第二章 燃料及燃烧

湿 干
(式中X表某成分)
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B、液体和固体燃料的化学组成及各成分的换算
（1）液体和固体燃料的化学组成 固体和液体燃料的基本组成有C、H、O、 N、S、 W(水分) 及 A ( 灰分 ) ，其中 C 、 H 、 S 能燃烧放热构成可燃成分，但 S 燃烧
后生成的而氧化硫为有毒气体。所以视硫为有害成分；氧和氮
氢[H]：是固体和液体燃料的第二主要成分。在燃烧中
有两种存在形式：一种叫可燃氢，燃烧时能大量放热；另一 种叫化合氢，与氧结合为水，不能燃烧放热。 氮[N2]：氮不参加燃烧反应，不能放热，是燃料中的惰 性物质。氮存在时相对降低了碳、氢等可燃物的含量，但因 含量较少，通常只有l~2%左右，故危害不大。燃料燃烧后氮 仍以本身形态进入废气。
体积(m2)重碳氢化合物燃烧，约放出71176 kJ热量。
气体燃料中的氧，在高温预热的情况下，能与可燃成分作用，从而降 低气体燃料燃烧时的放热量。若氧的含量超过一定数量，则有爆炸危险。
因此，氧的含量应受到限制，一般应小于0.2%。
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(2)气体燃料成分的表示方法
气体燃料成分的表示方法有两种：即湿成分和干成分。 湿成分（包括水分在内) ： CO湿+ H2湿+CH4湿+N2湿+···+H2O湿=100%
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氧[O]：氧是固、液体燃料中的有害组成物，它不能燃烧，
也不能助燃。因为它已和燃料中的碳、氢等可燃物形成H2O、CO 等氧化物，使这部分可燃物不能燃烧放热，从而降低了燃料的发
热能力。
硫[S]： 是有害组成物，在燃料中有三种（有机硫、、黄铁 矿硫、硫酸盐硫）存在形式。前两种硫能燃烧放热，计算中把它
100 /[100- ( W用+A用) ]
干燥成分“干” 供应成分“供”
[100- ( S干+A干) ]/100 [100- ( S用+A用+W用) ]/100 [100- ( W用+A用) ] /100
(100-A干) / 100 —— 100 / (100-W用)
(100-W用) / 100 ——
第二章
燃料及燃烧计算
2.1燃料的特性
1.燃料的定义 凡是在燃烧时(剧烈地氧化)能够放出大量的热，并 且此热量能有效地被利用在工业或其他方面的物质称为
燃料。
所谓有效地利用是指利用这些热源在技术上是可能 的、在经济上是合理的。
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2.对燃料的要求 （1）在当今技术条件下，单位质量(体积)燃料燃烧 时所放出的热可以有效地利用。 （2）燃烧生成物是气体状态，燃烧后的热量绝大部 分含欲其气体生成物之中，而且可以在放热地点以外利
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C、发生炉煤气
•在没有高炉煤气和焦炉煤气的地区，可以将固体燃料
直接加工得到发生炉煤气，
•主要成分是CO，含量不到三分之一，其次是H2，含量
可达10%，不燃成分主要是N2，含量超过50%。
•发生炉煤气发热量比较低，仅5020~6280kJ/m3。
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D、天然气 •天然气是一种发热量很高的优质燃料。 •主要可燃成分是甲烷CH4，含量在80%以上，发热量约为 3490~37680kJ/m3，理论燃烧温度高达1090℃。 •有的天然气和石油产在一起，叫做伴生天然气，它的主 要可燃成分除了甲烷以外，还含有较多的不饱和烃(约占 30%)，发热量高达41870kJ/m 3。
的化学组成用干成分表示，而气体燃料在使用时所具有的
实际成分为湿成分，所以湿成分是气体燃料的供用成分， 在进行燃烧计算时必须以湿成分为依据。
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（3）气体燃料的化学组成及干湿成分换算
湿成分与干成分之间可以相互换算，换算的原则
质量守恒。其步骤是：
先由表查出
然后由
g H 2O
干
最后计算出水分的含量：
100 - H 2O湿 X X % 100
• 每个牌号的命名是按照该重油在50℃时的恩氏粘度来
确定的。
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E t
t C时200毫升油的流出时间 20C时200毫升水的流Fra Baidu bibliotek时间
•
重油的粘度 粘度是表示流体质点之间内摩擦力大小的一个物理 指标。粘度的大小对重油的输送和雾化都有很大影响，因 粘度愈大流动性愈小。
E t t C时200毫升油的流出时间 20C时200毫升水的流出时间
• 高炉煤气发热量很低，仅3560~3980kJ/m3，一般与焦炉煤
气混合使用。
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B、焦炉煤气 •焦炉煤气是炼焦生产的副产品，每炼一吨焦炭大约得到 300~380标米3煤气。 •主要成分是H2，含量超过50%，其次是CH4，含量占
25%，其余是少量CO、N2、CO2、H2S等。
•焦炉煤气发热量比较高，可达16750~l8840kJ/m3，一 般做为民用燃料，也可与高炉煤气混合使用。
用生成物中所含的热量。
（3）燃烧产物的性质时熔炼(加热)设备不起破坏作 用，无毒、无腐蚀作用。
（4）燃烧过程易于控制。
（5）有足够多的蕴藏量，便于开采。
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3.燃料的种类
按物态可分 固体燃料、液体燃料和气体燃料 按来源可分 天然产品和加工产品 两种 三类
工业用燃料一般分类
燃料来源 燃料的物态 固体燃料 天然产品 木柴、煤、油页岩等 加工产品 木炭、焦炭、粉煤
E、使用煤气安全知识
使用煤气要注意安全。输送管道要严密无缝隙。防毒、防 爆，严格遵守煤气安全制度。
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二、液体燃料
• 液体燃料包括汽油、煤油、柴油及重油等。冶金炉及其 他工业炉用的液体燃料主要是重油。重油较稠浓，为黑褐 色或绿褐色，发热量高达39780～41870kJ/kg。重油是石 油的加工产物，是高炉较为理想的喷吹燃料。 • 我国商品重油共分4个牌号，即20、60、100和200号 重油。
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6.常用燃料的种类、性质和用途
一、冶金生产常用煤气有高炉煤气，焦炉煤气，发生炉 煤气，天然煤气。 A、高炉煤气
• 高炉煤气是炼铁生产的副产品，冶炼每吨生铁大约得到
4000标米3的煤气 。 • 主要可燃成分为CO，含量随着炼铁生产波动而波动，一般 不超过三分之一。大量是不可燃的N2，含量超过50%，CO2 含量超过10%。
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三、固体燃料 木材、木炭、煤、焦炭、粉煤等都是固体燃料，在 冶金生产中有实用意义的是煤、焦炭和粉煤。 A、煤
• 我国煤的特点是：
煤质优良，储量丰富，分布普遍。 • 按照煤的生成过程，煤可分为四类：
泥煤、褐煤、烟煤及无烟煤。
• 泥煤年龄最轻，无烟煤最老。 • 工业上应用最多的是烟煤。
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a、煤的工业分析 煤是复杂的有机化合物，元素分析比较困难。采用 工业分析法将煤分成四个组成物：挥发物、固定碳、灰分 及水分。 (1) 挥发分 煤是复杂的有机化合物，加热到一定温度，就会分 解放出气体，这些加热分解出来的气体，通常称为挥发分 或挥发物。 根据煤的工业分析国家标准，煤在隔绝空气的条件， 加热到850℃时，分解出来的气体量，作为挥发分含量。 挥发分高的煤燃烧时速度快，温度高，火焰长。
Q DW 339C + 1030H - 109(O - S ) - 25W
用 用 用 用 用 用
/
KJ/ Kg
（3）混合煤气的发热量计算
Q DW xQ1 + (1 - x)Q 2 KJ 3 /m
用 用 用
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C．标准燃料
国家规定标准燃料的发热量等于29.27×10
3
KJ/Kg，即2000Kcal/Kg的燃料为标准燃料，燃 料的发热量与标准燃料发热量的比值称为燃料的热 当量。用以评价燃料质量的优劣。
固体、液体燃料的成分换算系数
已知的 燃烧成分 有机成分 “机” 可燃成分 “燃” 干燥成分 “干” 供应成分 “供”
欲换算的燃料成分 有机成分“机” —— 100 / (100-S燃)
100 /[100- ( S干+A干) ] 100 /[100- ( S用+A用+W用) ]
可燃成分“燃” (100-S燃) /100 —— 100 / (100-A干)
C用+ H用+ O用+ N用+S用+A用+W用=100%
干燥成分：燃料排除水分后的成分
C干+ H干+ O干+N干+S干+A干=100%
可燃成分：燃料不考虑水分和灰分的成分
C燃+H燃+O燃+N燃+S燃=100%
有机成分：燃料只含C、H、O、N四种元素的成分
C机+H机+ O机+N机=100%
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（4）液体和固体燃料成分的表示方法 换算的基本原理是：燃料中各种成分子任何一种表示方 法中，其质量相等。
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(2) 固定碳
就是煤分解出挥发分以后，残留下来的固体可燃物质(不
包括灰分)。 固定碳的主要成分是C。但不是纯C。还残留有少量其他 元素如H、O、N等。 (3) 灰分 煤完全燃烧以后，残留下来的固体矿物灰渣，称为灰分。 (4) 水分
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b、烟煤
烟煤的化学特点是挥发分含量比无烟煤高，作冶金燃 料时，燃烧生成的火焰较长，有利于炉内温度的分布。 固定碳含量大约为50~60%。 灰分一般波动于10~30%之间。
们当作自由存在的硫，并统称挥发硫。最后一种硫不能燃烧，它
以各种硫酸盐的形式存在于燃料中 水分[H2O]：是有害组成物。本身不能放热，还要吸收大量
热以加热其蒸汽至燃烧产物的温度。
灰分[A]：是最有害的组成物。燃料中的灰分就是一些不能 燃烧的矿物杂质。
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（3）液体和固体燃料成分的表示方法
成分表示方法有四种，即： 供用成分：燃料实际使用时的成分
• 重油的闪点 将重油在规定条件下加热，重油随温度的升高有 可燃蒸汽挥发出来，可燃蒸汽与周围空气混合后，当接触 外界火源时，能发生闪火现象，也就是爆炸燃烧的现象。 这时的温度就叫重油的闪点。 重油越重，粘度越大，闪点温度就越高。 • 重油的凝固点 重油冷却到一定温度时，就会凝固而失去流动性， 开始凝固的温度称为凝固点。
液体燃料 气体燃料
石油 天然煤气
焦油、重油、煤油、汽油 高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气
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4.常用燃料的特性
燃料的化学组成
必须分清哪些组成物是发热的，哪些组成物是有害的。
燃料的发热量
这是评价燃料质量的重要指标。
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A、燃料的化学组成及其成分换算
(1)气体燃料的化学组成
气体燃料是由简单气体化合物与气体单质所组成的机械混合物。其中： CO、H2、CH4、C2H4、CmHn、H2S等是可燃性气体成分，能燃烧放出热 量。 CO2、N2、SO2、H2O、O2等则是不燃成分，不能燃烧放热，故其含 量均不宜过多，以免降低燃料的发热能力。 CmHn总称为重碳氢化合物,，包括C3H6、C2H6、C2H2 …等。每单位
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5.燃料的发热量
A.燃料发热量的概念 单位质量(体积)的燃料完全燃烧时所放出的热量称为燃 料的发热量，用Q表示，单位为kJ/kg 或kg/m3 。 根据燃烧产物的状态，燃料的发热量有高发热量 QGW(废
气中的水均冷却成0℃的液态水 )和低发热量 Q DW (废气中的水均冷却成
20℃的水蒸气 )之分，在燃烧计算时一般用 Q DW ，高、低发热
CO湿、 N2湿···等符号分别代表湿气体燃料中各成分的体
积百分含量
干成分(不包括水分在内)： CO干+ H2干+CH4干+N2干+···=100%
CO干、H2干···等符号则分别代表干燥气体燃料中各成分的
体积百分含量。
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气体燃料的水分含量可以认为等于在该温度下的饱和
水蒸汽量。
当气体燃料的温度变化时，饱和水蒸汽含量发生变化， 因而整个燃料的湿成分亦将发生变化。因此，气体燃料的 湿成分只能代表某一固定温度下的气体燃料的成分。故气 体燃料的湿成分不具有代表性，在一般的情况下气体燃料
量之间有如下关系：
Q
y GW
用 用 y QDW + 25.17(W + 9 H ) KJ/
Kg
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B.发热量的计算 （1）气体燃料发热量的计算
用 用 用 用 + + + Q DW 128CO 108H 360CH 4 599C 2 H 4 + 231H 2S 用 KJ 用
m3
（2）固(液)体燃料的发热量计算
水分通常在2~10%范围内。
烟煤的发热量在各类煤中是最高的，低发热量大多介 于27210~3l400kJ/kg之间，最高可达334g0kJ/kg左右。
的存在相对降低了可燃成分的含量，属于有害物质；水分(W)的 存在不仅相对降低了可燃成分含量，而且水分在蒸发时要吸收 大量的热，所以视水为有害物质；灰分的存在不仅降低了可燃 成分的含量，而且影响燃烧过程的进行，在燃烧过程中易溶结
成块，阻碍通讯，造成燃料浪费和增加排灰的困难。
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（2）固(液)体燃料的成分分析 碳[C]：是固体和液体燃料的主要成分。常以其含量评 价燃料的质量。在固体燃料中碳的含量变动在50~90%之间。