燃料与燃烧

以上实用成分合计为100%。 2.2.2. 燃料发热量及计算 燃料的发热量是指单位质量或单位体积的燃料在完全燃烧时所放出的热量，用Q表示，根据燃烧产物中水存在的状态不
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①气体燃料
②固、液体燃料
（2）理论燃烧温度 燃料是通过燃烧反应而释放热量，燃烧温度是指燃料燃烧时其气态产物（烟气）所能达到的温度。燃烧产物所含热量越 多，它的温度就越高。由于燃烧条件不同，燃烧温度有理论燃烧温度tth和实际燃烧温度tc.p。在分析理论燃烧温度时强调 绝热条件下燃料完全燃烧时所达到的温度，其值可根据燃料燃烧过程的热平衡关系求得。即：
固、液体燃料各化学成分的换算系数如表1-2-2所示。
表1-2-2 固、液体燃料各化学成分的换算系数
（2-4） （2-5）
（2-6） （2-7）
已知的燃料组成
有机成分
换算成下列组成的换算系数
可燃成分
干燥成分
实用成分
有机成分
1
可燃成分
1
干燥成分
1
实用成分
1
〖例2-2〗已知烟煤的成分为（%）：Cr81.5、Hr5.00、Or10.00、Nr2.00、Sr1.50，Ag12.00，Wy15.00，求该煤的实用成分。 思路：先求灰分的实用成分Ay，然后根据Wy和Ay求其它元素的实用成分。 解 先求灰分的实用成分Ay，然后根据Wy和Ay求其它元素的实用成分：
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第2章
2.1.1. 燃料的定义及种类 燃料的定义 凡是在燃烧时能够放出大量的热，并且此热量能够经济地被利用在工业和其他方面的物质统称为燃料。但 通常所说的燃料是指那些能在空气中进行燃烧，以碳为主要成分的物质，一般称之为“碳质燃料”，如煤、燃气和重油 等。 燃料的种类 按来源——天然和人造，按物态——气、液和固态。 2.1.2. 组织燃烧过程和炉子工作关系 燃料的燃烧是各种炉子的主要热源。因此，使用燃料的炉子中，燃烧装置是炉子的重要组成部分，而燃料的燃烧过程是 炉子热工过程的重要内容。在炉子设计与生产中考虑如何合理地选用燃料，如何选择和计算燃烧装置，以及如何保证冶 炼所需的高温等是非常重要的。 如：在炼铁的高炉及炼铅的鼓风炉中，热能来自于焦碳的燃烧； 在炼钢的转炉及炼锌竖罐中，热能来自于煤气或天然气或重油的燃烧； 在炼铜的反射炉中，热能来自于粉煤或重油的燃烧， 在闪速炉及基夫赛特炉等自热熔炼设备中，热能主要来自硫化矿精矿的燃烧等等。 2.2. 燃料 燃料同自然界其它物质一样，具有其本身的基本特性，而燃料的化学成分和发热量是燃料的两个基本特性。也是评定燃 料的两个主要指标。 2.2.1. 燃料的组成与换算 气体燃料的化学组成与换算 ⑴.气体燃料的化学组成 可燃组分有CO、H2、H2S、CH4和其它碳氢化合物CmHn。燃气中非燃烧的气体主要有N2、 CO2、SO2、O2和H2O等。 ⑵.气体燃料组成的表示方法和换算 气体燃料有湿成分和干成分两种表示方法，即 湿燃气（又称实用燃气）的组成：
（2-25）
表1-2-6 标准状态下1m3燃气燃烧时的燃烧反应表
湿成分/%
反应方程式（体积比）
需氧体积 /m3·m-3
燃烧产物体积/m3·m-3
CO2
H2O
SO2 N2 O2
COs
1∶ ∶1
H2s
1∶ ∶1
COs
COs
H2s
H2s
CH4s
1∶2∶1∶2
2CH4s
CH4s
2CH4
CnHms
1∶
∶n∶
H2Ss
⑵.固液体燃料发热量根据元素组成进行计算 目前多采用经验公式，如门捷列夫公式： QDW＝339Cy＋1030Hy－109（Oy－Sy）－25Wy
（2-11）
⑶.固液体燃料发热量根据分析结果进行计算 煤的发热量有以下计算公式，即 褐煤 QDW＝（10F＋6500－10W－5A）×4.18－△Q
（2-12）
第2章
同又可分为高发热量QGW和低发热量QDW。 高发热量QGW是指燃料完全燃烧后燃烧产物冷却到使其中的水蒸气凝结成0℃的水时放出的热量；而低发热量QDW是指 燃料完全燃烧后燃烧产物冷却到使其中的水蒸气凝结成20℃的水时放出的热量。QGW与QDW之间的换算公式为：
QGW＝QDW＋25.122(W＋9H)
含量为79%。如果需要按湿空气计算时，则取饱和水蒸汽的含量。 2.3.1. 空气需要量、燃烧产物量及其成分的计算 燃气燃烧空气需要量的计算 理论空气需要量和实际空气需要量。 燃气燃烧的理论空气需要量是根据燃气完全燃烧反应计算出来的，实际空气需要量Ln与理论空气需要量L0之比，称为燃
料燃烧的空气消耗系数，用n表示，即：
（2-3） 式中 Rs——湿燃气中各成分的体积百分数，%； Rg——干燃气中各成分的体积百分数，%；
——1m3干燃气含饱和水蒸气量，g·m-3，它可根据燃气温度由附录查得。 〖例2-1〗 已知煤气的干成分为（%）：COg29.84，H2g15.40，CH4g3.08，CO2g7.73，O2g0.35，N2g43.60。试确定此该煤 气在平均温度为25℃时的湿成分。 思路：查附录得高炉煤气在25℃时 ，根据式（2-3）求的各组分的湿成分。 解 查附录得高炉煤气在25℃时 =26.0g·m-3，根据式（2-3）可求的各组分的湿成分为：
第2章
本章重点 本章难点 主要内容 习题及思考题
2 燃料与燃烧
【本章重点】
（1）燃料的组成与分类 （2）燃料的燃烧过程，富氧燃烧技术及节能 （3）常用燃料的燃烧计算（t、n、L、V、ρ）
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【本章难点】
（1）燃料的化学组成与换算 燃料的种类有很多，但其状态只有三种：气体、液体和固体，其组成是由C、H、O、N、S、元素或化合物以及W（水 分）和A（灰份），成分的表示方式也有很多种；在讲述燃料的成分时可以分别从其状态的来讨论，并重点掌握其换算 关系：
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第2章
燃料燃烧计算的内容有：燃烧需要的空气量、燃烧产物的生成量，成分和密度以及燃烧的温度。 在燃料的计算过程中，为了简便，有以下假设条件： ①气体的体积按标准状态（0℃，101325Pa）下的体积计算。在标准状态下，1kmol的任何气体．其体积为22.4m3； ②.燃料的化学成分，按实际使用状态时成分计算，即固体（液体）燃料为应用成分，气体燃料为湿成分； ③.燃料完全燃烧，当温度不高于2100℃时，不计热分解消耗的热量和分解的产物； ④.燃料燃烧需要的氧气来自空气。空气的成分由O2和N2组成，不计其他气体。按体积，空气中O2的含量为21％，N2的
工业分析法测定结果所表示的为工业分析成分。
⑴.固体和液体燃料的元素分析法
固体和液体燃料虽然物理状态不同，但它们都是由碳、氢、氧、氮、硫五种元素以及水分和灰分等杂质所组成。它们在
燃烧过程中的变化及对燃烧的影响分述如下：
碳（C）
碳在固液体燃料中以单质和化合物状态存在，而在液体燃料中则完全以化合物形态存在。
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【主要内容】
2.1. 概述 目前世界的能源使用情况看，燃料能仍然占90%左右，所以现代工业中的主要能源还是燃料燃烧后产生的热 量，在冶金工业中所使用的天然燃料主要是煤、石油和天然气等。 为了合理选用燃料，必须了解所用燃料的特性以及燃烧过程的各种参数（如发热量、空气需要量、燃烧产物量和组成、 燃烧温度等）的计算。
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第2章
固体和液体燃料的化学组成与换算
固体（液体）燃料的化学成分可用元素分析方法和工业分析方法测定。元素分析法测定结果所表示的为元素分析成分；
（2-9）
标准燃料 规定发热量为29308kJ·kg-1（气体燃料为29308kJ·m-3）的燃料为标准燃料。
发热量的计算 发热量可用量热计测量，但在炉子热工计算中，则根据成分进行计算。 ⑴.气体燃料发热量的计算 燃气发热量是简单可燃气体燃烧放出热量之和，即 QDW＝126.2COs＋107.8H2s＋359.1CH4s＋597.7C2H4s＋……＋231.2H2Ss （2-10）
（2-1） 式中 COs、H2s、N2s……——分别代表湿燃气中CO、H2、N2等在其中所占的体积百分数，上标“s”是燃气湿成分的标 志。
（2-2） 式中 COg、H2g、N2g……——分别代表干燃气中CO、H2、N2等在其中所占的体积百分数，上标“g”是燃气干成分的 标志。 将干成分换算成湿成分的通式为：
气燃烧过程便于控制，火焰长短、燃烧温度、炉气性质等便于调节；燃气便于 输送，燃烧操作劳动强度小，劳动环境好。 燃气质量 主要取决于它的化学成分，含碳氢化合物愈多，则燃气的质量愈好。 液体燃料 主要有重油、重柴油和轻柴油。 特点 重油发热量高、燃烧时火焰辐射能力大和燃烧过程便于控制和调节。重油为褐色或黑色，是天然石油（原油）蒸 馏后的常压、减压渣油和裂化渣油等残渣油的统称。重油的性能不仅和原油有关而且和加工方法有关。 性能 粘度Et（oE）、密度ρt、比热Ct、导热系数λt、熔化潜热、闪点和燃点、自燃点及凝固点。
1∶ ∶1∶1
H2Ss
H2Ss
H2Ss
硫（S）
在固液体燃料中的含量仅为1～2％。 固液体燃料中的硫以三种形态存在：①有机硫，与碳、氢化合的硫；②硫化硫；③硫酸盐 硫，存在于各种硫酸盐中。有机硫和硫化矿中的硫能燃烧，称可燃硫或挥发硫，其燃烧产物 SO2有毒；硫酸盐中的硫不能燃烧。