硅酸盐工业用燃料

第三章燃料及燃烧过程
1-1 硅酸盐工业用燃料概述
一、燃料的分类：
1、按形态分：固体燃料、液体燃料、气体燃料
2、按来源分：天然燃料、加工燃料。

我国水泥工业一般用固体燃料，旋窑厂多用烟煤，立窑厂多用无烟煤。

陶瓷厂多用烟煤及重油、煤气。

玻璃厂多用重油、煤气。

（一）固体燃料：
常用固体燃料是煤，煤按矿化程度不同可分为泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤、石煤等。

1、泥煤：水分达85~95%，风干后约30%~40%；发热量约1300KJ/Kg，含硫少，可用于制煤气，或作为地方性燃料。

2、褐煤：水分20~40%，风干后12~30%；发热量约13000~17000 KJ/Kg，易自燃，适合作化工原料、制煤气、烧锅炉。

3、烟煤：挥发物10%~45%；固定碳35~75%，灰分7%~30%，水分5%~18%。

发热量21000～29000 kJ/kg，着火温度400～500℃，其主要特点是挥发分高，燃烧时有较长火焰。

4、无烟煤：固定碳高达90％以上，挥发分少，一般小于10％，水分和灰分也较低；发热量25000～29000 kJ/kg；结构致密坚硬，呈石状。

燃点高，火焰短。

5、石煤：石煤是蕴藏在古老地层中的煤炭，有块状、片状、粉状、角砾状，具有高灰、高硫、低碳、低热等特点。

6、煤矸石：煤矸石是在煤矿建设和煤炭采掘、洗选加工过程中被剔出来的废料。

煤矸石因含碳，具有一定热值，尤其是选煤矸石发热量一般在6270kJ/kg以上。

（二）液体燃料
主要是重油，根据加工深度不同分为常压渣油、减压渣油、减粘渣油、商品燃料油等。

由各种饱和烃、和不饱和烃组成，易生成沥青形成堵塞，不宜长期加热。

发热量很高Q=38000~44000(kj/kg)
1、粘度：
我国重油常用的黏度标准是以恩氏黏度（o E）来表示的。

我国重油的牌号是以50℃时油的恩氏粘度值来分类的。

其随温度升高而降低。

其对重油的装卸、贮存、输送及雾化产生影响。

2、闪点、着火点
闪点：火源在1秒钟内扫过液面，若有蓝光闪现但时间不超过3秒者，此时油温称为闪点。

若延续时间超过5秒的称为着火点。

着火点一般高于闪点50℃以上。

最高油温至少应低于闪点10℃以上。

3、凝固点：
重油失去流动性的最高温度。

我国重油凝固点多在30~45℃之间。

（三）气体燃料
1、天然气：主要成分是甲烷（CH4）、含量65~98%，热值高，约为33000~40000KJ/Nm3燃烧温度高，无灰分影响，设备简单，易控制。

2、液化石油气：是石油加工副产品，经加压液化而成，主要成分是丙烷和丁烷，热值92000~120000 KJ/Nm3，是优良燃料。

3、发生炉煤气及城市煤气：发生炉煤气主要成分是CO、H2、和CH4，热值较低，约为6000 KJ/Nm3，是硅酸盐工业中常用气体燃料。

城市煤气是发生炉煤气与焦炉气或石油气混合而成。

主要成分是CO、H2及CH4等。

热值约16000~18000 KJ/Nm3.
二、燃料的组成及分析方法：
1、分析固体与液体燃料组成的方法有元素分析法及工业分析法两种。

⑴元素分析法：
用化学分析的方法，将燃料组成分为碳（C）、氢（H）、氧（O）氮（N）、硫（S）、灰分（A）、水分（M）七种组分。

①碳（C）：碳是燃料中最主要组分，煤中占55%~99%，重油中占86%以上。

与氢、氧、氮、硫组成有机物，受热时，先有机物分解，碳再燃烧，放出大量的热，大约为33900 kJ/kg。

②氢（H）：固体燃料中若含量高，则易着火燃烧，火焰长，一般不超过4%~5%，液体中可达14%。

③氮、氧：不参加燃烧，不放出热量。

含量约1~3%。

④硫（S）：分有机硫、金属硫化物及无机硫酸盐三种。

前二项可参与燃烧，并放出热量。

硫燃烧的产物主要是SO2，它会危害人体健康、腐蚀设备、污染环境，影响产品质量。

固体燃料一般在2%以内，液体燃料中约为0.1%~3.5%。

⑤水分（M）：指自由水及吸附分，不包括结晶水。

水分不能燃烧放热，且汽化时需吸收大量汽化热，故不可过多。

但少量水分对燃烧有促进作用。

液体燃料中1~4%；固体燃料中4%~35%。

⑥灰分（A）：多为硅酸盐等无机化含物。

S1O2、Al2O3占大多数。

固体燃料中占5%~35%，液体燃料中一般不超过1%。

⑵工业分析法：
主要分析固体燃料中挥发分（V）、固定碳（FC）、水分（M）和灰分（A）的含量。

工业分析法比元素分析法简便，一般工厂都能测定，在工业生产中常用。

2、煤的组成的表示基准
不同的分析条件，使同类煤组成不同，故表示燃的组成必须指明所选用的基准。

常用基准有收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基四种。

①收到基：指使用单位收到的煤的组成，也是实际使用的煤的组成。

其右下角标用“ar”表示。

C ar+H ar+O ar+N ar+S ar+A ar+M ar=100% V ar+FC ar+A ar+M ar=100%
②空气干燥基：指实验室中经空气干燥后煤的组成，经烘干机的煤的组成与此近似。

右下角标“ad”。

C ad+H ad+O ad+N ad+S ad+A ad+M ad=100% V ad+FC ad+A ad+M ad=100%
③干燥基：指绝对干燥的煤的组成
C d+H d+V d+N d+S d+A d=100% V d+FC d+A d=100%
④干燥无灰基：指假想的无水无灰的煤的组成。

煤的灰分在开采，运输及洗煤中要发生变化。

而同一矿井的煤的干燥无灰基组成不会发生很大变化。

故煤矿的煤质资料常以干燥无灰基表示。

C daf+H daf+O daf+N daf+S daf=100% V daf+FC daf=100%
不同基准的组成间可进行换算。

3、气体燃料组成及表示方法
气体燃料的可燃成分有H2、CO、CH4、C m H n和H2S，不可燃气体有N2、co2、SO2、H2o等，其组成通常以各气体的体积百分数表示。

气体燃料的表示基准有干、湿两种。

1、湿组成：CO v+H2v+CH4v+…+H2O v=100%
2、干组成：CO d+H2d+CH4d+ (100)
三、燃料的主要性质
1、发热量的概念：
①单位质量或单位体积的燃料完全燃烧所放出的热量，称发热量，以Q表示，单位kJ/kg。

②根据产物中水蒸气状态不同，又分为：
高位发热量：产物中水蒸气冷凝成00C水，
低位发热量：产物中水蒸气为200C水蒸气。

1kg00C的水气化成为水蒸气，需汽化热2500KJ，
Q gr,ar-Q net,ar=2500(M ar/100+9H ar/100)=25(M ar+9H ar)
2、发热量的计算：
①固体燃料及沸点高于2500C的液体燃料按元素分析组成用门捷列夫公式计算：
Q gr,ar=339C ar+1255H ar-109(O ar-S ar)
Q net,ar=339C ar+1030H ar-109(O ar-S ar)-25M ar
②固体燃料按工业分析组成计算：
中国煤炭研究院提出一套经验公式。

对无烟煤（V daf≦10%）：
Q net,ad=K o-360M ad-385A ad-100V ad
对烟煤：Q net,ad=100K1-（K1+25.12）（M ad+A ad）-12.56V ad
③液体燃料的发热量可用门捷列夫公式计算，也可按其密度计算：
Q net=46400+3160ρ20-8780ρ220
④气体燃料的发热量可根据气体的组成来计算。

Q net=126CO+108H2+358CH4+590C2H4+637C2H6+806C3H6+912C3H8
+1187C4H10+1460C5H12+232H2S
3、发热量的测定：
固体燃料及沸点高于2500C的液体燃料的热值可用氧弹式量热计测量。

约1g燃料与2.5~3MP a氧气燃烧。

测得热量为Q DT。

Q gr=Q DT-94.14S-0.0015Q DT
各种气体燃料的发热量可用煤气量热计测定
4、标准燃料：
规定：发热量为29300kJ/kg(7000kcal/kg)的煤为标准煤。

发热量为41870kJ/kg(10000kcal/kg)的燃油为标准燃油。

四、硅酸盐工业对燃料的选用原则
（1）认真贯彻国家有关燃料方面的方针政策。

积极地开展燃料的综合利用，合理地使用国家资源。

（2）从我国燃料资源的实际出发，根据国家当前的能源政策选用燃料。

尽可能采用当地开采的燃料，应坚持就地取材和物尽其用的原则，充分利用地方资源和工业废料，并想方设法采用低质、劣质燃料。

千方百计地节省燃料，降低单位产品的能耗。

（3）满足工业要求，确保产品质量，并为机械化、自动化生产提供条件。

（4）来源充足，保证供应，能满足生产需要。

（5）防止燃料使用造成的公害，注意保护环境，保障人民健康。