燃烧学(一)

第一篇 燃料概论
第一篇 学习重点
要求重点掌握如下内容： 1. 煤 / 油 / 燃气三种主要燃料的形成和分类 2. 煤（油）的工业分析和元素分析 3. 各种基准的换算 4. 各种燃料的物理化学特性
第一篇 燃料概论
燃料的概念：
各种复杂化合物的混合物，通过燃烧可以将其化 学能转变为热能，同时在技术上是可行的，经济上是 合理的物质。
第一章
固体燃料
三、煤的利用（动力煤，炼焦煤）
（1）作为燃料（电厂锅炉、工业窑炉） （2）用于炼焦：焦炭主要用于高炉炼铁和用于铜、 铅、锌、钛、锑、汞等有色金属的鼓风炉冶 炼，起还原剂、发热剂和料柱骨架作用。 （4）作为气化原料制造煤气：焦炉煤气、发生炉 煤气、水煤气等
第二章
液体燃料
一、原油加工及其产品
第一章
固体燃料
四、煤的成分表示基准及其换算
———————— 应 用 基（ar） ———————— ———————— 空气干燥基（ad） —————— ———————— 干 燥 基 （d） ———— ———— 可 燃 基（daf） ———— A —— C H O N S M A —FC——————— V ————— M
植物、动物残骸
长期堆积
褐煤
菌解
ຫໍສະໝຸດ Baidu烟煤
泥煤
无烟煤
地热和高压 炭化过程
第一章 固体燃料
二、煤的种类：泥煤，褐煤，烟煤，无烟煤
性 能 成煤 年龄 煤化 程度 挥 发 份 高 ↓ 低 反 应 性 好 ↓ 差 含 水 份 高 ↓ 低 含 C 量 低 ↓ 高 含 HO 量 高 ↓ 低 密 度 机械 强度 热 值
第二章
液体燃料
2.裂解法（热裂化，催化裂化）
为了增产轻质油，增加品种和提高质量，采用裂化的方法从 重油中生产汽油，柴油和高级车用、航空用汽油等。 裂解法就是采用化学方法使分子较大的烃类 (重碳氢化合物) 断裂分解成分子较小的烃类(轻碳氢化合物) ，以获得轻质石油产 品。 分馏法是物理方法，而裂解法是化学方法。前者不影响石油 分子的结构，后者的分子结构要发生变化。
（kj/kg） （kj/kg） （kj/kg） （kj/kg）
第一章
§2 煤的使用性能
固体燃料
二、煤的主要特性
随着炭化程度的提高，煤的发热量 不断增加，当炭化程度达到87%时煤的 发热量达到最大值，以后炭化程度再提 高时，煤的发热量是下降的。
第一章
二、煤的主要特性
固体燃料
（二）煤的比热和导热系数 煤的比热一般为：0.84-1.67kJ/kg· º C； 并且随炭化程度的提高而变小； 一般 泥煤 Ｃp＝1.38 (kJ/kg· º C) 褐煤 Ｃp＝1.21 (kJ/kg· º C) 烟煤 Ｃp＝1.00～１.09 (kJ/kg· º C) 常温下煤的比热与水分和灰分含量成线性关系： Ｃp＝4.187(0.24Cr % + M %+0.165A %)/100 (kJ/kg· º C) 煤导热系数一般为：0.232-0.348 W/m· º C； 并且随炭化程度和温度的升高而增大。
泥煤 年青 ↓ 褐煤 烟煤 无烟煤 年老
低 ↓ 高
低 ↓ 高
差 ↓ 好
低 ↓ 高
第一章 固体燃料
二、煤的种类：泥煤，褐煤，烟煤，无烟煤
1、泥煤 地质年代最近的煤，含水量40％以上，风干堆积密度 300-450kg/m3，在化学成分上氧含量高达 30%左右，含炭 量相对较低。挥发分高，可燃性较好。含硫量较低，机 械强度低。主要用于锅炉和汽化原料。 ２．褐煤 由泥煤进一步变化而成，完成了植物遗体的炭化过程， 密度较大，含炭量较高，含氢和氧量较少，挥发分产率 低，吸水性小，机械强度较大。
第一章 固体燃料
二、煤的种类：泥煤，褐煤，烟煤，无烟煤 ３.烟煤 由褐煤进一步变化而成，密度大，含炭量较高，含氢 和氧量较少，挥发分产率低，吸水性强，堆积密度 750800kg/m3，机戒强度较大，最大特点是粘接性好。烟煤使 用范围广，是冶金和动力工业不可缺少的燃料，也是炼 焦的主要原料。 ４．无烟煤 炭化程度最高，地质年代最久远的煤，含炭量最高， 密度大，机械强度大，挥发分极少，吸水性小，热值高， 灰分少，含硫量低。
§2 煤的使用性能
一、煤的工业分析组成（用国家标准规定的方法测定煤 的工业成分） 煤的工业分析组成表示方法：
水分 M % + + 挥发份 + V % + 灰份 + 固定碳 A % + FC % = 100 %
Moisture Ash
Volatile matter Fixed carbon
第一章 固体燃料
第一章
二、煤的主要特性
固体燃料
(三) 粘结性和结焦性 粘结性：指粉碎后的煤在隔绝空气的情况下加热到一定的温度 时，煤的颗粒相互粘结形成焦块的性质。 结焦性：煤在工业炼焦的条件下，粉碎后的一种或者几种煤 混合后的粘结性，粘结性越好结焦性也越好.结焦性也就是煤能炼 出冶金焦的性质。 （四） 热稳定性 热稳定性指煤在加热的情况下是否容易破碎而言。热稳定性 的强弱直接影响到煤的燃烧和气化效果。褐煤和无烟煤的热稳定 性较差。
课程目的与任务
通过本课程的学习，使学员掌握各种燃料的基本特 性，深入了解燃料及其燃烧现象的物理本质，牢固掌握 燃料及其燃烧学的基本概念、基本理论和基本知识，掌 握燃料燃烧的基本原理和方法，熟悉一般燃烧装置的工 作原理和结构特点，为燃烧设备的设计研究和运行管理 打下良好的基础。
课程基本内容
第一篇 燃料概论 第二篇 燃烧反应计算 第三篇 燃烧基本原理 第四篇 燃料燃烧方法与燃烧装置
第一章
§2 煤的使用性能
二、煤的主要特性
(一) 煤的发热量
固体燃料
2．发热量的两种确定方法： 如果已知煤的元素成分，可按下式计算 杜隆公式： Qh=4.187[81C+342.5(H－O/8)+22.5S] 门捷列夫公式：Qh=4.187[81C+300H－26(O－S)] Ql=4.187[81C+246H－26(O－S)－6M] 高低发热量的换算公式： Ql= Qh－25.12(9H+M)
第二章
三、重油的使用性能
液体燃料
供热、供燃气、通风及空调工程专业
燃烧学
主讲教师：谭顺民 副教授
课程目的与任务
本课程主要涉及燃料及其燃烧的基本基本知识、燃烧 学的基本原理和燃料燃烧的基本方法。其主要内容包括 各种常规燃料(固体燃料、液体燃料和气体燃料)的物理 性质及其燃烧性能，燃料燃烧反应动力学的基本知识， 燃料燃烧的基本计算，燃气燃烧的火焰传播，燃气火焰 的稳定特性，各种燃料的燃烧方法以及典型的燃烧装置 等。 本课程主要以介绍气体燃料的燃烧为主。
灰分 固定炭 挥发分 水分
ar ad d daf
— — — —
as received air dry dry dry ash free
（应用基 y） （分析基 f） （干燥基 g） （可燃基 r）
第一章
固体燃料
应用基成分： Cy %+ Hy %+Oy %+ Ny %+ Sy %+Ay+My=100% 干燥基成分： Cg %+ Hg %+Og%+ Ng %+ Sg %+Ag=100% 可燃基成分： Cr %+ Hr %+Or %+ Nr %+ Sr %=100% 各种基准成分之间可以进行换算：
成分换算系数
已知成分 可燃基成分 可燃基成分 1 要换算的成分 干燥基成分 应用基成分 (100- Ag)/100 (100-Ay-My)/100 1 (100- My)/100 1
干燥基成分 100/ (100- Ag)
应用基成分 100/(100-Ay-My) 100/(100- My )
第一章 固体燃料
2. 挥发份 V
3. 固定碳 FC
4. 灰份 A
第一章 固体燃料
固定碳的计算： 固定碳（焦碳） FC %=100 %－（M % + V % + A %）
煤的碳化程度与固定碳、挥发份的关系：
第一章
§2 煤的使用性能
二、煤的主要特性
(一) 煤的发热量（热值）
固体燃料
1．煤的发热量的基本概念 煤的发热量是评价燃料质量的重要指标，也是计算燃烧温度和 燃料消耗量的重要依据。 高位发热量Qh（MJ/kg）：单位燃料完全燃烧后燃烧产物冷却到 使其中的水蒸气凝结成常温水时放出的热量。 低位发热量Ql（MJ/kg）：单位燃料完全燃烧后燃烧产物冷却到 常温时放出的热量。
第二章
液体燃料
一、原油加工及其产品
1.直接分馏法（常压，减压）
第二章
液体燃料
1.直接分馏法（常压，减压）
加工原理：对原油加热，石油中各组分按其沸点的高低， 先后从分馏塔中馏出，从而得到不同馏分的石油制品。按照 沸点的高低的顺序为：汽油、煤油、柴油（轻菜油和重柴 油）、重油。常压分馏可以得到沸点为350度以下的石油产 品。 通过常压分馏法得到的各种馏分仍然是多组分的化合物， 可以进一步加热采用减压法进行分馏。例如将常压重油进一 步加热至400度以上，可以连续分离出各种沸点在350度以上 重质油来。
1. 水分 M 外在水分：空气中可以风干 内在水分：加热到110℃可以去掉的水分 结晶水：CaCO3 ·4H2O，Al2O3 ·2SiO2 ·2H2O 隔绝空气加热到850℃，释放挥发性产物： CO2，CO，H2，CH4，CmHn，N2，余下焦炭 在空气中加热到850℃燃烧，烧掉FC ，剩下灰 份A 。 煤中的矿物质。主要包括硅酸盐，碳酸盐，金属 硫化物，铁的氧化物，其它金属氧化物等。
第一章
§2 煤的使用性能
二、煤的主要特性
(一) 煤的发热量
固体燃料
2．发热量的两种确定方法： （1）实验测定采用氧弹热量计按国家标准《GB/T213-2008》执行 （2）用经验公式计算发热量 根据成分分析的值（应用基）来计算： 褐煤 Ql=4.187（10FC +6500+10M－5A－ΔQ） （kj/kg） 烟煤 Ql=4.187（50FC－9A+K－ΔQ） （kj/kg） 无烟煤 Ql=4.187[100FC +3（V－M）－K‘－ΔQ] （kj/kg） 其中：FC、M、V、A为煤的固定炭、水分、挥发份和灰分的含量。 K、K‘ 为常数，ΔQ为高发热量和低发热量的差值（教材P9）
液体燃料包括天然液体燃料和人造液体燃料两类。石油（原 油）是自然界唯一存在的天然液体燃料。工业和日常生活中使用的 液体燃料都是从石油和煤提炼出的各种燃料油（成品油）。 石油是从地层深处开采出来的一种液态状矿物，颜色深黑色， 性状粘稠。石油通过加工炼制可以得到成品燃料油。
加工方法：直接分馏法（常压，减压），裂解法（热裂化，催 化裂化）
第一章 固体燃料
三、煤的化学组成（煤都是由七种成分组成）
无机物——矿物质（ A），水分 （M） 有机物—— C，H，O，N，S（元素形式）
C
H
O
N
泥煤
褐煤 烟煤 无烟煤
57.0
65.0 88.0 94.0
5.2
4.0 5.3 2.9
36.8
30.0 5.0 1.9
1.0
1.0 1.7 1.2
有机硫：煤中有机物中存在 （可燃硫） 无机硫：黄铁矿硫 FeS2 （可燃硫） 硫酸盐硫 FeSO4， CaSO4
标准煤的概念:
标准煤是指每千克应用基低位热值为29.27兆焦 （MJ）（相当于每千克7000大卡）的煤。
第一章 固体燃料
§1 煤的种类及组成
一、煤的形成
远古代时代的动植物残骸千百万年埋于地下，通过生物化学作 用（缺氧、厌氧细菌分解）和地质作用（温度、高压、地壳运 动），逐渐形成的有机生成物。形成过程需要几千万年至几亿年 才能够完成。
第二章
3.石油产品
液体燃料
液化石油气、汽油、煤油、轻柴油、重柴油、重油、残渣油等。 汽油、煤油、轻柴油主要用于各种发动机的燃料；重柴油、 重油一般用于各种工业窑炉和锅炉的燃料；液化石油气主要用于 民用燃料。
二、 重油的化学组成
成分： C，H，O，N，S；A，M C H 85-88% 10-13% O + N 0.5-1.0% S 0.2-1.0%
教材和参考书
1．韩昭沧，燃料及燃烧（第二版）. 北京：冶金工业出版社 2．燃气燃烧与应用.北京：中国建筑工业出版社，2000. 3. 常弘哲，燃料与燃烧. 上海：上海交通大学出版社，1993. 4． 张松寿、工程燃烧学. 上海：上海交通大学出版社，1988. 5．霍然、工程燃烧概论、中国科学技术大学出版社，2001