第二章-燃料及燃料燃烧计算.教学教材
第2章燃料及燃烧计算优秀课件
的形式存在）,则所得到的发热量称为低位发热量。 Qb＞Qgr＞Qnet
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Principles of Boiler
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发热量的测定
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各种基准的换算
• 收 到 基: Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar =100 〔％〕
• 空气干燥基: Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad =100 〔％〕
• 干 燥 基: Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100
〔％〕
• 干燥无灰基: Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100
Q d .ne Q td .g rr 9 1 H d 0 Q 0d .g r2H 2 d 6 (2 1)4
式中 r——水的汽化潜热，通常取r = 2510 kJ/kg
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几个重要概念
标准煤 = 29310 kJ/kg 劣质煤 ≤ 12500 kJ/kg 折算成分 相对于每4190 kJ/kg收到基低位发热量的煤中所含
〔％〕
不同基准之间的换算公式
X = K X0
X0 、 X — 某成分原基准及新基准质量百分比，%
K — 换算系数
例: Cad110000M MaadrCar
燃料及燃烧2 燃烧计算及燃烧理论
Va0 VO0 2
100 8.9Car 26.7 H ar 3.3( Sar Oar )(Nm3 / kg) 21
洛阳理工学院
材料工程基础
②气体燃料
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
可燃组成有CO2、 CO、H2、CH4、CmHn、H2S、H2O、N2、O2(体积百 分含量）
0 百分含量，VO 和 VO0分别为生成RO2和H2O的需氧量（ /m3） 2 2
0 0 (VO2 RO2 VO2 H 2 O ) O2
V
0 O2
RO2 V H 2 O
0 O2
令k
0 0 VO2 RO2 VO2 H 2O
RO2
K：单位燃料燃烧时的理论需氧量 与该烟气中RO2百分含量的比值。 组成变动不大的同种燃料的k值近 似为常数。列于表。
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材料工程基础
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
第三节
燃烧计算
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材料工程基础
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
在设计窑炉时（设计计算） 1、已知燃料的组成及燃烧条件， 2、需计算单位质量（或体积）燃料燃烧所需的空气量、烟气 生成量、烟气组成及燃烧温度 3、以确定空气管道、烟道、烟囱及燃烧室的尺寸，选择风机 型号。
CO2=
VCO2 0 V
0
×100（%）
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② 气体燃料
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
可燃组成有CO2、CO、H2、CH4、CmHn、H2S、H2O、N2、O2(体积百 分含量）
CO + 1/2O2 → CO2 CO2 H2 + 1/2O2 → H2O CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O CmHn +(m+n/4)O2→ m CO2 + n/2 H2O 1Nm3 H2生成 1 Nm3 HO2 …… ...... 1Nm3 CO 生成 1 Nm3
第二章 燃料及燃料燃烧计算
(二）各类煤质的燃烧特性
烟煤 含碳量较无烟煤低 40％～70％； 挥发分含量较多 20％～40％，易点燃，燃烧快，火焰长； 氢含量较高 发热量较高。 褐煤
碳化程度低，含碳量低 约为40～50%，
水分及灰分很高 发热量低； 挥发分含量高 约40～50%，甚至60%，挥发分的析出温度 低，着火及燃烧均较容易。
热量。
约占2％～6％。 多以碳氢化合物的形式存在。
3、氧（O）和氮（N）
不可燃元素。 氧含量变化很大，少的约占1％～2％，多的占40％ 氮的含量约占0.5％～2.5％。
5
一、煤的成分及分析基准
4、硫（S）
有害成分，约占2％，个别高达8％～10％。 存在形式：
① 有机硫（与C、H、O等结合成复杂的有机物）
第二章 燃料及燃料燃烧计算
燃料的成分及其主要特性 燃料燃烧计算 烟气分析方法 空气和烟气焓的计算
1
§2.1 燃料的成分及其主要特性
燃料:
核燃料 有机燃料 固体燃料（煤、木料、油页岩等）
有机燃料 :
液体燃料（石油及其产品） 气体燃料（天然气、高炉煤气、焦炉煤气等）
电厂锅炉以煤为主要燃料，并尽量利用水分和灰分含
Q Q 226 H d , n, et p d , gr d
干燥基 高位发热量与低位发热量之间的换算： 干燥无灰基 高位发热量与低位发热量之间的换算： Q Q 226 H daf , net , p daf , gr daf
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（一）煤的发热量
高位发热量(Qgr) 各基准间的换算采用表2-1换算系数
为反映煤的燃烧特性，电厂煤粉锅炉用煤还以VAMST及Q法 分类
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(二）各类煤质的燃烧特性
燃料及燃烧课件
固体燃料：n=1.20~1.50液体燃料：n=1.15~1.25
气体燃料：n=1.05~1.15
第21页，此课件共58页哦
3.燃烧计算的内容及假设条件
燃烧计算内容：
①燃料燃烧时所需要的空气量的计算;
②燃烧产物量的计算；
③燃烧产物的成分和密度的计算；
④燃烧温度的计算；
⑤空气消耗系数的计算。
假定：
①燃料中可燃成分完全燃烧。元素分子量取整数。
4.天然煤气：主要成分是CH4，80%以上。
5.使用煤气安全知识：输送管道要严密无缝隙。防毒、防爆，严格遵守煤气安全制 度。
第15页，此课件共58页哦
（二）液体燃料
重油
四个牌号，20、60、100、200号，重油在50℃时的恩式粘度来确定。
1.粘度
温度的升高而下降
表示方法：恩氏粘度（ ）0 E ，用恩氏拉粘度计测得： 0E t 2 t0 ℃ ℃ 时 时 22 00 00 毫 毫 升 升 油 水 的 的 流 流 出 出 时 时 间 间
着火温度： 50~0600左0C右。
3. 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。 左右。 300C
第17页，此课件共58页哦
（三）固体燃料
煤、焦炭、粉煤 1.煤
泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤
煤的工业分析：（1）挥发分 （2）固定碳（3）灰分（4）水分
烟煤 ：烟煤比褐煤炭化更完全，水分和挥发分进一步减少，固体碳 增加。低发 热量较高；一般都在23000~29300千焦/千克。
空气量和生成的燃烧产物量，其单位是m / m 。
3
3
2. 燃烧反应方程式中反应物与生成物之间的分子比就是体积比
人教版化学-九年级上册-课题2 燃料和热量(第二课时) 教案
课题2 燃料和热量（两课时）第二课时煤、石油、天然气是当今世界上最重要的三大化石燃料。
它们作为重要的能源，在我们的现代生活中起着很重要的作用。
前面我们已经学习了天然气的有关知识，这节课我们具体来学习煤和石油的综合利用。
拓展课题煤和石油的综合利用讨论或思考：1．你家中做饭、洗浴等使用什么燃料?2．汽车、轮船、飞机、拖拉机等使用什么燃料?3．炼钢厂、热电厂等使用什么燃料?1．煤气或液化石油气等。
2．汽油、煤油、柴油等。
3．炼钢厂、热电厂都用煤作燃料。
在生活中我们经常用煤气、汽油等作燃料，那么你知道它们是怎样形成的吗?1．为了使煤得到综合利用，将煤隔绝空气加热，就可以使煤分解成许多有用的物质，其中就有煤气。
2．如果将石油加热炼制，利用石油中各成分的沸点不同，将它们分离，就可得到不同的产品，比如汽油、煤油、柴油等。
大家回答得非常好，关于这方面的资料下课后再多查点，开阔视野。
煤和石油都是由古代生物遗体埋在地层下，在地壳中经过一系列非常复杂的变化而形成的。
由于煤和石油的用途非常广泛，和人类的关系极为密切，所以，人们常把煤称为“工业的粮食”，把石油称为“工业的血液”。
下面同学们仔细阅读课本P132、P146内容，你能从中学到什么知识?你从中学到了什么呢?1．煤是由有机物和无机物所组成的复杂混合物，主要含有碳元素，此外，还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素以及无机矿物质。
2．将煤隔绝空气加热，可使煤分解成焦炭、煤焦油和焦炉气等。
其中，焦炭可以冶金，煤焦油是重要的化工原料，焦炉气则是重要的燃料。
这样煤就能被综合利用了。
黑糊糊的煤焦油是一个大宝库，已经从它里面分离出了上百种化合物，又进一步做成了各种有用的物质。
例题：(2003年南昌市初中毕业、升学统一考试)煤是一种常用的化石燃料，家庭用煤经过了从“煤球”到“蜂窝煤”的变化：以前人们把煤粉加工成略大于乒乓球的球体，后来人们把煤粉加工成圆柱体，并在圆柱体内打上一些孔。
请你分析这种变化的优点是：_________。
燃料与燃烧(第二篇)
（kg） （kg / kg）
第四章 空气需要量及燃烧产物生成量
§1 燃烧所需的空气量计算
二、固体和液体燃料的理论空气需要量
因此，每公斤燃料完全燃烧所需要的理论氧气质量为：
8 1 G0.O2 = ( C + 8 H + S − O) 3 100
（kg/kg）
(4-2)
在标准状态下1kmol质量的气体体积量为22.4 Nm3，所以标 准状态下氧的密度为32/22.4=1.429 kg/Nm3 。 故每公斤燃料完全燃烧所需要的理论氧气体积量为：
第四章 空气需要量及燃烧产物生成量
§1 燃烧所需的空气量计算
一、燃烧反应方程式
矿物燃料主要由碳和氢两种可燃元素组成，还含有少量 的硫，氧、氮、灰分和水分等。 其化学反应方程如下： C + O2 = CO2 + 407000(反应的热效应) （kj/千摩尔） H2 + 0.5 O2 = H2O + 241200 （kj/千摩尔） S + O2 = SO2 + 334900 （kj/千摩尔） 如果氧气供应不足，就会产生不完全燃烧，部分碳将燃 烧生成一氧化碳，燃烧反应式为： C + 0.5O2 = CO + 123100 （kj/kg分子） 不完全燃烧将造成热量的损失和环境污染。
《燃 料 与 燃 烧》
第二篇 燃料燃烧计算
第二篇
燃料燃烧计算
第二篇 学习重点
要求重点掌握： 1. 燃烧反应计算的基本原理和方法 2. 完全燃烧时的空气需要量、烟气量及其组成、密度 3. 理论燃烧温度 / 燃料理论发热温度的定义及其计算
第二篇
燃料燃烧计算
燃烧计算的主要任务：
1.燃烧空气需要量计算（理论空气和实际空气量） 2.燃烧产物量（烟气）、成分和密度的计算 3.燃烧完全程度计算（不完全燃烧情况） 4.燃烧温度的计算（理论燃烧温度和实际燃烧温度）
教学章节燃料及燃烧
教学章节燃料及燃烧第一篇：教学章节燃料及燃烧教学章节：第二章 2.1 燃料的特性教学内容：燃烧特性教学要求：1、了解燃烧的化学组成及其成分换算；2、掌握燃料的发热量；重点难点：掌握燃烧的原理和成分换算、发热量的计算教学过程（板书设计）： 1．燃料的定义凡是在燃烧时能够放出大量的热，并且此热量能有效地被利用在工业或其他方面的物质，统称为燃料。
有效地被利用：在技术上是可能的，在经济上是合理的。
2．对燃料的要求（1）在当前技术条件下，燃料燃烧时所放出的热量能有效地加以利用。
（2）燃烧生成物呈气体状态，燃烧后的热量绝大部分含于其气体生成物之中。
（3）燃烧产物（烟气）对熔炼（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）资源丰富，便于开采。
有机物为主要组成的物质：1）C、H热效应高，产物呈气态（CO2、H2O、…）；2）CO2、H2O浓度不太大，一般无害；3）资源丰富。
3．燃料的种类（1）按物态分：固体燃料煤、焦炭、粉煤… 液体燃料汽油、煤油、重油、焦油… 气体燃料天然气、高炉煤气、焦炉煤气…（2）按来源分：天然燃料煤、石油…人造燃料焦炭、重油、高炉煤气…为了保证产品产量、质量、降低燃耗、提高炉子寿命、防止环境污染，必须：熟悉各种燃料的性质、燃料机理和燃烧计算，会正确选择燃料，并能合理组织燃烧过程4、燃料的特性包括1、燃料的化学组成2、燃料的发热能力2.1.1 燃料的化学组成及其成分换算（1）固(液）体燃料的基本组成组成物：呈各种化合物形式存在的有机物质，组成元素有C、H、O、N、S，由SiO2、Al2O3、Fe2Ο3、CaO、MgO、Na2O等矿物杂质组成的灰分A，一部分水分W。
CHS14243可燃组成ONAW1442443不可燃组成CH123有益组成↑ SONAW144424443有害组成↓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。
燃料及燃料燃烧计算
不同基之间的换算关系(以C元素为例)：
已知收到基，计算分析基成份：
1kg收到基： 1 100 Mar x 100 M ad
100
100
x 100 M ar 100 M ad
Car
Car
Cad
100 x
热值为8300～10500kJ/Nm3
液体燃料：锅炉燃用的油主要是重油和柴油
重油：由不同成分的炭氢化合物组成的复杂混合物，由碳、 氢、氧、氮、硫、灰份、水分等组成，Car＝81～87％，Har ＝11～14％，Sar，Oar，Nar总量约为1～3％，Mar=1～3%， Aar<1%，Qar,net,p= 37.6～42 MJ/kg
注：同一煤质，在还原性气氛中要比在非还原性气氛中的熔化温度低，是 由于Fe2O3被还原为FeO，形成了低熔点的2FeO·SiO2物质
§2－3 煤的成分基准及换算
煤的成分通常用质量百分数表示，由于灰份和水份因外界 条件而变化，为了实际应用的需要通常采用如下四种基准：
收到基（as received）：即应用基，以包含水分、灰分和可 燃质为100% 空干基（air dry）：即分析基，煤样在试验室中放置，在室温 20℃相对湿度60％（颗粒<0.2mm）的一般正常条件下，它会失 去一些水份，以这种空气干燥过的分析用试样为100% 干燥基(dry)：以除去水分之外的可燃质和灰份为100%
煤样置于105～110℃的烘箱中使干燥至恒重， 失去的水分
化合结晶水分：石膏CaSO4•2H2O，高岭土Al2O3 •2SiO2 •2H2O
水分对锅炉运行的影响
• 煤中的不可燃成分，降低煤的发热量 • 推迟着火，在燃烧过程中汽化吸热，降低炉膛温度，
第二章 燃料及燃烧计算
是燃料的主
建筑环境与设备专业
一、
挥发分析
残留IT(IT(变形温度变形温度变形温度) ST ) ST ) ST（（软化温度软化温度）
）HT HT （（半球温度半球温度））FT FT（（流动温度流动温度））
kJ/kg。
干燥无灰基
分等物质组成的复杂混合物分等物质组成的复杂混合物，
建筑环境与设备专业南京理工大学
第二章燃料与燃烧计算
时的纯水密度之比值为20τ
当油气
第二章燃料与燃烧计算
不完全燃烧方程式
燃料特性系数
建筑环境与设备专业南京理工大学
第二章燃料与燃烧计算
完全燃烧
建筑环境与设备专业
理论烟气量以
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Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%
图2-1
二、煤 的主要特性 1．燃料的发热量Q：单位质量的固体、液体燃料，在完 全燃烧时所放出的热量(kJ/kg)；单位容积的气体燃料在 完全燃烧时所发出的热量（kJ/Nm3）
灰分（Ash）： 煤中不可燃矿物杂质，成分十分复杂，大多数煤的灰分 含量7%~40%。 1）A 可燃物减少，Qdw ，着火困难，灰渣量增加，运行 操作繁重；
2）A且ST，炉内易结渣，使受热面传热恶化，D
3）A，烟气 wy 流 w wyy 对 对 速流 流受 受热 热面 面， 积 磨传 灰 损热 K 、 严 系 ,D 重 堵 数
Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100% 2.空气干燥基ad； 表示在不含外在水分的条件下，燃料各组成成分的质量 百分数总和， 是实验室煤质分析所用煤样的成分组成。
Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%
3. 干燥基d； 表示在不含水分的条件下干燥燃料各组成成分的质量百 分数总和 干基中各成分不受水分变化的影响
折算水分、折算灰分与折算硫分的概念 硫分、灰分与水分对锅炉工作的影响
1）降低煤的发热量 2）降低燃烧温度，不利于燃料的着火与燃烧 3）增加烟气容积，排烟温度升高，排烟损失增加 ，
锅炉效率下降 4）加剧锅炉受热面的低温腐蚀与积灰 5）增加通风电耗。
采用折算成分的目的 比较锅炉燃烧不同煤时，带入炉内的水、灰和硫的质量 。 定义：每送入炉内1MJ热量，随燃料带入炉内的某成分 的质量。
5．发热量的测定：采用氧弹测热仪
6．发热量的计算
标准煤
单纯以燃煤量的多少来比较不同锅炉的经济性不妥，须 折算到统一标准， 标 准 煤 的 概 念 ， 规 定 低 位 发 热 量 为 7000kcal/kg （ 或 者 kJ/kg，MJ/kg）的煤为标准煤， 将发热量不是7000 kcal/kg的煤统一折算到7000 kcal/kg来 进行比较。 用于计算和比较标准煤耗等
水分(Water、Moisture)： 燃料中的主要杂质，约占5~60%。
内部水分（固有水分）105~110 ℃ 外部水分（表面水分）45~50 ℃ 化合水分（结晶水）灰分的一部分
—瓷土Ａｌ２Ｏ３．２ＳｉＯ２．２Ｈ２Ｏ
1） 水分进入炉内吸热汽化成水蒸气，对燃烧不利；
M Qdw l
2） 在烟气露点时，水蒸气与SO2、SO3生成亚硫酸和硫 酸，造成低温腐蚀；
H： 发热量很高，达28600 kcal/kg，极易燃烧， 煤中含量很少，仅为2%~5%， 液体燃料中可达到14%， 天然气中最多。
O： 1.氧不可燃，且不助燃，氧不以游离状态存在于煤中，与 煤中的氢和碳组成化合物，占据部分可燃质，使煤发热 量降低。 2.氧的含量1~15%，木柴中的氧含量达到20%~25%。
3） M Vy Vpy q2
挥发份： 失去水分的煤样在隔绝空气的条件下加热到一定温度时， 煤分解逸出的部分可燃质和矿物质。 主要成分是CO、CO2、CmHn、H2等。 收到基挥发份含量在5%40%之间。
挥发份的测定
挥发份对煤的着火、燃烧的影响
焦炭的性质——焦结性 焦炭——煤在隔绝空气加热时，水分蒸发、挥发分析出 后固体残余物质。 焦结性——由于煤种不同，焦炭的物理性质、外观等各 不相同焦结性状
煤的成分分析基准及其换算
用各个成分的质量百分数来表示; 水分和灰分所占质量较大，且随外界条件有较大的波动; 采用四种不同的“基”准的质量成分表示: 1.收到基ar； 2.空气干燥基ad； 3.干燥基d； 4.干燥无灰基daf.
1.收到基ar；
表示燃料中全部成分的质量百分数总和 是锅炉燃料燃烧计算的原始依据。
第二章-燃料及燃料燃烧计算.
可燃成分—C，H，部分S 不可燃成分—N，水分，灰分
C： 最主要的可燃质，煤是富含碳的燃料 一般含量：20%~70% 碳含量取决于碳富集程度，炭化及年龄。 燃烧产物主要是CO2 碳的发热量：7800 kcal/kg，4.182×7800 kJ/kg 关于热量单位：
kcal（工程），kJ（国际）， BTU（英制）…
折算成分的表达式
要产生同样的热量，带入锅炉的灰量取决于煤灰分含量 与发热量， 与灰分含量成正比，与发热量成反比。 采用此比例式来代表带入的灰量， 因该比值很小，故乘1000。
折算水分 Ma zsr(Q M ne,V at,a r r)14 0Q M ne,V at,a r r 1000
焦炭结构特征
1） 粉状 3） 弱粘结 5） 不膨胀熔融粘结 7） 膨胀熔融粘结
2） 粘结 4） 不熔融粘结 6） 微膨胀熔融粘结 8） 强膨胀熔融粘结
焦结性对层燃炉燃烧过程的影响 1）粉状焦炭——堆积紧密，妨碍空气流动 ① 烟气流速过大，易被气流携带，形成火床火口； ② 烟气流速过小，燃烧通风不畅，易从通风孔隙中漏入 灰坑 2）强焦结性煤——挥发分逸出后，焦炭呈熔融状态，粘 结成片 ① 内部固定碳难于空气接触而燃尽； ② 燃烧层通风不畅
N： 氮是一种不利的元素，在高温环境下，与氧形成氮氧化 物，对环境危害极大。 煤中氮的含量~1%。
S: 部分S属于可燃质， 发热量仅2160 kcal/kg， 对锅炉设备及环境的危害很大， 硫的含量0.2~5%，甚至更高，超过2%，既为高硫煤。
有机硫 全硫St 无机硫 硫 硫酸 铁盐 矿中 中SS硫 硫 sp
2． 高位发热量 Q gw ：每公斤燃料完全燃烧后所放出的热 量，含所生产水蒸汽汽化潜热，(kJ/kg)
3．低位发热量 Q dw ：每公斤燃料完全燃烧后所放出的热 量，扣除随烟气带走的水蒸汽的汽化潜热的热量，(kJ/kg)
水分来自：①H与氧的反应；②燃料中的含水量Mar 4．各成分分析的高、低位发热量间的关系