硅酸盐热工基础燃料及其燃烧
硅酸盐热工基础---3.1燃料性质
我国规定的重油质量标准
项目
代号 恩氏粘度（0E）80℃≤ 恩氏粘度（0E） 100℃≤ 闪点（开口）（℃）≥ 凝固点（℃） 灰分（％） 水分（％） 含硫量（％） ≤ ≤ ≤ ≤
质量标准
20号 RZ-20 5.0 15 80 0.3 1.0 1.0 1.5 60号 RZ-60 11.0 20 100 0.3 1.5 1.5 2.0 100号 RZ-100 15.0 25 120 0.3 2.0 2.0 2.5 5.5-9.5 36 130 0.3 2.0 3.0 2.5 25 45 200号 RZ-200 250号 RZ-250
重油的体积膨胀系数β 值与密度的关系
密度 （t/m3） 0.93～0.9399 0.94～0.9499 0.95～0.9599 0.96～0.9699 0.97～0.9799 β 值（1/℃） 0.000635 0.000615 0.000594 0.000574 0.000555 密度（t/m3） 0.98～0.9899 0.99～0.9999 1.0～1.0099 1.01～1.0199 1.02～1.0299 β 值（1/℃） 0.000536 0.000518 0.000499 0.000482 0.000464
3 ．标准燃料
标准煤：Qnet，ar=29300kJ/kg 标准油：Qnet=41820kJ/kg 标准气：Qnet=41820kJ/kJ
便于产品的燃料消 耗的比较
换算：
标准燃料量 某燃料量 某燃料发热量 标准燃料发热量
【例】某厂使用煤的工业分析为： Mad 2.71 Mar 10.05 Aad 23.20 Vad 26.41
燃料组成的换算系数 所换算的“基” 已知“基” 收到基 收到基 分析基 干燥基
硅酸盐热工工业基础 燃烧2
第三节燃烧过程基本理论一、燃烧过程概述燃料的种类很多，由状态来分，有固体、液体及气体燃料三种。
它们的化学组成也各不相同，但从燃烧的角度来看，各种不同燃料均可归纳为两种基本组成；一种是可燃气体如H2、CO及C m H n等，另一种是固态炭。
例如：气体燃料的燃烧，亦即可燃气体的燃烧；液体燃料燃烧时，由于加热后气化形成气态烃类以后在高温缺氧时，有一部分烃类裂解生成固态炭粒及较小分子量的烃类或氢，因此液体燃料的燃烧，可以看作是可燃气体及固态炭的燃烧。
固体燃料在受热时，挥发分逸出，剩下的可燃物为固态炭，因此固体燃料的燃烧实质上也是可燃气体及固态炭的燃烧，所以研究燃料的燃烧过程，可以从分别研究两种基本燃料组成的燃烧过程着手。
燃烧，是指燃料中的可燃物与空气产生剧烈的氧化反应，产生大量的热量并伴随着有强烈的发光现象。
燃烧有两种类型，一种是普通的燃烧，亦即正常的燃烧现象，靠燃烧层的热气体传导传热给邻近的冷可燃气体混合物层而进行火焰的传播。
正常燃烧的火焰传播速度较小，仅每秒几米，燃烧时压力变化较小、一般可视为等压过程。
另一种是爆炸性燃烧，系靠压力波将冷的可燃气体混合物加热至着火温度以上而燃烧，火焰传播速度大，约为l000～4000米／秒。
通常是在高压、高温下进行。
一般窑炉中燃料的燃烧属于普通的(正常的)燃烧。
燃烧的条件除要有燃料及空气存在外，尚需达到燃烧所需的最低温度～着火温度。
二、可燃气体反应机理连锁反应：CO 、H 2、CH 4。
三、碳的燃烧机理碳的燃烧是两相(气－固相)反应的物理—化学过程。
氧气扩散至炭粒表面与它作用，生成CO 及CO 2气体再从表面扩散出来。
一部分学者认为氧气扩散至碳表面时，并不立即产生化学反应，而是被碳吸附生成结构不确定的吸附络合物C X O Y ，当温度升高时， 或在新的氧分子的冲击下可分解放出CO 及CO 2，其过程是：y x O C yO xC =+221}yx y x O C O O C 2+ 2nCO mCO +=生成的CO 与CO 2的比例(即m 、n 的数值)与温度有关。
热工基础教案第4章：燃料及燃烧计算
第二部分：热工计算(4-6章)第一次课课题： 4. 燃料及燃烧计算§4.1燃料的通性一、本课的基本要求：1.掌握燃料的化学组成及各种成分之间的相互转换。
2.燃料发热量的计算。
3.标准燃料的概念。
二、本课的重点、难点：1. 重点：燃料的化学组成。
2. 难点:：燃料成分之间的相互转换。
三、作业：第4章燃料及燃烧计算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。
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)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。
§4.1 燃料的通性一、燃料的化学组成1.固(液)体燃料的化学组成(1)固(液)体燃料的基本组成固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。
(2)固(液)体燃料的成分分析固(液)体燃料的成分分析方法有元素分析法和工业分析法两种。
元素分析法是确定燃料中C、H、O、N、S的重量百分含量,它不能说明燃料由那些化合物组成及这些化合物的形式。
只能进行燃料的近似评价,但元素分析法的结果是燃料计算的重要原始数据。
《硅酸盐工业热工基础》教学大纲
《硅酸盐工业热工基础》教学大纲二、课程目的和任务硅酸盐工业热工基础课程是一门理论性较强的专业学科基础课，通过热工基础的学习，要求学生掌握燃料与燃烧（其中包括固体燃料、气体燃料、液体燃料的燃烧计算及燃烧设备）、气体流动（主要是气体流动的基本原理及排烟系统的设计计算）和传热（其中包括三种基本的传热方式、换热器的设计计算等）及干燥等方面的基本概念、基本理论和计算，为分析窑炉设备的热工性能、为设计窑炉和研究新型窑炉打下理论基础。
三、本课程与其它课程的关系本课程是在高等数学、物理、物理化学、工程研究基础等课程的基础上，综合运用先修课程的基础知识，分析和解决硅酸盐工业生产中各种操作问题的工程学科，是基础课程向专业课程、理论到工程过渡的桥梁课程之一，并与水泥工艺学、水泥厂工艺设计概论、陶瓷工艺学、陶瓷厂工艺设计概论等课程共同构成一个完整的硅酸盐过程的知识体系，为粉体工程、水泥工业热工设备等课程的学习奠定坚实的基础。
四、教学内容、重点、教学进度、学时分配（一）绪论（1学时）了解本课程的性质、任务和内容，了解无机非金属材料工程学科的发展。
（二）气体力学及其在窑炉中的应用（9学时）1、主要内容气体力学基础；窑炉系统内的气体流动；烟囱。
2、重点窑炉系统内的气体流动规律和烟囱的设计计算。
3、教学要求了解窑炉系统的气体流动特点；理解气体流动的基本规律、气体流动和窑炉的操作和设计的关系；掌握窑炉系统内的气体流动规律和烟囱的设计。
（三）燃料与燃烧（10学时）1、主要内容燃料的分类和组成；燃料的热工性质及选用原则；燃烧计算；燃烧过程的基本理论；燃料的燃烧过程及燃烧设备。
2、重点燃烧计算及固体、气体燃料的燃烧过程。
3、教学要求了解各类燃料的热工特性；理解燃烧过程及燃烧设备的特点，合理地选用燃料燃烧设备及组织燃烧过程，达到高产、优质、低消耗的生产效果；掌握燃料燃烧计算的方法。
（四）传热（30学时）1、主要内容传导传热；对流换热；辐射换热；综合传热；不稳定导热。
硅酸盐热工基础第四章
（3）全煤气式
加
固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
特征：炉篦上燃料层厚度为直火式的3倍以上， 一 次空气量不足，二次空气量为零。
燃烧产物中可燃成分占35~48%
实质是煤的气化
二 固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
层燃燃烧室（完全或半煤气燃烧）
燃烧状态：
大部分燃料在炉篦（栅）上燃烧。 可燃气体及一小部分细屑燃料则在燃烧室空间内 呈悬浮燃烧。
三项操作指标：填煤、拨火、除渣。
按煤与空气加入位置，分：逆流式、顺流式、
固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
交叉式三类
逆流式（上饲式） 顺流式（下饲式） 交叉式（前饲式）
按操作方式，分：人工操作层燃燃烧（室）、
机械层燃燃烧（室）
（一） 人工操作层燃燃烧室 固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
2 计算步骤
略
固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
（1）根据对热量的要求，考虑燃烧室效率， 确定燃烧室需要发出的热量或燃煤量B。
(2)根据工艺要求 选择燃烧室形式
B 200kg/ h，可采用人工操作 B 200kg/h ，尽量采用机械化操作
略
固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
加
固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
加热速率对挥发分析出的速率及其成分有很 大的影响； 慢速加热时大部分转化成碳，而快速加热 时则得到很少，甚至无碳。 煤粒终温对挥发分析出的最终产量影响很大： 随着热解温度的提高，挥发分产量可高达70% 以上，即挥发分并不是一个确定不变的常数。
干馏：挥发物分解。
温 度 预 热 干燥 干馏
吸热、不需空气
硅酸盐工业热工基础
P7
1. 绪论
❖ 新石器时代—1万年前，人类对石头进行加工 ❖ 金坛三星村新石器时代遗址
❖ 孟津妯娌新石器时代聚落遗址
P8
P9
P10
P11
1. 绪论
❖(三) 青铜器时代 Bronze Age：人类大量制造和使用第二 种人造材料——“红铜”和“青铜”。
❖ 烧制陶器过程中还原出金属铜和锡，创造了炼铜技术， 生产出各种青铜器物，进入了青铜器时代。
P13
1. 绪论
❖(三) 铁器时代 Iron Age：人们开始使用铁来制造工具和 武器的时代。
❖ 人类制造和使用的第三种人造材料——铸铁，此后是钢 铁工业的迅猛发展，成为18世纪产业革命的重要内容和 物质基础。冶炼青铜的基础上逐渐掌握了冶炼铁的技术 之后，铁器时代就到来了。
❖ 世界上最早使用铁器是小亚细亚的赫梯人在公元前1400 年左右，古希腊和古罗马开始普遍使用在公元前1000年。 中国最早在春秋战国－晋国(大致公元前700年)，铁器的 广泛使用，使人类的工具制造进入了一个全新的领域， 生产力得到极大的提高。
P23
1. 绪论
❖ 硅酸盐材料主要是指由SiO2及其硅酸盐化合物为主要成 分制成的材料，包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。
❖ 1、陶瓷
❖ 中国是世界著名的陶瓷古国，早在八千年前的新石器时 代，我国的先民就已经会制造和使用陶瓷了。陶瓷一般 是由黏土、长石、石英或其他原料经粉碎、混合、成型、 干燥、烧制而成的制品的统称。
❖ 人类对材料的应用一直是社会文明进程的里程碑。纵观 人类发展和材料发展的历史，可以清楚地看到，每一种 重要新材料的发现和利用都会把人类支配和改造自然的 能力提高到一个新 古代的石器、青铜器、铁器等的兴起和广泛利用，极大 地改变了人们的生活和生产方式，对社会进步起到了关 键性的推动作用，这些具体的材料(石器、青铜器、铁 器)被历史学家作为划分某一个时代的重要标志，即石 器时代、青铜器时代、铁器时代等。
第2讲 燃烧的热工性质及选用原则
标准煤：低位发热量(收到基组成)为29270kJ/kg(即7000kcal/kg)； 标准油：低位发热量为41820kJ/kg (即10000kcal/kg)； 标准气：低位发热量为41820kJ/Nm3 (即10000kcal/Nm3)。
二、其他热工性质
(一)、固体燃料
1、挥发分
在隔绝空气的条件下，将一定量的煤样在温度900C下加热7 分钟，所得到的气态物质(不包括其中的水分)称为煤的挥发物。
表4-2 不同基准时高位发热量的转换关系
已知的 “基” 收到基
收到基
1
空气干 燥基
Qad
100 100
Mar Mad
干燥基
Qd
100 M 100
ar
干燥无 灰基
Qdaf 100 Mar Aar
100
所要换算的基
空气干燥基 干燥基
Qar
100 100
Mad Mar
Qar
100 100 M
硅酸盐工业热工基础
第四章 燃料及其燃烧
第2讲 燃烧的热工性质及选用原则
学习要点
一、燃料的发热量 1、高位发热量Qgr、低位发热量Qnet的概念 2、不同燃料，同种燃料的不同基准时高位发热量Qgr与低位发 热量Qnet的关系 3、常用燃料的发热量的测定和计算 二、燃料的热工性质 1、固体燃料的挥发分、结渣性、水分、可燃硫含量等热工性能 2、液体燃料——重油的粘度、闪点、燃点、着火点、凝固点、 密度、比热容、导热系数、水分等热工性质 3、气体燃料——煤气的分子量、密度、比热容等热工性质 三、硅酸盐工业燃料选用原则
4、密度
油的密度与温度有关，常随温度的增加而略微减小，按照下 式计算：
t
20 1 (t
冶金热工基础——第4章 燃料燃烧及计算
CO H2 热值低 0.171-0.214
2．液体燃料 重油 CnHm 热值高 1.358-1.429
19
第四章
燃料及燃料计算
3．固体燃料 煤： 年龄 ， 水分、 挥发分 ， 固定碳 ， 热值 ， 强度
泥煤 褐煤 烟煤（0.929-1.072） 无烟煤(1.115-1.143)
2
100 (CO) (CO) 100 0.124 g g H 2O
y g
100 (H 2 ) (H 2 ) 100 0.124 g g H 2O ……………………………
y g
14
第四章
g ( H 2 O) y 0.124 g H O
2
燃料及燃料计算
换算系数
100 100 0.124 g g H 2O
C H S
可燃组成
O N A W
不可燃组成
C H
有益组成
S O N A W 燃料质量好
有害组成
6
第四章
燃料及燃料计算
成分分析方法： 工业分析法：测定燃料中的水分W、灰分A、挥发 分产率V及固定碳F的含量及性质，作为评价燃料的 指标。 测定使用组成 元素分析法：测定燃料中C、H、O、N、S的质量 百分含量，不能说明燃料由那些化合物组成以及这些 化合物的形式，只能进行燃料的近似评价。 燃料燃 烧计算的重要原始数据 成分表示方法及成分换算： 质量分数 wX 或wX % 表示
25
第四章
燃料及燃烧计算
雾化剂雾化：用空气或高压蒸汽作雾化剂。 机械雾化： 高压重油自小孔喷入气体空间（旋转）。 4.2.3 固体燃料的燃烧
燃烧过程：准备（干燥、预热、挥发分逸出、C形成）、 燃烧（挥发分燃烧、固定碳燃烧）、燃尽 （灰分烧成灰渣） 关键性阶段，影响燃烧速度。 块煤： 层状燃烧 粉煤：悬浮燃烧
硅酸盐热工基础
硅酸盐热工基础硅酸盐热工基础是研究和应用硅酸盐材料在热工领域中的基本理论和实践的学科。
硅酸盐材料是矿物中含有硅酸根离子SiO4的一类化合物，其中最重要的硅酸盐是二氧化硅SiO2。
硅酸盐热工基础的研究内容包括硅酸盐材料的热力学性质、热膨胀性质、热传导性质、热辐射性质等，并以此为基础，研究硅酸盐制品在高温环境下的性能和应用。
在相关研究中，可以参考以下内容：1. 硅酸盐矿物和材料的分类和结构特点：介绍硅酸盐矿物和材料的种类、结构特点、化学组成和基本性质，例如石英、长石、云母等。
2. 硅酸盐材料的热力学性质：介绍硅酸盐材料的热力学性质，包括热容、焓、熵等。
可以讲解硅酸盐材料在不同温度下的热力学性质变化规律，以及与温度、压力、化学组成等因素的关系。
3. 硅酸盐材料的热膨胀性质：介绍硅酸盐材料在高温下的热膨胀性质，包括线膨胀系数、体膨胀系数等。
可以讲解硅酸盐材料的热膨胀性质对材料性能和制品的影响，以及在热工领域中的应用。
4. 硅酸盐材料的热导性质：介绍硅酸盐材料的热导性质，包括热传导系数、热扩散系数等。
可以讲解硅酸盐材料的热导性质对材料的导热性能和传热过程的影响，以及在热工领域中的应用。
5. 硅酸盐材料的热辐射性质：介绍硅酸盐材料的热辐射性质，包括热辐射率、热辐射谱等。
可以讲解硅酸盐材料的热辐射性质对热辐射传热的影响和应用。
6. 硅酸盐制品的高温性能：介绍硅酸盐制品在高温环境下的性能，例如耐火性能、抗热震性能、热稳定性等。
可以讲解硅酸盐制品的制备工艺、配方设计和性能评价方法。
7. 硅酸盐材料在热工领域中的应用：介绍硅酸盐材料在热工领域中的应用研究，例如耐火材料、玻璃陶瓷、石英等。
可以讲解硅酸盐材料的应用原理、制备工艺和性能要求。
综上所述，硅酸盐热工基础是研究和应用硅酸盐材料在热工领域中的基本理论和实践的学科。
在相关研究中，需要考虑硅酸盐材料的热力学性质、热膨胀性质、热导性质、热辐射性质等，并以此为基础，研究硅酸盐制品在高温环境下的性能和应用。
硅酸盐工业热工基础26燃烧与传热在硅酸盐工业中的应用
（1）传导传热 Q F t d
（2）对流传热 Q=αF(tw-tf) （3）辐射传热
Tm 2896
（4）黑体模型
Qnet,12
12
C0
[( T1 ) 100
4
( T2 ) 100
4
]12
F1
2.6.2 工业窑炉的传热 火焰对流、辐射 坯体表面、闸钵外表面、窑体内表面 闸钵外表面 传导 闸钵内表面 坯体表面 传导 坯体内部 窑体内表面 传导 窑体外表面 对流、辐射 环境
2.6.3 隧道窑内的传热
1）在火焰窑炉中，燃烧气体以辐射、对流的方式传热给 制品。
在预热带：T≤800℃，以对流传热为主； 在烧成带：T≥ 800℃，以辐射传热为主；如果窑内采
用气体循环，特别是采用高速调温喷嘴时，大大提高 了窑内气体的流速，提高了对流传热的分量 在冷却带：制品以辐射方式传热给窑墙、窑顶，同时 依靠空气的对流传热，将热量带走。由于冷却带只有 空气，空气不能接受辐射热，所以该带无气体辐射传 热。 2） 隔焰窑则靠发热元件辐射传热给制品。 3）制品在加热时，表面获得热量后，以不稳定导热方式 传热给内部，制品冷却时则相反； 窑墙和窑顶温度不随时间的变化而改变，窑墙和窑顶 表面获得热量后，则以稳定导热方式传热给外表面。 外表面通过向周围的辐射和外界空气的层流对流将表 面热带走。
2.6.44 倒烟窑内的传热
倒烟窑是间歇操作的窑炉，窑内制品、窑墙、窑顶的温度随 时间而改变，倒烟窑内所有传热属于不稳定传热。
1）低温阶段： 燃烧产物以对流传热方式传热给匣体外表面，匣体外表 面以传导方式传热给内表面，匣体内表面已辐射方式传 热给制品，此时，窑内以对流传热为主，辐射传热较少；
硅酸盐工业热工基础课程设计 (2)
硅酸盐工业热工基础课程设计背景介绍硅酸盐是一类广泛应用于建筑、陶瓷、电子、化工等领域的重要材料。
而硅酸盐工业中的热工处理过程对于产品性能和质量的影响非常大，因此热工基础是硅酸盐工业必备的课程之一。
热力学、传热、反应动力学是硅酸盐工业热工处理中不可缺少的知识点。
本课程设计的主要目的是通过设计真实的硅酸盐工业加工流程，帮助学生深入理解热工基础理论，并掌握相关的技术和操作。
课程设计内容本课程设计需要完成以下内容：1.热力学基础实验：设计并实施硅酸盐产品的热力学基础实验，包括热容、热导率、热膨胀系数等参数测量，结果分析与讨论。
2.传热实验：设计并实施硅酸盐产品传热实验。
通过材料的热传导、对流热传输和辐射传热等角度对传热进行分析。
3.反应动力学实验：设计并实施硅酸盐反应的动力学实验，并对反应过程进行分析和讨论。
4.硅酸盐工业热工流程设计：结合上述实验结果，在硅酸盐工业的实际应用场景中，设计热工处理过程。
课程设计的特点本课程的设计特点在于，将传统的理论教学与实践相结合。
通过实验的方式，让学生深刻理解理论知识，同时掌握操作技能。
此外，本课程注重培养学生的实际应用能力。
通过对硅酸盐工业的实际应用场景进行分析和设计，让学生掌握实际应用中需要的知识和技能，并培养学生的创新能力。
可能遇到的困难和解决方法1.材料的获取：硅酸盐材料较为昂贵，需要注意材料的获取和使用，尽可能利用已有的实验室材料。
如果条件允许，可以联合地方科技局进行合作，获取实验材料。
2.实验设备的限制：硅酸盐工业热处理设备较为特殊，需要注意实验设备的限制。
可以通过借用同行的实验设备，或者采用仿真设备进行实验。
3.数据分析和应用：硅酸盐工业的实际应用场景较为复杂，需要注意数据的分析和应用。
可以请专业的硅酸盐工业技术人员进行指导。
结语硅酸盐工业热工基础课程设计是一门重要的应用课程。
通过实验的方式，让学生深刻理解理论，并培养实际应用能力。
此外，需要注意材料和实验设备的获取和限制，并请专业技术人员进行指导。
硅酸盐工业热工基础之国固体燃料燃烧过程
三风道燃烧器的特点：
（1）内外净风出口速较大（70~150m/s），有利于提高煤粉的燃 烧速度和燃烬程度； （2）内外风的配合有利于煤粉的燃烧；火焰形状规整，有利于 保护窑衬； （3）一次风量小（12～14%），有利于燃烧温度的提高及余热 的有效利用。 （4）火焰形状调节灵活，可调幅度大，对煤质的适应性强。 （5）NOx有害气体低。
率高，较易控制，且煤粉细度较稳定，但该系统需要较多的 设备和较大的厂房 ，风管流体阻力比直吹式系统大。
硅酸盐工业热工基础之国固体燃料 燃烧过程
3.4.3.2 煤粉的燃烧过程
1．燃烧过程：
煤粉随空气喷入窑炉或燃烧室后呈悬浮状态，煤粉一边随 气流流动，一边依次进行干燥、预热、挥发分逸出及燃烧、焦 炭粒子燃烧及燃烬等过程。
硅酸盐工业热工基础之国固体燃料 燃烧过程
3.4.3.3 煤粉的燃烧设备
1. 煤粉烧嘴 （1）旋流式煤粉烧嘴:装有使气体产生旋转运动的导流叶片
类型
固定式：旋流程度不能调节 可调式：旋流程度可以调节
硅酸盐工业热工基础之国固体燃料 燃烧过程
工作原理：如图。
(烟煤） 一次风速：20～26m/s 二次风速：20～30m/s
（2）机械化燃烧室:炉栅的尺寸应尽量符合国家 定型产品的尺寸。
（3）自然通风，自由空间的高度≥0.3～ 1.0m， 机械通风时更大。
硅酸盐工业热工基础之国固体燃料 燃烧过程
3.4.3 喷燃燃烧
喷燃：把块煤磨成煤粉喷入窑炉内进行悬浮燃烧。
回转窑内的 喷燃
优点：
燃烧速度快、燃烧效率高、燃烧温度高、煤耗低、调节方便。
3.4 固体燃料燃烧技术
3.4.1 固体燃料的燃烧过程
硅酸盐工业热工基础3.2燃烧计算
α＞1
44CO2 18H2O 64SO2 28N2 32O2
22.4 100
或：
(1 Aar ) 100
Va
1.293
VL
根据质量平 衡原理
（二）气体燃料 1 ． 理论空气量和实际空气量：
（1） 理论空气量
基准：1Nm3燃料 其组成为体积百分比含量，其中可燃成分为 CO、H2、CH 4、CmHn、及H2S等
n 2
Cm
H
n
)
1 100
烟气中SO2含量来源于 H 2S的氧化
V0 SO2
H
2
S
1 100
烟气中NO2来源于燃料中的及空气 中的氮
V0 N2
N2
1 100
Va0
79 100
理论烟气量：
Vl 0
[CO
CO2
H2
H 2O
3CH 4
(m
n 2
)Cm
H
n
2H
2S
N2
]
1 100
Va0
79 100
（２）实际烟气量：
1 (
1)Va0
(Nm3 / kg)
Qnet〉12560KJ / Nm3时：
Va0
0.26Qnet,ar 1000
- 0.25
(Nm3 / kg)
Va Va0 (Nm3 / kg)
VL
0.272Qnet,ar 1000
0.25 (
1)Va0
(Nm3 / kg)
2．估计空气量与烟气量
燃料种类 烟 煤 重 油 发生炉煤气 天然气
烟气中CO2含量来源于燃料中CO、CH4、CmHn 中碳的燃烧及气体燃料原有的CO2 ：
硅酸盐工业热工基础第一章
可压缩不可压缩气体的区别， 可用于选择或天空或判断
热工过程与设备
第一章
（一）音速和马赫数
1、声波在气体中的传播速度-音速方程式
音速： 声波在弹性介质中的传播速度。（a，m/S）
音速 a E
E nP nRT
a nP nRT
声音来源于物体振动， 该振动会引起介质压 强和密度的微弱变化， 这种微扰动在介质中 依次传播，就是声音 的传播过程。
Ⅱ
F
Ⅱ
热工过程与设备
第一章
流出气体在惯性 作用下，气流会 发生收缩，在Ⅱ 截面处形成最小 的截面F2，这种 现象称为缩流。
w1 Ⅰ ρ1
P1
F1 z
w2,ρ2 P2,F2
Ⅱ
F
Ⅰ
Ⅱ
缩流系数：
小孔的位置
F2
F
（气流最小截面与小孔截面的比值）
热工过程与设备
Question： 如何衡量流出气体
w1 Ⅰ ρ1
（二）分散垂直气流法则
垂直分散气流 ： 一股气流在垂直通道中被分 割成多股平行小气流。
垂直分散气流法则：垂直通道中，使热气体自上而下 流动，冷气体自下而上流动。
硅酸盐工业热工基础4 热工窑炉
窑容积(m3)
1
1
V窑/F栅
3
2
7～10
3
11～30
4～6
31～50
7～8
51～75
9～10
76～100
11～14
d) 炉栅面积分配
圆窑:均匀
F栅1 = F栅2=…
矩形窑:靠近墙的F栅 大一些(因为靠近墙的地方
散热大一些)
e) 单个燃烧室尺寸 烧煤:长度 1～1.2m ,宽 0.6～0.85m 煤 层上自由空间高0.3～1.0m 烧油:长0.82 ～1.16m ,宽 0.58 ～0.8m , 高 0.5 ～1.0m 烧气: 长1.145m,宽 0.7m,高 0.89m 1.06m 0.7m 0.743m 燃烧道:长 0.8m，宽 0.23m,高 0.27m
但氧化阶段的温度也不能过高，如果制品超
过玻化温度才进入还原阶段，则制品发黄。
温度过高，同时会使玻璃相量增加，不利于 产品致密化。
CO还原
5．在1050-1200℃是制品进入烧成带的还
原阶段； 燃烧产物中合有2-4％的一氧化碳，能将制品
中的氧化铁Fe2O3(褐黄色)还原成氧化亚铁 FeO(青色)，使还体白里泛青。 有的原料含铁量较少，含钛量较高，则不宜 在还原气氛，而应在氧化气氛中烧成。
表面吸附水、自由 水、毛细管水
快速烧成的窑，要求更严，入窑水分应 小于0.5％。
在隧道窑进口温度超过300 ℃的情况下， 残余水分在几分钟内可以排除，制品并 不变形和开裂，此时窑炉的预热带可以 大大缩短。
2．在200-500℃阶段排除结构水。
结构水：指粘上矿物中的结晶水和层间水。
其中高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）中结晶
燃料燃烧(热工基础版)
2
Har/100
18 (Har/100)(18/2)
而1kg0℃的液态水变为20℃的水蒸汽所需要吸收 的热量为2500 kJ/kg [+忽略项:Cp(20-0) kJ/kg ]
Qgr.ar Qnet .ar 单位燃料所生成的水由 0C的液态水 变成20 C的水蒸气所吸收的热量
M ar H ar 18 Qgr.ar Qnet .ar 2500 ( ) 100 100 2 25( M ar 9 H ar )k J / k g
以两种形式存在：
碳氢化合物：碳与氢、氮、硫等元素结合成有机化合物 碳呈游离状态:
H、可燃元素，一般含量为 3---6%
以两种形式存在：
化合氢（H2O)：与氧化合成结晶水形式(不可燃 ） 自由氢：与化合物组成的有机物，如CnHm(可燃）
O：不可燃元素，一般含量不等。
它可与其它可燃物形成氧化物
N、煤中惰性气体含量为0.5-2%
Qnet .ar Qgr.ar 25 M ar 225 H ar
同理
Qnet .ad Qgr.ad 25 M ad 225 H ad Qnet .d Qgr.d 225 H d Qnet ,daf Qgr.daf 225 H daf
不同基准时，高位热值之间的转换参见表4—1。 低位热值之间的转换参见表4—4。
Car
M ar M ad (100 100 )Cad 100 M ad 100
书上表4-1, 例题4-1
100 M ar Cad 100 M ad
2、工业分析法：挥发分（V）+固定碳（FC）+A+M=100% 工业分析规程：
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第一节 概述
硅酸盐产品在烧成过程中需要消耗大量的 热量。热量的来源有两种：一种是由燃料 燃烧产生，系利用化学能转变为热能的形 式；一种是以电为热源，系使电能转变为 热能的形式。前者资源丰富，价格低廉； 后者热利用率高，利于提高产品质量，操 作条件好，但资源有局限性，成本高。故 目前硅酸盐工业窑炉的热源仍以燃料为主。10来自2 固体和液体燃料的性质
C 主要的可燃元素 H 主要的可燃元素，有益，二种形态可燃氢、化合氢 O 有害元素 N 惰性元素，有害、污染 S 可燃元素，污染，三种形态有机硫、黄铁矿硫和硫
酸盐硫
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A 有害成分，①直接关系到焦碳的灰分从 而影响冶炼的技术经济指标。②降低煤 的发热量。③灰分结渣，容易造成不完 全燃烧，给设备的维护和操作带来困难。
人造固体燃料主要是煤和木材经加工后制得 的焦碳和木炭。
工业应用中主要是煤和焦碳。
5
煤的种类 1、根据古代植物埋藏于地下的年代和碳化程 度划分为：泥煤，褐煤，烟煤和无烟煤四大类。 2、动力用煤根据煤的挥发分高低，并参考其 水分与灰分含量，把煤分为石煤，褐煤，烟煤 （包括贫煤和劣质烟煤）和无烟煤四大类，将 无烟煤、烟煤和石煤各再分为三类。 3、冶金工业根据煤的结焦性强弱和挥发分高 低进行分类，对烟煤进一步分类为：长焰煤、 气煤、弱还原煤、半炼焦煤、焦煤、肥煤、瘦 煤和贫煤等。
1
1 燃料的定义：是在空气中容易燃烧，并 能够比较经济地利用其燃烧热的物质的 总称。燃料的供给应该比较容易，价格 低廉，储存、运输和使用等即便利又安 全。按其状态可分为：气体燃料、液体 燃料和固体燃料。
2 燃烧的定义：是通过燃料和氧化剂在一定 条件下，所进行的具有发光和发热特点的剧 烈的氧化反应。
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液体燃料包括天然液体燃料和人造液体 燃料，天然液体燃料指石油及其加工产 品，人造液体燃料指从煤中提炼出的各 种燃料油。
原油 分馏法
常压分馏
石油气、汽油（航空汽油、汽车汽油）、挥 发油、煤油、柴油
减压分馏
粗柴油、轻质润滑油 裂解法
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重油分类 20、60、100和200号重油四种牌号 重油的化学组成和使用性能 元素成分C、H、O、N、S、A、M 闪点、燃点、着火点 黏度（运动黏度、恩氏黏度） 密度0.92-0.98t·m-3 比热1.30-1.70kJ·kg-1·K-1 发热量39900-42000kJ·kg-1
2
3 燃料的选用原则
(1)从我国燃料资源的实际出发，根据国家当 前的能源政策选用燃料。应坚持就地取材和 物尽其用的原则，充分利用地方资源和工业 废料，并需设法采用低质、劣质燃料。 (2)满足工艺要求，确保产品质量，并为机械 化、自动化生产提供条件。 (3)来源充足，保证供应，能满足生产需要。 (4)防止燃料使用中造成的“公害”，保护环 境，保障人民的身体健康。 (5)必须按照国家的燃料政策选用燃料。
陶瓷工业中，采用匣钵装坯烧成时，各种燃料均可采用； 采用明焰裸装烧成时，则对燃料的要求较高，不能沾污制 品，这可从燃料选择或燃烧方法上采取措施。
4
5 燃料的种类 燃料按状态不同，可分为固体、液体和气
体燃料三类；按加工状态，可分为天然燃 料和人工加工燃料。
固体燃料
天然的固体燃料有各种煤、油页岩、木材和 各种植物的茎叶等。
Cd%+Hd%+Od%+Nd%+Sd% +Ad%=100%
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（4）干燥无灰基：对燃烧来说可燃成分更能 说明煤的组成特点。只用C、H、O、N、S 五种元素在可燃基中的百分含量来表示的燃 料成分称为可燃成分。即
Cdaf%+Hdaf%+Odaf%+Ndaf%+Sdaf% =100%
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（2）空气干燥基：包括C、H、O、N、S、 A和M全部七种组分在内的分析实验室使用 风干煤样中的质量百分数称为~。即经过空 气（20℃―相对湿度70%）风干的煤样。
Cad%+Had%+Oad%+Nad%+Sad% +Aad%+Mad%=100%
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（3）干燥基：考虑到燃料中的水分波动而 不能反映燃料的固有本质，常以不含水分 的干燥基中的各组成的百分含量来表示燃 料的成分称为干燥成分。即
气氛和压力。
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第二节 燃料的主要性质-燃料的 组成及表示方法
1 固体和液体燃料的组成
固体、液体燃料都是由极其复杂的有机化合 物所组成。通常包括碳（C)、氢H)．氧(O)、 氮(N)、硫(S)五种元素及部分矿物杂质—灰 分(A)和水分(M)。上述的元素并不是单独自 由存在的，而是结合成有机化合物的形式存 在，至于其具体的结构形式至今仍不很清楚。
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3 气体燃料
天然的气体燃料有天然气和石油气，人造气体燃料有 发生炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气等。
气体燃料是一种非常理想的燃料，具有许多优点： ①燃烧简便，容易完全燃烧； ②调节控制方便，易于实现自动控制； ③燃烧后无固体灰渣，清洁方便； ④对设备磨损小，可以长距离管道输送； ⑤容易净化，以减少环境污染； ⑥可以高温预热，提高燃烧温度，节约燃料； ⑦只要避开爆炸范围，可任意调节热负荷，控制炉内
酸度
SiO2 % Al2O3 %
Fe2O3% CaO% MgO%
M 有害成分，包括外部水分和内部水分
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3 表示煤组成的常用基准 （1）收到基：包括C、H、O、N、S、A和M
全部七种组分在内的工厂实际使用煤样中的 质量百分数称为~。即
Car%+Har%+Oar%+Nar%+Sar% +Aar%+Mar%=100%
3
4 各工业对燃料的要求
玻璃工业中，采用煤的加工产物——发生炉煤气作为燃料者居 多。如能用高发热量燃料—重油或天然气，将会提高玻璃的产、 质量，降低燃料消耗，增加操作过程的稳定性，提高生产的自 动化程度。
水泥工业中，由于对燃料灰分的要求不高，而我国煤的资源又 较丰富，故主要用煤作燃料。回转窑中要求连续、稳定燃烧的 长火焰，常用烟煤作燃料，采用煤粉燃烧的方法；而立窑中则 常用无烟煤或焦炭末作燃料，燃料掺合在生料球中，从而燃科 的燃烧反应与生料的烧成反应紧密结合在一起进行。立窑用石 煤烧水泥亦已试验成功。