第二章 燃料及燃烧计算

第二章 燃料及燃烧计算
6.常用燃料的种类、性质和用途 一、冶金生产常用煤气有高炉煤气，焦炉煤气，发生炉
煤气，天然煤气。 A、高炉煤气
• 高炉煤气是炼铁生产的副产品，冶炼每吨生铁大约得到 4000标米3的煤气 。 • 主要可燃成分为CO，含量随着炼铁生产波动而波动，一般 不超过三分之一。大量是不可燃的N2，含量超过50%，CO2 含量超过10%。 • 高炉煤气发热量很低，仅3560~3980kJ/m3，一般与焦炉煤 气混合使用。
三、固体燃料 木材、木炭、煤、焦炭、粉煤等都是固体燃料，在 冶金生产中有实用意义的是煤、焦炭和粉煤。 A、煤 • 我国煤的特点是：
煤质优良，储量丰富，分布普遍。 • 按照煤的生成过程，煤可分为四类：
泥煤、褐煤、烟煤及无烟煤。 • 泥煤年龄最轻，无烟煤最老。 • 工业上应用最多的是烟煤。
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热能、、黄铁
矿硫、硫酸盐硫）存在形式。前两种硫能燃烧放热，计算中把它
们当作自由存在的硫，并统称挥发硫。最后一种硫不能燃烧，它
以各种硫酸盐的形式存在于燃料中
水分[H2O]：是有害组成物。本身不能放热，还要吸收大量 热以加热其蒸汽至燃烧产物的温度。
灰分[A]：是最有害的组成物。燃料中的灰分就是一些不能
故气体燃料的湿成分不具有代表性在一般的情况下气体燃料的化学组成用干成分表示而气体燃料在使用时所具有的实际成分为湿成分所以湿成分是气体燃料的供用成分在进行燃烧计算时必须以湿成分为依据
冶金炉热工基础
山东工业职业学院 冶金学院
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2.1冶金企业常用燃料
1.燃料的定义 凡是在燃烧时(剧烈地氧化)能够放出大量的热，并
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(2)气体燃料成分的表示方法
气体燃料成分的表示方法有两种：即湿成分和干成分。
湿成分（包括水分在内) ： CO湿+ H2湿+CH4湿+N2湿+···+H2O湿=100%
CO湿、 N2湿···等符号分别代表湿气体燃料中各成分的体 积百分含量
干成分(不包括水分在内)： CO干+ H2干+CH4干+N2干+···=100%
且此热量能有效地被利用在工业或其他方面的物质称为 燃料。
所谓有效地利用是指利用这些热源在技术上是可能 的、在经济上是合理的。
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2.对燃料的要求
（1）在当今技术条件下，单位质量(体积)燃料燃烧 时所放出的热可以有效地利用。
（2）燃烧生成物是气体状态，燃烧后的热量绝大部 分含欲其气体生成物之中，而且可以在放热地点以外利 用生成物中所含的热量。
（3）混合煤气的发热量计算
Q DW用=
xQ1用+
(1 -
用
x)Q2
KJ
/m3
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C．标准燃料
国家规定标准燃料的发热量等于29.27×103 KJ/Kg，即2000Kcal/Kg的燃料为标准燃料，燃 料的发热量与标准燃料发热量的比值称为燃料的热 当量。用以评价燃料质量的优劣。
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将重油在规定条件下加热，重油随温度的升高有
可燃蒸汽挥发出来，可燃蒸汽与周围空气混合后，当接触
外界火源时，能发生闪火现象，也就是爆炸燃烧的现象。
这时的温度就叫重油的闪点。
重油越重，粘度越大，闪点温度就越高。
• 重油的凝固点
重油冷却到一定温度时，就会凝固而失去流动性，
开始凝固的温度称为凝固点。
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B、焦炉煤气 •焦炉煤气是炼焦生产的副产品，每炼一吨焦炭大约得到 300~380标米3煤气。 •主要成分是H2，含量超过50%，其次是CH4，含量占 25%，其余是少量CO、N2、CO2、H2S等。 •焦炉煤气发热量比较高，可达16750~l8840kJ/m3，一 般做为民用燃料，也可与高炉煤气混合使用。
（3）燃烧产物的性质时熔炼(加热)设备不起破坏作 用，无毒、无腐蚀作用。
（4）燃烧过程易于控制。 （5）有足够多的蕴藏量，便于开采。
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3.燃料的种类
按物态可分 按来源可分
固体燃料、液体燃料和气体燃料 三类 天然产品和加工产品 两种
燃料的物态
固体燃料 液体燃料 气体燃料
工业用燃料一般分类
燃烧的矿物杂质。
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（3）液体和固体燃料成分的表示方法 成分表示方法有四种，即： 供用成分：燃料实际使用时的成分
C用+ H用+ O用+ N用+S用+A用+W用=100%
干燥成分：燃料排除水分后的成分
C干+ H干+ O干+N干+S干+A干=100%
可燃成分：燃料不考虑水分和灰分的成分
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C、发生炉煤气 •在没有高炉煤气和焦炉煤气的地区，可以将固体燃料 直接加工得到发生炉煤气， •主要成分是CO，含量不到三分之一，其次是H2，含量 可达10%，不燃成分主要是N2，含量超过50%。 •发生炉煤气发热量比较低，仅5020~6280kJ/m3。
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C燃+H燃+O燃+N燃+S燃=100%
有机成分：燃料只含C、H、O、N四种元素的成分
C机+H机+ O机+N机=100%
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（4）液体和固体燃料成分的表示方法 换算的基本原理是：燃料中各种成分子任何一种表示方
法中，其质量相等。
固体、液体燃料的成分换算系数
已知的 燃烧成分
有机成分 “机”
100%
最后计算出水分的含量： X湿X干10-0H2O湿%
100
(式中X表某成分)
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B、液体和固体燃料的化学组成及各成分的换算
（1）液体和固体燃料的化学组成
固体和液体燃料的基本组成有C、H、O、N、S、W(水分) 及A(灰分)，其中C、H、S能燃烧放热构成可燃成分，但S燃烧 后生成的而氧化硫为有毒气体。所以视硫为有害成分；氧和氮 的存在相对降低了可燃成分的含量，属于有害物质；水分(W)的 存在不仅相对降低了可燃成分含量，而且水分在蒸发时要吸收 大量的热，所以视水为有害物质；灰分的存在不仅降低了可燃 成分的含量，而且影响燃烧过程的进行，在燃烧过程中易溶结 成块，阻碍通讯，造成燃料浪费和增加排灰的困难。
E、使用煤气安全知识 使用煤气要注意安全。输送管道要严密无缝隙。防毒、防 爆，严格遵守煤气安全制度。
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二、液体燃料 • 液体燃料包括汽油、煤油、柴油及重油等。冶金炉及其 他工业炉用的液体燃料主要是重油。重油较稠浓，为黑褐 色或绿褐色，发热量高达39780～41870kJ/kg。重油是石 油的加工产物，是高炉较为理想的喷吹燃料。 • 我国商品重油共分4个牌号，即20、60、100和200号 重油。 • 每个牌号的命名是按照该重油在50℃时的恩氏粘度来 确定的。
挥发分高的煤燃烧时速度快，温度高，火焰长。
氮[N2]：氮不参加燃烧反应，不能放热，是燃料中的惰 性物质。氮存在时相对降低了碳、氢等可燃物的含量，但因 含量较少，通常只有l~2%左右，故危害不大。燃料燃烧后氮 仍以本身形态进入废气。
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氧[O]：氧是固、液体燃料中的有害组成物，它不能燃烧，
也不能助燃。因为它已和燃料中的碳、氢等可燃物形成H2O、CO 等氧化物，使这部分可燃物不能燃烧放热，从而降低了燃料的发
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Et
=
tC时200毫升油的流出时间 20C时200毫升水的流出时间
第二章
燃料及燃烧计算
• 重油的粘度
粘度是表示流体质点之间内摩擦力大小的一个物理
指标。粘度的大小对重油的输送和雾化都有很大影响，因
粘度愈大流动性愈小。
• 重油的闪点
Et
tC时200毫升油的流出时间 20C时200毫升水的流出时间
a、煤的工业分析 煤是复杂的有机化合物，元素分析比较困难。采用
工业分析法将煤分成四个组成物：挥发物、固定碳、灰分 及水分。
(1) 挥发分 煤是复杂的有机化合物，加热到一定温度，就会分
解放出气体，这些加热分解出来的气体，通常称为挥发分 或挥发物。
根据煤的工业分析国家标准，煤在隔绝空气的条件， 加热到850℃时，分解出来的气体量，作为挥发分含量。
CO干、H2干···等符号则分别代表干燥气体燃料中各成分的 体积百分含量。
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气体燃料的水分含量可以认为等于在该温度下的饱和 水蒸汽量。
当气体燃料的温度变化时，饱和水蒸汽含量发生变化， 因而整个燃料的湿成分亦将发生变化。因此，气体燃料的 湿成分只能代表某一固定温度下的气体燃料的成分。故气 体燃料的湿成分不具有代表性，在一般的情况下气体燃料 的化学组成用干成分表示，而气体燃料在使用时所具有的 实际成分为湿成分，所以湿成分是气体燃料的供用成分， 在进行燃烧计算时必须以湿成分为依据。
A、燃料的化学组成及其成分换算
(1)气体燃料的化学组成
气体燃料是由简单气体化合物与气体单质所组成的机械混合物。其中： CO、H2、CH4、C2H4、CmHn、H2S等是可燃性气体成分，能燃烧放出热 量。 CO2、N2、SO2、H2O、O2等则是不燃成分，不能燃烧放热，故其含 量均不宜过多，以免降低燃料的发热能力。
料的发热量，用Q表示，单位为kJ/kg 或kg/m3 。
根据燃烧产物的状态，燃料的发热量有高发热量 ( QGW 废 气中的水均冷却成0℃的液态水 )和低发热量 QDW(废气中的水均冷却成 20℃的水蒸气 )之分，在燃烧计算时一般用 Q DW ，高、低发热 量之间有如下关系：
Q
y GW
=
QDyW
+ 25.17(W
100 /[100- ( S干+A干) ]
100 / (100-A干)
——
(100-W用) / 100
100 /[100- ( S用+A用+W用) ] 100 /[100- ( W用+A用) ] 100 / (100-W用)
——
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第二章 燃料及燃烧计算
5.燃料的发热量
A.燃料发热量的概念 单位质量(体积)的燃料完全燃烧时所放出的热量称为燃
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第二章 燃料及燃烧计算
（2）固(液)体燃料的成分分析
碳[C]：是固体和液体燃料的主要成分。常以其含量评 价燃料的质量。在固体燃料中碳的含量变动在50~90%之间。
氢[H]：是固体和液体燃料的第二主要成分。在燃烧中 有两种存在形式：一种叫可燃氢，燃烧时能大量放热；另一 种叫化合氢，与氧结合为水，不能燃烧放热。
燃料来源 天然产品 木柴、煤、油页岩等
石油 天然煤气
加工产品 木炭、焦炭、粉煤 焦油、重油、煤油、汽油 高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气
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第二章 燃料及燃烧计算
4.常用燃料的特性
➢ 燃料的化学组成 必须分清哪些组成物是发热的，哪些组成物是有害的。
➢ 燃料的发热量 这是评价燃料质量的重要指标。
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第二章 燃料及燃烧计算
用
+ 9H
用
)
KJ/ Kg
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B.发热量的计算
（1）气体燃料发热量的计算
Q
用
DW =
128CO
用
+
108H
用
+
360CH
用
4+
599C2
H
用
4+
231H
2S
用
KJ
/ m3
（2）固(液)体燃料的发热量计算
Q
DW用=
339C
用+
1030H
用
-
109(O
用
-
S
用
)
-
25W
用
KJ/ Kg
可燃成分 “燃”
干燥成分 “干”
供应成分 “供”
有机成分“机” ——
欲换算的燃料成分
可燃成分“燃” 干燥成分“干” 供应成分“供”
(100-S燃) /100
[100- ( S干+A干) ]/100 [100- ( S用+A用+W用) ]/100
100 / (100-S燃)
——
(100-A干) / 100 [100- ( W用+A用) ] /100
D、天然气 •天然气是一种发热量很高的优质燃料。 •主要可燃成分是甲烷CH4，含量在80%以上，发热量约为 3490~37680kJ/m3，理论燃烧温度高达1090℃。 •有的天然气和石油产在一起，叫做伴生天然气，它的主 要可燃成分除了甲烷以外，还含有较多的不饱和烃(约占 30%)，发热量高达41870kJ/m 3。
CmHn总称为重碳氢化合物,，包括C3H6、C2H6、C2H2 …等。每单位 体积(m2)重碳氢化合物燃烧，约放出71176 kJ热量。
气体燃料中的氧，在高温预热的情况下，能与可燃成分作用，从而降 低气体燃料燃烧时的放热量。若氧的含量超过一定数量，则有爆炸危险。 因此，氧的含量应受到限制，一般应小于0.2%。
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第二章 燃料及燃烧计算
（3）气体燃料的化学组成及干湿成分换算
湿成分与干成分之间可以相互换算，换算的原则 质量守恒。其步骤是：
先由表查出 然后由
干
g H2O
H2O湿
水蒸汽的体积
g干 H2O
100018
22.4
湿气体的总体积110g0干 H02O1822.4
0.00124g干 H2O 10.00124g干 H2O