燃料与燃烧复习重点(不完全).

第一篇燃料概论燃料的概念：各种复杂化合物的混合物，通过燃烧可以将其化学能转变为热能，同时在技术上是可行的，经济上是合理的物质。标准煤的概念:标准煤是指每千克应用基低位热值为29.27兆焦（MJ）（相当于每千克7000大卡）的煤。第一章固体燃料二、煤的种类：泥煤，褐煤，烟煤，无烟煤1、泥煤地质年代最近的煤，含水量40％以上，风干堆积密度300-450kg/m3，在化学成分上氧含量高达30%左右，含炭量相对较低。挥发分高，可燃性较好。含硫量较低，机械强度低。主要用于锅炉和汽化原料。２．褐煤由泥煤进一步变化而成，完成了植物遗体的炭化过程，密度较大，含炭量较高，含氢和氧量较少，挥发分产率低，吸水性小，机械强度较大。第一章固体燃料二、煤的种类：泥煤，褐煤，烟煤，无烟煤３.烟煤由褐煤进一步变化而成，密度大，含炭量较高，含氢和氧量较少，挥发分产率低，吸水性强，堆积密度750-800kg/m3，机戒强度较大，最大特点是粘接性好。烟煤使用范围广，是冶金和动力工业不可缺少的燃料，也是炼焦的主要原料。４．无烟煤炭化程度最高，地质年代最久远的煤，含炭量最高，密度大，机械强度大，挥发分极少，吸水性小，热值高，灰分少，含硫量低。CHON泥煤57.05.236.81.0褐煤65.04.030.01.0烟煤88.05.35.01.7无烟煤94.02.91.91.2第一章固体燃料三、煤的化学组成（煤都是由七种成分组成）无机物——矿物质（A），水分（M）有机物——C，H，O，N，S（元素形式）有机硫：煤中有机物中存在（可燃硫）无机硫：黄铁矿硫FeS2（可燃硫）硫酸盐硫FeSO4，CaSO4第一章固体燃料四、煤的成分表示基准及其换算————————应用基（ar）————————————————空气干燥基（ad）——————————————干燥基（d）————————可燃基（daf）————A——CHONSMA—FC———————V—————M灰分固定炭挥发分水分aradddaf————asreceivedairdrydrydryashfree（应用基y）（分析基f）（干燥基g）（可燃基r）第一章固体燃料§2煤的使用性能二、煤的主要特性(一)煤的发热量（热值）1．煤的发热量的基本概念煤的发热量是评价燃料质量的重要指标，也是计算燃烧温度和燃料消耗量的重要依据。高位发热量Qh（MJ/kg）：单位燃料完全燃烧后燃烧产物冷却到使其中的水蒸气凝结成常温水时放出的热量。低位发热量Ql（MJ/kg）：单位燃料完全燃烧后燃烧产物冷却到常温时放出的热量。第一章固体燃料二、煤的主要特性（二）煤的比热和导热系数煤的比热一般为：0.84-1.67kJ/kg·ºC；并且随炭化程度的提高而变小；一般泥煤Ｃp＝1.38褐煤Ｃp＝1.21烟煤Ｃp＝1.00～１.09(kJ/kg·ºC)(kJ/kg·ºC)(kJ/kg·ºC)常温下煤的比热与水分和灰分含量成线性关系：Ｃp＝4.187(0.24Cr%+M%+0.165A%)/100(kJ/kg·ºC)煤导热系数一般为：0.232-0.348W/m·ºC；并且随炭化程度和温度的升高而增大。第一章固体燃料二、煤的主要特性(三)粘结性和结焦性粘结性：指粉碎后的煤在隔绝空气的情况下加热到一定的温度时，煤的颗粒相互粘结形成焦块的性质。结焦性：煤在工业炼焦的条件下，粉碎后的一种或者几种煤混合后的粘结性，粘结性越好结焦性也越好.结焦性也就是煤能炼出冶金焦的性质。煤的粘结性强弱分为７个等级，１为最弱，７为最强。一般用坩埚法进行测定，对形成的焦块进行观察判定。第一章固体燃料二、煤的主要特性（四）热稳定性热稳定性指煤在加热的情况下是否容易破碎而言。热稳定性的强弱直接影响到煤的燃烧和气化效果。褐煤和无烟煤的热稳定性较差。（五）反应性和可燃性（煤的活性）煤的反应性指煤在一定温度下进行气化还原反应的能力。实际上也就是煤中的碳与二氧化碳及水蒸气进行还原反应的速度。反应产物中CO的含量越高，氧化层的温度越低，反应性就越好。煤的可燃性是指燃料中的碳与氧发生氧化反应的的速度（燃烧速度）。炭化程度越高的煤其反应性和可燃性就越差。3.石油产品液化石油气、汽油、煤油、轻柴油、重柴油、重油、残渣油等。汽油、煤油、轻柴油主要用于各种发动机的燃料；重柴油、重油一般用于各种工业窑炉和锅炉的燃料；液化石油气主要用于民用燃料。二、重油的化学组成成分：C，H，O，N，S；A，MCHO+NS85-88%10-13%0.5-1.0%0.2-1.0%第二章液体燃料三、重油的物理性能1．闪点、燃点和着火点闪点：遇小火能发生闪火的温度（80-130ºC）。燃点：遇小火闪火后能继续燃烧的温度（闪点+10ºC）。着火点：温度继续升高并发生自燃的温度（500-600ºC）。重油的闪点、燃点和着火点是液体燃料的非常重要的性能指标，关系到用油的安全技术和燃烧条件。第二章液体燃料3．重油的密度：ρ20=0.92-0.98t/m34．比热和导热系数5．重油的发热量（高位/低位）6．重油的含硫量2.重油的粘度一、城市燃气符合国家城市燃气标准的气体燃料叫城市燃气(城市燃气分类GB/T13611-92)。1．人工煤气（R）（Manufacturedgas）焦炉煤气：炼焦过程的副产品主要成分：H2COCH4CmHnN2CO2O2QL=13200～19200kJ/Nm3（4000kCal/Nm3）第三章气体燃料第三章气体燃料2．天然气（T）（气田气和油田气）（Naturalgas）一种从气田或者油田直接开采的天然气体燃料（主要成分CH4=90～98%）。主要成分：CH4CmHnN2CO2（微量H2O，H2S）QL=35000～37000kJ/Nm3（8000-10000kCal/Nm3）密度：0.7～0.8kg/Nm33．液化石油气（Y）LPG—LiquifiedPetroleumGas石油炼制过程的副产品，主要成分为C3和C4的烃类（主要是丙烷、丁烷和丁烷、丁烯），在常温下加压（大约1.6MP）就可以液化，可以用高压储罐储存，减压就可以汽化。主要成分：C3H8C4H8C3H10C4H10CmHn气态热值：QL=87900～108900kJ/Nm3（21000-26000kCal/Nm3）kJ/Nm3液态热值：QL=45200～46100气态密度：1.95～2.36kJ/Nm3第三章气体燃料三、气体燃料的组分1．可燃组分气体：H2，CO，CH4，CmHn，2．不可燃组分气体：N2，CO2，O2，H2O3．杂质：有机硫，H2S，NH3，焦油蒸汽等第三章气体燃料四、气体燃料成分的表示方法及发热量计算气体燃料都是由各单一气体组成的混合物。燃气的来源和种类不同他们的组成成分和发热量（热值）也不同。1.成分表示方法气体燃料的组成是用所含各单一气体的体积百分数来表示的，有所谓“湿成分”和“干成分”两种表示方法。湿成分：COS%+HS2%+CHS4%+COS2%+NS2%+OS2%+H2OS=100%干成分：COg%+Hg2%+CHg4%+COg2%+Ng2%+Og2%=100%第三章气体燃料第二篇燃料燃烧计算燃烧计算的基本原理：燃料+氧化剂=燃烧产物煤、油、燃气空气/氧气CO2、H2O、SO2、N2、O2，灰分当不完全燃烧时：燃烧产物中还有CO、H2、CH4，C等计算的主要依据：质量守衡——物料平衡（计算燃烧需要的空气量和产生的烟气量）能量守衡——热量平衡（计算燃烧烟气的温度）第四章空气需要量及燃烧产物生成量§1燃烧所需的空气量计算二、固体和液体燃料的理论空气需要量对于氢的燃烧：H2+0.5O2=H2O数量关系：2+16=18（kg）每公斤氢燃烧的需氧量为：1+8=9（kg/kg）硫燃烧时：S+O2=SO2数量关系：32+32=64（kg）每公斤氢燃烧的需氧量为：1+1=2（kg/kg）G0.O2=(C+8H+SO)(C+8H+SO)第四章空气需要量及燃烧产物生成量§1燃烧所需的空气量计算二、固体和液体燃料的理论空气需要量因此，每公斤燃料完全燃烧所需要的理论氧气质量为：（kg/kg）(4-2)在标准状态下1kmol质量的气体体积量为22.4Nm3，所以标准状态下氧的密度为32/22.4=1.429kg/Nm3。故每公斤燃料完全燃烧所需要的理论氧气体积量为：（Nm3/kg）(4-3)1100831100181.4293L0.O2=(C+8H+SO)第四章空气需要量及燃烧产物生成量§1燃烧所需的空气量计算二、固体和液体燃料的理论空气需要量一般的工业燃烧都是在空气中燃烧，燃烧所需要的理论空气需要量为：（Nm3/kg）(4-5)或者可以写为：（Nm3/kg）(4-5a)1100181.429×0.213L0.=×L0.=0.01(8.89C+26.67H+3.33S3.33O)第四章空气需要量及燃烧产物生成量§1燃烧所需的空气量计算三、气体燃料的理论空气需要量气体燃料的体积百分数成分组成为：CO%+H2%+CH4%+CnHm%+H2S%+COS2%+O2%+N2%+H2O%=100%各可燃组分的化学反应方程式为：其中CO的燃烧：氢的燃烧：CO+0.5O2=CO2H2+0.5O2=H2O碳氢化合物的燃烧：硫化氢的燃烧：H2S+1.5O2=H2O+SO2CO2m2m4)O2=nH2O+CnHm+(n+第四章空气需要量及燃烧产物生成量§1燃烧所需的空气量计算四、实际空气需要量与过剩空气系数在实际的燃烧装置中为保证燃料能够完全燃烧，实际供应的空气量总是大于理论空气量的。燃烧时实际供应的空气量叫实际空气量。实际空气量与理论空气量的比值称为过剩空气系数。过剩空气系数：n=Ln/L0实际空气量：Ln=nL0过剩空气量：Ln-L0=nL0-L0=(n-1)L0当空气的湿度较大时，计算实际空气量时应该把空气中水分计算在内。当空气中的饱和水蒸气含量为g（g/m3）时,可以将其换算为体积含量（g可以查附表5）。（Nm3/kg）或者（Nm3/Nm3）(4-11)第四章空气需要量及燃烧产物生成量§2完全燃烧的烟气量计算燃烧产物的量可以根据燃烧反应前后的物质平衡关系进行计算。完全燃烧时单位燃料燃烧后的产物包括：CO2，SO2，H2O，O2，N2Vn=VCO2+VSO2+VH2O+VN2+VO2Vn=(第四章空气需要量及燃烧产物生成量一、固体和液体燃料的烟气量将以上代入式（4-11）整理后可以得到燃料完全燃烧的实际烟气量为：当n=1时，得到燃料完全燃烧的理论烟气量为：21100N22.4)28100M18H2S32C12)L0+0.00124gnL0（Nm3/kg）（4-14-a）+(n++++79100N22.4)28100M18H2S32C12L0+0.00124gL0（Nm3/kg）（4-14-b）+++++V0=(V0=(第四章空气需要量及燃烧产物生成量一、固体和液体燃料的烟气量当不计空气中的水分时，燃料完全燃烧的理论烟气量为：（Nm3/kg）（4-15）由（4-14-a）和（4-14-b）可以得到完全燃烧的实际烟气量与理论烟气量的数量关系为：（Nm3/kg）（4-12-a）在完全燃烧的情况下实际烟气量与理论烟气量的差为烟气中过剩空气量(n-1)L0。Vn=V0+(n1)L079100L0N22.4)28100M18H2S32C12+++++第四章空气需要量及燃烧产物生成量§2完全燃烧的烟气量计算二、气体燃料的烟气量将式（4-16）代入式（4-11）经过整理后得到完全燃烧时气体燃料的实际烟气量为：（Nm3/Nm3）（4-17）理论烟气量（n=1时，不考虑空气的水分）为：（4-18）211001100m2)L0+0.00124gnL0+(n)CnHm+2H2S+CO2+N2+H20]Vn=[CO+H2+(n+791001100L0m2+)CnHm+2H2S+CO2+N2+H20]Vn=[CO+H2+(n+第四章空气需要量及燃烧产物生成量§2完全