材料工程基础
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可燃成分 碳、氢和部分硫 氧、氮、灰分、水分和部分硫
固体燃料、燃料油
不可燃成分
与氢结合为碳氢化合物
C
受热分解后燃烧
C O 2 CO 2 32793 kJ / kg
烟煤、无烟煤含量：75～90％ 燃料油含量：85-88%
固、液燃料的主要热能来源
H
烟煤、无烟煤含量：4～10％ 燃料油含量：10-14%
不受燃料在开采、 运输和贮存过程中 水分变动的影响。
干燥无灰基：无水无灰煤的组成，用下角标“daf”表示。
Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100％
不受燃料在开采、运输、
冼煤和贮存过程中水分、 灰分变动的影响。
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
燃料组成的换算系数
所换算的“基”
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
灰分是燃料中 不能燃烧的矿物杂质
煤：5-50％， 液体燃料：一般<0.3％
A
影响煤的发热量 影响煤的着火与燃烧 影响设备传热效率 水不能燃烧，且升温吸热， 降低燃料的品质。 少量水对燃料燃烧起催化作 用
M
煤：＜1% 燃料油：＜0.6%
元素分析中的O、N、S、M、A 均为燃料的有害成分
固体燃料 燃料油 气体燃料 天然燃料 人工燃料
按照物态分类 矿物 燃料 按获得方式分
生物 燃料
太阳能以化学能形式储存在生物中的一种能量，直接 或间接来源于植物的光合作用，并以生物质为载体
生物乙醇 生物柴油
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
6.1.2固体燃料和燃料油的组成 6.1.2.1元素分析组成
1 Mar 1 Mad
C ar Cad
C ar
1 10% 35% 34.2% 1 8%
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
6.1.2 气体燃料
组成
可燃成分 CO、H2、CH4、CmHn和H2S等
不可燃成分 CO2、 H2O 、N2、O2、SO2 等
组成表示 湿成分
标准燃料
标准煤：Qnet，ar=29300kJ/kg 标准油：Qnet=41820kJ/kg
标准气：Qnet=41820kJ/kJ
6.2 燃料的性质
燃 料 及 其 燃 烧
工业中用经验公式近似计算燃料低位发热量 ①根据元素分析计算
Qnet,v,ar=32793Car+98320Har-9100（Oar-Sar）-2450Mar
灰分A
固定碳FC
= 煤的质量 -
水分M
-
挥发分V
-
灰分A
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
6.1.2.3 组成表示基准 收到基:实际使用的燃料的组成，用下角标“ar”表示。
Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100％
空气干燥基:是指分析实验室里所用的空气干燥煤样
的组成，角标“ad”表示 。 Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100％ 游离水
燃料中水分
内在水Minh —加热 化合水（结晶水）—不能用加热方法测出
水分M
空气干燥后煤样放在烘箱中102~105℃下加热至干燥状态
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
干燥煤样放在带盖坩埚内，在900±10℃ 的马弗炉加热7min所失去的质量
挥发分V
结晶水、碳氢化合物、碳氧化合物、氢气和焦油蒸汽 挥发分高，着火温度低，火焰长，易着火 煤在815℃完全燃烧后的产物 煤中矿物质的 转化产物 灰分增大，妨碍氧在煤焦内部的扩散，同时会增加 灰分中的空隙而使氧在煤焦内部的扩散截面积提高
燃 料 及 其 燃 烧
（4）燃料油（ρ20 ）
Qgr,v,ar=51916.3 -8892.8 (ρ20) 2×10-6
Qnet,v,ar=46424.5+3.1864 ρ20 -8892.8 (ρ20) 2×10-6
（5）气体燃料 Qnet=12600CO+10800H2+35800CH4+59000C2H4+63700C2H6+8060 0C3H6+91200C3H8+118700C4H10+146000C5H12+23200H2S
K０查表，和Hdaf 和Vdaf 有关
(2)无烟煤
Qnet,v,ad=K0-36000Mad-38500Aad-10000Vad
(3）烟煤 Qnet,v,ad=100K1-（100K1+2510）（Mad+ Aad）-1260 Vad –16750Mad
据Vdaf及焦渣特性 查出
6.2 燃料的性质
20
6.2 燃料的性质
燃 料 及 其 燃 烧
6.2.4 气体燃料特性
气体燃料特性随其组成成分的不同而异。 气体燃料物理特性包括密度、热容、粘度等。
6.2.4.1 着火温度（燃烧温度） 燃气开始燃烧时的温度称为着火温度 单一可燃气体在空气中着火温度可查表得到 6.2.4.2 爆炸浓度极限 可燃气体与空气的浓度达到某个范围时，遇到明火会发生爆炸 常见气体燃料爆炸浓度极限可由表得到
6.2.1 燃料的发热量
燃料的发热量（热值）：单位质量或体积的燃料完全燃
烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量称
为燃料的发热量或热值，单位为kJ/kg（kJ/Nm3）。
发热量 弹筒发热量Qgr,v 高位发热量Qgr,p
产物中三氧化硫 、氮氧化 物没有转化
低位发热量Qnet,p
产物中的水以20℃蒸气存在
6.2.3.3 闪点、燃点、着火点：重油的重要性能指标，它
们关系到用油的安全技术及燃烧条件。 6.2.3.4 凝固点：一般随蜡及水的含量的增加而提高。我国生产 的重油的凝固点一般为30～45℃。
6.2 燃料的性质
燃 料 及 其 燃 烧
6.2.3.5 爆炸浓度极限：空气中燃料油蒸气达到一定浓度时，遇
内在水（Mar，inh）:可加热除去的水 外在水（Mar,f）:可空气干燥除去的水分
Mad×（1-Mar,f)=Mar,inh
Mar=Mar,f+Mad×（1-Mar,f)
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
干燥基：绝对干燥的煤的组成， 用下角标“d”表示。
Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad+Md=100％
明火或温度升高到某一数值就会发生爆炸的浓度称为爆炸浓度极限，
有上限和下限。处于上限和下限的浓度区域即油品的爆炸范围
6.2.3.6 残炭：使燃烧器喷口堵塞和磨损 残炭量高的燃料油，其燃烧火焰黑度高，可增加火焰辐射，燃烧时 易析出大量固体颗粒，难以燃烧。
6.2.3.7 机械杂质：重油储存和加热过程中生成的重质粘稠状 物质和难溶解性物质，使系统堵塞，导致燃烧恶化。 避免重复加热、快速加热和温度发生急剧变化，定期疏放排除
2H2 O 2 2H 2O 120370 kJ / kg
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
有机硫— 可燃
硫化物硫—可燃
无机硫
硫酸盐硫—不可燃
燃烧产物对 设备及环境有害
S
单质硫—可燃 固体燃料：0.2 ～ 8%，液体燃料：0.5～1%。
O、 N
氧和氮不能燃烧
降低了燃料的燃烧能力
6.2 燃料的性质
燃 料 及 其 燃 烧
6.2.2 煤的特性
6.2.2.1 煤的燃烧特性
煤的燃烧过程是一个重量损失过程，煤的重量 损失速度也在一定层面上反映出煤的燃烧速度。
热重分析曲线（TGA） 微分热重分析曲线（DTGA） 差热分析曲线（DTA）
来自百度文库
煤着火点的认定？
6.2 燃料的性质
燃 料 及 其 燃 烧
已知“基” 收到基
分析基
1 Mad 1 Mar
干燥基
1 1 Mar
干燥 无灰基
1 1 Mar - Aar
收到基
分析基
1
1 Mar 1 Mad
1 Mar
1
1 1 Mad
1
1 - Ad
1 1 Mad - Aad
1 1 Ad
干燥基
干燥 无灰基
1 Mad
1 - Mar - Aar 1 - Mad - Aad
1
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
【例】已知煤的工业分析：Cad =35%，Mar=10%，Mad=8%， 求Car。 【解】 1kg 收到基燃料折合成空气干燥基燃料时，总质量为 （1-Mar,f）kg。
C ar (1 M ar，f ) C ad
M ar,f Mar Mad 1 Mad
材 料 工 程 基 础
6.1 燃料的种类及其组成
第 四 章 燃 料 及 其 燃 烧
6.2 燃料的性质 6.3 燃烧计算 6.4 燃料的燃烧理论及过程 6.5 洁净燃烧技术
6.1 燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
6.1.1. 燃料的种类 （1）矿物燃料 燃料
燃烧过程中能够发出热量并能利用的可燃物质
燃 料 及 其 燃 烧
产物中水蒸气全部凝结为水
6.2 燃料的性质
燃 料 及 其 燃 烧
煤发热量转换
弹筒发热量Qgr,v
Qgr,p,ad=Qgr,v,ad4147Sad -4994Nad
高位发热量Qgr,p
低位发热量Qnet,p
Qnet,p,ar=Qgr,p,ar2450(Mar+ 9Har)
气体发热量转换
Qnet=Qgr-1969（H2+2CH4+H2S+nCmHn/2)
（用上角标“v”表示）
干成分
（用上角标“d”表示）
COv+H2v+CH4v+CmHnv+H2Sv+CO2v +N2v+O2v+H2Ov=100 ％
换 算
COd+H2d+CH4d+CmHnd+H2Sd +CO2d+N2d+O2d=100 ％
Xv=Xd(1-H2Ov）
6.2 燃料的性质
燃 料 及 其 燃 烧
国家标准规定，焦渣特性分为八级
（2）煤灰的熔融特性（灰熔点） 与灰分组成及燃烧气氛有关 测定方法：三角锥法、小圆柱法
6.2 燃料的性质
燃 料 及 其 燃 烧
6.2.3 燃料油特性
6.2.3.1 密度： 与温度有关，相对密度d20 4 6.2.3.2 粘度：影响重油的装卸、存贮、过滤、输送及雾化， 我国重油的八个牌号是以100℃时运动粘度来分类的。
6.2.2.1 煤的结渣性
结渣性是指煤在燃烧的高温状态下灰分（矿物质）的粘结能力 对煤的燃烧及燃烧设备会产生影响 灰分熔点低，燃烧温度下结渣成块并包覆可燃物，造成煤不完全燃烧。 受热面结渣，传热效率降低，导致煤耗增大。 （1）焦渣（焦炭）特性 煤中水分及挥发分析出后在坩埚中的残留物，包括煤中的固定碳和灰分
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
6.1.2.2工业分析组成 工业分析组成
用工业分析方法得到煤的规范化组成， 不是煤的原始组成，是人们在一定条件 下，用加热的方法将燃料中极为复杂的 成分加以分解和转化而得到的组成
分析项目
水分（M）、挥发分（V）、灰分（A）、固定碳（FC） 外在水Mf —自然干燥 游离水
固体燃料、燃料油
不可燃成分
与氢结合为碳氢化合物
C
受热分解后燃烧
C O 2 CO 2 32793 kJ / kg
烟煤、无烟煤含量：75～90％ 燃料油含量：85-88%
固、液燃料的主要热能来源
H
烟煤、无烟煤含量：4～10％ 燃料油含量：10-14%
不受燃料在开采、 运输和贮存过程中 水分变动的影响。
干燥无灰基：无水无灰煤的组成，用下角标“daf”表示。
Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100％
不受燃料在开采、运输、
冼煤和贮存过程中水分、 灰分变动的影响。
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
燃料组成的换算系数
所换算的“基”
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
灰分是燃料中 不能燃烧的矿物杂质
煤：5-50％， 液体燃料：一般<0.3％
A
影响煤的发热量 影响煤的着火与燃烧 影响设备传热效率 水不能燃烧，且升温吸热， 降低燃料的品质。 少量水对燃料燃烧起催化作 用
M
煤：＜1% 燃料油：＜0.6%
元素分析中的O、N、S、M、A 均为燃料的有害成分
固体燃料 燃料油 气体燃料 天然燃料 人工燃料
按照物态分类 矿物 燃料 按获得方式分
生物 燃料
太阳能以化学能形式储存在生物中的一种能量，直接 或间接来源于植物的光合作用，并以生物质为载体
生物乙醇 生物柴油
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
6.1.2固体燃料和燃料油的组成 6.1.2.1元素分析组成
1 Mar 1 Mad
C ar Cad
C ar
1 10% 35% 34.2% 1 8%
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
6.1.2 气体燃料
组成
可燃成分 CO、H2、CH4、CmHn和H2S等
不可燃成分 CO2、 H2O 、N2、O2、SO2 等
组成表示 湿成分
标准燃料
标准煤：Qnet，ar=29300kJ/kg 标准油：Qnet=41820kJ/kg
标准气：Qnet=41820kJ/kJ
6.2 燃料的性质
燃 料 及 其 燃 烧
工业中用经验公式近似计算燃料低位发热量 ①根据元素分析计算
Qnet,v,ar=32793Car+98320Har-9100（Oar-Sar）-2450Mar
灰分A
固定碳FC
= 煤的质量 -
水分M
-
挥发分V
-
灰分A
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
6.1.2.3 组成表示基准 收到基:实际使用的燃料的组成，用下角标“ar”表示。
Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100％
空气干燥基:是指分析实验室里所用的空气干燥煤样
的组成，角标“ad”表示 。 Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100％ 游离水
燃料中水分
内在水Minh —加热 化合水（结晶水）—不能用加热方法测出
水分M
空气干燥后煤样放在烘箱中102~105℃下加热至干燥状态
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
干燥煤样放在带盖坩埚内，在900±10℃ 的马弗炉加热7min所失去的质量
挥发分V
结晶水、碳氢化合物、碳氧化合物、氢气和焦油蒸汽 挥发分高，着火温度低，火焰长，易着火 煤在815℃完全燃烧后的产物 煤中矿物质的 转化产物 灰分增大，妨碍氧在煤焦内部的扩散，同时会增加 灰分中的空隙而使氧在煤焦内部的扩散截面积提高
燃 料 及 其 燃 烧
（4）燃料油（ρ20 ）
Qgr,v,ar=51916.3 -8892.8 (ρ20) 2×10-6
Qnet,v,ar=46424.5+3.1864 ρ20 -8892.8 (ρ20) 2×10-6
（5）气体燃料 Qnet=12600CO+10800H2+35800CH4+59000C2H4+63700C2H6+8060 0C3H6+91200C3H8+118700C4H10+146000C5H12+23200H2S
K０查表，和Hdaf 和Vdaf 有关
(2)无烟煤
Qnet,v,ad=K0-36000Mad-38500Aad-10000Vad
(3）烟煤 Qnet,v,ad=100K1-（100K1+2510）（Mad+ Aad）-1260 Vad –16750Mad
据Vdaf及焦渣特性 查出
6.2 燃料的性质
20
6.2 燃料的性质
燃 料 及 其 燃 烧
6.2.4 气体燃料特性
气体燃料特性随其组成成分的不同而异。 气体燃料物理特性包括密度、热容、粘度等。
6.2.4.1 着火温度（燃烧温度） 燃气开始燃烧时的温度称为着火温度 单一可燃气体在空气中着火温度可查表得到 6.2.4.2 爆炸浓度极限 可燃气体与空气的浓度达到某个范围时，遇到明火会发生爆炸 常见气体燃料爆炸浓度极限可由表得到
6.2.1 燃料的发热量
燃料的发热量（热值）：单位质量或体积的燃料完全燃
烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量称
为燃料的发热量或热值，单位为kJ/kg（kJ/Nm3）。
发热量 弹筒发热量Qgr,v 高位发热量Qgr,p
产物中三氧化硫 、氮氧化 物没有转化
低位发热量Qnet,p
产物中的水以20℃蒸气存在
6.2.3.3 闪点、燃点、着火点：重油的重要性能指标，它
们关系到用油的安全技术及燃烧条件。 6.2.3.4 凝固点：一般随蜡及水的含量的增加而提高。我国生产 的重油的凝固点一般为30～45℃。
6.2 燃料的性质
燃 料 及 其 燃 烧
6.2.3.5 爆炸浓度极限：空气中燃料油蒸气达到一定浓度时，遇
内在水（Mar，inh）:可加热除去的水 外在水（Mar,f）:可空气干燥除去的水分
Mad×（1-Mar,f)=Mar,inh
Mar=Mar,f+Mad×（1-Mar,f)
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
干燥基：绝对干燥的煤的组成， 用下角标“d”表示。
Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad+Md=100％
明火或温度升高到某一数值就会发生爆炸的浓度称为爆炸浓度极限，
有上限和下限。处于上限和下限的浓度区域即油品的爆炸范围
6.2.3.6 残炭：使燃烧器喷口堵塞和磨损 残炭量高的燃料油，其燃烧火焰黑度高，可增加火焰辐射，燃烧时 易析出大量固体颗粒，难以燃烧。
6.2.3.7 机械杂质：重油储存和加热过程中生成的重质粘稠状 物质和难溶解性物质，使系统堵塞，导致燃烧恶化。 避免重复加热、快速加热和温度发生急剧变化，定期疏放排除
2H2 O 2 2H 2O 120370 kJ / kg
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
有机硫— 可燃
硫化物硫—可燃
无机硫
硫酸盐硫—不可燃
燃烧产物对 设备及环境有害
S
单质硫—可燃 固体燃料：0.2 ～ 8%，液体燃料：0.5～1%。
O、 N
氧和氮不能燃烧
降低了燃料的燃烧能力
6.2 燃料的性质
燃 料 及 其 燃 烧
6.2.2 煤的特性
6.2.2.1 煤的燃烧特性
煤的燃烧过程是一个重量损失过程，煤的重量 损失速度也在一定层面上反映出煤的燃烧速度。
热重分析曲线（TGA） 微分热重分析曲线（DTGA） 差热分析曲线（DTA）
来自百度文库
煤着火点的认定？
6.2 燃料的性质
燃 料 及 其 燃 烧
已知“基” 收到基
分析基
1 Mad 1 Mar
干燥基
1 1 Mar
干燥 无灰基
1 1 Mar - Aar
收到基
分析基
1
1 Mar 1 Mad
1 Mar
1
1 1 Mad
1
1 - Ad
1 1 Mad - Aad
1 1 Ad
干燥基
干燥 无灰基
1 Mad
1 - Mar - Aar 1 - Mad - Aad
1
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
【例】已知煤的工业分析：Cad =35%，Mar=10%，Mad=8%， 求Car。 【解】 1kg 收到基燃料折合成空气干燥基燃料时，总质量为 （1-Mar,f）kg。
C ar (1 M ar，f ) C ad
M ar,f Mar Mad 1 Mad
材 料 工 程 基 础
6.1 燃料的种类及其组成
第 四 章 燃 料 及 其 燃 烧
6.2 燃料的性质 6.3 燃烧计算 6.4 燃料的燃烧理论及过程 6.5 洁净燃烧技术
6.1 燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
6.1.1. 燃料的种类 （1）矿物燃料 燃料
燃烧过程中能够发出热量并能利用的可燃物质
燃 料 及 其 燃 烧
产物中水蒸气全部凝结为水
6.2 燃料的性质
燃 料 及 其 燃 烧
煤发热量转换
弹筒发热量Qgr,v
Qgr,p,ad=Qgr,v,ad4147Sad -4994Nad
高位发热量Qgr,p
低位发热量Qnet,p
Qnet,p,ar=Qgr,p,ar2450(Mar+ 9Har)
气体发热量转换
Qnet=Qgr-1969（H2+2CH4+H2S+nCmHn/2)
（用上角标“v”表示）
干成分
（用上角标“d”表示）
COv+H2v+CH4v+CmHnv+H2Sv+CO2v +N2v+O2v+H2Ov=100 ％
换 算
COd+H2d+CH4d+CmHnd+H2Sd +CO2d+N2d+O2d=100 ％
Xv=Xd(1-H2Ov）
6.2 燃料的性质
燃 料 及 其 燃 烧
国家标准规定，焦渣特性分为八级
（2）煤灰的熔融特性（灰熔点） 与灰分组成及燃烧气氛有关 测定方法：三角锥法、小圆柱法
6.2 燃料的性质
燃 料 及 其 燃 烧
6.2.3 燃料油特性
6.2.3.1 密度： 与温度有关，相对密度d20 4 6.2.3.2 粘度：影响重油的装卸、存贮、过滤、输送及雾化， 我国重油的八个牌号是以100℃时运动粘度来分类的。
6.2.2.1 煤的结渣性
结渣性是指煤在燃烧的高温状态下灰分（矿物质）的粘结能力 对煤的燃烧及燃烧设备会产生影响 灰分熔点低，燃烧温度下结渣成块并包覆可燃物，造成煤不完全燃烧。 受热面结渣，传热效率降低，导致煤耗增大。 （1）焦渣（焦炭）特性 煤中水分及挥发分析出后在坩埚中的残留物，包括煤中的固定碳和灰分
6.1燃料的种类及其组成
燃 料 及 其 燃 烧
6.1.2.2工业分析组成 工业分析组成
用工业分析方法得到煤的规范化组成， 不是煤的原始组成，是人们在一定条件 下，用加热的方法将燃料中极为复杂的 成分加以分解和转化而得到的组成
分析项目
水分（M）、挥发分（V）、灰分（A）、固定碳（FC） 外在水Mf —自然干燥 游离水