固液气燃料的异同点

气固液燃料的异同点一、燃料的成分异同燃料广泛应用于工农业生产和人民生活，能通过化学或物理反应释放出能量的物质。燃料有许多种，最常见的如煤炭、焦炭、天然气和沼气等等。随着科技的发展，人类正在更加合理地开发和利用燃料，并尽量追求环保理念。燃料也是物理学中需要学习的一部分内容，其吸放热的公式为q=Q/m。燃料是一种由有机可燃质、不可燃无机矿物质成分（灰分）和水分等物质组成的复杂混合物，其在燃烧过程中，能够产生大量的热能。按其物态，燃料可分为固体、液体和气体三大类；按其形成机理，燃料又可分为天然矿物质燃料和人造燃料。天然矿物质燃料的固体燃料主要是煤和油页岩，液体燃料主要是石油，气体燃料主要是天然气。人造燃料是由天然燃料加工而成，主要有由木柴、煤制成的木炭、焦炭、石油焦、粉煤、型煤等固体人造燃料，由石油、煤、油页岩提炼制成的汽油、煤油、柴油、重油、渣油、煤焦油等液体人造燃料，以及由煤和石油制成的各种煤气、石油裂化气等气体人造燃料。根据我国现行燃料政策，锅炉所用的燃料主要是煤，为合理有效利用我国的煤炭资源，尽量使用当地煤、劣质煤。在一些地区锅炉也可燃用重油、渣油，以及天然气等。此外其它行业的副产品，如冶金业的焦炉煤气和高炉煤气、制糖业的甘蔗渣、造纸业的黑液以及生物质等，也可作为锅炉燃料。燃料的主要成分是碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S），以及灰分（A）和水分（M）。其中碳、氢、可燃硫为可燃成分，水分和灰分为不可燃成分。物质是由分子构成的，但由于分子在构成物质时的状态不同，使得物质的存在状态也有所不同，这也会导致固液气燃料的特性产生不同。下表是固态、液态、气态分子结构的比较。固态液态气态分子排列十分紧密没有固定位置极度散乱分子间距离很小较小很大分子间作用力强大较大极小分子的运动在平衡位置附近振动在一定范围内运动自由运动一定体积有有无一定形状有无无流动性无有有二、不同燃料的特性1．固体燃料固体燃料：能产生热能或动力的固态可燃物质。大都含有碳或碳氢化合物。天然的有木材、泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤、油页岩等。经过加工而成的有木炭、焦炭、煤砖、煤球等。此外，还有一些特殊品种，如固体酒精、固体火箭燃料。与液体燃料或气体燃料相比，一般固体燃料燃烧较难控制，效率较低，灰分较多。可直接用作燃料，也可用作制造液体燃料和气体燃料的原料或化工产品的原料。固体燃料是一种新型燃料，它用一根火柴便可点燃，能加热食品，引燃蜂窝煤，携带方便，很受人们欢迎。随着旅游业的日益发展，人们生活水平的不断提高，固体燃料无疑会有很大的市场。固体烯料，国内主要以煤为主。下面介绍—煤的特性采用煤的煤化程度参数来区分无烟煤、烟煤和褐煤，贫煤属于烟煤的一种。无烟煤煤化程度的参数采用干燥无灰基挥发份Vdaf和干燥无灰基氢Hdaf作为指标，以此来区分无烟煤的小类。烟煤采用两个参数来确定类别，一个是烟煤煤化程度的参数，另一个是表征烟煤粘结性的参数。烟煤煤化程度的参数采用干燥无灰基挥发份Vdaf作为指标；烟煤粘结性的参数是根据粘结性的大小不同选用粘结指数、胶质层最大厚度作为指标，以此来区分烟煤中的类别。褐煤煤化程度的参数采用透光率作为指标，用以区分褐煤和烟煤，以及褐煤中划分小类，并采用恒湿无灰基高位发热量为辅来区分烟煤和褐煤。动力用煤主要考虑其燃烧性能，而不需考虑煤的气化、炼焦和煤化工等工艺性能。我国动力用煤的分类主要根据煤的干燥无灰基挥发份Vdaf多少来确定，并参考煤的水分和灰分的含量，主要有无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤等。由于它们的成分和特性不同，在燃烧中的反应也显著不同，只有清楚了解它们的特性，才能设计出优质的锅炉产品，获得最佳的运行性能。（1）无烟煤无烟煤是生成年龄最老、煤化程度最高的煤种。由于其挥发份低（Vdaf≤10％），着火稳燃困难，不易燃尽。因其含碳量高，水分、灰份含量不多（Aar＝6％～25％，Mar＝1％～9％），故发热量一般较高，Qnet,v,ar约为25000～32500kJ/Kg。在无烟煤燃烧方面难度最大的是Vdaf≤6.5的超低挥发份无烟煤；而灰份较大且灰熔融温度较低的无烟煤燃烧时则容易产生结渣。我国无烟煤储量较多，主要分布于华北、中南、西南及福建省。（2）贫煤贫煤的煤化程度略低于无烟煤，干燥无灰基挥发份Vdaf含量约为10～20％。贫煤的发热量一般低于无烟煤，其着火稳燃、燃尽也比较困难。Vdaf低于15％的贫煤通常和无烟煤一起被称为低挥发份煤。（3）烟煤烟煤干燥无灰基挥发份Vdaf含量约为20～45％，一般含碳量也比较高，着火稳燃、燃尽比较容易。也有一些含灰量与含水量比较多的烟煤，Aar达40％以上，低位发热量低于16700kJ/kg，其着火燃烧也比较困难，这部分煤被称为劣质烟煤。我国烟煤储量多，分布广，几乎各省区都有烟煤的储藏与开采。（4）褐煤褐煤的煤龄最轻，煤化程度最浅，Vdaf含量约为40～50％，Mar约为20～50，Aar高的可达40～50%。因其水分、灰份含量比较高，所以发热量较低，Qnet,v,ar＝16200～7000kJ/kg。但因其挥发份含量高，很易着火燃烧。褐煤中水Mar＝40％～60％以上者可成为高水分褐煤；灰分Aar＝40％～50％以上者可称为高灰分褐煤。褐煤的另一个特点是含氧量高，Oar＝8％～10％，因而容易自燃。按前苏联及国际分类法规定，褐煤与烟煤的分界线是：,,100100grvarQAar＜23849kJ/kg的煤属于褐煤，＞23849kJ/kg的煤则属于烟煤。褐煤燃烧中最困难的问题是防止由于灰熔融温度低(一般ST小于1200℃)而造成的燃烧结渣问题。我国褐煤主要分布于内蒙、东北、云南、山东、广西等地。优缺点：固体燃料的优点是便于储存,便于运输。缺点是燃烧产生的污染性气体较多,因为固体中会含较多污染的元素,如S元素等。2.液体燃料液体燃料是用来产生热量或动力的液态可燃烧的物质。主要为碳氢化合物或其混合物，天然的有石油及其某些加工产品如汽油、煤油、柴油、燃料油等；也有通过煤的液化或煤、油页岩经干馏以及一氧化碳和氢气用费一托合成法等制得的人造汽油。液体燃料比固体燃料有下列优点：（1）比具有同量热能的煤约轻30%，所占空间约少50%；（2）可贮存在离炉子较远的地方，贮油柜可不拘形式，贮存便利还胜过气体燃料；（3）可用较细管道输送，所费人工也少；（4）燃烧容易控制；（5）基本上无灰分。液体燃料用于内燃机和喷气机等。可用作制造油气和增碳水煤气的原料，也可用作有机合成工业的原料。液体燃料主要为石油（或称原油）及其制品，锅炉燃用的主要是重油，轻柴油则作为锅炉点火时的用油，重柴油也只在个别电厂作为锅炉低负荷助燃燃料。从原理上，石油的炼制方法主要分两类：一类是利用石油中各种成分的物理特性不同，主要是沸点不同，用蒸馏的方法加以分离；另一类是用各种方法将烃的分子进行改造。蒸馏的方法又有两种，一种是常压蒸馏，另一种是减压蒸馏。而分子改造的方法又包括裂化、重整等。重油所含成分的分析较复杂，但其元素组成也是碳、氢、氧、氮、硫及少量的水分和灰分，我国部分重质燃料油油质资料见表1.2-11。质量好的重油几乎不含水分、灰分，其碳氢含量比较高，因此发热量较高（Qnet,ar=37.6～42MJ/Kg）。由于各种牌号重油的粘度存在差异，使用时应适用于不同的喷嘴，以保证良好的雾化燃烧。20号重油适用于较小喷嘴（30kg/h以下）的燃油锅炉；60号重油适用于中等喷嘴的工业炉或船用锅炉；100号重油适用于大型喷嘴的各种锅炉；200号重油适用于与炼油厂有直接输送管道的具有大型喷嘴的锅炉。60，100，200等3个牌号重油在使用时应先进行预热，牌号越大的重油预热温度要求越高。石油炼制过程中排出的残余物，不经处理直接作为燃料，习惯上称之为渣油。渣油没有统一的质量指标。燃用渣油时一般均需预热，以利输送和雾化。重油的主要性质有粘性、密度、闪点、燃点、凝固点、硫分、灰分、机械杂质、发热量和残碳等。油的运输、储存、雾化和燃烧都受这些特性的影响。固体煤变成液体燃料的方法：煤变成油通常有直接液化和间接液化两种方法。直接液化又称“加氢液化”，主要是指在高温高压和催化剂作用下，对煤直接催化加氢裂化，使其降解和加氢转化为液体油品的工艺过程；煤的间接液化是先将煤气化，生产出原料气，经净化后再进行合成反应，生成油的过程。煤直接液化就是用化学方法，把氢加到煤分子中，提高它的氢碳原子比。在煤直接液化过程中，催化剂是降低生产成本和降低反应条件苛刻度的关键。优缺点：液体燃料主要优点是发热量高、废物含量少、灰分低、便于运输和燃烧热效应高，可获得近似于气体燃料的燃烧火焰。一般属于清洁燃料。缺点是运输不方便。3．气体燃料气体燃料，意思是能产生热能或动力的气态可燃物质。一般含有低分子量的碳氢化合物、氢和一氧化碳等可燃气体，并常含有氮和二氧化碳等不可燃气体。天然的有沼气、天然气、液化气等。经过加工而成的有由固体燃料经干馏或气化而成的焦炉气、水煤气、发生炉煤气等；石油加工而得的石油气，以及由炼铁过程中所产生的高炉气等。（1）气体燃料的分类气体燃料是多种可燃与不可燃单一气体成分组成的混合气体，可燃成分包括碳氢化合物、氢气、一氧化碳等，不可燃气体成分包括氧气、氮气、二氧化碳等。通常气体燃料按来源可分为天然气和人工气两类。气体燃料按发热量可分为低热值煤气（Qnet,ar≤6280～10450kJ/m3），如高炉煤气、发生炉煤气等；高热值煤气（Qnet,ar＞16720kJ/m3）,如天然气等；介于高热值和低热值煤气之间的煤气称为中热值煤气。各种煤气的主要成分为氢（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）以及其它碳氢化合物（CmHn）等。（2）气体燃料的特点1．具有基本无公害燃烧的综合特性气体燃料是一种比较清洁的燃料。它的灰分、含硫量和含氮量较煤和油燃料要低得多。燃气中粉尘含量极少。近年来。由于气体燃料脱硫技术的进步，在燃烧时几乎可以忽略SOx的发生。气体燃料中所含的氮，与其他燃料相比，燃烧时转化成NOx少，并且对于高温生成的NOx量的抑制，也比其他燃料容易实现。因此，对于保护环境提供了有利条件。同时，气体燃料由于采用管道输送，没有灰渣，基本消除了在运输、贮存过程中发生的有害气体、粉尘和噪声干扰。燃烧烟气还可以直接加热热水或对物料进行干燥。在有些情况下，利用降低烟气温度，使烟气中大量蒸汽析出，回收凝结水，甚至比其他方法制取软水更为合算。2.容易进行燃烧调节燃烧气体燃料时，只要喷嘴选择合适，便可以在较宽范围内进行燃烧调节，而且还可以实现燃烧的微调，使其处于最佳状态。燃料气体燃料不仅可以适应低过氧燃烧，而且具有能够迅速适应负荷变动的特性，从而为降低燃料消耗、增大燃烧效率提供了有利条件。3.作业性好与油燃料相比，气体燃料输送免去了一系列的降粘、保温、加热预处理等装置，在用户处也不需要贮存措施。因此，燃气系统简单，操作管理方便，容易实现自动化。另外，燃气几乎没有灰分，允许大幅度提高烟气流速，受热面的积灰和污染远比燃煤、燃油时轻微，不需要吹灰设备。在其他条件相似的情况下，燃气锅炉的炉膛热强度高于燃煤、燃油锅炉。因此，燃气锅炉的体积小，金属、耐火、保温等材料以及建设投资大大降低。4．容易调整发热量特别是在燃烧液化石油气燃料时，在避开爆炸范围的部分加入空气，可以按需要任意调整发热量。因此，在液化石油气贮配站中常设有鼓风机或用压缩空气来稀释燃气。气体燃料的主要缺点是它与空气在一定比例下混合形成爆炸性气体，而且气体燃料大多数成分对人和动物是窒息性的或有毒的，对使用安全技术提出了较高的要求。（3）气体燃料的燃烧特性着火温度使可燃气体与空气或氧气的混合物着火并能继续维持燃烧的最低温度称为着火温度。着火温度并不是一个化学或物理常数，与可燃气体的浓度、压力等有关。在氧气与空气中燃气的着火温度差别并不很大，一般在氧气中的着火温度比在空气中的着火温度低50～100℃。在可燃气体中掺入氮气或二氧化碳等惰性气体，着火温度将提高；反之，入掺入着火温度低的可燃气体，则混合可燃气体的着火温度将降低。部分可燃气体在空气中的着火温度见表。大气压力