燃料及其燃烧过程与设备

第三章燃料及其燃烧过程与设备

硅酸盐制品需要消耗大量的热量。

热量的来源：

1、燃烧燃烧产生，即化学能转化为热能。资源丰富，但价格低廉

2、以电为热源，即电能转化为热能。效率高，但相对短缺。

目前硅酸盐行业热源以燃烧为主。

第一节燃料的种类及组成

燃料：在燃烧过程中能过发出热量并能利用的可然物质

燃料的种类

按状态分：

固体燃料：木碳，煤等。其中煤又分为泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤。

液体燃料：石油及其制品。

气体燃料：天然气、人造煤气。

按来源分：

天然原料：

人工原料：

一、固体燃料：

（一）煤的种类及特点：

按国家标准，分为三类:褐煤、烟煤、无烟煤

1). 褐煤：外观褐色，光泽黯淡。水分含量高，热值低，密度较小，含氧量高，化学反应强，极易氧化和自然。常作为加压气化燃料，锅炉燃料

2). 烟煤：挥发份含量高、灰分及水分较少，发热量高。可划分贫煤、焦煤、气煤

3). 无烟煤：挥发份含量低，燃点较高，燃烧时没有粘结性。

（二）、固体燃料的组成及换算：

常用两种表示方法：

（1）元素分析法：C、H、O、N、S、A （灰分）、M

（2）工业分析法：挥发分（V）、固定碳（FC）、A、M

1、元素分析法：C、H、O、N、S、A、M

C：煤中含量最多的可燃元素，一般含量为15-90%

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%，在高温下与氧形成有害物质NOx,污染大气

S：含量小于5%

以三种形式存在：有机硫：与碳氢化合物结合在一起

硫化物中硫：主要存在于FeS2

硫酸盐中硫：存在于各种硫酸盐中（CaSO4 , FeSO4

▪硫为有害物质。S+O2=SO2 、SO2+O2=SO3

SO2+H2O=H2SO3 、SO3+H2O=H2SO4

A：煤燃烧后的产物，为有害物质，降低煤的发热量，造成不完全燃烧损失。

主要产物为：SiO2 、AlO3 、FeO3 、CaO、MgO

M：不可燃物质。水分含量增加即降低可燃物质的含量，也降低煤的发热量

煤中水分以两种形式存在：

外在水分（表面水分）：机械的附在煤表面的水分。经风干及外界条件变化可出去的水分。

内在水分（固有水分）：达到风干后煤中残留的水分。（包括化学吸附水和结晶水）

同种煤的组成成分是波动的，在表明煤的组成时，必须说明选用的基准。

常用煤的基准：

（1）收到基(应用基)（2）空气干燥基（分析基)

（3）干燥基(干燥基)（4）干燥无灰基（可燃基）

1）收到基（应用基）：

以实际使用的煤为基准而测出的煤各元素的质量百分组成。

收到基

（应用基）

收到基水分M ar有两种：外在水和内在水

2）空气干燥基（分析基）：

以实验室使用的风干煤样（用温度为20℃，相对湿度为70%的空气）为基准而测出的煤各元素的质量百分组成。

空气干燥基

分析基

（3）干燥基（干燥基）：

以无水的煤为基准而测出的煤各元素的质量百分组成。

干燥基

干燥基

（4）干燥无灰基（可燃基）：

以无水、无灰的煤为基准而测出的煤各元素的质量百分组成。

干燥无灰基

（可燃基）

各种基之间的转化

例如：收到基与空气干燥基之间的转换。

设：已知Cad、Mar、Mad ，求Car。

解：取100kg收到基煤为基准，相当于空气干燥基煤为：(100–(kg) 二者含碳质量相等：收到基含碳质量=空气干燥基含碳质量

即：

2、工业分析法：

挥发分（V）+固定碳（FC）+A+M=100%

工业分析规程：

煤在隔绝空气的条件下加热，随温度升高发生的变化：

100—150℃：外部水分蒸发

200—450℃：碳氢化合物分解释放出可燃气体（CH4、H2、CmHn）。矿物结晶水逸出---850 ℃：气体挥发停止

1000—1100 ℃：完全停止一切气体逸出，残留下固体焦炭.

二、液体燃料

分类：天然原料：石油

人工原料：重油

常用表示方法：与固体的元素分析法(C、H、O、N、S、A 、M)相同

三、气体燃料：

工业上常用的气体燃料：高炉煤气、发生炉煤气和天然气

组成：用体积百分数来表示。

两种表示方法：干基：不含水蒸气；湿基：含有水蒸气。

气体燃料组分：CO 、H2 、CH4…… CmHn、CO2、O2等

干基：

(新国标）COd +H2 d+CH4d+…… CmHnd、+ CO2 d+ O2d =100%

（旧国标）COg +H2 g+CH4g+…… CmHng、+ CO2 g+ O2g =100%

湿基：

(新国标）COv+H2 v+CH4v+…… CmHnv、+ CO2 v+ O2v +H2Ov=100%

（旧国标）COs +H2 s+CH4s+…… CmHns、+ CO2 s+ O2s + H2Os=100%

干基与湿基二者的换算关系：

第二节燃料的热工性质及选用原则

一、发热量：

1、固体、液体的发热量

（1）定义：单位质量的燃料完全燃烧时所放出的热量。单位：kJ/kg煤

高位热值(QGW)：燃烧产物中的H2O已经冷凝为0℃的液态水。

低位热值(QDW)：燃烧产物中的H2O为20℃的水蒸汽。

注：热值的组成与煤的组成相对应，分为应用基、分析基、干燥基、可燃基热值

（2）高位热值与低位热值的关系

例：与的转换

设:1kg应用基煤中，含水分Ma r/100 kg, Har/100 kg

1kg固燃料生成的水量为：

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 ]