燃料与燃烧计算

能源与燃料•能源是自然环境中存在的，通过人类开发能够产生各种能量的物质资源，是人类赖以生存的基础和国民经济发展的动力•根据能量的利用形式和性质分类•燃料能源——以化学能或原子能形式储存于物质中，通过燃烧或原子裂、聚变后释放出热能的自然资源。如化石燃料、草木、沼气、核燃料•非燃料能源——以光能、机械能或热能形式存在，可以直接利用的能量资源。如太阳能、水能、风能、地热能燃料与燃烧计算能源与燃料•一次能源——自然界中不需加工，可直接应用的能源。煤、原油、天然气、水能、风能、太阳能等•非再生能源——其中矿物燃料和核燃料的生成速度极慢，而消费速度不断增长，最终会枯竭•再生能源——在自然界的物质和能量循环中能够重复生产的能源，如水能、风能、海洋能、生物质能、太阳能等，能量的消耗速度可与再生速度持平，经久使用而不会枯竭•二次能源——经由一次能源处理和能量形式转换而得到的能源。焦炭、重油、煤气、电力、蒸汽等•常规能源——在工农业生产和人类生活消费中得到广泛应用的部分•煤炭、石油、天然气、水力、核裂变等•新能源——其余的部分•太阳能、风能、地热能、海洋能、核聚变能等，受到现阶段科学技术水平的限制，尚未大规模开发和广泛使用能源与燃料中国化石燃料储量及消费结构项目煤／100Mt石油／100Mt天然气／108m3截至94年底探明可采储量(中国／世界总量）1145／10438.633／13731700／141000探明可采储量在世界的排位3101194年一次能源中化石燃料的消费结构／％）75.015.71.9•根据中国化石燃料的储量及开采利用的情况，在相当长的时间内，煤不仅是中国，也是世界上最重要的一次能源第一节燃料的化学成分•锅炉常用燃料的组成•可燃质——高分子有机化合物•惰性质——多种矿物质•燃料的化学成分及含量，可通过两种方法测得•元素分析法——CHONSAM•工业分析法——固定碳Cgd、挥发分V、水分、灰分。广义上还包括煤的发热量、硫分、焦渣特性及灰的熔点测定碳(C)氢(H)硫(S)氧(O)氮(N)水分(W)灰分(A)基本成分一、燃料的元素分析成分吸附和凝聚在颗粒内部毛细孔。不易蒸发，105～110℃可烘干机械附着和润湿在燃料颗粒表面及大毛细孔中。易于蒸发外在水分(Mf)内在水分(Minh)对于既定燃料，绝对含量不变随开采、运输、贮存、气候等条件变化二、燃料成分分析数据的基准与换算•燃料各成分百分数经常变化，提供或应用燃料成分分析数据，须表明其分析基准（计算基数）•元素分析和工业分析，常采用四种分析基准燃料的实际应用成分实验室条件下风干后的成分不受水分影响稳定成分，用于判断煤的燃烧特性和分类各种基换算•已知Cdaf，求Car%100100arardafarWACC•换算公式x＝Kx0换算基相应成分已知基相应成分换算系数例题自学第二节煤的燃烧特性发热量挥发分焦结性灰熔点第三节煤的分类•埋藏在地层深处的古代植物残骸，在地壳压力、地热和隔绝空气等条件作用下，经过几千万年乃至上亿年逐渐碳化而形成的有机生物岩•煤化程度逐年加深，所含水分和挥发物随之减少，碳含量相应增大•形成各类不同品种的煤，表现出不同的特性•按干燥无灰基挥发分（煤化程度）多少，对煤分类第四节液体燃料一、燃料油及其分类•石油经过蒸馏、裂化等一系列加工处理后的部分产品，如汽油、煤油、柴油和重油等•利用石油中不同成分具有不同沸点的原理，进行加热蒸馏，将石油分成不同沸点范围（馏程）的蒸馏产物二、燃料油的物理特性•特性指标——影响输运、贮存和燃烧使用的正常和安全1.密度2.粘度3.凝固点4.比热容5.闪点和燃点6.爆炸极限1.密度•ρ420•柴油：0.831~0.862•重油：0.94~0.98•ρ4t=ρ420-α(t-20)•密度越小，含氢量越多，含碳量越小，发热量越高2.粘度•表征流动性能的特性指标•粘度大，流动性差，在管道内输送阻力大，装卸和雾化困难•燃料油在t℃时的恩氏粘度Et＝τt／τ20oE•换算：运动粘度——恩氏粘度•燃料油粘度与其成分、温度、压力有关，温度提高后粘度降低•在运输、装卸和燃用时需预热，通常要求喷嘴前油温在100℃以上，粘度不大于4oE200ml试验油在温度为t℃时从恩氏粘度计中流出的时间粘度计常数：200ml、20℃的蒸馏水从同一粘度计中流出的时间（51±1s）3.凝点•燃料油由液态变为固态时的温度•复杂的混合物，没有一定的凝固点：随温度逐渐降低时，变得越来越稠，直到完全丧失流动性•测定方法•将试样油放在试管中冷却，倾斜450，试管中的油面经过5~10s保持不变时的油温•汽油：-80℃；柴油：-30~-50℃；重油：15~36℃•低温下输送凝点高的油时，油管易阻塞不通，应采取加热或防冻措施4.比热容•1kg燃料油温度升高1℃所需要的热量•Ct=1.73+0.002tkJ/(kg.℃)•重油在20~100℃时，平均比热容近似为1.8~2.1kJ/(kg.℃)5.闪点与燃点•闪点•在温度升高时，油面蒸发的油气增多，当油气和空气的混合物与明火接触时，发生短暂的闪光(一闪即灭)时的油温•燃点•油温继续升高，当油面上的油气与空气的混合物遇明火能着火持续燃烧(持续时间不少于5s)时的油温•燃点高于闪点，重油的闪点为80~130℃，燃点比闪点高10~30℃•闪点是防止油发生火灾的一个重要指标，燃料油的预热温度必须低于闪点6.爆炸极限•引发爆炸时空气中含有燃料油蒸气的体积分数或浓度•爆炸上限、爆炸下限•轻质燃料油的爆炸范围较小，重质燃料油的爆炸范围较大，即其爆炸危险性大•汽油1.4~8%•原油1.7~11.3%三、锅炉常用燃料油•锅炉常用燃料油分柴油、重油•柴油一般用于中、小型供热锅炉、生活锅炉以及大型锅炉的点火和稳定燃烧•重油大多用于电站锅炉•燃料油成分与煤一样，主要元素是碳和氢——清洁型燃料•氢含量多——发热量高，易着火燃烧；燃烧后生成大量水蒸气，容易在尾部低温部位凝结，导致低温腐蚀•管道运输——便于运行调节、储存、管理•灰含量低——不需除渣，受热面很少积灰和磨损1.柴油•密度较小，黏度小，流动性好，雾化不用预热，可用直接点火方式启动锅炉；含硫量不大，对环境污染小，容易挥发，发生火灾的可能性和危险性大•按馏分的组成和用途分轻柴油和重柴油•轻柴油运输和使用温度必须高于凝点3~5℃，避免油管堵塞轻柴油优等品一等品合格品100-10-20-35-50按凝点按质量2.重油•石油炼制加工工艺中提取轻质馏分后的重质馏分和残渣的总称，燃料油中密度最大的油品•重油按0E50分四个牌号：20、60、100、200•相应于该油品在80℃时的运动黏度值3.渣油•蒸馏塔底的残留物，不经处理直接作为燃料。主要成分为高分子烃类和胶状物质，含硫量相对较高第五节气体燃料•天然气体燃料•自然界中直接开采和收集的，不需加工即可燃用的气体燃料•人工气体燃料•以煤、石油或各种有机物为原料，经过各种加工而得到的气体燃料•沼气——生物质能源第六节燃料的燃烧计算•燃料中的可燃元素和氧气在高温条件下进行的剧烈氧化反应过程，同时放出大量的热量。燃烧充分的条件•高温环境；充足氧气；氧气与燃料充分混合接触；燃烧产物——烟气和灰及时排走•计算目的•燃烧所需空气量和生成烟气量，空气和烟气的焓•基本假设：•空气、烟气均为理想气体，每kmol体积等于22.4Nm3•空气中只有O2和N2成分，其容积比为：•每kg燃料都是在完全燃烧的条件下计算一、燃烧所需空气量计算•理论空气量Vk0•1kg收到基燃料完全燃烧，而又无过剩氧存在时所需的空气量。m3／kg•固液体燃料2323COm4.22O22.4mkgC122323SOm4.22O22.4mkgS32OHm4.222O22.4mkgH016.2223232100O7.0100H55.5100S7.0100C866.1ararararKO2V/kgmO0333.0H265.0S375.0C0889.0100O7.0100H55.5100S7.0100C866.121.013arararararararar0kV气体燃料•体积分数3322nm20kmmOSH5.1HC4nmCO5.0H5.021.01V实际空气量Vk•过量空气•实际供给的空气量Vk比理论空气量Vk0多出的这部分空气•过量空气系数α•实际空气量Vk•各段烟道出口处的α沿空气流程递增—漏风•炉中α指炉膛出口处的αl’’•层燃炉1.3~1.6；燃油燃气1.05~1.2•以上按干空气计算•实际上10g水蒸气/kg干空气0kkVV0kkVV二、燃烧生成的烟气量计算•理论烟气量Vyo计算(α=1)—不含O2•三原子气体•理论水蒸气•理论氮气/kgm30OH0gy0OH0NRO0y2222VVVVVV实际烟气量(α1)—含过量O2•理论烟气量与过量空气之和三、烟气和空气的焓•单位燃料（1kg固体、液体或1Nm3气体）燃烧生成的烟气和所需的理论空气量，在等压下从0℃加热到θ℃所需的热量•理论空气的焓•理论烟气的焓•实际烟气的焓