燃料及燃烧

2 燃料及燃烧

2.l 冶金企业常用燃料

1、概述

燃料的定义:

凡燃烧时能放出大量的热，该热量能经济而有效地用于现代工业生产或日常生活的所有物质，统称燃料。

冶金生产大多数需要在高温下进行，其所需热量，除电炉外，大部分仍靠燃烧燃料供给，所以燃料是冶金生产不可缺少的重要原材料之一。

冶金生产所使用的燃料，一般应具备如下条件：

(l) 燃烧所放出的热量必须满足生产工艺要求；

(2) 便于控制和调节燃烧过程；

(3) 蕴藏量丰富，成本低，使用方便；

(4) 燃烧产物必须是气体，对人、动植物、厂房、设备等无害。

燃料的种类很多，按物态可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料三类；按来源可分为天然产品和加工产品两种。工业用燃料分类见表2—1。

燃料的一般分类表表2—1

燃料的固态

来源

天然产品加工产品

固体燃料木柴、煤、油页岩等木炭、焦炭、粉煤

液体燃料石油焦油、重油、煤油、汽

油等

气体燃料天然煤气高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气等

冶金工业生产是燃料的巨大消耗者，冶金工作者必须熟悉各种燃料的性质，会正确选用，并能合理组织燃烧过程，以降低燃料消耗量。

2、常用燃料的特性

常用燃料的特性主要包括以下两方面:

第一：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。

第二：燃料的发热能力。这是评价燃料质量的重要指标。

⑴燃料的化学组成及其成分换算

①气体燃料的化学组成及干湿成分换算

气体燃料是由几种较简单的化合物所组成的机械混合体。其中：CO、H2、CH4、C2H4、C m H n、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。

C m H n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%。

气体燃料的成分系以各组成物的体积百分数表示。具体表示方法有湿成分和干成分两种：

湿成分包括水分在内，即：

CO湿+ H2湿+CH4湿+N2湿+……+H2O 湿=100%

干成分不包括水分在内，即：

CO 干+ H 2干+CH 4干+N 2干+……=100% 式中：CO 湿、H 2湿……等符号分别代表湿气体燃料中各成分的体积百分

含量；

CO 干、H 2

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。 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。

气体燃料的干、湿成分之间可以进行换算，其换算式以CO 为例为：

气体燃料中的其它各项成分均可依照类似的公式进行换算. 式中：H 2O 湿为湿气体燃料中水分的体积百分含量。

用1 m 3

干气体所能吸收的水蒸汽的质量(克)来表示，即用符号干O H 2g 代表饱和水蒸汽的含量，则干

O H 2g 的单位是g/m 3干气体。进行干湿成分的换算时，必须首先把干O H 2g 变成H 2O 湿：

式中：0.00124——1克水蒸汽的体积。

②液体和固体燃料的化学组成及各成分的换算

a、液体和固体燃料的化学组成

固体和液体燃料虽然物理状态及化学分子结构不同，但它们的化学元素成分都相同，都是由碳、氢、氧、氮、硫等五种元素所组成。此外，固体和液体燃料中还含有水分和一些矿物杂质(通常统称灰分)。上述七种物质就是固体和液体燃料的化学组成。其中碳与氢燃烧并大量放热是主要组成物，硫虽能燃烧放热，但生成物SO2有害，氮、氧、灰分、水分则都不能放热。分述如下：

碳[C]：是固体和液体燃料的主要成分。固体燃料中碳的含量变动在50~90%之间，液体燃料中碳含量一般在85%以上。

碳完全燃烧生成CO2，氧气不足时则不完全燃烧生成CO。

根据化学反应式可看出：氧充足时，碳完全燃烧，所放出的热量多。因此不需要CO气氛(即还原性气氛)的情况下，应避免碳不完全燃烧。

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。单位重量的氢燃烧所放出的热量，比单位重量的碳多几倍，但氢在固、液体燃料中的含量少，故起作用仍次于碳。氢燃烧生成水，水呈蒸汽状态时。

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。

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。

硫[S]：是有害组成物，在燃料中有三种存在形式：

(1)有机硫；(2)黄铁矿硫；(3)硫酸盐硫。

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燃烧的矿物杂质，如SO2、A12O3、CaO、Fe2O3等。

b、固体和液体燃料的成分：

表示方法有四种：

第一：供用成分

C用+ H用+ O用+ N用+S用+A用+W用=100%

C用、H用、O用……为实用燃料中各成分的百分含量，简称供用成分或供用质。

固体和液体燃料中各成分的百分含量是重量百分含量，供用成分则是进行燃烧计算的依据。

第二：干燥成分

C干+ H干+ O干+N干+S干+A干=100%

第三：可燃成分

C燃+H燃+O燃+N燃+S燃=100%

第四：有机成分

C机+H机+ O机+N机=100%

c、换算方法

上述四种成分表示方法之间可以相互换算，换算方法如下：

设有100kg工作燃料，分析结果知其中含C——50kg，W——20Kg，A——10Kg，……

以供用成分表示：C用——50%，W用——20%，H用——10%……