始析出温度无烟煤≤10380~400贫煤10~20370~390烟煤20~40170~320褐煤40~60130~170泥煤>60%2024/6/5挥发分析出量的影响因素同一种煤，即使产于同一矿井，Vdaf含量也会有出入。原因：加热温度的影响。加热温度越高，析出挥发分越多；加热时间和加热速度的影响。快速分解比慢速分解细处的挥发分多；快速分解析出挥发分中C/H高；先期释放的挥发分中，C/H比例高。煤粒尺寸的影响结论不一，有人认为有影响，有人认为无影响；有影响的人认为：大粒度煤分解产生的C阻碍了后期挥发分析出。粒度越大，挥发分析出越少2024/6/5挥发分含量的测定分析试样1克左右，放入带盖的坩埚中，在900±10℃的恒温炉中，隔绝空气加热7分钟，析出气体，试样重量G1G22024/6/5然后换算成其他基准，习惯上用干燥无灰基，含量不受灰分和水分的影响。二、工业分析成分焦炭定义煤析出挥发分、水分后得到的固态物质称为焦炭焦炭=灰分+固定碳煤的焦结性焦炭粘接程度称为煤的焦结性2024/6/5煤的焦结性分为八类粉状，全部粉状粘着，用手指轻碰即成粉状弱粘结，用手指轻压即成小块不熔融粘结，用手指用力压才裂成小块，表面无光泽不膨胀熔融粘结，焦饼，有银白色金属光泽微膨胀熔融粘结，手指压不碎，表面有小膨胀泡膨胀熔融粘结，上下表面银白色光泽，焦渣高度<15mm强膨胀熔融粘结，上下表面银白色金属光泽，焦渣高度>15mm。2024/6/5焦结性对燃烧过程的影响煤的焦结性对层燃炉有重要影响。焦渣处于5~8类，结焦成块，层燃炉妨碍通风，含碳量增加。焦渣处于1~2类，可能漏煤，或增加飞灰损失。2024/6/5小知识:

结焦和结渣的区别?

结焦——指煤的特性； 结渣——指灰的特性。三、发热量定义燃料完全燃烧放出的热量高位发热量：1kg燃料完全燃烧放出的全部热量，包括水蒸汽凝结时放出的热量。表示：Qgr,ar低位发热量：1kg燃料完全燃烧放出的全部热量，去掉水蒸汽凝结时放出的热量。表示：Qnet,ar2024/6/5高位发热量和低位发热量之间换算高位发热量和低位发热量之间相差燃料燃烧后生成水分所吸收的汽化潜热。水在0℃，1atm下的汽化潜热为2290kJ/kg收到基低位发热量和收到基高位发热量之间的换算见下式：2024/6/5约定：工程上，排烟温度高于100℃，蒸汽不会凝结，应用低位发热量作为计算燃料热量的依据。发热量的测量用氧弹量热计进行测量基本原理2024/6/5式中：Sb,ad——由弹筒洗液测得的煤的含硫量，%a——由氮生成硝酸并融于水所放出的热量系数贫煤、无烟煤时，a=0.001其他情况下，a=0.0015门捷列夫经验公式进行校验为检验试验测得的发热值的准确性，采用门捷列夫经验公式进行校验Qnet,ar=339Car+1030Har-109(Oar-Sar)-25Mar当Ad≤25%，差值<600kJ/kg当Ad>25%，差值<800kJ/kg2024/6/5各个基准下发热量换算低位、高位发热量之间相差为汽化潜热，根据含水分、氢元素质量考虑影响即可高位发热量之间的换算乘以系数，考虑不同质量份额进行低位发热量之间的换算必须先转化到高位发热量2024/6/5

四、折算成分按发热量来考虑对锅炉燃烧的影响，即每1000kcal（4187kJ）带入的灰分，水分和硫分称之为折算灰分，折算水分和折算硫分。

2024/6/5折算灰分折算水分折算硫分五、煤的可磨性可磨性系数（可磨度）定义：标准煤和测量煤由相同粒度磨碎到相同细度所耗电量之比。Kkm=Ebz/Ecl煤硬，E大，Kkm小；煤软，E小，Kkm大一般Kkm>12024/6/5常见可磨度测量方法

哈德罗夫法（HGI）50g煤样在标准中速磨中磨60±0.25转，在规定条件下(0.071mm筛)上晒分，称筛上煤样质量，然后获得过筛的煤样质量，从标准煤样绘制的标准图上可查得可磨性指数。哈德罗夫法主要用于中速磨直吹式制粉系统磨煤机的选取2024/6/5Btu法（Kkm）在标准球磨机中磨制15分钟，测量通过90mm标准筛的网眼，检测筛余量Kkm<1.2时，难磨煤Kkm>1.6时，易磨煤两种方法之间的换算Kkm=0.0034HGI1.25+0.61六、磨损指数（AI）用于考察煤粉对设备（主要是指磨煤机）的磨损寿命采用专门装置测量，将一定粒度和质量煤样放入装有4个金属叶片罐中，由传动轴带动，旋转12000转之后，根据4个叶片的质量损失计算煤的磨损指数。转数1450±30r/min,功率不小于2kw。煤样重量M=2kg,粒度<13mm；试片试验前重量m1，试验后重量m2。AI=(m1-m2)×103/MAI大，磨损严重，寿命短；AI与HGI的关系尚不清楚。2024/6/52.5煤的特种分析一、煤的特种分析的意义常规分析不能解决煤燃烧过程中的问题煤着火与Vdaf密切相关，测量时900℃，7分钟，但实际上煤粉炉2~4秒钟达到1500~1800℃煤燃尽时间与FCd有重要关系，但是江西革乡高坎煤，FCd=37.2%，燃尽时间15min河北峰峰煤，FCd=47.72%，燃尽时间10.5min灰结渣，ST有重要影响内蒙扎兰露天矿，ST=1110℃，中等结渣云南凤鸣村煤，ST=1120℃，不结渣2024/6/5二、特种分析方法热重分析着火指数炉沉降炉一维燃烧炉热显微镜法重力筛分法比表面积测定2024/6/5三、热重分析组成：坩埚、加热炉、天平、程序控制板、数字处理机、记录仪、打印机可完成工作简介热重分析曲线（TG），可求热解，着火温度，燃烧速度mg/min经计算机处理，可得微商热重曲线（DTG）2024/6/5TG和DTG曲线2024/6/5生物质热重分析曲线四、着火指数炉是一种炉温可以控制的测量着火温度的电加热炉。当一定量的煤粉由空气（或氧气）携带流经正在升温的着火指数炉，人们从窗口观察，当发现火焰时的炉膛温度定义为着火指数。着火指数炉设备简单，使用方便，功能单一；着火指数与介质和试验规范有关。2024/6/5五、沉降炉是微量煤粉作一维流动的电加热热态试验炉，由预热段，反应段构成。给粉量：0.1~100g/min炉内最高温度：可达1400-1600℃功能：煤的热解特性——热解率，热膨胀性煤的燃烧（着火，燃烧，燃尽）各种试验煤的化学动力学参数，活化能，反应级数煤的燃烧产物构成成分（环境保护）2024/6/5给粉系统取样温控系统烟气分析仪炉本体配气空压机真空泵水冷六、一维燃烧炉是煤粉作一维流动的燃烧试验装置，上部设锥形扩流装置，保持煤粉气流速度近似不变煤粉量：几kg/h~几百kg/h，煤粉一经着火，可依靠自身热量继续燃烧功能：可做着火，燃烧，燃尽各种试验包括以下项目细度；炉温；一次风量，风温；二次风量，风温；添加剂；费用高：每次3~4万元2024/6/5七、热显微镜法用显微镜观察并拍摄煤灰在加热过程中的形态变化过程试验条件：煤样粒度<0.2mm，压制成3×3×3mm氧气流量250ml/min；升温速度：10℃/min，最高温度可达1750℃

。观察煤灰的形态变化，可分为：膨胀型，收缩型，细质型，不变型。2024/6/5八、重力筛分法利用不同比重的溶剂，将不同比重的煤粉分离出来，以测定煤中矿物质的偏析情况。将500g煤粉放入筛分器，首先用比重为1.7的溶剂混合，搅拌，然后静止分层，上浮的用1.5，下沉的用1.9的溶剂再试。2024/6/5九、比表面积测量以氦气为载体，以氮气为吸附剂，双气路法。在-196℃时，液氮通过煤粉表面，产生物理吸附，升到20℃时氮脱附，测定氮气量，得出粉末的比表面积。（m2/g）无烟煤；S小，加福：S=9.6m2/g褐煤S大，元宝山：S=120m2/g2024/6/5比表面积：单位质量颗粒具有的表面积；或单位体积颗粒具有的表面积十、灰渣的粘温特性粘温特性定义指灰渣的粘度随温度变化的关系，用以判断结渣倾向灰熔点DT、ST和FT的间隔温度对结渣有影响硅铝比SiO2/Al2O3SiO2/Al2O3小时，SiO2易与Al2O3形成难熔的高岭土Al2O3·SiO2，不易结渣；SiO2/Al2O3大时，SiO2易与CaO·MgO·FeO形成低熔点的共晶体，易结渣。我国煤中，SiO2+Al2O3>60%，熔点较高。2024/6/5结渣温度前苏联常用此法，灰渣在无冷却的表面上（或已被沉积层覆盖的有冷却的表面上）开始形成突峰状沉积层的烟气温度，叫结渣温度。当烟气温度高于结渣温度时，在迎火焰方向形成突峰状的沉积层，若低于结渣温度，形成均匀疏松的沉积层。结渣温度tjz与灰的成分有关系，经验公式：碱金属多，tjz低，易结渣。2024/6/5综合判别结渣法结渣情况软化温度ST硅铝比结渣温度tjz轻微>1390<1.7>1025中等1260~13901.7~2.8960~1025严重<1260>2.8<9602024/6/52.6

液体燃料液态燃料的化学组成液态燃料的理化性质各种液态燃油这里讨论的液态燃料为天然石油产品生产的液态燃料及其有关特性。石油石油，也称原油，是一种粘稠的、深褐色（有时有点绿色的）液体。地壳上层部分地区有石油储存。石油的性质因产地而异，密度为0.8~1.0克/厘米3，粘度范围很宽，凝固点差别很大（30~-60℃），沸点范围为常温到500℃以上，可溶于多种有机溶剂，不溶于水，但可与水形成乳状液。它由不同的碳氢化合物混合组成，组成石油的化学元素主要是碳（83%~87%）、氢（11%~14%），其余为硫（0.06%~0.8%）、氮（0.02%~1.7%）、氧（0.08%~1.82%）及微量金属元素（镍、钒、铁、锑等）。由碳和氢化合形成的烃类构成石油的主要组成部分，约占95%~99%，含硫、氧、氮的化合物对石油产品有害，在石油加工中应尽量除去。2024/6/5液态燃料的化学组成烷烃烯烃环烷烃芳香烃石油产品主要由以下四类碳氢化合物组成：液态燃料的化学组成烷烃分子通式：CnH2n+2（饱和烃）液体燃油中的烷烃：C3

~C15分子结构（庚烷）：液态燃料的化学组成烯烃分子通式：CnH2n（不饱和烃）分子结构（丙烯）：液态燃料的化学组成环烷烃分子通式：CnH2n（饱和烃）分子结构（环丙烷）：液态燃料的化学组成芳香烃单环芳香烃分子式：CnH2n-6（不饱和烃）分子结构（苯）：种类特性烷烃具有较高的氢/碳比，密度较低，重量热值高，热安定性好。燃烧时没有冒烟及积炭。

烯烃其化学稳定性和热安定性比烷烃差。在高温和催化作用下，容易转化成芳香族碳氢化合物。一般原油中含烯烃并不多，烯烃通常是由裂解过程产生的。直接分馏法得出的石油产品中含烯烃不多，在裂解法得出的油中，烯烃可以多到25%。

环烷烃是饱和的，分子结构中碳原子形成环状结构（而不是链状结构）。在分馏油中环烷烃的量和烷烃差不多。在化学稳定性、重量热值和冒烟积碳的倾向性几方面和烷烃很相似。

芳香烃是环状结构，含有一个或多个碳原子的环状结构，虽然在结构上与环烷烃有点类似，但它含氢量少，因而其重量热值比环烷烃低得多。芳香烃的主要缺点是冒烟积碳的倾向很高，吸湿性高，所以当燃油处于低温时容易导致冰结晶的沉积。芳香烃对橡胶制品有很强的溶解能力。

烷烃：具有较高的氢/碳比，密度较低，重量热值高，热安定性好。燃烧时没有冒烟及积炭。烯烃：其化学稳定性和热安定性比烷烃差。在高温和催化作用下，容易转化成芳香族碳氢化合物。一般原油中含烯烃并不多，烯烃通常是由裂解过程产生的。直接分馏法得出的石油产品中含烯烃不多，在裂解法得出的油中，烯烃可以多到25%。环烷烃：是饱和的，分子结构中碳原子形成环状结构（而不是链状结构）。在分馏油中环烷烃的量和烷烃差不多。在化学稳定性、重量热值和冒烟积碳的倾向性几方面和烷烃很相似。芳香烃：环状结构，含有一个或多个碳原子的环状结构，虽然在结构上与环烷烃有点类似，但它含氢量少，因而其重量热值比环烷烃低得多。芳香烃的主要缺点是冒烟积碳的倾向很高，吸湿性高，所以当燃油处于低温时容易导致冰结晶的沉积。芳香烃对橡胶制品有很强的溶解能力。液态燃料的理化性质相对密度粘度热值馏程与沸点闪点与自燃着火温度贫、富油熄火极限凝固点生炭性液态燃料的理化性质相对密度在t℃时的油与4℃时的水的密度之比，称为该油的相对密度，在数值上等于该油在t℃的密度。为标准相对密度温度修正系数相对密度是烃类燃料的一个很重要的物性参数，其大小可以大致地说明燃料碳/氢比、热值以及生成烟的倾向。液态燃料的理化性质相对密度油种相对密度车用汽油0.712~0.731航空汽油0.730~0.750宽馏分组分0.755航空煤油0.780~0.820柴油0.831~0.862重油0.94~0.98液态燃料的理化性质粘度动力粘度

：运动粘度

：恩氏粘度°E：在流体中，两个面积为1cm2相距1cm的两层液面，以1cm/s的相对速度运动时，液面间产生的内摩擦力即为动力粘度。单位：Pa•s在实验温度条件下，200ml试验油从粘度计里流出的时间与20℃的200ml蒸馏水流出的时间之比。燃油的粘度是衡量燃油流动阻力的一项指标，粘度愈低，流动性愈好。粘度大小直接影响对燃油的输送与雾化，与组分有关。恩氏粘度是一种条件粘度。即用某种粘度计在规定的条件下测量的粘度。美国使用赛氏粘度，英国使用雷氏粘度。液态燃料的理化性质有关粘度的一些结论相同温度下运动粘度υ与恩氏粘度E之间的换算关系为

粘度主要取决于燃料中所含碳氢化合物的组成（粘度依如下次序降低：多环环烷烃、环烷烃、芳香烃、烷烃）粘度随温度升高而降低

粘度随压力升高而变大（压力较低时可以不计影响）

液态燃料的理化性质热值油品低热值（）航空汽油＞43100航空煤油＞42900柴油~42500重油39800~41900液态燃料的理化性质馏程与沸点馏程是指馏分的温度范围。燃油的馏程决定了燃料物理性质与燃烧性质，决定了每吨原油可产该种燃油的产出率。加宽馏程可以增大产出率，但燃料的性质发生了变化。

馏程：沸点：燃油是混合物，所以没有单一的沸点，常用50%馏点温度来表征燃油的沸点，常压下的终馏点又称正常沸点。

直馏流程图蒸馏塔冷凝器石油气直馏汽油加热炉（常压）油泵原油煤油轻柴油重柴油常压重油直馏法：常压下直接对石油加热（300～325℃）分馏，石油中各馏分按其沸点高低先后馏出，最先馏出是汽油（沸点40～180℃），然后依次为重汽油（沸点120～230℃）、煤油（150～300℃）、柴油（200～350℃），剩下沸点高的重质油则从分馏塔塔底排出，称为常压重油。减压蒸馏塔加热炉（减压）油泵常压重油各种蜡油重柴油重油减压蒸馏流程图减压蒸馏法：高沸点的常压重油加热到400℃以上可以继续分馏出各种重油来。根据气压下降、沸点下降的原理，一般采用减压蒸馏的办法，在0.01MPa以下时，重油中烃的沸点可降低200℃，这样原来沸点约700℃以下的各种烃都可分馏出来。液态燃料的理化性质闪点与自燃着火温度油加热到一定温度会挥发出油蒸气。在大气压力下，用火焰在油面上掠过，油面出现短促的兰色闪光的最低温度，称为闪点。闪点：油品闪点(°C)汽油＜－20~30煤油>20~30柴油>50~90重油>80~130闪点与饱和蒸气压有关，饱和蒸气压高的油，闪点低，发生火灾的可能也就越大。液态燃料的理化性质闪点与自燃着火温度自燃着火温度是在没有外界点火源时完全由加热使燃油温度升高而使燃油自动着火的温度。自燃着火温度比闪点高得多。自燃着火温度：燃点：当燃油加热到此温度后，已汽化的油汽遇到明火能着火持续燃烧（不少于五秒钟）的最低温度。燃点高于闪点10~30℃液态燃料的理化性质贫、富油熄火极限可燃物（如燃油蒸气）与空气混合，只能在一定浓度范围内才能进行燃烧，超过这个浓度范围（太稀或太浓）就燃不起来。在这个浓度范围内，火焰一旦引发，就可以从点火源扩展出去，只要浓度合适，可以无限地传播下去。通常定义一个富燃极限一个贫燃极限（亦叫富油、贫油极限）。液态燃料的理化性质凝固点凝固点是指当温度降低到某一值时，燃油变得很稠，以致使盛有燃油的器皿倾斜45°时，其中燃油油面在一分钟内可保持不动。油的凝固点与它的组成有关，一般重质油较高，轻质油较低，如重油凝固点为15～36℃，而柴油在－35～20℃之间。液态燃料的理化性质生炭性

燃料的生碳性表明在燃烧室中燃烧时生成烟粒子的倾向。生碳性高则排气冒烟多，燃烧区烟粒子浓度高，引起火焰辐射黑度高，辐射传热高，室壁温高，引起火焰筒变形和裂纹，缩短火焰筒寿命；生碳性高还容易引起室壁积碳和喷嘴积碳，后者会影响到燃油的雾化质量，造成燃烧效率下降，出口温度分布不好，甚至燃烧不稳定。生碳性与燃料的性质密切相关，如比重、馏程、粘度、芳香烃含量、碳氢比等。燃料的生碳性是燃料性质与组成影响燃烧性能与燃烧室寿命的最明显的例子。各种液态燃油馏分油基本上是不含灰，没有杂质，可直接使用。汽油标号

汽油标号：是实际汽油抗爆性与标准汽油的抗爆性的比值。标准汽油是由异辛烷和正庚烷组成。异辛烷的抗爆性好，其辛烷值定为100；正庚烷的抗爆性差，在汽油机上容易发生爆震，其辛烷值定为0。如果汽油的标号为90，则表示该标号的汽油与含异辛烷90%、正庚烷10%的标准汽油具有相同的抗爆性。爆震，简单讲就是当混合气尚处在压缩过程中，火花塞还没有跳火时，高压混合气就达到了自燃温度，并开始猛烈燃烧的不正常燃烧现象。爆震现象大多是在提高压缩比的同时出现的，此外点火提前角过大或混合气燃烧过快也容易产生爆震。由于以上这些因素都是提高发动机功率的重要手段，所以爆震是这方面技术进步的一个障碍。柴油标号2024/6/5划分柴油标号的依据则是柴油的凝固点。目前国内应用的轻柴油按凝固点分为6个标号：5＃柴油、0＃柴油、－10＃柴油、－20＃柴油、－35＃柴油和－50＃柴油。选用不同标号的柴油应主要根据使用时的气温决定。一般来讲，5＃柴油适合于气温在8℃以上时使用；0＃柴油适用于气温在8℃至4℃时使用；－10＃柴油适用于气温在4℃至－5℃时使用；－20＃柴油适用于气温在－5℃至－14℃时使用；－35＃柴油适用于气温在－14℃至－29℃时使用；－50＃柴油适用于气温在－29℃至－44℃或者低于该温度时使用。专家表示，选用柴油的标号如果不适合使用温度区间，发动机中的燃油系统就可能结蜡，堵塞油路，影响发动机的正常工作。柴油的标号越低，结蜡的可能性就越小，当然价格也就越高。在适用于一个标号柴油的温度区间内而选用低一级标号的柴油当然更好。2.7气体燃料气态燃料2024/6/5气田气煤田气天然气人工气体发生炉煤气炼焦炉煤气高炉煤气液化石油气气体燃料的一般组成：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和乙烯、乙炔等轻质烃类化合物，还有氢气、一氧化碳、硫化氢等气体。少量二氧化硫、氯化氢、氰化氢、氨气等，以及少量悬浮焦油和固体颗粒。2024/6/5甲烷methane甲烷是无色、无味（微有葱臭味）、可燃和微毒的气体。甲烷对空气的重量比是0.54，比空气约轻一半。甲烷溶解很小，在20℃、0.1千帕时，100单位体积的水，只能溶解3个单位体积的甲烷。同时甲烷燃烧产生明亮的蓝色火焰。临界温度(K)：190.58临界压力(MPa)：4.59着火温度530℃-750℃低位热值:35.906MJ/m3爆炸极限：5%~15%（体积分数）空气中达到25%~30%浓度具有毒性2024/6/5乙烷ethane无色无臭气体沸点(℃)：-88.6临界温度(K)：305.42临界压力(MPa)：4.816低位热值64.397MJ/m3着火温度:510~630℃空气中爆炸极限2.9%~13.0%(体积分数)空气中浓度大于6％时，出现眩晕、轻度恶心、麻醉症状；达40％以上时，可引起惊厥，甚至窒息死亡。2024/6/5丙烷propane无色无味气体，微溶于水。沸点(℃)：-42.05临界温度(K)：369.82临界压力(MPa)：4.194低位热值93.240MJ/m3着火温度:510℃空气中爆炸极限2.1%~9.5%(体积分数)人短暂接触1％丙烷，不引起症状；10％以下的浓度，只引起轻度头晕；接触高浓度时可出现麻醉状态、意识丧失；极高浓度时可致窒息。2024/6/5氢气Hydrogen无色无味气体，难溶于水。沸点(℃)：-252.75临界温度(K)：33.25临界压力(MPa)：1.280低位热值10.786MJ/m3着火温度:510~590℃空气中爆炸极限4.0%~75.9%(体积分数)空气助燃火焰传播速度为267cm/s2024/6/5一氧化碳carbonmonoxide无色无味气体，难溶于水。沸点(℃)：-191.52临界温度(K)：132.91临界压力(MPa)：3.4987低位热值12.644MJ/m3着火温度:610~658℃空气中爆炸极限12.5%~75.0%(体积分数)空气体积含量0.06%产生伤害，