固液氣燃料的異同點（精編版）

1、固液氣燃料的異同點LT氣固液燃料的異同點一、燃料的成分異同燃料廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活，能通過化學(xué)或物理反應(yīng)釋放出能量的物質(zhì)。燃料有許多種，最常見的如煤炭、焦炭、天然氣和沼氣等等。隨著科技的發(fā)展，人類正在更加合理地開發(fā)和利用燃料，并盡量追求環(huán)保理念。燃料也是物理學(xué)中需要學(xué)習(xí)的一部分內(nèi)容，其吸放熱的公式為q=Q/m。燃料是一種由有機可燃質(zhì)、不可燃無機礦物質(zhì)成分（灰分）和水分等物質(zhì)組成的復(fù)雜混合物，其在燃燒過程中，能夠產(chǎn)生大量的熱能。按其物態(tài)，燃料可分為固體、液體和氣體三大類；按其形成機理，燃料又可分為天然礦物質(zhì)燃料和人造燃料。天然礦物質(zhì)燃料的固體燃料主要是煤和油頁巖，液體燃料主要是石油，氣

2、體燃料主要是天然氣。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、型煤等固體人造燃料，由石油、煤、油頁巖提煉制成的汽油、煤油、柴油、重油、渣油、煤焦油等液體人造燃料，以及由煤和石油制成的各種煤氣、石油裂化氣等氣體人造燃料。根據(jù)我國現(xiàn)行燃料政策，鍋爐所用的燃料主要是煤，為合理有效利用我國的煤炭資源，盡量使用當?shù)孛?、劣質(zhì)煤。在一些地區(qū)鍋爐也可燃用重油、渣油， 以及天然氣等。此外其它行業(yè)的副產(chǎn)品，如冶金業(yè)的焦爐煤氣和高爐煤氣、制 糖業(yè)的甘蔗渣、造紙業(yè)的黑液以及生物質(zhì)等，也可作為鍋爐燃料。燃料的主要成分是碳（C）、氫（ H）、氧（ O）、氮（ N）、硫（ S），以及灰分

3、（ A）和水分（ M）。其中碳、氫、可燃硫為可燃成分，水分和灰分為不可燃成分。物質(zhì)是由分子構(gòu)成的， 但由于分子在構(gòu)成物質(zhì)時的狀態(tài)不同，使得物質(zhì)的存在狀態(tài)也有所不同，這也會導(dǎo)致固液氣燃料的特性產(chǎn)生不同。下表是固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)分子結(jié)構(gòu)的比較。固態(tài)液態(tài)氣態(tài)分子排列十分緊密沒有固定位置極度散亂分子間距離很小較小很大分子間作用力強大較大極小分子的運動在平衡位置附近振動在一定范圍內(nèi)運動自由運動一定體積有有無一定形狀有無無流動性無有有二、不同燃料的特性1固體燃料固體燃料：能產(chǎn)生熱能或動力的固態(tài)可燃物質(zhì)。大都含有碳或碳氫化合物。天然的有木材、泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤、油頁巖等。經(jīng)過加工而成的有木 炭、焦炭、煤

4、磚、煤球等。此外，還有一些特殊品種，如固體酒精、固體火箭 燃料。與液體燃料或氣體燃料相比，一般固體燃料燃燒較難控制，效率較低， 灰分較多?？芍苯佑米魅剂希部捎米髦圃煲后w燃料和氣體燃料的原料或化工 產(chǎn)品的原料。固體燃料是一種新型燃料，它用一根火柴便可點燃，能加熱食品，引燃蜂窩煤，攜帶方便，很受人們歡迎。隨著旅游業(yè)的日益發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，固體燃料無疑會有很大的市場。固體烯料，國內(nèi)主要以煤為主。下面介紹煤的特性采用煤的煤化程度參數(shù)來區(qū)分無煙煤、煙煤和褐煤，貧煤屬于煙煤的一種。 無煙煤煤化程度的參數(shù)采用干燥無灰基揮發(fā)份Vdaf 和干燥無灰基氫Hdaf 作為指標，以此來區(qū)分無煙煤的小類。煙

5、煤采用兩個參數(shù)來確定類別，一個是煙煤煤化程度的參數(shù)，另一個是表征煙煤粘結(jié)性的參數(shù)。煙煤煤化程度的參數(shù)采用干燥無灰基揮發(fā)份Vdaf 作為指標；煙煤粘結(jié)性的參數(shù)是根據(jù)粘結(jié)性的大小不同選用粘結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層最大厚度作為指標，以此來區(qū)分煙煤中的類別。褐煤煤 化程度的參數(shù)采用透光率作為指標，用以區(qū)分褐煤和煙煤，以及褐煤中劃分小 類，并采用恒濕無灰基高位發(fā)熱量為輔來區(qū)分煙煤和褐煤。動力用煤主要考慮其燃燒性能，而不需考慮煤的氣化、煉焦和煤化工等工藝性能。我國動力用煤的分類主要根據(jù)煤的干燥無灰基揮發(fā)份Vdaf 多少來確定， 并參考煤的水分和灰分的含量，主要有無煙煤、貧煤、煙煤、褐煤等。由于它們的成分和特性不同，

6、在燃燒中的反應(yīng)也顯著不同，只有清楚了解它們的特性， 才能設(shè)計出優(yōu)質(zhì)的鍋爐產(chǎn)品，獲得最佳的運行性能。（ 1） 無煙煤無煙煤是生成年齡最老、煤化程度最高的煤種。由于其揮發(fā)份低（Vdaf 10），著火穩(wěn)燃困難，不易燃盡。因其含碳量高，水分、灰份含量不多（Aar 6 25， Mar1 9），故發(fā)熱量一般較高，Qnet,v,ar約為 25000雜質(zhì)、發(fā)熱量和殘?zhí)嫉?。油的運輸、儲存、霧化和燃燒都受這些特性的影響。固體煤變成液體燃料的方法：煤變成油通常有直接液化和間接液化兩種方法。直接液化又稱“加氫液化 ”，主要是指在高溫高壓和催化劑作用下，對煤直接催化加氫裂化，使其降解和加氫轉(zhuǎn)化為液體油品的工藝過程；煤的

7、間接液化是先將煤氣化，生產(chǎn)出原料氣， 經(jīng)凈化后再進行合成反應(yīng)，生成油的過程。煤直接液化就是用化學(xué)方法，把氫加到煤分子中，提高它的氫碳原子比。在煤直接液化過程中，催化劑是降低生產(chǎn)成本和降低反應(yīng)條件苛刻度的關(guān)鍵。優(yōu)缺點：液體燃料主要優(yōu)點是發(fā)熱量高、廢物含量少、灰分低、便于運輸和燃燒熱效應(yīng)高，可獲得近似于氣體燃料的燃燒火焰。一般屬于清潔燃料。缺點是運輸不方便。3 氣體燃料氣體燃料，意思是能產(chǎn)生熱能或動力的氣態(tài)可燃物質(zhì)。一般含有低分子量的碳氫化合物、氫和一氧化碳等可燃氣體，并常含有氮和二氧化碳等不可燃氣體。天然的有沼氣、天然氣、液化氣等。經(jīng)過加工而成的有由固體燃料經(jīng)干餾或氣化而成的焦爐氣、水煤氣、發(fā)生

8、爐煤氣等；石油加工而得的石油氣，以及由煉鐵過程中所產(chǎn)生的高爐氣等。（1） ）氣體燃料的分類氣體燃料是多種可燃與不可燃單一氣體成分組成的混合氣體，可燃成分包括碳氫化合物、氫氣、一氧化碳等，不可燃氣體成分包括氧氣、氮氣、二氧化碳等。通常氣體燃料按來源可分為天然氣和人工氣兩類。氣體燃料按發(fā)熱量可分為低熱值煤氣（ Qnet,ar 6280 10450kJ/m3），如高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣等；高熱值煤氣（ Qnet,ar 16720kJ/m3）, 如天然氣等；介于高熱值和低熱值煤氣之間的煤氣稱為中熱值煤氣。各種煤氣的主要成分為氫（H2）、一氧化碳（ CO）、甲烷（ CH4）以及其它碳氫化合物（CmH）n

9、等。（2） ） 氣體燃料的特點1. 具有基本無公害燃燒的綜合特性氣體燃料是一種比較清潔的燃料。它的灰分、含硫量和含氮量較煤和油燃料要低得多。燃氣中粉塵含量極少。近年來。由于氣體燃料脫硫技術(shù)的進步，在 燃燒時幾乎可以忽略SOx 的發(fā)生。氣體燃料中所含的氮，與其他燃料相比，燃燒時轉(zhuǎn)化成 NO x 少，并且對于高溫生成的NO x 量的抑制，也比其他燃料容易實現(xiàn)。因此，對于保護環(huán)境提供了有利條件。同時，氣體燃料由于采用管道輸送， 沒有灰渣，基本消除了在運輸、貯存過程中發(fā)生的有害氣體、粉塵和噪聲干擾。 燃燒煙氣還可以直接加熱熱水或?qū)ξ锪线M行干燥。在有些情況下，利用降低煙氣溫度，使煙氣中大量蒸汽析出，回收

10、凝結(jié)水，甚至比其他方法制取軟水更為合算。2. 容易進行燃燒調(diào)節(jié)燃燒氣體燃料時，只要噴嘴選擇合適，便可以在較寬范圍內(nèi)進行燃燒調(diào)節(jié)， 而且還可以實現(xiàn)燃燒的微調(diào)，使其處于最佳狀態(tài)。燃料氣體燃料不僅可以適應(yīng)低過氧燃燒，而且具有能夠迅速適應(yīng)負荷變動的特性，從而為降低燃料消耗、增大燃燒效率提供了有利條件。3. 作業(yè)性好與油燃料相比，氣體燃料輸送免去了一系列的降粘、保溫、加熱預(yù)處理等裝置，在用戶處也不需要貯存措施。因此，燃氣系統(tǒng)簡單，操作管理方便，容易實現(xiàn)自動化。另外，燃氣幾乎沒有灰分，允許大幅度提高煙氣流速，受熱面的積灰和污染遠比燃煤、燃油時輕微，不需要吹灰設(shè)備。在其他條件相似的情況下，燃氣鍋爐的爐膛熱強

11、度高于燃煤、燃油鍋爐。因此，燃氣鍋爐的體積小， 金屬、耐火、保溫等材料以及建設(shè)投資大大降低。4. 容易調(diào)整發(fā)熱量特別是在燃燒液化石油氣燃料時，在避開爆炸范圍的部分加入空氣，可以按需要任意調(diào)整發(fā)熱量。因此，在液化石油氣貯配站中常設(shè)有鼓風(fēng)機或用壓縮空氣來稀釋燃氣。氣體燃料的主要缺點是它與空氣在一定比例下混合形成爆炸性氣體，而且氣體燃料大多數(shù)成分對人和動物是窒息性的或有毒的，對使用安全技術(shù)提出了較高的要求。（3） ） 氣體燃料的燃燒特性著火溫度使可燃氣體與空氣或氧氣的混合物著火并能繼續(xù)維持燃燒的最低溫度稱為 著火溫度。著火溫度并不是一個化學(xué)或物理常數(shù)，與可燃氣體的濃度、壓力等 有關(guān)。在氧氣與空氣中燃

12、氣的著火溫度差別并不很大，一般在氧氣中的著火溫 度比在空氣中的著火溫度低50100。在可燃氣體中摻入氮氣或二氧化碳等惰性氣體，著火溫度將提高；反之，入摻入著火溫度低的可燃氣體，則混合可燃 氣體的著火溫度將降低。部分可燃氣體在空氣中的著火溫度見表。大氣壓力下部分可燃氣體在空氣中的著火溫度可燃分子氣式氫H2一氧CO化碳著火溫度/ 530590610658可燃分子氣式丁C4 H10烷己C6 H14烷著火溫度/ 490569300630分子可燃氣式高爐煤氣焦爐煤氣著火溫度/ 530300500甲烷645CH4850辛發(fā)生爐C8 H18 275烷煤氣530乙烷C2 H6丙烷C3 H85305945305

13、58乙C2 H2炔硫化H2S氫335500290487天然氣530著火濃度極限使火焰能夠傳播，維持繼續(xù)燃燒的可燃氣體濃度稱為著火濃度，有時也稱爆炸濃度。它又分為著火濃度上限和下限，可燃氣體濃度無論是高于上限，還是低于下限，火焰均不能傳播。著火濃度極限除與燃料種類有關(guān)外，還與溫度和壓力等因素有關(guān)。當溫度升高時，著火濃度范圍擴大，特別是著火濃度上限變化較大；當壓力降低時，著火濃度范圍會縮小。部分可燃氣體的著火濃度極限見表。在可燃氣體混合物中增加惰性氣體可以縮小其著火濃度范圍，特別對著火濃度的上限影響較大，因為上限是處于空氣不足的狀態(tài)，在可燃氣體體積分數(shù)不變的情況下，增加惰性氣體量，會使空氣更加不足

14、，著火發(fā)熱量減少，影響火焰?zhèn)鞑?，所以著火范圍縮小。在室溫和大氣壓力下可燃氣體的著火濃度極限（在空氣中的容積比）燃著火范圍燃著火范圍著火范圍燃料料下限%上限%料甲己5.015.0烷烷乙庚3.2212.45烷烷丙乙2.379.5烷烷下限%上限%下限%上限%1.256.9汽油氣1.06.01.06.0煤油氣1.47.53.034.0天然氣5.016.0丁丙1.868.41烷烯戊丁一氧化2.011.1碳12.574.21.48.0烷1.79.0氫4.074.2烯混合可燃氣體的著火濃度上、下限可按下式計算：L(a+b+c+)/(a/A+b/B+c/C+)式中L混合可燃氣體的著火濃度上限或下限；a、b、c

15、、混合可燃氣體中各可燃氣體的體積分數(shù)（）； A、B、C、混合可燃氣體中各可燃氣體的著火濃度上限或下限； 優(yōu)缺點：氣體燃料具有下列優(yōu)點： （ 1）可用管道進行遠距離輸送，如天然氣等等；（ 2） 不含灰分；（ 3）著火溫度較低，燃燒容易控制；（4 ）燃燒爐內(nèi)氣體可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)為氧化氣氛或還原氣氛等；（5）可經(jīng)過預(yù)熱以提高燃燒溫度； （6）可利用低級固體燃料制得。不污染環(huán)境是它的最大亮點。（7）燃燒充分 ,污染少 ,也屬于清潔燃料。缺點是（1）一般天然的較少 ,要來自化工生產(chǎn) ,即煤的氣化等工業(yè)；（ 2）是所用的貯氣柜和管道，要比相等熱量的液體燃料所用的大得多。三、應(yīng)用異同點固體燃料今天在發(fā)達國

16、家主要用來生產(chǎn)蒸汽發(fā)電。此外在機械工藝和金屬冶煉生產(chǎn)鐵和鋼的過程中也需要固體燃料。在發(fā)達國家固體燃料很少用來加熱。但是在發(fā)展中國家中固體燃料依然是加熱取暖和煮食的重要原料。液體燃料是交通和取暖所使用的燃料的重要組成部分，此外液體燃料還是化學(xué)工業(yè)的重要原材料。氣體燃料主要用在日常生活中、取暖和發(fā)電。此外在化學(xué)工業(yè)中氣體燃料也是重要的燃料和原材料。四、氣體、固體、液體燃燒的區(qū)別氣體燃料燃燒較為充分 , 固體燃料雜質(zhì)多且很難燃燒充分, 必須粉碎 , 液體燃料介于兩者之間 ,燃料通過霧化可以成倍的擴大其蒸發(fā)表面積，其不僅可以加速燃料的蒸發(fā)過程，而且還有利于燃料與空氣混合，保證燃燒的迅速與完全， 故應(yīng)該

17、霧化噴出。從燃燒過程看三者的差異如下圖所示：4.1 液體燃料燃燒：液體燃料的燃燒方式分為兩類，一類為預(yù)蒸發(fā)型，一類為噴霧型。其燃燒實質(zhì)是燃油蒸汽和空氣的燃燒，是一種氣態(tài)物質(zhì)的均相燃燒過程， 燃燒速度完全取決于液體表面蒸發(fā)的速度。霧化效果影響了油燃燒的快慢及燃燒質(zhì)量，因此油的霧化是其燃燒過程中一個重要因素。所謂油的霧化，就是把燃料油分散成細小煙霧粒子的過程。霧化原理包括液膜霧化，射流霧化。評價霧化的指標有：霧化粒度，霧化油滴均勻性，霧化角以及流量密度。在工業(yè)上，這個過程是通過燃油燒嘴（油霧化噴嘴）來實現(xiàn)的。常用的油霧化噴嘴可以簡單分為兩類：機械式霧化器（離心式，旋杯式等）。介質(zhì)式霧化器（以蒸汽或

18、空氣作介質(zhì)）。噴霧型燃燒的特點：1. 液體燃料的沸點低于著火點，先蒸發(fā)后燃燒，總是燃燒其蒸氣；2. 燃燒過程分為三步： a、蒸發(fā) b、混合 c、燃燒3. 液體燃燒不同于固體燃燒的異相化學(xué)反應(yīng)，只能在表面蒸發(fā)，并在離液滴表面一定距離的火焰面上燃燒，液滴表面無火焰，內(nèi)部無火焰4. 液體燃料燃燒時，如果缺氧，會產(chǎn)生熱分解噴霧型燃燒的要點： 1、蒸發(fā)良好； 2、供氧充分。以油為例，油滴燃燒與油霧燃燒的區(qū)別：在研究油滴燃燒過程時，我們考慮油霧炬燃燒，常用的燃燒模型有：一維滴群擴散，一維滴間燃燒模型，以及考慮了霧炬混合、輸運、燃燒的綜合數(shù)學(xué)模型。油霧炬的燃燒過程中，燃料與空氣的分布及混合，油滴的氣化、燃燒

19、以及油滴的顆粒特性都是應(yīng)考慮的影響因素。油滴的燃燒包括：蒸發(fā)擴散和燃燒三個過程而油霧燃燒實現(xiàn)將油霧化后再進行燃燒；油霧的燃燒是一個復(fù)雜的過程，其中存在著油滴燃燒的特殊性，同時與油滴燃燒也存在著區(qū)別，因為油霧中各個油滴間相互間要發(fā)生干擾：1） 相鄰油滴間的同時燃燒使他們之間有著熱量交換，以致減少了每個燒著油滴的熱量散失；2） 相鄰油滴間的同時燃燒起到了競爭氧氣的作用，妨礙了氧氣擴散到他們的火焰焰鋒面去。此外，燃燒過程中，會伴隨有碳黑的形成，油霧燃燒基本上屬于擴散火焰， 不會回火，也不易脫火。限制油滴燃燒的主要因素是與空氣的混合速度，即取決于空氣向油滴表面擴散所需的時間，屬擴散燃燒。燃油蒸汽鍋爐燃

20、用重質(zhì)油時，需要預(yù)先加熱以降低其強度，再由油泵加壓送至燃油蒸汽鍋爐前，然后通過油噴嘴噴入爐內(nèi)，此時油被散開井形成極細的霧狀油滴，這個過程稱為霧化。霧化后的油滴置于高溫、含氧的介質(zhì)中，吸熱并蒸發(fā)為蒸氣，再和噴引入爐中的空氣混合，進而繼續(xù)吸熱而升溫，當達到著火條件( 一定的溫度和濃度 ) 時即著火、燃燒。油及其蒸氣都是出碳氫化合物組成的，其巾高分子碳氫化合物所占的比例較大，它們?nèi)缛粼谂c氧接觸前已達到高溫( 700) ，則會因缺氧、受熱而發(fā)生分解熱解產(chǎn)生固體的碳和氫，這種固體碳即為碳黑微粒。另外，如有尚未蒸發(fā)的油滴會因急劇受熱發(fā)生裂化，一部分較輕的分子從油滴中飛濺而出，較重的部分可能變成固態(tài)物質(zhì)焦粒

21、或瀝青。碳黑微粒和焦粒不僅造成固體本完全燃燒熱損失，而且還將污染環(huán)境。因此，必須重視油噴嘴的設(shè)計、制造， 以保證油的霧化質(zhì)量。強化重油燃燒的途徑。1、 提高霧化質(zhì)量，減小油粒粒徑2 、足夠的氧氣，改善油霧和空氣的混合3、增大空氣和油粒的相對速度4 、合理配風(fēng)良好的液體燃料燃燒要求：霧化良好，合理配風(fēng)，充分的混合。因此需要配置 調(diào)風(fēng)器，使空氣均勻分配，使油霧空氣混合良好，穩(wěn)定火焰。油燃燒器有旋流， 平流兩種4.2 固體燃料燃燒： 固體燃料的多相擴散燃燒過程相當復(fù)雜：首先要使氧氣到達固體表面，在固體表面和氧氣之間界面上發(fā)生多相化學(xué)反應(yīng)；其后，化學(xué)反應(yīng)所需要的霧質(zhì)量則靠自然擴散或強制擴散所形成的物質(zhì)

22、轉(zhuǎn)移來提高。煤在加熱、燃燒和氣化過程中要經(jīng)歷一系列不同的階段，首先是煤中水分的蒸發(fā)使其變成干燥的煤，接著其中的碳氫化合物以揮發(fā)分的形式逐漸析出并著火，然后就是焦炭的著火和燃燒。煤熱解是包括煤氣化、液化、燃燒和干餾在內(nèi)的煤熱化學(xué)加工的基礎(chǔ)。熱解條件如煤種、壓力、溫度、升溫速率和氣氛不僅影響著熱解產(chǎn)物的分布, 而且決定著固體產(chǎn)物的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu), 從而影響著煤轉(zhuǎn)化的反應(yīng)性能。此處，研究固體燃料的燃燒過程時，我們主要研究焦炭的燃燒。4.2 1 對固體燃燒，以煤為例：分為三個階段； 準備階段煤的干燥、預(yù)熱和干餾固體燃料受熱，溫度上升，水分蒸發(fā)，在110 左右物理水全部逸出，干燥終結(jié)。水分，耗熱，時

23、間。固體燃料干燥后，溫度繼續(xù)上升，到一定程 度，便開始分解，放出揮發(fā)物，最后剩下固定碳，這一過程稱為干餾。特點：吸熱過程，基本不需要空氣。熱量來源：灼熱火焰、煙氣、爐墻及鄰近已經(jīng)燃著的燃料。影響因素：煤的性質(zhì)、水分、燃燒室內(nèi)溫度，燃燒室結(jié)構(gòu)。燃燒階段煤的揮發(fā)分和焦炭燃燒揮發(fā)物主要是碳氫化合物，比焦炭容易著火，因此，當逸出的揮發(fā)物達到一定的溫度和濃度時，就先于焦炭著火燃燒。通常把揮發(fā)物著火燃燒的溫度粗略看作固體燃料的著火溫度。揮發(fā)物， 著火溫度，揮發(fā)物，著火溫度。焦炭是固體的主要燃質(zhì)，其發(fā)熱量約占燃料總發(fā)熱量的一半以上，是燃料燃燒過程中主要的放熱來源。焦炭燃燒所需時間比揮發(fā)物長得多，由于焦炭燃燒

24、過程是多相反應(yīng)，完全燃燒比揮發(fā)物困難。保證焦炭迅速燃燒的條件：保證較高的溫度條件，供給充足的空氣，并且使空氣和燃料很能好地混合。燃燼階段灰渣形成階段焦炭塊將燒完，焦炭外殼上面包了一層灰渣，使空氣很難摻入里面參加燃燒，從而使燃燒緩慢。高灰分燃料就更難燃燼。燃燼是固體燃料所特有的，氣體和液體燃料沒有燃燼階段。4.2.2固體層燃燃燒層燃：把煤塊放在爐篦上堆成一定厚度的煤層進行燃燒。層燃的燃燒過程：大部分燃料在爐柵上燃燒，可燃氣體及一小部分細屑燃料則在燃燒室空間內(nèi)呈懸浮燃燒。燃燒過程：冷空氣進入，爐柵和灰渣被冷卻，而空氣則被預(yù)熱； 氧化層：主要進行氧化反應(yīng)，末端氣體的溫度也達到最高；還原層：氣流中CO

25、2與碳起還原反應(yīng)，即CO2+C 2CO，溫度越高，速度越快；新燃料層：煤干燥、干餾，將水汽、揮發(fā)物等帶離煤層進入爐膛空間，揮發(fā)分及 CO與煤層著火燃燒。氧化層和還原層的厚度，主要與燃料粒度大小、揮發(fā)分和灰分多少及燃燒層溫度高低等因素有關(guān)。如果燃燒層穩(wěn)定，氧化層的厚度幾乎不隨鼓風(fēng)量變化。改變煤層的厚度還可以改變煙氣的成分。一次空氣主要是供給焦炭燃燒的需要，二次空氣則是供給揮發(fā)物、CO以及部分被氣流揚起的細小煤粒等燃燒的需要；層燃的方式1、直火式（或稱完全燃燒式） 燃料層的氧化放熱反應(yīng)：C + O2 CO2 +熱量2C + O2 2CO +熱量2CO + O2 2CO2 +熱量特點：（ 1）燃料層

26、薄，煙煤100200mm，無煙煤 60150mm，燃料在爐柵上和燃燒室內(nèi)完全燃燒。（2） ）所需的二次空氣量少，一般二次空氣量約占全部空氣量的10%15%左右。（3） ）由于揮發(fā)分與二次空氣需在燃燒室內(nèi)混合并燃燒，所以要求有較大的燃燒室空間。2、半煤氣式特點：（1） 燃料層較厚（為直火式的23 倍），一次空氣量不足，二次空氣量較直火式多，約占空氣總量的30%60%。燃燒產(chǎn)物中含有較多的可燃氣體CO、H2、 CH4等。（2） 燃料層內(nèi)的溫度比直火式低，氧化層內(nèi)的溫度約為1200左右。（3） 大多數(shù)半煤氣燃燒室所產(chǎn)生的半煤氣并不在燃燒室內(nèi)燃燒而是在窯爐內(nèi)與二次空氣混合后燃燒。因此半煤氣燃燒室空間較

27、直火式小，室內(nèi)的溫度也低，產(chǎn)物的平均溫度約10001100。3、全煤氣式（固體燃料的氣化） 特點：（1） 燃料層厚度為直火式三倍以上，一次空氣不足，二次空氣為零，燃燒產(chǎn)物中可燃氣體占35%48%，煤氣中含有 CO、H2、CH4、CO2、N2、H2O（g）等氣體。（2） 將煤制成煤氣，易滿足窯爐內(nèi)火焰的氣氛和溫度要求，燃燒溫度較直火式、半煤氣式溫度高。（3） 勞動條件好，環(huán)境污染少。（4） 可使用劣質(zhì)煤，燃料費用低。此外還有一種更為復(fù)雜，但各方面反應(yīng)參數(shù)均具有優(yōu)勢的固體燃料的燃燒： 煤粉的燃燒。粉煤的燃燒是將磨成一定細度的煤粉與空氣一同噴入爐內(nèi)后進行 燃燒。在燃燒過程中，不僅發(fā)生氣體與氣體之間的

28、同相燃燒，而且還發(fā)生氣體 與固體之間的異相燃燒。在實際燃燒過程中，通常是將燃燒所需要的空氣分兩次或三次加入。一次空氣與煤粉混合噴入爐內(nèi)，主要用于揮發(fā)分的燃燒，以后加入的空氣主要用于強化燃燒過程、使焦炭得到充分燃燒。4.3 氣體燃料燃燒：氣體燃料燃燒過程分哪三個階段，以天然氣為例：天然氣燃燒過程，可以看作三個階段，即天然氣和空氣的混合，混合后的可燃氣體的加熱和著火、完成燃燒化學(xué)反應(yīng)而進行正常燃燒等三個階段。第一階段：天然氣和空氣的混合使用的燃燒方式之混合過程屬于紊流擴散和機械摻混過程。其影響因素有：（1） ）天然氣和空氣的流動方式。當天然氣和空氣平行流動時，混合速度最慢，或叫混合不良，形成的火焰

29、最長；當天然氣和空氣的流動方向之間有一定夾角，特別是呈旋轉(zhuǎn)運動時，能夠加快混合速度，燃燒較好，火焰較短。（2） ）氣流速度。在紊流情況下，氣流速度越大，紊流作用就越強，混合也就越快，越有利用燃燒作用。并且，天然氣和空氣之氣流速度差越大，混合就越快，越有利于燃燒。（3） ）氣流直徑越大，完成混合所需的時間越長。采用多噴口、細流股的噴咀，將氣流分成許多細小流股，可以增加天然氣和空氣之接觸面，從而加速其混合， 提高燃燒強度。（4） ）適當增大空氣消耗系數(shù)，可以使混合加快，火焰縮短，反之，則混合變慢、火焰拉長。第二階段：天然氣和空氣混合物的加熱和著火要了解天然氣和空氣混合物的加熱和著火，必先了解天然氣

30、的著火溫度和著火濃度極限。前面已經(jīng)提到著火 溫度是指天然氣和空氣的混合物能開始燃燒的最低溫度。我們使用的工業(yè)爐， 一般都是先用一小的熱源（電火花灼熱的小物體、小火焰）將可燃混合物某一 局部先加熱到著火溫度，然后引起其它部分著火，這樣的著火過程稱為強迫著火或點火。天然氣的最低著火溫度為750。對于火濃度極限，為了使點火以后的燃燒反應(yīng)連續(xù)穩(wěn)定地進行下去，必須要求燃氣點火燃燒之后所放出的熱量足以能夠使鄰近的未燃氣體加熱到著火溫度。而燃燒過程穩(wěn)定與否和天然氣與空 氣的混合比例有直接關(guān)系。也就是說：只有當天然氣和空氣的比例處于一定范 圍之內(nèi)時，才能使燃氣保持連續(xù)穩(wěn)定的燃燒，這一濃度范圍叫作著火濃度極限。

31、天然氣的著火濃度極限為5.1%13.9%。濃度低于 5.1%，高于 13.9%，就不能著火連續(xù)燃燒。綜上所述，給燃氣加熱使之達到著火溫度，要連續(xù)燃燒就必須使燃氣濃度保持在著火濃度極限范圍之內(nèi)。第三個階段：完成燃燒化學(xué)反應(yīng)當天然氣和空氣混合物加熱到著火溫度后， 就立即開始劇烈地氧化燃燒反應(yīng)，并放出大量光和熱，進入燃氣的燃燒反應(yīng)階 段。天然氣燃燒化學(xué)反應(yīng)式如下：CH42O2 CO22H2OQ要研究和認識燃氣燃燒過程時，可將其分解為混合、著火和燃燒三個階段。在實際的冶金爐內(nèi)，三個階段幾乎是同時存在，相互制約，連續(xù)進行的。在高溫的冶金爐內(nèi)，天然氣和空氣的比例以及混合的好壞，是影響燃燒質(zhì)量和爐溫的關(guān)鍵。

32、4.3.1 空氣消耗系數(shù) n 值的大小對燃燒過程有以下影響：（1） ）當空氣消耗系數(shù)n 值增大時，實際空氣消耗量隨之成比例的增加。一是從設(shè)計的角度說，需要增加供風(fēng)和排煙系統(tǒng)的能力，從而增加投資費用和動力消 耗；二是在現(xiàn)實生產(chǎn)中，往往由于n 值的增大，使整個系統(tǒng)阻力增加，而引起煙囪抽力不足，影響環(huán)境且造成浪費。（2） ）當 n 值增大，爐內(nèi)過剩氣體體積增大，同時循環(huán)氣體量增大，導(dǎo)致單位體積燃燒產(chǎn)物熱含量降低（即燃燒熱沒變，氣體體積增大了，氣體含的熱量平均值就降低了，從而使爐溫降低了）。在燃燒產(chǎn)物離開爐膛時，帶走的熱損失總量也增大了，總結(jié)果使爐溫降低。（3） ）當 n 值增大時，雖可保證最大程度的

33、完全燃燒，但此時燃燒產(chǎn)物中N2、O 2 絕對數(shù)量增加，而使燃燒產(chǎn)物中CO2、H2O（汽）的含量相對減少，削弱了煙 氣在高溫爐膛中的輻射能力。以上說明，當 n1 時，隨著 n 值的增加，不僅燃燒溫度降低和燃燒產(chǎn)物的輻射能力減弱，而且隨產(chǎn)物帶走的熱損失也增加。（4） ）當 n 1 時， n 值越小，不完全燃燒熱損失越大。顯然，n 值過大或過小， 都會使燃料利用程度降低?？傊话阍硎牵涸诒ＷC最大程度完全燃燒的前提下，n 值越小越好。4.3.2 氣體燃料的燃燒方法根據(jù)天然氣與空氣在燃燒前的混合方式不同，將氣體燃料的燃燒方法分為三類：即有焰燃燒、無焰燃燒和半無焰燃燒。（1） ）有焰燃燒所謂有焰燃燒是

34、指天然氣與空氣在燒咀中不予混合，而是在離開燒咀進入爐內(nèi)（或燃燒室內(nèi)）邊混合邊燃燒，形成一個火焰。這時，燃燒速度受到混合速度的限制，火焰較長，并有明顯的輪廓，所以，稱這種燃燒為有焰燃燒。有焰燃燒，因為天然氣與空氣不在噴咀中混合，所以一般不會發(fā)生回火現(xiàn)象。同時，氣體預(yù)熱溫度不受著火溫度的限制，比較安全。（2） ）無焰燃燒所謂無焰燃燒是指天然氣和空氣進入爐膛（或燃燒室）前預(yù)先進行了充分混合， 燃燒時速度很快，整個燃燒過程在燒咀磚（或叫燒咀坑道）內(nèi)就可以結(jié)束?；鹧婧芏袒蚩床坏交鹧?，故此稱為無焰燃燒。（3） ）半無焰燃燒這種燃燒方式是將燃燒所需的空氣分兩部分與氣體燃料相互混合，一次空氣在 燒嘴的混合室與

35、氣體燃料相混合。二次空氣借助于混合后可燃氣體的噴射作用， 一邊混合一邊燃燒。其產(chǎn)生的游離碳黑量遠比有焰燃燒少。對于氣體燃料的燃燒，還有一個需要注意的點，那就是脫火與回火問題。這個問題本質(zhì)上是氣流速度w 與火焰?zhèn)鞑ニ俣萿ce 的大小關(guān)系問題。而火焰長度問題可以轉(zhuǎn)變?yōu)榛鹧驿h面在湍流氣流中的傳播速度問題。4.3.3 燃氣燃燒的火焰?zhèn)鞑ト細庠邳c火后，通過燃燒反應(yīng)所放出的熱量把鄰近的未燃氣體加熱，使其達到著火溫度，而燃燒起來。這種通過熱能的傳遞，而使燃燒反應(yīng)區(qū)逐漸向前推移的現(xiàn)象叫做“火焰的傳播”。圖 1 為燃氣燃燒的火焰?zhèn)鞑嶒炇疽鈭D，通過實驗建立火焰?zhèn)鞑サ幕靖拍?。在一個水平放置的玻璃管中通入混合均勻

36、的可燃氣體，管子A 端裝有點火器， 并與大氣相通，使管內(nèi)保持恒壓。點火后，在點火源附近的一層氣體達到著火溫度時，便開始激烈地燃燒化學(xué)反應(yīng)。點火源附近著火后，形成一層平面火焰，稱為火焰前沿（或燃燒前沿）?；鹧媲把氐臏囟群芨?，它將熱量傳給相鄰的一層可燃混合物，使其溫度達到著火溫度，并著火燃燒。原來的火焰前沿的位置上已是燃燒完了的燃燒產(chǎn)物，新著火的一層可燃混合物又變成了新的火焰前沿，它又將熱量向前傳遞。這樣，一層一層地被加熱，著火燃燒?？梢钥吹交鹧媲把剡B續(xù)地向前（向B端）移動。這種由于熱量傳遞而使火焰前沿持續(xù)移動的燃燒過程叫做火焰正常傳播或正常燃燒?；鹧媲把叵蚯耙苿拥乃俣龋Q為火焰?zhèn)鞑ニ俣龋╒ 火）

37、?；鹧?zhèn)鞑ニ俣却螅?可燃混合物燃燒較快； 火焰?zhèn)鞑ニ俣刃。?可燃混合物燃燒較慢。 氫氣 H2燃燒時， 火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁?，一氧化碳CO次之。烷烴 CmHn最慢（天然氣主要成分是甲 烷 CH4，屬于烷烴）。假若上述實驗管內(nèi)的可燃混合物不是靜止的，是連續(xù)供氣、是流動的，流動速 度為 V 燃，其流動方向與火焰?zhèn)鞑ニ俣萔 火的方向相反，這時，則可能有三種情況：（1） ）當 V燃 V 火時，即兩者速度相等，這時火焰前沿的位置將是穩(wěn)定不動的，也就是燃燒穩(wěn)定。（2） ）當 V 燃 V 火時，火焰前沿就會向管內(nèi)移動，在燒咀中發(fā)生這種現(xiàn)象便稱為“回火”。無焰燃燒發(fā)生回火是很危險的。有焰燃燒一般不會發(fā)生回火， 但可能出現(xiàn)熄火，燃燒不正常。（ 3）當 V燃V 火時，火焰前沿就會向管口移動，而最終脫離管口，這種現(xiàn)象便稱為“脫火”現(xiàn)象。在熔煉爐里可能造成燃氣過多，形成煙道著火，爐溫不均勻，造成浪費。在實際生產(chǎn)中，應(yīng)避免“回火”、“脫火”現(xiàn)象的發(fā)生。也就是說，供氣速度不可過小，也不可過大。為了保證燃燒過程和火焰的穩(wěn)定，必須使可燃混合氣體的噴出速度與該條件下火焰?zhèn)鞑ニ俣认噙m應(yīng)，即保持二者動態(tài)平衡。4.3.4 影響實際燃燒溫度的因素（1） ）燃料的發(fā)熱量A. 燃料的發(fā)熱量越高，其理論燃燒溫度越高。所以對要求高溫的爐子，就選擇發(fā)熱量高的優(yōu)質(zhì)燃料。B. 對于氣體燃料，當發(fā)熱量在3400 84