第一章燃料与燃烧概述
【2017年整理】燃烧学复习重点
第一章燃烧化学反应动力学基础1、什么叫燃烧?2、浓度和化学反应速度正确的表达方法?化学反应速度如何计量?3、什么是单相反应、多相反应、简单反应、复杂反应、总包反应?4、质量作用定律的适用范围?如何从微观的分子运动论的观点来理解质量作用定律?试用质量作用定律讨论物质浓度对反应速度的影响。
5、什么是反应级数?反应级数与反应物浓度(半衰期)之间的关系如何?6、常用的固体、液体和气体燃料的反应级数值的范围是多少?7、试用反应级数的概念,讨论燃尽时间与压力之间的关系。
8、惰性组分如何影响化学反应速率?9、Arrhenius定律的内容是什么?适用范围?如何从微观的分子运动论的观点来理解Arrhenius定律?10、什么是活化能?什么是活化分子?它们在燃烧过程中的作用?11、图解吸热反应和放热反应的活化能与反应放热(吸热)之间的关系。
12、什么叫链式反应?它是怎样分类的?链反应一般可以分为几个阶段?13、描述氢原子燃烧的链式反应过程。
14、试用活化中心繁殖速率和销毁速率的数学模型,结合编程技术,绘制氢原子浓度随时间变化的图线,解释氢燃烧的几种反应的情况。
并讨论:分支链反应为什么能极大地增加化学反应的速度?15、烃类燃烧的基本过程是什么,什么情况下会发生析碳反应?如何进行解释?什么样的烃类燃烧时更容易发生析碳反应?如何防止烃类燃烧析碳?16、图解催化剂对化学反应的作用。
17、什么叫化学平衡?平衡常数的计算方法?吕·查德里反抗规则的内容是什么?18、什么是燃料的低位发热量和高位发热量?19、试用本章的知识解释,从燃烧学的角度来看,涡轮增压装置对汽车发动机的作用是什么?20、过量空气系数(a)与当量比(b)的概念?21、燃烧过程中,有几种NOx的生成机理?第二章燃烧空气动力学基础——混合与传质1.为什么说混合与传质对燃烧过程很重要?2.什么是传质?传质的两种基本形式是什么?3.什么是“三传”?分子传输定律是怎样表述的?它们的表达式如何?(牛顿粘性定律、傅立叶导热定律、费克扩散定律)4.湍流中,决定“三传”的因素是什么?湍流中,动量交换过程和热量、质量交换的强烈程度如何?怎么用无量纲准则数的数值来说明这一点?5.试推导一个静止圆球在无限大空间之中,没有相对运动的情况下,和周围气体换热的Nu数,以及和周围气体进行传质的Nu zl数。
燃烧基础知识
燃烧基础知识目录一、燃烧概述 (1)二、燃烧要素 (2)1. 可燃物 (3)2. 氧化剂 (4)3. 点火源 (4)三、燃烧过程及阶段 (5)1. 燃烧过程的物理变化 (7)2. 燃烧过程的化学变化 (8)四、燃烧类型 (9)1. 扩散燃烧 (10)2. 预混燃烧 (11)五、燃烧反应方程式及计算 (12)1. 燃烧反应方程式的编写原则和方法 (13)2. 燃烧反应的计算方法与应用实例 (14)六、燃烧的应用与控制系统 (16)一、燃烧概述燃烧是一种化学反应过程,广泛存在于自然界以及人类生产生活中。
燃烧的本质是物质之间的氧化反应,其中包含了能量的转化与释放。
燃烧过程涉及三个基本要素:可燃物、助燃物和点火源。
可燃物是燃烧反应的主体,助燃物主要是氧气,而点火源则是引发燃烧反应的能量来源。
燃烧反应是一种放热反应,意味着在反应过程中会释放热量。
这种热量释放的形式多样,可以表现为火焰、热辐射等。
燃烧反应的速度和强度取决于多种因素,包括可燃物的性质、助燃物的浓度、点火源的能量以及环境温度等。
了解燃烧的基础知识对于防止火灾、控制燃烧过程以及有效利用燃烧产生的能量具有重要意义。
在工业、农业、交通运输以及日常生活等领域,燃烧知识的应用十分广泛。
在发动机中燃烧燃料以产生动力,在烹饪中使用火来加热食物,以及在火灾发生时如何正确使用灭火设备等。
对燃烧基础知识的理解和掌握至关重要,不仅有助于我们更好地利用燃烧带来的好处,还能在紧急情况下采取正确的应对措施,保护生命财产安全。
我们将更详细地介绍燃烧的相关知识和理论。
二、燃烧要素燃烧是一种化学反应,通常涉及燃料、氧气和热量。
要使燃料燃烧,必须同时满足三个基本要素,即燃料、氧气和热量。
燃料:燃料是燃烧过程中产生能量的来源。
它可以是一种固体、液体或气体。
常见的燃料包括煤、石油、天然气、木材、纸张等。
燃料的种类和性质对燃烧过程有很大影响,不同燃料具有不同的燃烧特性和效率。
氧气:氧气是燃烧过程中的必要成分,燃料无法燃烧。
燃烧学讲义第一章
第1章燃烧化学基础燃烧的本质和条件1.1.1 燃烧的本质所谓燃烧,就是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应,通常伴有火焰、发光和发烟的现象。
燃烧区的温度很高,使其中白炽的固体粒子和某些不稳定(或受激发)的中间物质分子内电子发生能级跃迁,从而发出各种波长的光;发光的气相燃烧区就是火焰,它的存在是燃烧过程中最明显的标志;由于燃烧不完全等原因,会使产物中混有一些微小颗粒,这样就形成了烟。
从本质上说,燃烧是一种氧化还原反应,但其放热、发光、发烟、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化还原反应。
如果燃烧反应速度极快,则因高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀作用,使反应能量直接转变为机械功,在压力释放的同时产生强光、热和声响,这就是所谓的爆炸。
它与燃烧没有本质差别,而是燃烧的常见表现形式。
现在,人们发现很多燃烧反应不是直接进行的,而是通过游离基团和原子这些中间产物在瞬间进行的循环链式反应。
这里,游离基的链锁反应是燃烧反应的实质,光和热是燃烧过程中的物理现象。
1.1.2 燃烧的条件及其在消防中的应用1.1.2.1 燃烧的条件燃烧现象十分普遍,但其发生必须具备一定的条件。
作为一种特殊的氧化还原反应,燃烧反应必须有氧化剂和还原剂参加,此外还要有引发燃烧的能源。
1.可燃物(还原剂)不论是气体、液体还是固体,也不论是金属还是非金属、无机物还是有机物,凡是能与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质,均称为可燃物,如氢气、乙炔、酒精、汽油、木材、纸张等。
2.助燃物(氧化剂)凡是与可燃物结合能导致和支持燃烧的物质,都叫做助燃物,如空气、氧气、氯气、氯酸钾、过氧化钠等。
空气是最常见的助燃物,以后如无特别说明,可燃物的燃烧都是指在空气中进行的。
3.点火源凡是能引起物质燃烧的点燃能源,统称为点火源,如明火、高温表面、摩擦与冲击、自然发热、化学反应热、电火花、光热射线等。
上述三个条件通常被称为燃烧三要素。
但是即使具备了三要素并且相互结合、相互作用,燃烧也不一定发生。
锅炉原理-2010-01-概述.
N2
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CO2
O2
H2O
18
火力发电厂的汽水流程
原水 软化 低压加热器 除氧器
过热器
水冷壁
省煤器
高压加热器
高压缸 抽汽
2018/12/22
再热器 抽汽
中压缸
低压缸
凝汽器
19
00300530 锅炉原理 第一章 概述
§1.1 锅炉机组的工作过程
1,原煤:配煤破碎干燥、制粉输送煤
EHE, INTREX, Ω管
分离器效率低 磨损 翻床 结渣 汽温不足 蒸发量不足
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世界能源储藏分布
煤炭 美国、中国、俄罗斯、澳 大利亚
石油
委内瑞拉、中东、俄罗斯
天然气
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中东、俄罗斯、美国
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中国电站锅炉燃料:煤炭为主
烟煤:陕西、山西北部、内蒙古西部、 安徽北部 无烟煤:山西东部、河南西部、湖南、 贵州、广东 贫煤:山西中南部、山东西南部、江西 南部 褐煤:内蒙与东三省交界处、云南东北 部
[1] 樊泉桂 锅炉原理[M]. 第一版.北京:中国电力出版社. 2008年9月.
全书内容
第一章 概述 第二章 燃料及其燃烧特性
第三章 燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡
第四章 煤粉制备及系统 第五章 燃烧理论基础 第六章 燃烧设备和煤粉燃烧技术
[1] 樊泉桂 锅炉原理[M]. 第一版.北京:中国电力出版社. 2008年9月.
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固体燃料:
固体燃料 煤炭 秸秆 生活垃圾 褐煤 工业垃圾 洗中煤 农场垃圾 林场垃圾 石油焦
2018/12/22 10
无烟煤 贫煤 烟煤
《燃烧学》课程笔记
《燃烧学》课程笔记第一章燃料与燃烧概述一、燃烧学发展简史1. 古代时期- 早期人类通过摩擦、打击等方法产生火,火的使用标志着人类文明的开始。
- 古埃及、古希腊和古罗马时期,人们开始使用火进行冶炼、烹饪和取暖。
2. 中世纪时期- 炼金术的兴起,炼金术士们试图通过燃烧和其他化学反应来转化金属。
- 罗杰·培根(Roger Bacon)在13世纪对火进行了研究,提出了火的三要素理论:燃料、空气和热。
3. 17世纪- 法国化学家安托万·洛朗·拉瓦锡(Antoine Lavoisier)通过实验证明了燃烧是物质与氧气的化学反应,推翻了燃素说。
- 拉瓦锡的氧化学说为现代燃烧理论奠定了基础。
4. 18世纪- 约瑟夫·普利斯特里(Joseph Priestley)和卡尔·威廉·舍勒(Carl Wilhelm Scheele)分别独立发现了氧气。
- 拉瓦锡和普利斯特里的实验揭示了氧气在燃烧过程中的作用。
5. 19世纪- 热力学第一定律和第二定律的发展,为理解燃烧过程中的能量转换提供了理论基础。
- 化学反应动力学的发展,科学家们开始研究燃烧反应的速率和机理。
6. 20世纪- 燃烧学作为一门独立学科得到发展,研究内容包括火焰结构、燃烧污染物生成与控制等。
- 计算流体力学(CFD)的应用,使得燃烧过程的模拟和优化成为可能。
- 环保意识的提高,促进了清洁燃烧技术和低污染燃烧技术的发展。
二、常见的燃烧设备1. 炉子- 锅炉:用于发电和工业生产中的蒸汽供应。
- 炉灶:家用烹饪设备,使用天然气、液化石油气等作为燃料。
- 热水器:利用燃料燃烧产生的热量加热水。
2. 发动机- 内燃机:汽车、摩托车等交通工具的动力来源。
- 燃气轮机:用于飞机、发电厂等,具有较高的热效率。
3. 焚烧炉- 医疗废物焚烧炉:用于医院废物的无害化处理。
- 城市生活垃圾焚烧炉:用于垃圾减量和资源回收。
气体燃料的燃烧
气体燃料的燃烧燃烧是指气体燃料与氧气的化学反应,释放出能量和产生新的化合物。
本文将探讨气体燃料的燃烧过程、燃烧机制以及与燃烧相关的一些重要概念。
气体燃料是一种常见的能源形式,在许多领域中被广泛使用。
常见的气体燃料包括天然气、液化石油气等。
这些气体燃料具有不同的组成和物化性质,对燃烧过程有着重要的影响。
天然气是一种主要由甲烷组成的气体燃料。
甲烷是一种无色、无味的气体,在大自然中广泛存在。
天然气的主要成分还包括乙烷、丙烷和丁烷等烷烃。
天然气具有高热值、易燃等特点,被广泛用于家庭供暖、工业生产和发电等领域。
液化石油气(LPG)是一种混合物,主要由丙烷和丁烷组成。
相比于天然气,LPG具有更高的压缩性和储存性,可以在液态状态下运输和储存。
LPG是一种清洁燃料,广泛应用于烹饪、野营和汽车燃料等领域。
除了天然气和LPG,还有一些特殊的气体燃料具有独特的特性。
例如,氢气是一种无色、无味的气体,在燃烧时产生的唯一副产品是水蒸气,因此被认为是一种环保的燃料。
氢气具有高热值和轻质的特点,目前正在被广泛研究和应用于氢能源领域。
另一个重要的气体燃料是甲烷,它是一种无色、无味的气体,也是天然气的主要成分。
甲烷是一种常见的温室气体,直接使用甲烷作为燃料会产生温室气体排放。
然而,甲烷可以通过特殊的燃烧装置燃烧,将其转化为二氧化碳和水,减少温室气体排放。
综上所述,气体燃料的组成对燃烧过程具有重要影响。
了解不同气体燃料的物化性质和特点,有助于选择合适的燃料和优化燃烧过程,以提高能源利用效率和减少环境污染。
气体燃料的燃烧是指气体燃料与氧气发生化学反应的过程。
燃烧的三要素包括燃料、氧气和足够的燃料温度。
燃烧过程的第一步是点火。
当气体燃料与点火源接触时,会发生燃烧反应。
点火源可以是明火、电火花或者其他能提供足够能量的源头。
通过点火,燃料的化学能被释放,产生燃烧反应。
燃烧反应是气体燃料与氧气发生的化学反应。
气体燃料中的可燃物质与氧气结合,产生新的化合物和能量释放。
沼气燃烧知识
1、相对穿透深度与射程定义及其在气流混合过程中的 物理意义。 2、燃气自由射流的特点与图形 3、不同相交气流的流动规律 4、旋转射流的特点与产生旋转射的方法、旋流数的计 算; 第四章燃气燃烧的火焰传播 火焰面:未燃气体和已燃气体的分界面即为火焰锋 面,亦称火焰前沿(前锋)。 常压条件下火焰前锋的 厚度:10-2~10-1mm 火焰传播速度:火焰前锋沿其法线方向朝新鲜混气传 播的速度。用 Sn 表示。 测定 Sn 的实验方法的概述两种主要方法 静力法:静力法是让火焰焰面在静止的可燃混合物中 运动。 动力法:动力法则是让火焰焰面处于静止状态,而可 燃混合物气流则以层流状态作相反方内运动。 管子法、本生火焰法 影响火焰传播速度的因素 1.混气成分的影响
高热值是指 1m3 燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原 始温度,而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出 的热量。
低热值是指 1m3 燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始 温度,但烟气中的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热 量。 一般焦炉煤气的低热值大约为 16000—17000KJ/m3 天然气的低热值是 36000—46000 KJ/m3 液化石油气的低热值是 88000—120000KJ/m3 按 1KCAL=4.1868KJ 计算: 焦炉煤气的低热值约为 3800—4060KCal/m3 天然气的低热值是 8600—11000KCal/m3 液化石油气的低热值是 21000—286000KCal/m3 热值的计算 热值可以直接用热量计测定,也可以由各单一气体的 热值根据混合法则按下式进行计算:
销毁的数量,这个过程就称为不稳定的氧化反应过
程。
着火: 由稳定的氧化反应转变为不稳定的氧化反应而
引起燃烧的一瞬间。
支链着火:在一定条件下,由于活化中心浓度迅速增
燃烧学 第3版 第1章 绪论
从炉排前部观察的商品型煤燃尽状态
内燃机
燃气轮机,涡轮/涡扇发动机
火箭发动机
液体火箭发动机
固体火箭发动机
燃料分类
类 别
天然燃料
人工燃料
固体燃料
木柴,泥煤,烟煤,无烟煤,石煤,油页岩等(可燃冰)
木炭,焦炭,泥煤砖,煤矸石,甘蔗渣,可燃垃圾等
液体燃料
现代燃烧学的发展
燃烧科学的应用
全世界的能源结构以石油和煤为主,石油和煤的主要利用方式——燃烧; 燃料中存在有害物质:烟尘、灰、SOx、NOx →污染环境 →酸雨、温室效应等。改善燃烧工艺,控制燃烧过程,发展洁净燃烧技术。
1.2
常见的燃烧设备
电站煤粉锅炉系统简图
电站煤粉锅炉
链条锅炉
石油
汽油,煤油,柴油,甲醇,乙醇,二甲醚,水煤浆
气体燃料
天然气,煤层气,页岩气
高炉煤气,发生炉煤气,焦炉煤气,液化石油气
第一章 绪论
1.1
燃烧概述
140~150万年前,“摩擦生火第一次使人类支配了一种自然力,从而最终把人和动物分开”
燃烧是物质因剧烈氧化而发光、发热的现象--“火”
Байду номын сангаас
17世纪末,德国斯塔尔(stahl)提出了燃素论 18世纪中叶,法国化学家拉瓦锡和俄国科学家罗蒙诺索夫根据他们的实验,分别提出燃烧是物质氧化的理论。 1774年普利斯特列发现了氧。拉瓦锡的燃烧学说得到确立,开始了揭开燃烧学本质的过程。
现代燃烧学的确立
19世纪,阐明了燃烧过程中重要的平衡热力学特性。
20世纪30年代,美国化学家刘易斯和 俄国谢苗诺夫将化学动力学的机理引入燃烧研究,认为化学反应动力学是影响燃烧速率的重要因素,初步奠定了燃烧理论的基础 。
燃烧器设计技术手册
燃烧器设计技术手册第一章概述燃烧器是工业生产中常见的设备,其作用是将燃料和空气混合并点燃,产生热量。
燃烧器的设计和选型对于工业生产过程的能源利用效率、环境保护和安全性都有着重要的影响。
本手册旨在介绍燃烧器设计的基本原理、技术要点和实际应用,以便工程师和技术人员在燃烧器选择、设计和优化方面能够有所指导和帮助。
第二章燃烧器原理1. 燃烧理论基础介绍燃烧过程的基本原理,包括燃烧的化学反应、燃烧的热力学过程、燃料燃烧与空气混合的理论模型等。
2. 燃烧器分类介绍不同类型的燃烧器,包括锅炉燃烧器、工业燃烧器、热风炉燃烧器等,以及它们的特点和应用场景。
第三章燃烧器设计要点1. 燃料选择介绍不同种类的燃料的特点、适用范围和燃烧特性,以及在燃烧器选择和设计中的考虑因素。
2. 空气与燃料的混合讨论如何在燃烧器设计中实现燃料与空气的合理混合,以确保燃烧效率和节能。
3. 燃烧稳定性介绍燃烧器设计中保证燃烧稳定的技术手段和方法,以防止燃烧不稳定带来的问题。
4. 燃烧器热负荷计算介绍燃烧器设计中的热负荷计算方法,以确定燃烧器的适用范围和技术参数。
第四章燃烧器材料与结构设计1. 材料选择探讨在燃烧器设计中选择合适的材料的依据和方法,并介绍常用材料的特点和适用范围。
2. 结构设计介绍燃烧器的结构设计原则,包括外观结构、燃烧室设计、燃烧器头设计等方面的要点和技术注意事项。
第五章燃烧器安全与环保1. 安全防护措施探讨燃烧器设计与使用中的安全防护措施,包括防爆、防火、防失火等方面的技术要点和注意事项。
2. 环保要求介绍燃烧器设计中需要考虑的环保要求,包括排放控制、烟气净化、能源利用效率等方面的设计原则和技术措施。
第六章燃烧器性能测定与优化1. 性能测定方法介绍燃烧器性能测定的基本方法和技术手段,包括静态特性测试、动态特性测试、耐久性测试等方面的内容。
2. 优化方法探讨燃烧器优化设计的方法和技术手段,包括结构优化、燃烧参数优化、控制系统优化等方面的内容。
燃料与燃烧
100
100
燃烧产物密度
• 按参加反应物质的质量与总体积之比
A 1 1.293Ln 100 Vn
kg/m
3
• 燃烧产物中各种成分的质量与总体积之比
CO VCO
2
2
44 44 1 CO2Vn 22.4 22.4 100
(CO2Vn
(2)裂解:蒸馏残留物在高温高压下使分子裂化 目的:多提取轻质油 2. 燃料油(直接用于工业燃烧) 种类:常压重油,减压重油,裂化重油
二、 重油的化学组成和发热量
1. 成分分析方法:(与固体燃料相同) (1)元素分析: C H O N S Cdaf=85~88%, Hdaf=10~13% , Odaf+Ndaf=1.5~1.0%, Sdaf=0.2~3% (2)工业分析:主要分析A和W含量(一般为外部混入的) A<0.3% M=4~10% 2. 发热量
H S O 22.4 C L0,O2 ar ar ar ar 4 32 32 100 12
m3 kg
4 3
L0
其中
L0O2 0.21
Ln nL0
Ln —实际空气消耗量; n—空气消耗系数
燃烧产物生成量
• 实际燃烧产物总生成量Vn
Vn VCO2 VSO2 VH2O VN2 V
标准煤:7000 kcal/kg=29310 kJ/kg
Qgr 4.187 81Car 300 H ar 26 Oar Sar kJ kg
第二章 液体燃料
一、天然的液体燃料:原油(石油)
人造的液体燃料:石油加工产品;煤干馏的产品;煤气化产 品(焦油);煤液化产品;合成石油。
第一章-燃料及燃烧计算
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沈阳工程学院 王树群 动本091-2
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§1.3 燃料的某些特性
一、发热量:单位质量的煤完全燃烧时所放出的热量。 (1)高位发热量(Qar,gr):单位质量的煤形成的水蒸气凝结 为液态水时最大可能的发热量。 (2)低位发热量(Qar,net):高位发热量中扣除汽化潜热后的 发热量。 • Qar,net=Qar,gr-r(9Har/100+Mar/100) • Qar,net=4.19(81Car+246Har+26Sar- 26Oar-6Mar)
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沈阳工程学院 王树群 动本091-2
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5、水分:主要不可燃成分,2~60%。 全水分 Mt ①表面水分(外在水分)Mf—通过自然干燥可除去的水分。 ②固有水分(内在水分)Minh—原煤失去外在水分后剩余 的水分。 需要在较高温度下(105-110℃,加热1.5-2小时)才能从 煤样中除去。
2 .空气干燥基 ad(air dried basis) 除去外在水分后的各个成分质量百分数。 Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100% FCad+Vad+Aad+Mad=100%
应用:实验室内煤样分析使用。
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沈阳工程学院 王树群 动本091-2
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2024/7/17
1.燃料:燃烧时能发热的物质。 2.分类: • 物态:固体、液体、气体 • 获得方式:人工:木炭、煤粉、汽油等 3.选择燃料的原则: 不占用其它行业所必须的优质燃料; 尽可能采用当地燃料; 提高燃料使用的经济性; 尽可能减少污染; • 劣质煤:两种含义.
电控柴油发动机工作原理(可编辑)
电控柴油发动机工作原理电喷柴油发动机工作原理孟爱国主讲第一章燃料与燃烧第一节柴油的来源1柴油是从原油中用蒸馏的方式提炼出来的也叫蒸馏馏出的温度叫馏分 2加热到250350℃时馏出的是柴油此外在350500℃时还馏出润滑油这种炼制方法是直馏法 3加热加压的方法叫热裂化法用催化剂裂解的方法叫催化裂化法催化裂化法柴油适用于高速柴油发动机 4柴油是含有多种烃类的混合物根据化学成分柴油可分为石蜡基环烷基和环烷芳香基三种其中石蜡基柴油适用于高速柴油发动机 5催化裂化法柴油的柴油热值是4220MJKg中国大庆原油直馏柴油的热值是4325MJKg热值又称能量密度第二章柴油混合气形成和燃烧第一节柴油混合气的形成一柴油混合气的形成的特点 1燃料粘度大不易挥发必须借助于喷油器将柴油在接近压缩终了时刻采用高压雾化的方法通过高压以细小的油滴形式喷入缸内与高温高压空气强制混合后再燃烧 2混合形成时间极短τ 000070003秒15°35°曲拐转角 3由于混合时间极短所以混合气在缸内各处很不均匀喷油与燃烧重叠出现边燃烧边喷油边混合的情况因此要求空气对燃料的比例一般比汽油发动机大α 115220 4理想的混合气形成过程应该是燃料喷入燃烧室后在近可能短的时间内与周围空气均匀雾化混合形成可燃混合气着火后继续喷入的燃料应及时得到足够的空气和混合能量以便迅速混合力求避免燃料直接进入高温缺氧区域引起裂化无效排除第三节柴油混合气的燃烧一柴油混合气的多点低温多阶段着火在柴油发动机缸内在活塞压缩终了时的温度约为600℃而柴油混合气的燃点是400℃左右此时喷入气缸内的燃油在高温空气高压和气流的扰动下要经过雾化氧化反应首先是氧化产物甲醛产生的冷焰继续提高缸内温度接着继续生成以CO的蓝色火焰形成热积累最终发生在缸内的多点的热爆炸二柴油混合气的燃烧过程 1滞燃期从柴油开始喷入气缸起到着火开始为止的这一段时期在滞燃期中柴油尚未着火仅进行着着火前的物理化学变化氧化反应速度与缸内气体压力和温度成正比 2急燃期从开始着火到出现最高压力为止的这一段时期混合气着火后形成多个火焰中心并各自向四周传播使混合气迅速燃烧放出大量的热量在极燃期中喷油器将燃油继续喷入燃烧室使混合气的提高而火焰尚未传遍整个燃烧室因而空气尚未被完全利用在急燃期中压力升高率较高因此伴随着燃烧的突爆声音也伴随着尖锐的对机件的敲击声如果噪声过大被称为柴油发动机的粗暴燃烧一般不大于0406MPaCA°由于工作粗暴所以缩短着火滞燃期和限制开始的喷油量是控制粗暴燃烧的两个主要的技术改进方向这也是电喷柴油发动机的目的 3缓燃期经过前期燃烧缸内含氧量已经下降此时完成的柴油混合气燃烧的速度有所下降压力变化不大但气体温度升高到最高值缓燃期的后期燃烧速度显著下降在缓燃期中喷入的燃油若喷到缺氧的废气区则油分子会因高温缺氧裂解并最终产生碳烟虽废气排到大气污染环境 4后燃期补燃期从缓燃期终点起到燃油基本烧完时为止时期在高速柴油发动机中由于燃烧时间短促燃油与空气的混合不均匀总有一些燃油不能及时烧完拖到膨胀行程上继续燃烧特别是在高速高负荷时由于混合气较浓混合气形成和燃烧时间更短补燃量较大有时甚至继续到排气过程由于是燃烧放热是在活塞下行远离上止点其产生的热量主要加热发动机机体和废气上三燃烧过程存在的问题1混合气形成困难及燃烧不完全在高速发动机中混合时间太短属于非均质混合燃烧是排气冒烟废气温度高的主要原因常规做法是增大过量空气系数α>1增加油找空气的机会组织缸内空气的涡流加强空气找油的强度电喷发动机采用预喷和精准控制喷油量和正时增加混合气形成 2燃烧噪声混合气的急燃期内压力急剧升高的压力直接使燃烧室壁面及活塞曲轴等机件受冲击而产生强烈振动并通过气缸壁传到外部从而形成燃烧噪声初期喷入缸内油量越多滞燃期越长所形成的混合气数量就越多同时着火爆燃点就越多最高压力和平均压力升高率就越大柴油发动机工作粗暴机械负荷大 3排气冒烟急燃期喷入的燃油如果进入到高温缺氧的区域就会发生裂解聚合成碳粒不能燃烧而随废气排出形成排气冒黑烟白烟冷车启动时由于缸内温度低燃烧不良不同直径的柴油颗粒随废气排出受到光线的反射呈现不同的颜色白烟是在061μm的颗粒构成蓝烟发动机在暖机过程是由更小的柴油颗粒构成06μm以下 4有害的废气成分 Ppm单位我国有害最大浓度的大致范围2001年柴油发动机排放的微粒柴油发动机排出的废气对人的危害 1NOX氮氧化合物可以形成二次污染物如臭氧它可以造成肺部及呼吸系统失调 2PM微粒微粒物质悬浮在空气中影响可见度可以导致肺部及心脏疾病可以增加致癌的概率 3CO一氧化碳与血液中的血红蛋白结合降低人体氧气输送能力可以导致头痛眩晕等问题 4CnHm碳氢化合物可以导致眼睛喉咙肺部过敏炎症而且有毒且致癌四减轻柴油发动机排气污染的途径 1增压中冷通过增压增加空气量提高控燃比使柴油分子更能容易找到氧分子保证燃油充分燃烧提高进入气缸的空气密度使发动机的新鲜充量增加提高发动机的平均有效压力从而提高功率同时再用空空中冷器冷却增压空气到接近环境温度降低微粒排放3040NOX 可以降低6070 2在保证增压中冷的前提下采用电控燃油喷射可以进一步降低微粒排放和NOX同时可以优化燃烧达到节能的目的 3降低机油消耗一般机油消耗在051wei为正常技术状况良好的为0306由于机体温度较高有些机件易实效所以控制消耗主要是加强活塞组气门组废气循环组和涡轮增压器的检查 4排气后处理用氧催化转换器降低HCCO和微粒中的有机成分用为微粒过滤装置捕集排气中的微粒第五节影响燃烧过程的主要因素与汽油混合气燃烧机理不同柴油混合气是一种缸内多点着火非均质燃烧过程而且只在活塞压缩终了时在缸内发生混合其混合时间极短要在000300007秒内完成所以经常处在混合气形成与燃烧过程交错在一起由于存在燃烧过程的不均匀性除了完全燃烧的产物外还存在着因局部乏氧产生的热分解的不完全燃烧的产物即以碳烟为主的颗粒状物和后续的燃烧过程形成只加热废气温度的补燃期 1喷油正时的影响①喷油提前角偏大使得燃油喷入缸内时空气的压力和温度较低着火延迟期较长压力升高率和最高燃烧压力增大导致柴油机工作粗暴喷油提前角偏大使得柴油机冷启动和怠速时空气温度更低导致启动困难怠速不良喷油提前角偏大还会使压缩负功增大功率下降油耗增加②喷油提前角过小则燃油不能在上止点附近燃烧完毕补燃量增加虽然压力升高率较低但排气温度升高废气带走的热量增加缸盖温度过热进气效率下降同时废气涡轮增压器废气涡壳热负荷过大有关零件会因热负荷过大热应力增加而加速损坏 2喷油速率的影响喷油速率对柴油发动机的性能有很大影响为要实现平稳有效的燃烧比较理想的喷油速率是先缓后急即德尔塔三角形这就是说在滞燃期内喷入气缸内的油量不宜过多油找空气充分混合均匀燃烧迅速以控制速燃期的最大燃烧压力和平均最大压力升高率保证柴油发动机能平稳运转及较小的燃烧噪声而着火后应以较高的喷油速率将燃油喷入气缸在先期着火形成的热涡流作用下可以迅速形成均匀的混合气改善燃烧停油时应干脆迅速脉宽调制喷油量在一定范围内随喷油脉宽的延长而线性增大喷油脉宽一定时喷射压力越大喷油量越大第三章电控柴油发动机的原理柴油发动机电控技术的特点和难点 1通过改善混合气燃烧过程从而改善发动机的性能和排放所运用的单片机的控制系统都是在各种发动机转速负荷下主要数字确定①曲轴相位每循环岐管内空气和高压管内燃油的流体质量②提高柴油发动机的经济性和降低排放③统应能在不同的工况及工作条件下精确地控制喷油提前角并始终保持在最佳值以降低燃油消耗和减少排放污染 2对柴油发动机运行工况进行实时高精度控制一旦柴油发动机及其系统的运行参数或状态偏离目标值电控系统就能立节和控制从而实现对柴油发动机运行工况的实时高精度控制 4电控柴油发动机的喷油器有很好的可靠性和耐久性 5柴油发动机的燃烧性能和排放对喷油正时的精度和喷油速率很敏感柴油发动机电控技术有两个明显特点1电控执行器复杂2电控系统多样化 6目前发展的几代柴油发动机电控技术主要差别是集中在柴油喷射的喷油器也就是电控喷射执行器上第一代的位置电控技术它用计算机控制的电磁伺服机构代替PT泵的调速器控制供油滑套位置以实现供油调整应用在MT3600B 172吨的矿用自卸卡车上保留了传统的燃油供应系统从柴油喷射的电控喷射执行器上的工作特点上划分①第二代称为时间控制执行器第二代重点是在保证接近近理想化空燃比供油的前提下精确决定供油正时改善燃烧过程缺点是供油压力受发动机转速影响大②第三代为时间压力控制执行器第三代柴油喷射的电控喷射执行器不但能够精确决定供油正时而且供油速率可以按照德尔塔三角形等理想化模式喷油不受转速和负荷影响第二节电喷控制的最基本原理一控制核心喷油器中的高速强力电磁阀承担着喷油控制任务 1它必须能够快速开启以保证喷油定时准确和迅速形成高压快速关闭以保证喷射的快速切断和稳定卸载 2采用高压驱动并利用PWMPulse Width Modulation脉宽调制控制方式产生维持电流提起喷油针阀决定喷油量定时器从当前传感器提供的基准信号的到来时刻开始计数计满个数使控制下一缸喷油器的高速输出端口发出高电平触发信号使喷油器开启高速电磁阀时间后关闭这样就完成了一次喷油过程第三节电控喷射执行器的工作原理分析说明由于柴油发动机的电控技术难度和复杂都在电控喷射执行器而且电控系统发生任何故障最终都会在电控喷射执行器产生不正常的现象所以分析电控喷射执行器的结构和工作原理就十分重要一EUPElectric Unit Pump电控喷射执行器的工作原理 1运用该执行器工作在TEREX TR50矿用重型汽车 Cummins QSX15C525电喷发动机上这是北方重型汽车股份有限公司在2005年以后向露天矿推出的产品 2系统构成整个燃油供应系统是主要由输油泵电控单元电控单体泵总供油高速电磁阀总正时供油高速电磁阀和调压器脉动阻尼器传感器等组成每个缸的EUP都有一个单独的凸轮轴驱动来实现燃油高压建立过程和燃油喷射过程最高喷射压力可达241MP这两个过程在时序上不能完全分开喷油压力要受发动机转速限制是属于第二代电控喷射执行器两组总供油高速电磁阀总正时供油高速电磁阀分别为六个电控喷射执行器依次供油总供油高速电磁阀的开启持续时间就是决定供油量的大小 AC Electric Drive 燃油系统流程图 5工作原理如下⑴排油当凸轮最高点与柱塞泵活塞接触时柱塞泵活塞正时活塞下活塞和喷油针阀克服回位弹簧的张力向下移动彼此接触柱塞腔内无燃料油同时喷油针阀上的卸油道将减压槽与泄油槽连通⑵伸张当凸轮的基圆与柱塞泵活塞接触时柱塞泵活塞正时活塞下活塞和喷油针阀在各自回位弹簧作用下向上伸张这时由于特殊结正时活塞与下活塞脱离接触形成空腔⑶注油当凸轮驱动柱塞泵活塞向下移动时电控单元根据传感器提供的信息决定本循环的喷油提前角和喷油量后触发发动机一侧的总高速电磁阀开启经缸体油道正时供油槽进入柱塞泵活塞和正时活塞之间的油柱将两活塞刚性联接同时将正时活塞紧密挤压在下活塞上油柱越长喷油提前角越大同样经缸体油道计量油槽的燃油量进入喷油针阀油腔⑷喷油当凸轮驱动柱塞泵活塞继续向下移动时高压在喷油针阀油腔内建立然后喷入气缸内燃烧室当油柱与两活塞持续向下移动经过泄油槽时通过泄油槽挤回油箱但柱塞泵活塞正时活塞和喷油针阀继续向下移动直到喷油针阀的上的泄压槽与减压槽重合时喷油针阀油腔彻底泄压喷油迅速截止 4燃油供应系统 3电控喷射执行器结构示意图如图一所示 1运用该执行器工作在CaterpillarD10R型履带式推土机CAT3412E 电喷发动机上这是Caterpillar公司在1993年首次推出的产品 C27 Engine with ACERT Technology 2整个燃油供应系统是主要由发动机油供给及调节系统共轨电控单元及各传感器增压式电控喷射执行器等组成是将液压和电控技术相结合使电控喷射执行器压力的建立过程和燃油喷射过程是分开所以该系统与发动机转速无关可在宽广的工况范围内保持较高的喷油压力最高喷油压力达到150MP是属于第三代电控喷射执行器电控喷射执行器结构示意图如图三所示主要由菌式高速电磁阀增压活塞喷油针阀预喷结构等组成图三1共轨机油入口2高速电磁阀3截止阀4增压活塞七倍根据液压放大原理增压 5低压燃油入口6泄油槽7预喷结构8回油道工作原理如下⑴泄压截止电控喷射执行器不工作时在回位弹簧的作用下电磁阀左移动关闭共轨机油入口打开机油回油道发动机机油经气缸盖油道返回油底壳此时增压活塞被回位弹簧顶在上位喷油器针阀被回位弹簧抵靠在阀座上低压燃油从入口经泄压槽直接返回燃油箱⑵增压预喷当电控单元根据传感器提供的信息决定本循环的喷油提前角和喷油压力后触发某一个电控喷射执行器的高速电磁阀开启开启截止阀右移打开共轨机油入口同时关闭回油道高压机油进入增压活塞上方由于增压活塞的上部截面积是下部活塞对进入喷油器蓄压室的燃油增压同时增压室将压力传递给喷油器的计量油室使喷油针阀克服回位弹簧的压力向上开启开始喷油当增压活塞上的凹槽泄油槽相通时蓄压室的燃油部分溢流泄压截止回燃油箱喷油过程阶段性停止⑶增压主喷当增压活塞的凹槽越过泄油槽后蓄压室的燃油增压喷油继续进行⑷断电截止高速电磁阀断电时截止阀在回位弹簧的作用下左移关闭共轨机油入口打开回油道增压活塞上方的压力迅速下降并在回位弹簧和剩余燃油压力的共同作用下向上移动针阀在回位弹簧和进油压力的共同作用下而关闭 EN40000T1柱塞泵活塞 2正时注油槽 3正时活塞 4下活塞 5计量油槽 6喷油针阀 7泄油槽 8减压槽正时油道回油油道供油油道 FU32100F-1 FU32100F-2 FU32100F-3 图一1柱塞泵活塞 2正时注油槽 3正时活塞 4下活塞5计量油槽6喷油针阀7泄油槽8减压槽二HEUI-A Hydraulic Electric Unit Injector 电控喷射执行器的工作原理 New operators station with integrated electronics Electrohydraulic dozer and ripper controls C27 with ACERT Technology Integrated carrier roller mount Reinforced roller frames Cross flow cylinder head ADEM A4 engine controller MEUI fuel system with multiple injection fuel delivery Overhead cams one per bank Tight tolerance design between pistons and liners Meets worldwide emissions requirements Tier 3Stage 3 泄压截止增压预喷增压主喷断电截止 036gkwh PM微粒 45gkwh CO 11gkwh CnHm 8gkwh NOX 20 片电阻栅的电阻柜 GE交流控制柜小松 SSDA16V160 总马力– 2700hp 5GDY106 电动轮 GTA41 主发电机 930E AC 驱动系统电动顺序电动轮为卡车提供拖动力主控组微处理器控制主要的推进操作Directs Engine Power 给电动论提供交流电整流器将交流电转换为直流逆变器利用产生可变频率的交流电提供给电动机交流发电机提供系统冷却风动力系统构成发动机发电机--通风机总成高低温水箱进排气系统燃油系统冷启动装置动力系统概述高低温水箱进气系统排气系统发电机燃油箱供油管接头正时油道执行器正时油道压力传感器正时油道出口燃油切断阀供油油道执行器供油油道压力传感器供油油道接头正时油道执行器燃油温度传感器。
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第十二章工程 设计
第一节煤炭 第二节轻油制气及改质制气原料
第一节炼焦制气原理及工艺 第二节煤炭常压气化原理及工艺 第三节碎煤移动床加压气化原理及工艺 第四节轻油制气和天然气改质制气原理及工艺
第一节焦炉煤气净化、冷却与排送 第二节焦炉煤气的脱硫、脱氰 第三节焦炉煤气的脱氨、剩余氨水蒸氨 第四节煤气的脱苯及苯回收 第五节苯精制和焦油加工的基本概念 第六节碎煤移动床加压气化煤气的净化及副产品回收 第七节碎煤移动床加压气化煤气的调质
第十四章制冷与低 温
第十三章气体压缩 机
第十五章供气制冷 工程设计
第一节压缩机的分类及用途 第二节活塞式压缩机 第三节螺杆式压缩机 第四节离心式压缩机
第一节制冷与低温的热力学基础 第二节制冷与低温工质性质 第三节蒸气制冷循环 第四节气体的制冷和液化循环 第五节气体分离的原理与方法 第六节制冷与低温循环的热力学第二定律分析
02
第二章锅炉 原理
03
第三章汽轮 机原理
04
第四章锅炉 房工艺设计
06
第六章热力 网及热力站
05
第五章汽轮 机房工艺设 计
第一节燃料 第二节燃烧基本概念 第三节燃烧计算
第一节概述 第二节锅炉的热平衡 第三节锅炉受热面的结构布置 第四节锅炉水动力学 第五节锅炉的强度计算
第一节汽轮机级的工作原理 第二节多级汽轮机 第三节汽轮机的变工况特性 第四节汽轮机的凝汽设备 第五节汽轮机辅助系统 第六节燃气轮机
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注册公用设备工程师(动力)
第一篇热力第一章燃料与燃烧第一节燃料化石燃料(煤、石油和天然气)作为—次能源,在整个国民经济的能源供应中占有重要的地位。
了解其基本特性和燃烧的基本理论,对于每个动力工程师都是必要的。
一、燃料分类及其性质化石燃料按其存在形态可以分为固体、液体和气体燃料三类。
在我国常用的固体燃料是煤,液体燃料有重油、渣油和柴油,气体燃料按其获取的方式分为天然气和人工煤气。
三类燃料所具有的物理、化学、工艺性质内容很广,本节仅对各类燃料中对工程设计影响较大的性质作简要介绍。
(一)固体燃料(煤)的性质1.密度煤的密度有真(相对)密度、视(相对)密度和堆积密度之分。
堆积密度是指单位容积所装载的散装煤炭的质量,即堆积密度=G/V (1—1)式中G--散煤质量(t);V——容积(√)。
表1—l列出了各种煤和煤灰的堆积密度和安息角。
2.煤的热稳定性煤的热稳定性是指煤块在加热时保持原有粒度的性能。
热稳定性好的煤在燃烧或气化过程中不破碎或破碎较少。
锅炉或煤气发生炉如使用热稳定性差的煤,将导致煤层气流阻力增加,气流带出物(飞灰量)增加,甚至形成风沟和结渣,使燃烧或气化不能正常进行。
3.煤的可磨性煤的可磨性是指煤研磨成粉的难易程度。
煤的可磨性主要与煤的煤化程度有关。
一般说来,焦煤和肥煤可磨性指数较高,容易磨细;无烟煤、褐煤可磨性指数较低,不易磨细。
当水分和灰分增加时,其可磨性指数就越低。
4.煤的粘结性和结焦性煤的粘结性是指煤在隔绝空气受热后能否粘结其本身或惰性物质(即无粘结能力的物质)或焦块的性质;煤的结焦性是指煤粒在隔绝空气受热后能否生成优质焦炭(即焦炭的强度和块度符合冶金焦的要求)的性质。
粘结性强是结焦性好的必要条件,即结焦性好的煤其粘结性也好,但粘结性好的煤,结焦性不一定好。
例如气肥煤,其粘结性很好,但生成的焦炭裂隙多、强度差,故结焦性不好。
5.煤的结渣性煤的结渣性是反映煤灰在燃烧或气化过程中的成渣特性。
对于煤的燃烧与气化(尤其是固定床),结渣率高都是不利的,会造成气流分布不匀,给操作造成困难,增加灰渣中的含炭量等。
消防安全技术实务知识点整理—第一篇消防基础知识—第一章燃烧基础知识
《消防安全技术实务》知识点整理第一篇消防基础知识第一章燃烧基础知识第一节燃烧的本质与条件知识点1 燃烧三要素燃烧的发生和发展,必须具备3个必要条件,也叫燃烧三要素,即:可燃物(燃料)、助燃物(氧化剂)和引火源(温度)。
燃烧发生的充要条件:具备足够数量或浓度的可燃物;具备足够数量或浓度的助燃物;具备足够能量的引火源;上述三者相互作用(着火三角形)。
以上仅能代表无焰燃烧,我们平时所指的绝大部分燃烧均指的是有焰燃烧,有焰燃烧必须具备四个必要条件:可燃物、氧化剂、温度和未受抑制的链式反应。
知识点2 燃烧的链式反应理论燃烧分为有焰燃烧与无焰燃烧两种。
对于无焰燃烧,有可燃物、氧化剂、温度(着火点)三个条件同时存在,相互作用,燃烧即会发生。
但是对于有焰燃烧,除以上二个条件,燃烧过程中还必须存在未受抑制的链式反应,燃烧才能够持续下去,这亦是燃烧发生的充分条件之一。
在有焰燃烧中,当某种可燃物受热时,该可燃物的分子会发生热裂解作用从而产生自由基(游离基)。
自由基是一种高度活泼的化学形态,能与其它的自由基和分子反应,而使燃烧持续进行下去,这就是燃烧的链式反应。
自由基的链式反应是燃烧反应的实质,光和热是燃烧过程中的物理现象。
可以用着火四面体来表示有焰燃烧的四个条件,即:可燃物、助燃物(氧化剂)、引火源(温度)和链式反应自由基,分别对应着火四面体的四个面。
第二节燃烧类型及其特点知识点3 燃烧的分类一、按燃烧发生瞬间的特点分类:按照燃烧形成的条件和发生瞬间的特点,可分为着火和爆炸。
其中着火分为点燃(强迫着火)和自燃,自燃又可分为化学自燃和热自燃。
爆炸最重要的一个特征是爆炸点周围发生剧烈的压力突变,这种压力突变是爆炸产生破坏作用的原因。
作为燃烧类型之一的爆炸主要是化学爆炸,是一种激烈的燃烧。
二、按燃烧物形态分类:按燃烧物形态划分,燃烧分为气体燃烧、液体燃烧和固体燃烧。
(一)气体燃烧1、气体的扩散燃烧:如家用煤气燃烧。
特点:燃烧比较稳定,火焰温度相对较低,扩散火焰不运动,可燃气体与气体氧化剂的混合在可燃气体喷口进行,燃烧过程不会发生回火现象。
(完整)工程燃烧学复习要点
思考题第一章绪论1、燃烧的定义(氧化学说):燃烧一般是指某些物质在较高的温度下与氧气化合而发生激烈的氧化反应并释放大量热量的现象。
2、化石燃料燃烧的主要污染排放物?烟尘,硫氧化物,氮氧化物其次还有CO,CO2等其他污染物。
3、燃素学说;燃素学说认为火是火是由无数细小且活泼的微粒构成的物质实体,这种火的微粒即可愿意与其他元素结合而形成化合物也可以以游离的方式存在,大量游离的火的微粒聚集在一起就形成了明显的火焰,它弥散于大气之中变给人以热的感觉,由这种火微粒构成的火的元素便是燃素。
第二章燃料1.什么叫燃料?它应具备哪些基本要求?是指在燃烧过程中能释放出大量热量,该热量又能经济、有效地应用于生产和生活中的物质.物质作为燃料的条件:(1)能在燃烧时释放出大量热量;(2)能方便且很好的燃烧;(3)自然界蕴藏量丰富,易于开采且价格低廉;(4)燃烧产物对人类、自然界、环境危害小2.化石燃料主要包括那些燃料?(煤,石油,天然气)3.燃料分类方法?燃料按物态分类及其典型代表燃料(1 固体燃料(煤炭)2 液体燃料(石油、酒精)2气体燃料(天然气、氢气)4.燃料的组成,固液体燃料的元素组成都有那些? 固体燃料是各种有机化合物的混合物。
混合物的元素组成为:C、H、O、N、S、A、M 液体燃料是由多种碳氢化合物混合而成的。
其元素组成亦为:C、H、O、N、S、A、M5.气体燃料的主要组成成分有哪些?气体燃料是由若干单一可燃与不可燃气体组成的混合物:CO、H2、CH4、CnHm、CO2、N2、H2O、 O2等。
6.燃料分析有几种,分别是什么?(1)工业分析组成(测定燃料中水分(M)、挥发分(V)灰分(A)和固定碳(FC)等4种组分的含量)。
;(2) 元素分析组成(用化学分析的方法测定燃料中主要化学元素组分碳(C)、氢(H)、氮(N)、硫(S)和氧(O) 以及灰分(A)和水分(M)的含量);(3)成分分析组成(化学分析方法测定气体燃料各组分的体积或质量百分比)7.燃料的可燃与不可燃部分各包含哪些主要成分?可燃成分:(碳(最主要的可燃元素,氢(发热值最高的可燃元素)硫(有机硫、黄铁矿硫:可燃烧释放出热量,合称为可燃硫或挥发硫。
燃料及燃烧 (第二版)
燃料及燃烧(第二版)概述燃料及燃烧是一个关于燃料和燃烧过程的综合性主题,它涉及到能源的转化和利用。
本文档是燃料及燃烧的第二版,介绍了燃料的类型、燃烧的基本原理以及燃烧技术的进展。
燃料的分类燃料是指能够产生能量,并能够被控制地释放能量的物质。
根据其来源和化学组成,燃料可以分为以下几类: - 化石燃料:包括石油、天然气和煤等,是地球上遗留下来的生物残骸经过长时间地压力和高温作用形成的。
- 可再生能源:包括太阳能、风能、水力能和生物质能等,是可以持续获取的能源。
- 核能:指核裂变和核聚变过程中释放出的能量。
- 化学能:包括燃料电池中的氢气、电池中的化学物质等。
燃烧的基本原理燃烧是指物质与氧气在适当的温度和压力下发生的氧化反应。
燃料在燃烧过程中与氧气反应产生热能,并产生气体、灰渣和烟尘等副产物。
燃烧的基本原理包括以下几个方面: - 燃料的点火温度:燃料需要达到一定的温度才能开始燃烧,这个温度被称为点火温度。
- 燃料的燃烧速度:燃料在燃烧过程中的燃烧速度取决于多个因素,包括氧气的浓度、燃料的颗粒大小、温度等。
- 反应产物:燃料与氧气反应后会产生一系列的化学物质,其中一些是有害的,如二氧化硫、一氧化碳等。
燃烧技术的进展随着工业的发展和能源需求的增长,燃烧技术一直得到重视和发展。
燃烧技术的进展主要体现在以下几个方面: - 燃料的利用效率提高:通过提高燃料的利用效率,可以减少能源的消耗和环境污染。
一些新型燃烧技术如燃烧控制、燃烧辅助剂的应用等都有助于提高燃料的利用效率。
- 燃烧产物的减少:燃料的燃烧过程中会产生一些有害物质,如颗粒物、硫氧化物等。
通过燃烧技术的改进,可以减少这些有害物质的生成。
- 低碳燃烧技术的发展:低碳燃烧技术是应对全球气候变化和减少温室气体排放的关键技术。
通过改变燃料的组成、燃烧过程的控制等手段,可以减少燃烧过程中产生的二氧化碳等温室气体的排放。
结论燃料及燃烧是一个重要的能源领域的研究方向,研究燃料的类型和燃烧的基本原理可以帮助我们更好地理解能源的转化和利用。
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我国汽油的牌号
异辛烷C8H18的辛烷值 100 正庚烷C7H16的辛烷值 0 研究法辛烷值 (RON) 马达法辛烷值 (MON) 不同配比的标 准油样,ON
抗爆指数 (Ai)
我国柴油的牌号
军用柴油—两个级各有3种牌号 轻柴油---三个级各有 6种牌号 重柴油---2种牌号
十六烷烃的十六 烷值C16H34 a-甲基萘C11H10 (或七甲基壬烷 的十六烷值)
100 0 不同配比的标 准油样, CN
国产重油的牌号
60oC重油恩氏黏度数值命名 有多种牌号(如20号、60号等)
1.1.3 气体燃料
气体燃料分为人造煤气和天然气 人造煤气:是由液体燃料或固体燃料经过加工而 得到的主产品或副产品。 人造煤气包括: 以CO、H、甲烷为主体的煤气系列,
闪点和燃点
燃点(着火温度、着火点)
燃油在常压空气中能自行燃烧起来的最低温度 称为燃点,也称为着火温度或着火点。
闪点
燃油被加温到某一温度,油面上的油蒸汽发生 闪火现象,此时油温叫做油的闪点。
通常燃点较闪点高10~30℃。 闪点是燃油储存中的防火指标。
凝固点和沸点
凝固点 盛有燃油的试管倾斜45o ,燃油油面在1分钟 内仍保持不变时的温度。 凝固点越高,流动性越好 凝固点越低,流动性越差 沸点 无固定沸点,只有一个温度范围,沸腾从某一 温度开始,随温度升高而连续进行。 石油蒸馏就是收集不同沸点的镏出物
航空汽油--馏出温度40-180oC 车用汽油(90号以下)--馏出温度35-205oC 车用汽油(90号以上)--馏出温度35-195oC 轻柴油--馏出温度205-360oC 煤油--馏出温度200-320oC 航空煤油--馏出温度150-250oC 重油--馏出温度300oC以上 大型船用柴油机燃料--馏出温度350oC以上 渣油--馏出温度高于500-520oC
几个概念:
标准煤: 燃料的每释放出29300kJ(7000kcal)热 量就折算为1公斤标准煤。(按低位发热量) 中国煤炭: 燃料的每释放出20934kJ(5000kcal) 热量就折算为1公斤标准油煤。(按低位发热 量) 标准油(原油): 燃料的每释放出41868kJ (10000kcal)热量就折算为1公斤标准油煤。(按 低位发热量) 标准燃气(油气): 燃料每释放出 9500kcal热 量就折算为1公斤标准燃气。 燃料每释放出 133300kcal热量就折算为1公斤标 准油气。(按低位发热量),水分 逸出后,有机物开始热分解并逸出的各种气 态可燃物质。 挥发分对煤的着火过程有重大影响。挥发分 高的煤容易着火,也容易燃尽。 挥发分是煤进行分类的主要依据。 挥发分高低和焦炭结块的难易程度(焦结 性)对煤的燃烧特性有很大的影响。 固定碳 :从煤中扣除水分、灰分及挥发分后 剩下的部分就是固定碳,是煤中主要可燃物 质。
粘结性
煤的分类:
根据干燥无灰基挥发分、收到基低位发热 量、以及其他成分作为参考标准,大致把煤 粉锅炉用煤分为五大类。 低质煤 褐煤 烟煤 贫煤 无烟煤
A
碳 化 程 度
无烟煤的特点
炭化程度最高的煤 含碳高50%~95%、坚硬 挥发分少Vdaf=6.5%-10%, 收到基低位发热量21MJ/kg 适于长途运输 可燃性较差,不易着火
K r:温度修正系数,单位1 / ℃; r :t℃时油的密度和4℃时纯水密度比; r420: 20℃时油的密度和4℃时纯水密度比;
t 4
燃油粘度
表征油输送和雾化的难易程度 粘度大,流动性差、雾化效果也差。 表征粘度的方法 运动粘度 m2/s 动力粘度 kg/(m·s) 恩氏粘度 0E
恩氏粘度: 温度toC时200毫升燃油通过恩氏粘度 计标准容器时间,与同体积20oC蒸馏水通过恩氏 粘度计标准容器时间之比。 恩氏粘度与运动粘度之间换算为: v=8.00E-8.64/0E,mm2/s(当1.35< 0E<3.20) v=7.60E-4.0/0E,mm2/s(当0E>3.20) 或统一用v=7.7530E-1.784/0E,mm2/s 燃油的粘度值与它的化学成分、馏程、温度和压力 等多因素有关。
燃煤新技术概述
煤的气化 通过煤与空气、氢气、氧气、蒸汽、二氧化碳 中的一种和几种的混合物的化学反应得到气态 产物,即煤气的过程。 煤的液化 煤炭液化是把固态状态的煤炭通过化学加工, 使其转化为液体产品的技术。煤炭通过液化可 将硫等有害元素以及灰分脱除,得到洁净的二 次能源。 煤浆燃料
煤浆燃料
液体燃料特点
含硫量低。 基本没有灰分。 低位发热量在40MJ/kg左右。 各种燃油的燃烧特性差异较大。 液体燃料的相对密度和粘度对液体燃料的 燃烧特性影响很大。
燃油相对密度
燃油的相对密度用t℃时油的密度和4℃时水 密度之比表示,即
r r K r (20 t )
t 4 20 4
固体燃料基成分表示法
收到基(应用基) 空气干燥基(分析基) 干燥基 干燥无灰基 (可燃基)
收到基(应用基)
燃料进入燃烧装置前的元素组成。 下标ar表示
Car H ar Oar N ar S ar War Aar 100%
空气干燥基(分析基)
C
去掉燃料外部水分后的元素组成。下 标ad表示
QGW=4.187(81C+300H-26(O-S)) kJ/kg QDW=4.187(81C+246H-26(O-S)-6W) kJ/kg
QGw和 QDw的换算
Qar , Dw Qar ,Gw 25129 H ar / 100 War / 100
Qad , Dw Qad ,Gw 25129 H ad / 100 Wad / 100
1.1.2 液体燃料
液体燃料指物质形态为液态的可燃物质。 天然液体燃料:石油 工业用液体燃料:通常是原油经过一系列 炼油工艺加工而形成的。 包括汽油、煤油、轻柴油、重柴油、重 油、渣油等石油产品。 还包括焦油和酒精。
石油的组成
石油的组成元素 主要因素:C、H、O、N、S C:84%~87%(质量分数含量) H:11%~14% O:0.1%~1% N:<0.2% 微量金属因素:钒、镍、铁、铝、钙、 镁、钴、 铜等 微量非金属因素:氯、硅、磷、硒、砷等
灰分:煤中的不可燃矿物质。有害成分,也是影响 燃烧质量的主要成分。 灰分大,可燃物含量减少,发热量降低; 灰分大,不易燃烧完全; 灰分大,烟气中灰粒增多,受热面磨损严重; 灰分大,污染环境; 灰分大,受热面积灰增多,传热能力下降,燃烧设 备热效率降低。 水分:不可燃,有害成分。
煤的工业分析
煤的工业分析:通过实验测出煤中的水分 (W)、灰分(A)、挥发分(V)和固定碳 (FC)的质量的百分比以及煤的发热量。 煤的工业分析,又叫煤的技术分析或实用分 析,是评价煤质的基本依据。 通常煤的水分、灰分、挥发分是直接测出 的,而固定碳是用差减法计算出来的。 广义上讲,煤的工业分析还包括煤的全硫分和 发热量的测定, 又叫煤的全工业分析。
褐煤的特点
碳化程度较低 易风化、易氧化、自燃 不适于远地运输和长期储存 含碳较高40%~50% 挥发分较少 Vdaf>40% 收到基低位发热量 11.5~21 MJ/kg 易燃烧,不粘结
低质煤的特点
发热量低 灰分高 含水量高 高硫量 易结渣 一般不能单独燃用
水煤浆技术的发展及应用
70年代石油危机后,掀起了开发煤油混合燃料 (COM)的热潮。为此水煤浆燃料(CWM)的研究迅 速倔起。 到80年代初在制备方面的技术大体上已成熟,并 已对水煤浆燃料进行了很多大规模的燃烧试验。 水煤浆技术开发应用先进的国家有日本、美国、 瑞典,加拿大、意大利、法国、德国、英国、中 国等国自80年代起也进行了一系列开发研究。
油煤浆:30%煤粉+70%的油 水煤浆:50~70%的煤粉和水与少量的添 加剂混合成的 (1)易于运输 (2)能代油燃烧 (3)降低SO2和NO
(4)减少环境污染
水煤浆的特点
水煤浆是20世纪80年代起发展起来的一种 煤代油燃料; 其特征是外观象油,流动性好、粘度低; 储运稳定、不沉淀; 能用槽罐车、船舶或管道运输,无自燃着 火和爆料,使用起来比煤和油安全。
R
贫煤的特点
炭化程度次高的煤 含碳高50%~70%、坚硬 挥发分少-
Vdaf>6.5%-10% 收到基低位发热量 18.5MJ/kg
适于长途运输 可燃性较差,不太易着火
烟煤的特点
碳化程度较高的煤 具有粘结性 分为长焰煤、气煤、肥煤、结焦煤、瘦煤 含碳较高40%~70% 挥发分较少Vdaf=20%-27%(中)和27%40%(高) 收到基低位发热量 16.5/15.5 MJ/kg 容易着火。
第一章 燃料与燃烧概述
刘雪玲
天津大学热能工程系
1.1 燃料的燃烧特性
燃料:指在空气中容易燃烧,并能够比较 经济地利用其燃烧热的物质的总称。 燃料按其状态可分为: 气体燃料、液体燃料、固体燃料。 燃料按其获得途径分为: 天然燃料和人造燃料。
1.1.1 固体燃料
天然的固体燃料有煤、泥煤和木柴等。 人造的固体燃料有焦炭、煤球、煤粉以及木 炭等。 泥煤特点 挥发分高、 可燃性好 反应性强、 含硫量低 机械性能差、灰分熔点低
热值
单位质量或体积的液体燃料完全燃烧所释放出 的热量。 油的C、H含量较煤多,因此油的热值远大于 煤。通常燃油热值在38.5~44MJ/kg 油质越重,H含量越少,热值越低 例如:汽油热值高,重油热值低 液体燃料热值测定 氧弹量热仪测定 根据元素分析用门捷列夫公式计算