01燃料及燃烧

甲烷(CH4)，含量一般在85 ％~98％，发热量很高。 气田煤气： 94～98％ CH4 ，压力高，热值36000kJ/Nm3
天 然 气
油田煤气：75～87％ CH4，>10％的C2H6和C3H8，5~10% CO2，热值 45000kJ/Nm3
煤矿矿井气： 52～60％ CH4 ，>35％ N2，热值18800kJ/Nm3 凝析气田气：含有石油的轻质馏分
第二节 加热炉常用燃料
煤中的灰分(A)：
灰分对锅炉运行的影响：
煤中的不可燃成分，降低煤的发热量，灰份每增加1％，燃料消耗即增加1％ 使受热面受污染影响传热，导致排烟温度升高，降低热效率
使受热面磨损
易产生炉内结渣，并会腐蚀金属管壁 除灰渣系统任务重
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第二节 加热炉常用燃料
重油：原油经加工提炼后剩下的分子量大的油，也称渣油。 加热
燃烧产物中水为0C液态水 燃烧产物中水为20C水蒸气
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第一节 燃料的一般性质
对于1千克燃料高、低发热量之差为： Q高－Q低 = 25.12(W + 9H) kJ/kg
H、W为100 kJ 燃料中的含H量和含水量
热值计算 Q= ∑xiQi，Qi为可燃组分热值，xi为组分含量。 例 发生炉煤气的干组成如下 CO2d% COd% H2d% O2d% CH4d% H2Sd% N2d%
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第一节 燃料的一般性质
固体燃料及液体燃料成分的换算系数：
注： (Ag)% = 100×(Ag)
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第一节 燃料的一般性质
例：已知煤的下列成分，将其换算为应用成分。
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第一节 燃料的一般性质
例 已知烟煤组成如下： Cr% Hr% Or% Nr% Sr% Ag% Wy% 80.67 4.85 13.10 0.8 0.58 10.92 3.20 将其换算成应用基表示的燃料组成?
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主要内容


第一节 燃料的一般性质
第二节 加热炉常用燃料


第三节 燃烧计算
第四节 气体燃料的燃烧


第五节 液体燃料的燃烧
第六节 固体燃料的燃烧
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第一节 燃料的一般性质
燃料的一般分类
来 源 气 态 天然原料 人造原料 天然气 物 液 态 石油 态 固 态 泥煤，烟煤，无烟煤， 褐煤，页岩 焦炭、煤粉等
燃料根据所选用的基准不同，可有如下几种表示方法：

应用基组成 (Cy) + (Hy) + (Oy) + (Ny) + (Sy) + (Ay) + (Wy) =100%

干燥基组成
(Cg) + (Hg) + (Og) + (Ng) + (Sg) + (Ag) =100%

可燃基组成 (Cr) + (Hr) + (Or) + ( Nr) + (Sr) =100%
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第一节 燃料的一般性质
氢(H) 是燃料中仅次于炭的可燃成分，煤的碳化程度越深，含氢量越少，
煤中可燃质含氢2～8％，重油含氢12～13％，炭氢化合物多的燃 料易着火。
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第一节 燃料的一般性质
硫(S)
自然界中硫的存在形式包括有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫。 硫是可燃元素，但热值很低，同时硫燃烧产生的二氧化硫、三氧化 硫会进一步生成亚硫酸和硫酸，腐蚀金属，造成锅炉堵灰。 我国煤的含硫量很低，一般1~2%，但南方某些煤的含硫量较高， 可达3~5%，个别达10%，
解：由干燥基换算成应用基的换算系数：
(100－Wy)/100 = (100-3.2)/100 = 0.968 以应用基表示的灰分组成为： Ay% = Ag%×0.968 = 10.92%×0.968 = 10.57% 由可燃基换算为应用基的换算系数为：
[100-(Ay+Wy)]/100 = [100-(10.57+3.20)]/100=0.86
O2w %=0.2×0.967=0.19%,
CO2 %=7.7×0.967=7.45%
w
N2w %=43.2×0.967=41.77%,
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第一节 燃料的一般性质
燃料的发热量
单位质量或体积的燃料完全燃烧，燃烧产物冷却到参 加燃烧反应物质的起始温度（室温）时所放出的热量，称 为发热量，以Q表示。 发热量分为高发热量(Q高)和低发热量(Q低)。
般认为是不可燃元素 煤中含量很少，一般1%~2%；油中含量0.05%~0.4% 能造成空气污染，须严格控制其生成
还有磷(P)（含量不超过1％）和其它稀有元素，如汞（Hg）、砷（As）、 硒（Se）、锗(Ge)、镓(Ga)、铍(Be)、锂(Li)、钒(V)及放射性元素铀(U) 等，一般含量甚微。
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第一节 燃料的一般性质
(H2Ow) = 0.00124×27.6/(1+0.00124×27.6) ×100% = 3.31% 换算系数为 = (100-3.31)/100 = 0.967
湿煤气组成：
COw %=29.8×0.967=28.82%, H2w %=15.4×0.967=14.89%, CH4w %=3.7×0.967=3.58%,
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第二节 加热炉常用燃料
无烟煤 挥发分含量很低
烟煤 挥发分含量较高
贫煤 着火较困难但不结焦
瘦煤 低挥发分的中等 粘结性的炼焦用煤
褐煤 着火及燃烧均较容易
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第二节 加热炉常用燃料
煤中的水分(M)：
外部水分 内部水分
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，使着 火困难 • 降低锅炉效率 24 • 易引起低温受热面腐蚀
C + H + O + N + S + A + M = 100%
可燃质 惰性质
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第一节 燃料的一般性质
炭(C) 是燃料的主要成分，以煤中可燃性成分重量为100％，炭占煤成
分的50～98％，植物纤维含炭44～55％，泥煤含炭50～60％，褐 煤含炭60～77％，无烟煤含炭90～98％
纯碳的着火和燃烧很困难，煤的含炭量越多，着火与燃烧 越困难，但发热量大
高发热量？
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第二节 加热炉常用燃料
常用于加热炉的燃料有煤、重油、天然气、高炉煤气及焦炉煤气、 发生炉煤气等。
固体燃料 各 类 燃 料
天然固体燃料是煤：泥煤， 褐煤，烟煤，无烟煤 天然气
气体燃料
高炉煤气 焦炉煤气 发生炉煤气
液体燃料
石油及其加工产品
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第二节 加热炉常用燃料

煤：是远古植物在地质变化中形成的，因此，它含有
高炉煤气、 汽油、煤油、 柴油、 焦炉煤气、 发生炉煤气 重油等
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第一节 燃料的一般性质
1、固体、液体燃料组成
固体燃料和液体燃料都是古代动、植物埋藏地下，经
过长期的地质和化学作用而生成，其基本组成元素有:
碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S），
除此还有含有一定数量的灰分（A）和水分（W）。
优点：点火容易，易与空气混合达到完全燃烧，调节方便 用途：制取合成氨、炭黑、乙炔等化工产品的原料气，优质的燃料气
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第二节 加热炉常用燃料
高炉煤气：炼铁时的副产品，主要成分CO，其余为惰性气体CO2和N2 液化石油气：开采和炼制石油过程中而获得的一部分炭氢化合物，主要成 分为C3H8，C3H6，C4H10，C4H8，习惯上称C3,C4
5.5
28.0
13.4
0.4
0.5
0.2
52.0
水分含量H2Ow%= 3.13%。试计算该煤气以湿组成表示 的低发热量。(已知发热量 CO: 12648kJ/m3, H2: 10806kJ/m3, CH4: 35960kJ/m3, H2S: 23170kJ/m3)
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解：将干组成换算为湿组成，其换算系数: (100－H2Ow)/100 = (100-3.13)/100= 0.969 CO2w%= 5.5%×0.969= 5.33% COw%= 28%×0.969= 27.13% H2w%= 13.4%×0.969= 12.98% O2w%= 0.4%×0.969= 0.39% CH4w%= 0.5%×0.969= 0.48% H2Sw%= 0.2%×0.969= 0.19% N2w%= 52%×0.969= 50.39% Q低w= 0.2713×12648 + 0.1298×10806 + 0.0048×35960 + 0.0019×23170= 5051kJ/m3
d gH 2O
d 0.00124 g H 2O
1 0.00124 g
d H 2O
来自百度文库
%
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为1m3干气体在某温度能吸收的饱和水蒸气的质量（g/m3）
第一节 燃料的一般性质
例：某天然气的干燥成分为φ(CH4d)＝90.80％，φ(C2H6d) ＝5.78％，φ(C3H8d)＝1.59％， φ(CO2d)＝0.40％， φ(Nd)＝1.43％，求25℃时的湿成分。
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第一节 燃料的一般性质
以应用基表示的其它成分为: Cy% = Cr%×0.86=80.67%×0.86=69.38% Hy% = Hr%×0.86=4.85%×0.86=4.17% Oy% = Or%×0.86=13.10%×0.86=11.27% Ny% = Nr%×0.86=0.80%×0.86=0.69% Sy% = Sr%×0.86=0.58%×0.86=0.5% 此烟煤的应用基组成为： Cy% Hy% Oy% Ny% Sy% Ay% Wy% 69.38% 4.17% 11.27% 0.69% 0.50% 10.57% 3.20%
高硫煤：含硫量大于2%的煤质
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第一节 燃料的一般性质
氧(O) 氧是不可燃元素，在燃料中已和碳、氢化合，使其可燃成分相对减少
固体燃料的含氧量随碳化程度的加深会较少，无烟煤含氧量1%~2%， 其他煤的碳氧量10%左右 油的含氧量很少，1%左右
氮(N) 通常情况下不可燃，条件满足时可生成NOx，但生成量很少，一
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第一节 燃料的一般性质
2、气体燃料组成
湿组成： 干组成：
100 ( H 2O w )% % 计算时干湿成分换算公式： (CO ) (CO )% 100 ( H2OW ) 为水蒸气的体积分数含量。
w d
气体燃料的水分含量一般等于某温度下的饱和水蒸气量
( H 2OW )
沼气：60% CH4，35%CO2，还有少量的H2和CO
炼焦炉煤气：冶金工业炼焦炉的副产品，是煤受热所析出的挥发分，主要成 分50~60％ H2，20% CH4，其余为少量CO2和N2 发 生 炉 煤 气 空气煤气：煤在空气不足的条件下燃烧，所生成的CO，主要成分 30%CO，56%N2，<10%H2，热值小于6000kJ/Nm3 水煤气：用水蒸汽与炽热的煤反应，可生成水煤气，主要成分 40~50%CO，45～55%H2，其余为少量的CO2和N2，热值为 8300~10500kJ/Nm3
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第一节 燃料的一般性质
例 已知发生炉煤气组成 % COd, H2d, CH4d, O2d, N2d, CO2d % 29.8, 15.4, 3.7 0.2 43.2 7.7 煤气温度为26℃，求该煤气的湿组成百分含量?
解：查附录2，当煤气温度26℃时，其饱和水蒸气标态含量 g= 27.60g/m3,
一般植物所含的形成有机物的炭、氢、氧、氮、硫等
元素，以及灰份和水份等惰性物质。
煤的分类
过去煤分类多沿用煤的气化、炼焦、煤化工等分类方法 分类（包括褐煤、长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、 不粘煤、无烟煤），根据锅炉设计、运行的经验，发现该法 不适于动力用煤的分类，于是按干燥无灰基挥发份的含量分 类为无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤等种类
炉上所用的液体燃料主要是重油。可分为常压重油、减压重油和裂 化重油。
重油主要为碳氢化合物，杂质很少。低发热量为40000～42000kJ/kg。
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第二节 加热炉常用燃料
气体燃料：天然气，液化石油气，沼气，焦炉煤气，高炉煤气及发生炉煤气等。
天然气：直接由地下开采，工业经济价值很高的气体燃料。主要成分为
本章要点：
当前伴随着全球能源紧张，煤和油气燃料矿产资源开采 和利用均面临着极度困境，为此有效地利用燃料来供给国民 经济和社会发展需求，是本章学习的背景知识。 了解各类化石燃料的热工特性、燃烧计算、生成烟气与 所需空气比例等热工基础知识十分必要。学习本章为进一步 熟悉掌握燃料燃烧机理、燃烧过程、燃烧设备操作和节能环 保措施设计奠定扎实的基础。