材料工程基礎(chǔ)

1、 第四章第四章 燃料及其燃燒燃料及其燃燒材料工程基礎(chǔ) 6.1 燃料的種類及其組成6.2 燃料的性質(zhì) 6.3 燃燒計(jì)算6.4 燃料的燃燒理論及過程6.5 潔凈燃燒技術(shù)燃料及其燃燒燃料及其燃燒6.1 燃料的種類及其組成燃料的種類及其組成6.1.1. 燃料的種類燃料的種類（1）礦物燃料）礦物燃料 燃燒過程中能夠發(fā)出熱量并能利用的可燃物質(zhì)燃燒過程中能夠發(fā)出熱量并能利用的可燃物質(zhì)燃料燃料固體燃料固體燃料燃料油燃料油氣體燃料氣體燃料礦物礦物燃料燃料按照物態(tài)分類按照物態(tài)分類按獲得方式分按獲得方式分天然燃料天然燃料人工燃料人工燃料生物生物 燃料燃料太陽能以化學(xué)能形式儲(chǔ)存在生物中的一種能量，直接太陽能以化學(xué)能形

2、式儲(chǔ)存在生物中的一種能量，直接或間接來源于植物的光合作用，并以生物質(zhì)為載體或間接來源于植物的光合作用，并以生物質(zhì)為載體生物乙醇生物乙醇生物柴油生物柴油燃料及其燃燒燃料及其燃燒6.1燃料的種類及其組成燃料的種類及其組成6.1.2固體燃料和燃料油的組成固體燃料和燃料油的組成6.1.2.1元素分析組成元素分析組成H煙煤、無煙煤含量：煙煤、無煙煤含量：410燃料油含量：燃料油含量：10-14% kg/120370OH2H2222kJOCkg/3279322kJCOOC與氫結(jié)合為碳?xì)浠衔锱c氫結(jié)合為碳?xì)浠衔锸軣岱纸夂笕紵軣岱纸夂笕紵?固、液燃料的主要熱能來源 煙煤、無煙煤含量：煙煤、無煙煤含量：75

3、90燃料油含量：燃料油含量：85-88% 不可燃成分固體燃料、燃料油可燃成分碳、氫和部分硫碳、氫和部分硫氧、氮、灰分、水分和部分硫氧、氮、灰分、水分和部分硫燃料及其燃燒燃料及其燃燒6.1燃料的種類及其組成燃料的種類及其組成O、 N氧和氮不能燃燒氧和氮不能燃燒降低了燃料的燃燒能力降低了燃料的燃燒能力硫酸鹽硫硫酸鹽硫不可燃不可燃S有機(jī)硫有機(jī)硫 可燃可燃 無機(jī)硫無機(jī)硫 單質(zhì)硫單質(zhì)硫可燃可燃 燃燒產(chǎn)物對(duì)燃燒產(chǎn)物對(duì)設(shè)備及環(huán)境有害設(shè)備及環(huán)境有害固體燃料：固體燃料：0.0.2 2 8 8% %，液體燃料：，液體燃料：0.0.5 51 1% %。 硫化物硫硫化物硫可燃可燃燃料及其燃燒燃料及其燃燒影響煤的發(fā)熱量

4、影響煤的發(fā)熱量影響煤的著火與燃燒影響煤的著火與燃燒影響設(shè)備傳熱效率影響設(shè)備傳熱效率A灰分是燃料中灰分是燃料中不能燃燒的礦物雜質(zhì)不能燃燒的礦物雜質(zhì)煤：煤：5-55-50 0，液體燃料：一般液體燃料：一般0.30.3元素分析中的元素分析中的O、N、S、M、A 均為燃料的有害成分均為燃料的有害成分6.1燃料的種類及其組成燃料的種類及其組成煤：煤：1 1% %燃料油：燃料油：0.60.6% %M水不能燃燒，且升溫吸熱，水不能燃燒，且升溫吸熱，降低燃料的品質(zhì)。降低燃料的品質(zhì)。少量水對(duì)燃料燃燒起催化作少量水對(duì)燃料燃燒起催化作用用燃料及其燃燒燃料及其燃燒水分（水分（M）、）、揮發(fā)分（揮發(fā)分（V）、）、灰分（

5、灰分（A）、固定碳（、固定碳（FC）分析項(xiàng)目分析項(xiàng)目6.1.2.2工業(yè)分析組成工業(yè)分析組成6.1燃料的種類及其組成燃料的種類及其組成工業(yè)分析組成工業(yè)分析組成用工業(yè)分析方法得到煤的規(guī)范化組成規(guī)范化組成，不是煤的原始組成，是人們在一定條件下，用加熱的方法加熱的方法將燃料中極為復(fù)雜的復(fù)雜的成分加以分解和轉(zhuǎn)化成分加以分解和轉(zhuǎn)化而得到的組成燃料中水分燃料中水分游離水游離水化合水（結(jié)晶水）化合水（結(jié)晶水）不能用加熱方法測出外在水Mf 自然干燥內(nèi)在水內(nèi)在水Minh 加熱加熱水分水分M空氣干燥后煤樣放在烘箱中空氣干燥后煤樣放在烘箱中102105下加熱至干燥狀態(tài)下加熱至干燥狀態(tài)燃料及其燃燒燃料及其燃燒6.1燃料

6、的種類及其組成燃料的種類及其組成揮發(fā)分V干燥煤樣放在帶蓋坩堝內(nèi)，在90010的馬弗爐加熱7min所失去的質(zhì)量結(jié)晶水、碳?xì)浠衔铩⑻佳趸衔?、氫氣和焦油蒸汽揮發(fā)分高，著火溫度低，火焰長，易著火揮發(fā)分高，著火溫度低，火焰長，易著火水分M揮發(fā)分V灰分A=- -固定碳FC煤的質(zhì)量灰分A 煤在815完全燃燒后的產(chǎn)物煤中礦物質(zhì)的 轉(zhuǎn)化產(chǎn)物灰分增大，妨礙氧在煤焦內(nèi)部的擴(kuò)散，同時(shí)會(huì)增加灰分增大，妨礙氧在煤焦內(nèi)部的擴(kuò)散，同時(shí)會(huì)增加灰分中的空隙而使氧在煤焦內(nèi)部的擴(kuò)散截面積提高灰分中的空隙而使氧在煤焦內(nèi)部的擴(kuò)散截面積提高燃料及其燃燒燃料及其燃燒空氣干燥基空氣干燥基: :是指分析實(shí)驗(yàn)室里所用的空氣干燥煤樣是指分析實(shí)驗(yàn)

7、室里所用的空氣干燥煤樣 的組成，角標(biāo)的組成，角標(biāo)“adad”表示表示 。收到基收到基: :實(shí)際使用的燃料的組成，用下角標(biāo)實(shí)際使用的燃料的組成，用下角標(biāo)“arar”表示表示。 Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100 Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100游離水 內(nèi)在水（Mar，inh）:可加熱除去的水外在水（Mar,f）:可空氣干燥除去的水分6.1.2.3 組成表示基準(zhǔn)組成表示基準(zhǔn)6.1燃料的種類及其組成燃料的種類及其組成Mad（1-Mar,f)=Mar,inhMar=Mar,f+Mad（1-Mar,f)燃料及其燃燒燃料及其燃燒干燥基干燥基：絕對(duì)干

8、燥的煤的組成，絕對(duì)干燥的煤的組成， 用下角標(biāo)用下角標(biāo)“d d”表示。表示。干燥無灰基干燥無灰基：無水無灰煤的組成，用下角標(biāo)無水無灰煤的組成，用下角標(biāo)“dafdaf”表示。表示。不受燃料在開采、運(yùn)輸和貯存過程中水分變動(dòng)的影響。不受燃料在開采、運(yùn)輸、冼煤和貯存過程中水分、灰分變動(dòng)的影響。Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad+Md=100Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100 6.1燃料的種類及其組成燃料的種類及其組成燃料及其燃燒燃料及其燃燒燃料組成的換算系數(shù)燃料組成的換算系數(shù) 已知“基”所換算的“基”收到基分析基干燥基干燥無灰基收到基分析基干燥基干燥無灰基adarMM11aradM

9、M11arM11ararAM-11adM11adadAM-11d-1AdA1111116.1燃料的種類及其組成燃料的種類及其組成ar1Mad1Marar-1AMadad-1AM燃料及其燃燒燃料及其燃燒【例】【例】已知煤的工業(yè)分析：Cad =35%，Mar=10%，Mad=8%，求Car。 【解】【解】1kg收到基燃料折合成空氣干燥基燃料時(shí)，總質(zhì)量為（1-Mar,f）kg。adadarfMMMM1,ardararCMCaf)1(，6.1燃料的種類及其組成燃料的種類及其組成adaradMMCC11ar%2.34%81%101%35arC燃料及其燃燒燃料及其燃燒6.1.2 氣體燃料氣體燃料濕成分濕成

10、分（用上角標(biāo)（用上角標(biāo)“v v”表示）表示）干成分干成分（用上角標(biāo)（用上角標(biāo)“d d”表示）表示）不可燃成分不可燃成分CO2、 H2O 、N2、O2、SO2等等換算可燃成分可燃成分CO、H2、CH4、CmHn和和H2S等等組成組成COv+H2v+CH4v+CmHnv+H2Sv+CO2v+N2v+O2v+H2Ov=100 COd+H2d+CH4d+CmHnd+H2Sd+CO2d+N2d+O2d=100 組成表示組成表示6.1燃料的種類及其組成燃料的種類及其組成X Xv v=X=Xd d(1-H(1-H2 2O Ov v） 燃料及其燃燒燃料及其燃燒燃料的發(fā)熱量（熱值燃料的發(fā)熱量（熱值）：）：單位質(zhì)

11、量或體積的燃料完全燃單位質(zhì)量或體積的燃料完全燃燒，當(dāng)燃燒產(chǎn)物冷卻到燃燒前的溫度時(shí)所放出的熱量稱燒，當(dāng)燃燒產(chǎn)物冷卻到燃燒前的溫度時(shí)所放出的熱量稱為燃料的發(fā)熱量或熱值為燃料的發(fā)熱量或熱值，單位為單位為kJ/kgkJ/kg（kJ/NmkJ/Nm3 3）。）。 6.2 燃料的性質(zhì)燃料的性質(zhì)6.2.1 燃料的發(fā)熱量燃料的發(fā)熱量高位發(fā)熱量高位發(fā)熱量Qgr,p 產(chǎn)物中三氧化硫產(chǎn)物中三氧化硫 、氮氧化、氮氧化物沒有轉(zhuǎn)化物沒有轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中水蒸氣全部凝結(jié)為水產(chǎn)物中水蒸氣全部凝結(jié)為水低位發(fā)熱量低位發(fā)熱量Qnet,p產(chǎn)物中的水以產(chǎn)物中的水以20蒸氣存在蒸氣存在發(fā)熱量發(fā)熱量彈筒發(fā)熱量彈筒發(fā)熱量Q Qgr,v燃料及其燃燒燃

12、料及其燃燒6.2 燃料的性質(zhì)燃料的性質(zhì)高位發(fā)熱量高位發(fā)熱量Qgr,p 低位發(fā)熱量低位發(fā)熱量Qnet,pQnet,p,p,ar=Qgr,p,p,ar-2450(Mar+ 9Har)煤發(fā)熱量轉(zhuǎn)換煤發(fā)熱量轉(zhuǎn)換彈筒發(fā)熱量彈筒發(fā)熱量Q Qgr,vQgr,p,ad=Qgr,v,ad-4147Sad -4994Nad氣體發(fā)熱量轉(zhuǎn)換氣體發(fā)熱量轉(zhuǎn)換Qnet=Qgr-1969（H2+2CH4+H2S+nCmHn/2)標(biāo)準(zhǔn)煤標(biāo)準(zhǔn)煤：Qnet，ar=29300kJ/kg標(biāo)準(zhǔn)油標(biāo)準(zhǔn)油：Qnet=41820kJ/kg標(biāo)準(zhǔn)氣：標(biāo)準(zhǔn)氣：Qnet=41820kJ/kJ標(biāo)準(zhǔn)燃料標(biāo)準(zhǔn)燃料 燃料及其燃燒燃料及其燃燒工業(yè)中用經(jīng)驗(yàn)公式近

13、似計(jì)算燃料低位發(fā)熱量工業(yè)中用經(jīng)驗(yàn)公式近似計(jì)算燃料低位發(fā)熱量根據(jù)元素分析計(jì)算根據(jù)元素分析計(jì)算Qnet,v,ar=32793Car+98320Har-9100（Oar-Sar）-2450Mar (2)無煙煤無煙煤Qnet,v,ad=K0-36000Mad-38500Aad-10000Vad K查表，和Hdaf 和Vdaf 有關(guān)(3）煙煤）煙煤Qnet,v,ad=100K1-（100K1+2510）（Mad+ Aad）-1260 Vad 16750Mad 據(jù)Vdaf及焦渣特性查出6.2 燃料的性質(zhì)燃料的性質(zhì)燃料及其燃燒燃料及其燃燒（5）氣體燃料氣體燃料Qnet=12600CO+10800H2+358

14、00CH4+59000C2H4+63700C2H6+80600C3H6+91200C3H8+118700C4H10+146000C5H12+23200H2S6.2 燃料的性質(zhì)燃料的性質(zhì)（4）燃料油（燃料油（20 ）Qnet,v,ar=46424.5+3.1864 20 -8892.8 (20) 210-6Qgr,v,ar=51916.3 -8892.8 (20) 210-6燃料及其燃燒燃料及其燃燒6.2.2.1 6.2.2.1 煤的燃燒特性煤的燃燒特性煤的燃燒過程是一個(gè)重量損失過程，煤的重量損失速度也在一定層面上反映出煤的燃燒速度。熱重分析曲線（熱重分析曲線（TGA）微分熱重分析曲線（微分熱重

15、分析曲線（DTGA）差熱分析曲線（差熱分析曲線（DTA）6.2 燃料的性質(zhì)燃料的性質(zhì)6.2.2 煤的特性煤的特性煤著火點(diǎn)的認(rèn)定？燃料及其燃燒燃料及其燃燒6.2 燃料的性質(zhì)燃料的性質(zhì)6.2.2.1 6.2.2.1 煤的結(jié)渣性煤的結(jié)渣性結(jié)渣性是指煤在燃燒的高溫狀態(tài)下灰分（礦物質(zhì)）的粘結(jié)能力對(duì)煤的燃燒及燃燒設(shè)備會(huì)產(chǎn)生影響灰分熔點(diǎn)低，燃燒溫度下結(jié)渣成塊并包覆可燃物，造成煤不完全燃燒。受熱面結(jié)渣，傳熱效率降低，導(dǎo)致煤耗增大。（2）煤灰的熔融特性（灰熔點(diǎn)） 與灰分組成及燃燒氣氛有關(guān) 測定方法：三角錐法、小圓柱法國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，焦渣特性分為八級(jí)煤中水分及揮發(fā)分析出后在坩堝中的殘留物，包括煤中的固定碳和灰分（1

16、）焦渣（焦炭）特性燃料及其燃燒燃料及其燃燒 6.2.3.4 6.2.3.4 凝固點(diǎn)：凝固點(diǎn)：一般隨蠟及水的含量的增加而提高。我國生產(chǎn)的重油的凝固點(diǎn)一般為3045。6.2.3.2 6.2.3.2 粘度：粘度：影響重油的裝卸、存貯、過濾、輸送及霧化，我國重油的八個(gè)牌號(hào)是以100時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度來分類的。6.2.3.3 6.2.3.3 閃點(diǎn)、燃點(diǎn)、著火點(diǎn)：閃點(diǎn)、燃點(diǎn)、著火點(diǎn)：重油的重要性能指標(biāo)，它們關(guān)系到用油的安全技術(shù)及燃燒條件。 6.2.3 燃料油特性燃料油特性6.2 燃料的性質(zhì)燃料的性質(zhì)6.2.3.1 6.2.3.1 密度：密度： 與溫度有關(guān)，相對(duì)密度與溫度有關(guān)，相對(duì)密度d d42020燃料及其燃燒燃

17、料及其燃燒206.2.3.6 6.2.3.6 殘?zhí)浚簹執(zhí)浚菏谷紵鲊娍诙氯湍p使燃燒器噴口堵塞和磨損殘?zhí)苛扛叩娜剂嫌停淙紵鹧婧诙雀撸稍黾踊鹧孑椛?，燃燒時(shí)易析出大量固體顆粒，難以燃燒。 6.2.3.7 6.2.3.7 機(jī)械雜質(zhì)：機(jī)械雜質(zhì)：重油儲(chǔ)存和加熱過程中生成的重質(zhì)粘稠狀物質(zhì)和難溶解性物質(zhì)，使系統(tǒng)堵塞，導(dǎo)致燃燒惡化。避免重復(fù)加熱、快速加熱和溫度發(fā)生急劇變化，定期疏放排除 6.2 燃料的性質(zhì)燃料的性質(zhì) 6.2.3.5 6.2.3.5 爆炸濃度極限爆炸濃度極限：空氣中燃料油蒸氣達(dá)到一定濃度時(shí)，遇明空氣中燃料油蒸氣達(dá)到一定濃度時(shí)，遇明火或溫度升高到某一數(shù)值就會(huì)發(fā)生爆炸的濃度稱為爆炸濃度極限，火或溫度升高到某一數(shù)值就會(huì)發(fā)生爆炸的濃度稱為爆炸濃度極限，有上限和下限。處于上限和下限的濃度區(qū)域即油品的爆炸范圍有上限和下限。處于上限和下限的濃度區(qū)域