燃料课程复习.

第一篇燃料概论燃料的概念：各种（有机和无机）复杂化合物的混合物，通过燃烧可以将其化学能转变为热能的物质，同时在技术上是可行的，经济上是合理的。标准煤的概念:标准煤是指每千克应用基低位热值为29.27兆焦（MJ）（相当于7000卡）的煤。第一章固体燃料一、煤的种类：泥煤，褐煤，烟煤，无烟煤1、泥煤地质年代最近的煤，含水量40％以上，风干堆积密度300-450kg/m3，在化学成分上氧含量高达30%左右，含炭量相对较低。挥发分高，可燃性较好。含硫量较低，机械强度低。主要用于锅炉和汽化原料。２．褐煤由泥煤进一步变化而成，完成了植物遗体的炭化过程，密度较大，含炭量较高，含氢和氧量较少，挥发分产率低，吸水性小，机械强度较大。第一章固体燃料３.烟煤由褐煤进一步变化而成，密度大，含炭量较高，含氢和氧量较少，挥发分产率低，吸水性强，堆积密度750-800kg/m3，机戒强度较大，最大特点是粘接性好。烟煤使用范围广，是冶金和动力工业不可缺少的燃料，也是炼焦的主要原料。４．无烟煤炭化程度最高，地质年代最久远的煤，含炭量最高，密度大，机戒强度大，挥发分极少，吸水性小，热值高，灰分少，含硫量低。第一章固体燃料CHON泥煤57.05.236.81.0褐煤65.04.030.01.0烟煤88.05.35.01.7无烟煤94.02.91.91.2二、煤的化学组成（煤都是由七种成分组成）无机物——矿物质（A），水分（M）有机物——C，H，O，N，S（元素形式）第一章固体燃料三、煤的成分表示基准及其换算————————应用基（ar）————————————————空气干燥基（ad）——————————————干燥基（d）————————可燃基（daf）————A——CHONSMA—FC———————V—————M灰分固定炭挥发分水分应用基成分：Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy%+Ay+My=100%干燥基成分：Cg%+Hg%+Og%+Ng%+Sg%+Ag=100%可燃基成分：Cr%+Hr%+Or%+Nr%+Sr%=100%第一章固体燃料四、煤的主要特性(一)煤的发热量（热值）1．煤的发热量的基本概念煤的发热量是评价燃料质量的重要指标，也是计算燃烧温度和燃料消耗量的重要依据。高发热量Qh（MJ/kg）：燃料完全燃烧后燃烧产物冷却到使其中的水蒸气凝结成0℃的水时放出的热量。低发热量Ql（MJ/kg）：燃料完全燃烧后燃烧产物冷却到20℃时放出的热量。第一章固体燃料五、煤的主要特性(一)煤的发热量（热值）（二）煤的比热和导热系数(三)粘结性和结焦性（四）热稳定性（五）反应性和可燃性（煤的活性）石油产品液化石油气、汽油、煤油、轻柴油、重柴油、重油、残渣油等。汽油、煤油、轻柴油主要用于各种发动机的燃料；重柴油、重油一般用于各种工业窑炉和锅炉的燃料；液化石油气主要用于民用燃料。一、油的化学组成成分：C，H，O，N，S；A，MCHO+NS85-88%10-13%0.5-1.0%0.2-1.0%第二章液体燃料二、油的使用性能燃油的闪点、燃点和着火点是液体燃料的非常重要的性能指标，关系到用油的安全技术和燃烧条件。1．闪点、燃点和着火点闪点：遇小火能发生闪火的温度（80-130ºC）。燃点：遇小火闪火后能继续燃烧的温度（闪点+10ºC）。着火点：温度继续升高并发生自燃的温度（500-600ºC）。第二章液体燃料2.重油的粘度3．重油的密度ρ20=0.92-0.98t/m34．比热和导热系数Cp=1.3～1.7kj/kg.℃5．重油的发热量QL=39.9～42.0MJ/kg5．重油的含硫量重油含硫量不能大于1%。第二章液体燃料一、城市燃气符合国家城市燃气标准的气体燃料叫城市燃气(城市燃气分类GB/T13611-92)。1．人工煤气（R）（Manufacturedgas）焦炉煤气：炼焦过程的副产品油制气：利用重油进行热裂解和催化裂解获得的气体燃料。主要成分：H2COCH4CmHnN2CO2O2第三章气体燃料第三章气体燃料2．天然气（T）（气田气和油田气）（Naturalgas）一种从气田或者油田直接开采的天然气体燃料（主要成分CH4=90～98%）。主要成分：CH4CmHnN2CO2（微量H2O，H2S）QL=35000～37000kJ/Nm3（8000-10000kCal/Nm3）密度：0.7～0.8kJ/Nm33．液化石油气（Y）LPG—LiquifiedPetroleumGas石油炼制过程的副产品，主要成分为C3和C4的烃类（主要是丙烷、丁烷和丁烷、丁烯），在常温下加压（大约1.6MP）就可以液化，可以用高压储罐储存，减压就可以汽化。主要成分：C3H8C4H8C3H10C4H10CmHn气态热值：QL=87900～108900kJ/Nm3（21000-26000kCal/Nm3）液态热值：QL=45200～46100kJ/Nm3气态密度：1.95～2.36kJ/Nm3第三章气体燃料二、气体燃料的组分1．可燃组分气体：H2，CO，CH4，CmHn，2．不可燃组分气体：N2，CO2，O2，H2O3．杂质：有机硫，H2S，NH3，焦油蒸汽等第三章气体燃料三、气体燃料成分的表示方法气体燃料都是由各单一气体组成的混合物。燃气的来源和种类不同他们的组成和发热量也不同。1.成分表示方法气体燃料的组成是用所含各单一气体的体积百分数来表示的，有所谓“湿成分”和“干成分”两种表示方法。湿成分：COS%+HS2%+CHS4%+COS2%+NS2%+OS2%+H2OS=100%干成分：COg%+Hg2%+CHg4%+COg2%+Ng2%+Og2%=100%第三章气体燃料第二篇燃料燃烧计算燃烧计算的基本原理：燃料+氧化剂=燃烧产物煤、油、燃气空气/氧气CO2、H2O、SO2、N2、O2，灰不完全燃烧产物还有：CO、H2、CH4，C计算的主要依据：质量守衡——物料平衡（计算空气量和烟气量）能量守衡——热量平衡（计算燃烧温度）第四章空气需要量及燃烧产物生成量一、固体和液体燃料的理论空气需要量计算理论空气量：按化学计量比计算的单位燃料完全燃烧所需要的空气量叫理论空气量（Nm3/kg；Nm3/Nm3）。燃料成分为：C%+H%+O%+N%+S%+A%+W%=100%可燃组分为：C，H，S其中碳的燃烧：C+O2=CO2数量关系：12+32=44（kg）每公斤碳燃烧的需氧量为：1+8/3=11/3（kg/kg）第四章空气需要量及燃烧产物生成量对于氢的燃烧：H2+0.5O2=H2O数量关系：2+16=18（kg）每公斤氢燃烧的需氧量为：1+8=9（kg/kg）硫燃烧时：S+O2=SO2数量关系：32+32=64（kg）每公斤氢燃烧的需氧量为：1+1=2（kg/kg）第四章空气需要量及燃烧产物生成量因此，每公斤燃料完全燃烧所需要的理论氧气质量为：（kg/kg）(4-2)在标准状态下1kgmol的气体体积量为22.4Nm3，所以标准状态下氧的密度为32/22.4=1.429Nm3/kg。故每公斤燃料完全燃烧所需要的理论氧气体积量为：（Nm3/kg）(4-3)1001)838(2.0OSHCGO1001)838(429.112.0OSHCLO第四章空气需要量及燃烧产物生成量一般的工业燃烧都是在空气中燃烧，燃烧所需要的理论空气量为：（Nm3/kg）(4-5)或者可以写为：（Nm3/kg）(4-5a)1001)838(21.0429.11.0OSHCL)33.333.367.2689.8(01.0.0OSHCL　第四章空气需要量及燃烧产物生成量二、气体燃料的理论空气需要量气体燃料的体积百分数成分组成为：CO%+H2%+CH4%+CnHm%+H2S%+CO2%+O2%+N2%+H2O%=100%各可燃组分的化学反应方程式为：其中CO的燃烧：CO+0.5O2=CO2氢的燃烧：H2+0.5O2=H2O碳氢化合物的燃烧：硫化氢的燃烧：H2S+1.5O2=H2O+SO2222mnCO2mOnH)O4m(nHC第四章空气需要量及燃烧产物生成量1Nm3燃气完全燃烧的理论空气量为：（Nm3/Nm3）(4-8)小结：1、理论空气量的大小与燃料的元素成分或气体的成分有关，不同的燃料其理论空气量不同。2、对于液体燃料其元素成分主要是碳和氢，而且含量大致相同，因此液体燃料的理论空气量基本相等。如：汽油L0=11.43（Nm3/kg），煤油L0=11.34（Nm3/kg），重馏分油L0=11.25（Nm3/kg）。222210]5.1)4(5.05.0[76.4OSHHCmnHCOmn2222010]5.1)4(5.05.0[21.01OSHHCmnHCOLmn第四章空气需要量及燃烧产物生成量三、实际空气需要量与过剩空气系数过剩空气系数：n=Ln/L0实际空气量：Ln=nL0过剩空气量：Ln-L0=nL0-L0=(n-1)L0第四章空气需要量及燃烧产物生成量过剩空气系数对实际燃烧过程的影响:1、当n大于1时，实际空气量Ln大于理论空气需要量L0，空气量有富裕，能够满足完全燃烧的需要。但是如果n过大，燃烧剩余的空气量过多，会造成燃烧温度降低，烟气量增加和排烟热损失增大。2、当n小于1时，实际空气量Ln小于理论空气需要量L0，空气量过小会造成燃料的不完全燃烧，燃烧温度也会降低。3、当n=1时，Ln=L0，实际空气量Ln等于理论空气需要量L0，理论上燃料可以完全燃烧，无多余燃料也无多余的空气，此时燃烧的温度最高。这时的燃料与空气之比叫化学当量比。第四章空气需要量及燃烧产物生成量完全燃烧的烟气量计算燃烧产物的量可以根据燃烧反应前后的物质平衡关系进行计算。完全燃时单位燃料燃烧后的产物包括：CO2，SO2，H2O，O2，N2（Nm3/kg）或者（Nm3/Nm3）(4-11)22222ONOHSOCOnVVVVVV第四章空气需要量及燃烧产物生成量一、固体和液体燃料的烟气量对于固体和液体燃料，根据（4-1）可以得到以下各生成物的数量关系：（Nm3/kg）（4-13）000)1(10021100791001.284.22.00124.01001.184.22).9(1004.22.321001.644.2221004.2212444.22100131122222LnVnLNVgnLMHVSSVCCVONOHSOCO第四章空气需要量及燃烧产物生成量将以上代入式（4-11）整理后可以得到燃料完全燃烧的实际烟气量为：（Nm3/kg）（4-14-a）当n=1时，得到燃料完全燃烧的理论烟气量为：（Nm3/kg）（4-14-b）0000124.0)10021(1004.22)281823212(gnLLnNMHSCVn00000124.0100791004.22)281823212(gnLLNMHSCV第四章空气需要量及燃烧产物生成量当不计空气中的水分时，燃料完全燃烧的理论烟气量为：（Nm3/kg）（4-15）完全燃烧的实际烟气量与理论烟气量的数量关系为：（Nm3/kg）（4-12-a）00)1(LnVVn00100791004.22)281823212(LNMHSCV第四章空气需要量及燃烧产物生成量二、气体燃料的烟气量对于气体燃料，由（4-6）根据物质平衡关系可以得到：（Nm3/Nm3）（4-16）00022222)1(10021100791001.00124.01001).2(1001.1001).(22222LnVnLNVgnLOHSHHCmHVSHVCOHnCCOVONmnOHSOmnCOnL第四章空气需要量及燃烧产物生成量完全燃烧时气体燃料的实际烟气量为：理论烟气量（n=1时，不考虑空气的水分）为：气体燃料的实际烟气量也同样可以写为：002222200124.