3.1 燃料的种类和组成07

第三章燃料及其燃烧3.1燃料的种类和组成3.2燃料的热工性质及选用原则3.3燃烧计算3.4燃烧过程的基本理论3.5气体燃料的燃烧过程及设备3.6液体燃料的燃烧过程及设备3.7固体燃料的燃烧过程及设备硅酸盐制品在生产工艺过程中需消耗大量的热量热量的来源有两种：一是燃料，二是电能。目前以前者为主，且90%的燃料靠矿产；燃料费用占产品生产成本的比例玻璃：25%左右陶瓷：3060%水泥：15%左右燃料----凡在物理、化学反应中能放出大量热量并能够有效地利用于工业和其它方面的物质。§3-1燃料的种类及组成1燃料的种类1.1燃料的分类（按照属性分类）(1)按型态分(2)按来源分来源状态固体液体气体天然产出的木材煤石油（原油）天然气加工的木炭焦炭煤砖(球)煤粉石油加工产品（汽油、柴油、渣油等）合成液体燃料悬浮燃料或称胶体水煤桨石油气人造煤气地下水化煤气§3-1燃料的种类及组成§3-1燃料的种类及组成(3)按能源管理分一次能源：燃料、水力、风力二次能源：电力一次能源直接使用：1二次能源：1-2使用：2总效率：=1-2·2例如：目前火力发电：1-2=28.7%电热效率：2=80~90%虽然2，但1-2，因此总效率仍然不高！等价热值：MJ54.12%7.28MJ60.3kwh1电热当量热值即热电当量：1kwh=3.60MJ电热§3-1燃料的种类及组成1.2工业常用燃料(1)煤年轻的古老的植物泥煤褐煤烟煤无烟煤地质年代C增高H降低火焰长无挥发分(V)降低中国煤分类方案（附录十三）：(a)按挥发分（Vdaf，%）分类：Vdaf火焰长度(b)按胶滤层厚度（y，mm）分类：y粘结性§3-1燃料的种类及组成(2)石油加工产品及残渣将石油加工——蒸馏，按沸点不同分开：汽油——主要成分是辛烷(C8H18)，主要用于汽车等煤油——主要用于航空柴油——分轻柴油和重柴油主要成分是十七烷(C17H36)润滑油、凡士林、蜡——用于化妆品重油——天然石油提取汽油、煤油、柴油后的液态残余物，呈暗黑色，粘稠状，流动性差。§3-1燃料的种类及组成随着工业化水平的提高，重油的质量越来越差：减压渣油裂化渣油石油常压渣油常压蒸馏我国硅酸盐工业主要是烧重油，条件好的也有烧煤油和柴油。上述三种渣油统称为“重油”，又称为“燃料油”；§3-1燃料的种类及组成规格牌号20号60号100号200号恩氏粘度，ºE80ºC时100ºC时5.0—11—15.5—5.5~9.5闪点(开口),ºC80100120130凝固点，ºC15202536灰分，%0.30.30.30.3水分，%1.01.52.03.0硫分，%1.01.52.03.0机械杂质，%1.52.02.02.5我国商品重油分类§3-1燃料的种类及组成(3)天然气、人造煤气天然气——是蕴藏在地壳内的可燃气体主要成分是CH4(a)气井：CH4含量在85~90%以上(b)油井伴生气：主要成分CH4、CmHn(c)煤成气（与煤伴生）：gas（瓦斯）产出人造煤气：工业上主要是煤（以烟煤为主）的气化产气，少量的是木柴、秸杆等§3-1燃料的种类及组成人造煤气种类：(a)石油气——炼制石油的副产品，其液态产品为液化石油气，主要含甲、乙、丙、丁烷，热值高;(b)焦炉煤气——煤在炼焦炉中进行干馏产生的煤气，主要成分是H2、CH4、CO，热值较高；(c)高炉煤气——高炉炼铁过程中产生的一种煤气，含25~28%的CO，少量H和大量的N2、CO2，热值低;(d)发生炉煤气——煤或焦炭在煤气发生炉中与空气或空气和蒸汽作用而制得，主要成分：CO、H2、CO2及N2。§3-1燃料的种类及组成根据气化剂的不同，发生炉煤气分为：煤+空气+蒸汽混合煤气：CO+H2，热值高蒸汽水煤气：CO+H2（以H2为主）空气空气煤气：CO，热值低气化的关键问题：(a)设备投资大;(b)污染环境；(c)对煤种、块度要求严。§3-1燃料的种类及组成以组成燃料的主要元素C、H、O、N、S及部分矿物杂质——灰分（A）和水分（M）的质量分数表示燃料的组成。2燃料组成表示方法及其换算2.1固体、液体燃料组成表示方法及其换算以其质量分数表示（质量%）2.1.1元素分析法以单质C或有机化合物形式存在，受热分解后燃烧。含量：煤53～99％；重油86%。molkJCOOC/8.40822化合H：与氧相结合，不可燃自由H：与碳、硫的化合物，可燃固体燃料：4～5%液体燃料：14%左右O和N不可燃，降低燃料的燃烧能力固液体燃料中含1～3％或更少。金属硫化物—可燃有机硫化物—可燃无机硫酸盐—不可燃燃烧产物对设备及环境有害含量：液体燃料0.1-3.5%固体燃料2%不可燃且吸热，降低燃料品质。少量水对燃料着火、燃烧、传热等有益。含量：煤4～35%重油1～4%§3-1燃料的种类及组成元素分析中的O、N、S、M、A均为燃料的有害成分！灰分↑可燃成分↓，燃料发热量↓灰分↑燃烧速度及燃烧温度↓灰分↑高温下形成液相，在窑炉内结皮、结渣灰分造成制品污染，影响制品成分及质量A灰分是指燃料中不能燃烧的矿物杂质固体燃料：一般20％液体燃料：一般0.3％§3-1燃料的种类及组成新标准GB483-87原标准GB476-79干燥无灰基(daf)(dryash.free)可燃基(r)干燥基(d)(dry)干燥基(g)空气干燥基(ad)(air.dry)分析基(f)收到基(ar)(arvived)应用基(y)CHONSAM100%（规定可燃物质）100%（绝对干燥燃料）100%（风干燃料）100%（操作燃料）内在水分外在水分§3-1燃料的种类及组成空气干燥基:是指分析实验室里所用的空气干燥煤样的组成，用下角标“ad”表示。收到基:实际使用的燃料的组成，用下角标“ar”表示干燥基:绝对干燥的煤的组成，用下角标“d”表示。干燥无灰基:无水无灰煤的组成，用下角标“daf”表示不受燃料在开采、运输和贮存过程中水分变动的影响。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。§3-1燃料的种类及组成2.1.2工业分析法分析方法见GB212—77及GB211—84分析结果以水分（M）、灰分（A）、挥发分（V）和固定碳（FC）四种成分的质量分数表示。110ºC烘干隔绝空气(干馏)，850~900ºC加热7分钟通空气，燃尽（800±20ºC下至恒重）失重：挥发分V（灰分A）煤样干样灰烬焦饼（炭）失重：固定碳FC失重：水分M§3-1燃料的种类及组成收到基：（FC+V+M+A）ar=100%干燥无灰基：Vdaf+Cdaf=100%V（Volatilizeconstituent）燃料中的碳氢化合物，V多燃料着火温度低，燃烧速度快，燃烧火焰长。M（Moisturecontent）水分多，粘性大；太大降温；含量适当可减少灰尘FC（FixedCarbon）FC↑，表示经历的地质年代长，燃料发热量高。火焰虽短，但后劲大，适合烧氧化焰。A(Ash)A大肯定不好§3-1燃料的种类及组成燃料组成的换算系数已知基所换算的“基”收到基空气干燥基干燥基干燥无灰基收到基(ar)空气干燥基(ad)干燥基(d)干燥无灰基(daf)adarMM100100100100arM100)(100ararAMaradMM100100arM100100)(100100ararAMadM100100)(100100adadAM100100adM100)(100adadAM100100dAdA1001001111§3-1燃料的种类及组成湿成分（用上角标“”表示）干成分（用上角标“d”表示）不可燃成分N2、CO2、SO2、SO3和H2O等换算可燃成分H2、CO、CH4、CmHn和H2S等组成COv+H2v+CH4v+CmHnv+H2Sv+CO2v+N2v+O2v+H2Ov=100％COd+H2d+CH4d+CmHnd+H2Sd+CO2d+N2d+O2d=100％1001002vdvOHXX组成表示2.2气体燃料组成表示法§3-1燃料的种类及组成式中：ci——某一组分之平均热容，kJ/Nm3·K；Vi——某一组分之体积分数。如：cmixt=ciVi[kJ/Nm3·K]当温度不太低、压力不太高时，各组分近似遵从理想气体状态方程式，其大部分性质都近似遵从加和性法则。§3-1燃料的种类及组成煤气中的水分多以气体状态存在，所以煤气有干、湿之分。冷煤气——经水洗涤、被水蒸气饱和了的煤气，水分含量取决于煤气的温度。其值由物化的克劳修斯——克拉渤龙方程式计算。热煤气——水分含量取决于煤中水分、通入水蒸气的量以及化学反应速度。其值由物料平衡计算。出口温度为500~600ºC或更高时，煤气中水蒸气含量约等于5%。§3-1燃料的种类及组成