燃料与燃烧.docx

1、燃料与燃烧燃料与燃烧3.1燃料的性质 一、教学要求【掌握内容】（1）燃料的组成及表示方法（2）煤组成的四种基准换算（3）发热量的概念（4）标准燃料的热值【理解内容】（1）燃料的组成及性质（2）发热量的计算【了解内容】（1）燃料的选用原则及燃料的种类（2）硅酸盐工业常用燃料 二、教学重点与难点【教学重点】（1）燃料组成及基准换算（2）燃料的发热量【教学难点】煤的四种基准换算 三、教学方法结合硅硅酸盐的生产实际情况,讲述燃料的选择原则、燃料的分类、燃料的性质，突出讲解基本概念，启发学生分析基准换算的实质，掌握其计算方法。课堂上掌握好讲、练结合。五、教学内容3.1.1燃料的分类和组成3.1.1.1燃

2、料的分类1、燃料的选用原则：（1）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。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，并设法采用低质、劣质燃料。（2）满足工艺要求，确保产品质量，并为机械化、自动化生产提供条件。（3）来源充足，保证供应，能满足生产需要。2、燃料分类：按形态分：气体燃料、液体燃料和固体燃料按来源分：天然燃料和人造燃料3.1.1.2燃料的组成及表示方法1、固体和液体燃料的组成及性质（1）元素分析法碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种元素和水（M）、灰分（A）碳碳在燃料中与氧、氢、硫组成部分各种有机化合物。当燃料受热时，这些有机化合物

3、首先分解，然后碳再进行燃烧，放出大量的热。 （热值约339KJ/Kg）煤：5399，重油：86%。碳是固体和液体燃料的主要热能来源。氢氢燃烧： （热值约1030KJ/Kg）燃料中H，挥发分，易着火，火焰也较长。固体燃料：45%，液体燃料：14。氧和氮氮是一种惰性物质，不参加燃烧反应，燃料燃烧后游离出来，与空气中的氮混合，进入烟气。氮的存在降低了可燃成分，对燃烧不利。氧在燃料中是一种有害成分，不参加燃烧反应，由于它与可燃物质（C、H）化合成氧化物，从而降低了燃料的燃烧能力。固、液燃料：13或更少。硫硫虽然能燃烧放出热量，但燃烧产物SO2或SO3气体有毒，对人体有害，它会腐蚀设备、污染环境，是有害

4、成分。固体燃料：2%，液体燃料：0.13.5%。水燃料中水是指自然水分而不包括化学结合水。水不燃烧，升温吸热，降低燃料的品质。少量水对燃料着火、燃烧、传热等方面有益。固体燃料：435%，液体燃料：14%。灰分灰分是指燃料中不能燃烧的矿物杂质。化学成分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、N2O、K2O、SO3。矿物组成：硅酸盐、硫酸盐、碳酸盐等。灰分的有害作用：）灰分，可燃成分，燃料发热量。）灰分，燃烧速度及燃烧温度。）灰分在高温下形成液相，在窑炉内结皮、结渣，排渣时造成机械不完全燃烧损失，灰分，排渣困难。）灰分造成制品污染，影响制品成分及质量。）灰渣破坏炉内耐火材料和堵塞炉栅。

5、固体燃料的灰分可达20以上，而液体燃料中一般不超过0.3。（2）工业分析法挥发分（V）、固定碳（FC）、水分（M）和灰分（A）的含量挥发分（V）：受热以后分解出来的可燃气态物质，主要是碳氢化合物、碳氧化合物、氢气和焦油蒸气等，是燃料中燃烧放热的重要部分，它影响火焰长度及着火温度。一般，V，燃烧火焰，着火温度。其余组成的作用与元素分析相似。2、固体和液体燃料组成的表示方法（1）表示煤的四种基准：a、收到基：实际使用的煤的组成，用下角标“ar”表示。（燃烧计算的原始数据）Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100b、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，用下角标

6、“ad”表示。（实验室常用）Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100实验条件：20，干燥1小时，质量变化0.2%。相互关系： C、干燥基：绝对干燥的煤的组成，用下角标“d”表示。（用于生产控制）Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad+Md=100d、干燥无灰基：是假想的无水无灰的煤的组成，用下角标“daf”表示。（煤矿常用）Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf+Adaf+Mdaf=100（2）四种基准的换算【例1】已知Cdaf、Mar、Aar，求Car。【解】CarCdaf100kg 100（Mar+Aar）kg100Car=100（Mar+Aar）同理：【例1】

7、已知Cad、Mar、Mad，求Car。【解】方法1，CarCad100Car=(100-Mar,f)Cad而：代入上式：同理：方法2：CadCd100 Cad=（100- Mad）Cd （1）CarCd100 Car=（100- Mar）Cd （2）（1）（2）得：即： 同理： 3、气体燃料的组成及表示方法可燃成分主要有H2、CO、CH4、CmHn和H2S等，不可燃成分主要有N2、CO2、SO2和H2O等。气体燃料的组成一般用体积百分含量表示。其成分一般用吸收法分析，有“湿成分”和“干成分”二种表示方法。(1)湿成分：用上角标“v”表示，包括水蒸汽COv+ H2v+CH4v+CmHnv+H2S

8、v+CO2v+N2v+O2v+H2Ov=100 (2)干成分：用上角标“d”表示，不包括水蒸汽COd+ H2d+CH4d+CmHnd+H2Sd+CO2d+N2d+O2d=100 干、湿成分的换算关系如下：3.1.2燃料的热工性质3.1.2.1 发热量1、燃料发热量的基本概念热值：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，kJ/kg（kJ/Bm3）。（1）高位发热量Qgr：单位燃料完全燃烧后，其燃烧产物中的水蒸气全部凝结为0水，其余产物冷却到反应前的室温时所放出的热量。（2）低位发热量Qnet：单位燃料完全燃烧后，燃烧产物冷却到反应前的室温，而燃烧产物中的水蒸气冷

9、却为20的水蒸气时所放出的热量。燃烧计算中以燃料收到基低位发热量为基准。（3）高低热量间的关系：高低热值之间的差值等于燃料中的水从0的液态水变成20的水蒸气所需要的热。1)固体或液体燃料：1Kg0的水气化成20的水蒸气的气化潜热：2500KJ/Kg-H2O故： 即： Qnet，ar=Qgr，ar-225Har-25MarQnet，ad=Qgr，ad-225Had-25MadQnet，d=Qgr，d-225HdQnet，daf=Qgr，daf225Hdaf2)气体燃料：Qnet=Qgr20.1（H2+2CH4+H2S+CmHn）高位发热量转换与组成换算方法相同，低热量四种基准的换算见书上表中的公

10、式进行。2、燃料发热量的计算（1）固体和液体燃料发热量的计算根据元素分析计算：Qnet，ar=339Car+1030Har-109（Oar-Sar）-25Mar根据工业分析计算：无烟煤（Vdaf10）：Qnet，ad=K0-360Mad-385Aad-100Vad烟煤（Vdaf10）：Qnet，ad=100K1-（K1+25.12）（Mad+ Aad）-12.56Vad （2）气体燃料发热量的计算Qnet=126CO+108H2+358CH4+590C2H4+637C2H6+806C3H6+912C3H8+1187C4H10+1460C5H12+232H2S【例】某厂使用煤的工业分析为：Mad

11、 Mar Aad Vad2.71 10.05 23.20 26.41焦渣特征为5，这种煤的收到基低发热量是多少？【解】据公式：查表可得K1=339，代入公式Qnet，ad=100339-（339+25.12）（2.71+23.20）-12.5626.41=24130 KJ/Kg3、标准燃料标准煤：Qnet，ar=29300kJ/kg标准油：Qnet=41820KJ/Kg的燃油为标准气：Qnet=41820KJ/NM3的燃气为。换算：【例】甲厂生产1t水泥熟料消耗甲地煤160Kg，甲地煤发热量Qnet，ar=25120KJ/Kg；乙厂生产1t熟料消耗乙地煤150Kg，Qnet，ar=28470K

12、J/Kg，试比较哪个水泥厂燃料消耗低？【解】 甲厂消耗标准煤160=137 Kg乙厂消耗标准煤150=146 Kg故甲厂燃料消耗低。3.1.2.2燃料的其他热工性质(自学)3.1.3硅酸盐工业常用固体燃料 3.1.3.1硅酸盐工业用固体燃料1、褐煤性质：新开采水分约为2040，风干后为1230，Ad=0.550。易破碎、风化及自燃，发热量较低，约为130017000 kj/kg。用途：制造煤气。2、烟煤性质：挥发物1045；固定碳3575；灰分730；水分318；发热量2100029000 kj/kg；着火温度400500。特点：挥发分高，在燃烧时有较长的火焰，并容易调节火焰的长度。用途：适合

13、于水泥回转窑作燃料。3、无烟煤性质：固定碳含量高，可达90以上；挥发小于10；水分和灰分一般也较低；发热量一般为2500029000 kj/kg；组织致密坚硬；呈金属或半金属光泽，颜色为灰色或黑色；密度较其它煤大，成块状；无自燃危险，便于长期储存。特点：燃烧时煤烟少，只有很短的蓝色火焰，故不适用于外设燃烧室的窑炉。又因其着火温度较高（一般为650700），挥发分少，燃烧速度比较慢。用途：适用于水泥立窑作燃料。4、劣质固体燃料发热量低于12600 kj/kg，有石煤、煤矸石、页岩、泥煤及褐煤等。泥煤和褐煤可以同优质燃料搭配使用，石煤、煤矸石和页岩在立窑水泥厂可作为原料来配制生料。3.1.3.2硅

14、酸盐工业用液体燃料液体燃料有石油及石油加工产品。硅酸盐工业采用的液体燃料主要是重油。重油是石油经提炼出汽油、煤油和柴油后剩下的残渣（常压渣油）及残渣加工产品（减压渣油和裂化渣油）。3.1.3.3硅酸盐工业用气体燃料硅酸盐工业常用气体燃料主要是天然气、液化石油气和发生炉煤气。3.2燃料燃烧计算 一、教学要求【掌握内容】（1）燃烧计算的基本概念（2）分析计算法的依据（3）燃烧温度的概念（4）过剩空气系数及漏风量的计算法【理解内容】（1）燃料燃烧空气量、烟气量、烟气组成的分析计算法（2）燃烧温度的概念及计算（3）提高燃烧温度的措施【了解内容】（1）燃烧计算的目的及内容（2）燃烧的近似计算法（3）操作

15、计算中实际烟气量和空气量的计算法 二、教学重点与难点【教学重点】（1）燃烧计算的基本概念（2）烧空气量、烟气量、烟气组成的分析计算法（3）过剩空气系数及漏风量的计算法（4）燃烧温度的概念及计算法【教学难点】燃烧温度的计算 三、教学方法讲解基本概念，讲述计算方法，分析影响因素，讲、练结合。五、教学内容3.2.1燃烧计算的内容及基本概念3.2.1.1内容及目的主要目的：一是为了设计窑炉的需要；一是操作窑炉的需要。主要内容：空气量的计算：鼓风机选型计算的依据烟气量的计算：排风机选型、烟道、烟囱计算的依据烟气成分的计算：通过空气系数判断燃烧操作情况燃烧温度的计算：分析影响因素，改进燃烧条件，提高燃烧温

16、度3.2.1.2几个基本概念1、燃烧计算中的几个假设（1）气体的体积都用标准状态（0、1atm）（2）计算涉及的气体都是理想气体（22.4Bm3/Kmol）（3）空气组成：O2：21、N2：79 （4）计算温度的基准点：02、燃烧计算的基本概念（1）完全燃烧与不完全燃烧：1）完全燃烧：如果燃料中可燃成分与空气中的氧发生化学反应，并完全生成不再可燃产物（CO2、H2O、SO2等）。2）不完全燃烧：如果燃料中可燃成分与空气中的氧化合不完全，生成的产物中有可燃成分。（2）过剩空气系数过剩空气系数：指实际空气量Va与理论空气量Va的比值，用表示。影响的因素：1)燃料的种类：燃料种类不同，与空气混合的程

17、度不同。气体燃料：=1.05-1.10液体燃料：=.08-1.202)燃料燃烧前的加工状态3)燃烧设备的构造和操作方法（3）火焰的气氛根据燃烧产物的气氛的性质可分：氧化焰：燃烧产物中有过剩空气中性焰：燃烧产物中没有过剩空气还原焰：燃烧产物中含有CO、H2、CH4等可燃气体。3.2.2空气需要量、烟气生成量及成分、密度的计算3.2.2.1分析计算法一、固体和液体燃料1、空气量的计算（1）理论空气量：燃料完全燃烧时所需的最低空气量。基准：1Kg收到几基燃料其组成为：可燃成分：需氧量计算：共需氧量；需从空气中获得的氧：理论空气量：（2）实际空气量2、烟气生成量的计算（1）理论烟气量：指单位燃料与理论

18、空气进行完全燃烧生成的烟气量。基准：1Kg收到基燃料：SO2来源于硫的燃烧：N2来源于燃料和空气：（2）实际烟气量1）当，实际烟气量为：烟气中VH2O、VCO2、VSO2的计算与理论烟气相同，N2、O2的计算如下：实际烟气量：2）当，实际烟气量为：烟气各组成：由于空气不足，燃料不能完全燃烧生成CO2，有一部分CO生成，即CO的生成是由于氧气量不足造成。不足氧量：又：SO2量：3、烟气组成及密度计算组成：将烟气各成分量除以实际烟气量并乘100%，而得烟气的百分比组成。如：烟气密度：或：【例题】已知煤的收到基组成如下：组分C ar Har Oar Nar Sar Aar Mar 质量()72.0

19、4.4 8.0 1.4 0.3 4.9 9.0当=1.2时，计算1Kg煤燃烧所需空气量，烟气量、烟气组成及烟气的密度【解】基准：100Kg煤，同时假设煤中的硫都以有机硫存在。据公式得：理论氧量：VoO2=(+)=(+) =1.53(Nm3/Kg)理论空气量：Va 0 =VO0 2=1.53=7.31(Nm3/Kg)实际空气量：Va=Va0=1.2 7.31=8.77 (Nm3/Kg)理论烟气量：V0=+(+)+V0O 2=+(+)+1.53=7.72(Nm3/Kg)实际烟气量：V=V0+(-1) Va 0=7.72+(1.2-1) 7.31=9.2(Nm3/Kg)烟气各组成量：过剩O2量：O

20、2(1) V0=(1.21)1.53=0.3(Nm3/Kg)CO2 量：VCO2= =1.34(Nm3/Kg)H2O量：VH2O=(+)=(+)=0.60(Nm3/Kg)SO2量： VSO2=0.002(Nm3/Kg)N2量：VN 2=+V0O2=+ 1.21.53=6.92(Nm3/Kg)体积百分组成：O2=100=100=3.26CO2=100=100=14.60H2O=100=100=6.52SO2=100=100=0.02N2=100=100=75.22烟气的密度：或二、气体燃料1、理论空气量和实际空气量的计算（1）理论空气量分析计算：（2）实际空气量2、烟气量及烟气组成的计算（1）理

21、论烟气量：烟气中来源于燃料中中碳的燃烧及燃料中原有：烟气中来源于燃料中中氢的氧化及燃料中原有：（2）实际烟气量：3、烟所的组成及密度计算组成的计算与固、液燃料一致。密度：。3.2.2.2近似计算1、由发热量计算空气量和烟气量（1）固体燃料（2）液体燃料（3）气体燃料2、未知发热量时，据燃料的种类估计理论空气量和烟气量3.2.2.3操作计算窑炉在运转时，小时空气量和烟气量可直接进行测定，但有时无测定仪器无法进行测定或需对实测数据进行校核时,可根据燃料及烟气组成计算空气量。亦可计算过剩空气系数，了解燃料与空气的配合是否正常，分析燃烧操作是否合适。还可测定窑炉内不同负压处的烟气组成来计算漏入窑内空气

22、量。1、实际烟气量和空气量的计算已知：燃料组成及烟气组成。（1）利用碳平衡，即燃料中C烟气中C灰渣中C ，可计算烟气量。（2）利用氮平衡，即燃料中N2空气中N2烟气中N2，可计算空气量。2、据烟气成分计算过剩空气系数（1）固体和液体燃料（含氮量）：（2）气体燃料（含氮量）根据：:燃料中的N2量是批燃烧后生成100B干烟气的燃料中的含氮量。即：式中CO2烟气中CO2的成分，N2、CO2、CO、CmHn气体燃料的成分。3、漏入空气量的计算（1）测窑炉排烟系统不同点的烟气组成，可计算两点漏入的空气量：（2）通过测定二测点烟气中过剩空气系数的含量来计算成本漏风量【例题】某窑炉用发生炉煤气为燃料，其百分

23、比组成为：CO：28.0%，H2：15.0%，CH4：3.2%,C2H4：0.6%,CO2：3.6%，N2：49.6%。测得烟气离窑前的成分为：18.1%，：2.3%，：79.6%,进烟囱处烟气的组成为：12.6%，：7.9%，：79.5%。试求烟气离窑后至烟囱间烟道中漏入的空气量（Bm3/Bm3）。【解】烟气离窑前：烟气进烟囱处：空气漏入量：3.2.3燃烧温度的计算3.2.3.1燃烧过程的物料平衡与热平衡1、物料平衡2、热量平衡根据能量守恒定律，进入窑炉的热量必等于支出的热量，窑炉热平衡方程：3.2.3.2燃烧温度的概念燃烧温度：燃料稳定燃烧时气态产物所能达到的温度。1、理论燃烧温度：理论燃

24、烧温度：燃料在燃烧过程中没有任何热损失时，烟气能达到的温度。产热度：tf、ta均为0且a=1时，计算出的理论燃烧温度。2、实际燃烧温：实际燃烧温度：按照实际燃烧情况考虑到各种热损失时，燃料燃烧生成的烟气所能达到的温度。高温系数：故：3.2.3.3 燃烧温度的计算方法：(1)先求出理论燃烧温度(2)选取系数，求出实际燃烧温度。理论燃烧温度的计算：上式中Q为定值，求tL0关健时求cL。而：c=f(tth)为了简便计算，可采用内插法。（）,求得:，求得:。tth:即：或：【例题】某窑炉用发生炉煤气为燃料，其组成干基为：组分：CO2COH2CH4C2H4H2SN2体积( )4.529.0 14.01.

25、80.20.350.2湿煤气含水量为4，当=1.1，设高温系数=0.80，发生炉煤气温度tf与空气温度ta均为20，计算实际燃烧温度。【解】根据公式xv=xd=0.96xd换算成湿煤气组成为：组分：CO2vCOvH2vCH4v C2H4vH2Sv N2v H2Ov体积()4.3227.84 13.441.730.190.2948.194.0计算理论空气量 (V0a) 和实际空气量 (Va)：V0 =0.0238 (C O+H2)+0.0952 CH4+0.0476 (m+) Cm Hn +0.0714 H2S=0.0238(27.84+13.44)+0.0952 1.73+0.0476 (2+

26、) 0.19+0.0714 =1.191(Nm3/Nm3煤气)Va=Va0 =1.11.191=1.310(Nm3/Nm3煤气)计算理论烟气量和实际烟气量：V0=CO2+CO+H2+H2O+3CH4+(m+)CmHn+2H2S+N2 + V0O2 =4.32+27.84+13.44+4.0+31.74+(2+) 0.19+2 0.29+48.19 +1.191=1.99(Nm3/Nm3 煤气)V=V0+(1) V0 =1.99+(1.11)1.191=2.11(Nm3/Nm3 煤气)计算理论燃烧温度tth：tth 煤气低位发热量：Qnet =126 CO+108 H2+358 CH4+590

27、C2H4+232 H2S=12627.84+10813.44+3581.73+5900.19+2320.29=5758(kJ/Nm3)查表得：cf=1.32 kJ/Nm3.ca=1.296 kJ/Nm3.2.11c tth5818.4设tth1700，c11.67，则：2.111.6717005990.35818.4设tth21600，c21.65，则：2.111.6516005570.45818.4tp=tth0.816601328实际燃烧温度为1328。3.2.3.4影响燃烧温度的因素影响燃烧程度的因素：（1）燃料的产热度：，。（2）燃料的温度及空气温度：，。固体燃料不易预热，可采用预热空气的方法，提高燃烧温度，如回转窑二次风预热8001000。重油加热，一是好雾化，二是预热，提高燃烧温度。发生炉煤气可采取燃料和空气预热的办法使燃烧温度提高。一般空气温度100，燃烧温度3040，带入热量相当于燃烧4%。（3）过剩空气系数：，燃烧不完全，tth；，过多的空气吸热，tth。适当的空气过剩系数，能保证较大的燃烧速度和较高的燃烧温度。（4）燃烧速度与减少散热燃烧损失主要是散热损失：单位质量燃料的燃烧时间，亦即散热时间。因此燃烧速度快，散热时间短，或单位时间燃烧