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1、硅酸盐工业热工基础,第四章 燃料及其燃烧,第2讲 燃烧的热工性质及选用原则,学习要点,一、燃料的发热量,1、高位发热量Qgr、低位发热量Qnet的概念,二、燃料的热工性质,三、硅酸盐工业燃料选用原则,2、不同燃料，同种燃料的不同基准时高位发热量Qgr与低位发热量Qnet的关系,3、常用燃料的发热量的测定和计算,1、固体燃料的挥发分、结渣性、水分、可燃硫含量等热工性能,2、液体燃料重油的粘度、闪点、燃点、着火点、凝固点、密度、比热容、导热系数、水分等热工性质,3、气体燃料煤气的分子量、密度、比热容等热工性质,一、发热值(热量),(一) 概念,发热值(热量),高位发热量Qgr：指燃料完全燃烧，并当
2、燃烧产物中的水蒸气全部凝结成水时所放出的热量。注：这里的水蒸气来源包括燃料中的水分和燃烧过程中生成的水。,低位发热量Qnet：指燃料完全燃烧后，其燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时所放出的热量。,1、概念 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kJ/kg (kJ/Nm3)或MJ/kg(MJ/Nm3)。,Qgr-Qnet= Q水汽化热,1kg固体或液体燃料完全燃烧生成的水量为,实际燃烧时，温度很高，燃烧产物中的水蒸气均以气态存在。故燃烧计算中应以燃料收到基低位发热量为基准。,水的汽化热约为2500kJ/kg，则高位发热量与低位发热量之差
3、为,则,式中，Qgr,ar、Qnet,ar为收到基时的高、低位发热量，kJ/kg； Mar、Har为收到基时燃料中水、氢的含量百分数。,2、固体、液体燃料的高、低位发热量关系,(4-2),其他基准时，高位发热量与低位发热量关系为,式中，Qnet,ad 、Qnet,d 、Qnet,daf为空气干燥基、干燥基、干燥无灰基时燃料的低位发热量，kJ/kg； Qgr,ad、Qgr,d、Qgr,daf为空气干燥基、干燥基、干燥无灰基时燃料的低位发热量，kJ/kg； Had 、Hd 、Hdaf为空气干燥基、干燥基、干燥无灰基时燃料中氢含量的百分数； Mad为空气干燥基时燃料中水分含量百分数。,(4-3),(
4、4-4),(4-5),对于高位发热量来说，水分只是占据了质量的一定份额，而对于低位发热量来说，水分不仅占据了质量的一定份额，而且还要吸收汽化热，所以各种基准的高位发热量转换时，可直接参考表4-1，整理成表4-2。而低位发热量在转换时，还需要考虑水分的汽化热，转换关系见表4-3。,表4-2 不同基准时高位发热量的转换关系,表4-3 不同基准时低位发热量的转换关系,用ad表示的整体水分,用ad表示的内在水分,1Nm3干气体燃料完全燃烧生成的水量为,高位发热量与低位发热量之差为,3、气体燃料的高、低位发热量关系,(4-6),（二）发热量的测定和计算,1、固体、液体燃料发热量的计算,(1) 燃料的元素
5、分析值已知时,Qnet,ar=339Car+1030Har-109(Oar-Sar)-25Mar,(4-7),若固体燃料没有元素分析数据，仅有工业分析资料时，可按下列经验公式进行计算。,式中，Qnet,ar为收到基时低位发热量，kJ/kg； Car、Har、Oar、Sar、Mar为收到基时燃料中C、H、S、O及水的百分含量。,对于固体、液体燃料，当已知燃料的元素分析值时，利用公式,(2) 燃料的元素分析值未知时,a、无烟煤(Vdaf10%时),(4-8),Qnet,ad=K0-360Mad-385Aad-100Vad,式中，Qnet,ad为空气干燥基时低位发热量，kJ/kg； Mad 、Aad
6、、Vad分别为空气干燥基时燃料中水分、灰分、挥发分的百分含量； K0为系数，根据Vdaf的值由教材中表4-7查得。而这里Vdaf=a Vdaf-bAd，a和b值与煤的干燥基灰分有关，由教材中表4-8确定。,b、烟煤,(4-9),Qnet,ad=100K1-(K1+25.12)(Mad+Aad)-12.56Vad,式中，Qnet,ad为空气干燥基时低位发热量，kJ/kg； Mad 、Aad、Vad分别为空气干燥基时燃料中水分、灰分、挥发分的百分含量； K1为系数，随Vdaf及焦渣特征而异，可由教材中表4-9查出。,其中Vdaf可由Vad按下式换算而得：,2、气体燃料发热量的计算,Qnet=126
7、CO+108H2+358CH4+590C2H4+637C2H6+806C3H6+912C3H8 +1187C4H10+1460C5H12+232H2S （4-10）,标准煤：低位发热量(收到基组成)为29270kJ/kg(即7000kcal/kg)；标准油：低位发热量为41820kJ/kg (即10000kcal/kg)；标准气：低位发热量为41820kJ/Nm3 (即10000kcal/Nm3)。,式中，Qnet为气体燃料的低位发热量，kJ/kg； CO、H2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、C4H10、C5H12、H2S气体燃料中各种可燃成分的百分含量。,标准燃料,二、其他
8、热工性质,(一)、固体燃料,在隔绝空气的条件下，将一定量的煤样在温度900C下加热7分钟，所得到的气态物质(不包括其中的水分)称为煤的挥发物。 挥发物占煤的质量百分数则称为挥发分。,1、挥发分,挥发物,挥发物含量高时火焰长。着火温度低，易着火。,无烟煤：37%,煤的结渣性是指煤燃烧后的渣的状态的性质。,2、结渣性,当灰分中SiO2、Al2O3含量较多时，灰分软化温度高；,当灰分中FeO、Na2O、K2O含量多时，灰分软化温度降低；,煤的结渣性与灰分的组成有关,煤的结渣性与燃烧气氛有关,氧化气氛中形成的灰分软化温度高；,还原气氛中形成的灰分软化温度低；,软化温度的测定三角锥法,变形温度DT：锥尖
9、顶部尖端开始边圆或弯曲时的温度；,软化温度ST：当三角锥尖弯倒至底座平面时的温度判定结渣难易,熔化温度FT：当三角锥尖熔融在底座平面上时的温度判定能否液体排渣,软化温度的测定三角锥法,变形温度DT：锥尖顶部尖端开始边圆或弯曲时的温度；,软化温度ST：当三角锥尖弯倒至底座平面时的温度判定结渣难易,熔化温度FT：当三角锥尖熔融在底座平面上时的温度判定能否液体排渣,水分的存在会降低发热量、降低炉温、增加热损失，故煤的水分不宜高。对于比较碎的煤来说，适当的水分(8%)可以减少热损失，并使炉渣疏松，易于处理。,3、水分,煤中可燃硫燃烧后生成SO2和SO3气体，与水蒸气结合后形成硫酸或亚硫酸，危害有两个：
10、一是腐蚀管道；二是环境污染，形成酸雨。,要求：可燃硫含量小于1%。,4、可燃硫含量,煤中氯的存在危害也很大，易在回转窑的的预热器中形成结皮现象，并会腐蚀金属管道。,(二)、液体燃料重油,恩氏粘度： 在测定温度下油从恩格勒粘度计中流出200ml所需的时间与20C蒸馏水流出200ml所需时间(约52s)之比值称为恩氏黏度。 我国重油的牌号以50C时油的恩氏粘度来分类。,1、粘度,温度过低,粘度过大，装卸、过滤、输送困难，雾化不良。,温度过高,粘度过小，气化剧烈，油罐冒顶，烧嘴发生汽阻现象，使燃烧不稳定,闪点： 油类加热到一定温度时，表面会挥发逸出油蒸气至空气中，当有火源接近时，若出现蓝色闪光，则此
11、时的油温称油的闪点。,2、闪点、燃点、着火点,燃点： 油温超过闪点后，油的蒸发速度加快，当火源接近油表面时在蓝光闪现后能持续燃烧不少于5秒，此时油温称油的燃点。,着火点： 油温超过燃点后，则油表面的蒸气即使无火源接近也会自发燃烧起来(自燃)，此时油温称油的着火点。,闪点、燃点和着火点是使用重油或其他液体燃料必须掌握的性能指标 ，关系到生产的安全进行。 比如在储存时油的温度应严格控制在闪点以下，以防发生火灾和爆炸；在使用时应不低于重油的着火点，否则不易燃烧。,闭口杯法：是将油表面封闭在容器中来测定的，用于测定闪点较低的油类如原油和汽油等。,闪点测定,开口杯法：将油表面暴露在空气中来测定，用于测定
12、闪点比较高的油类，比如重油、润滑油等。,重油的开口闪点为80-130C，其燃点一般比闪点高10 C左右，其着火点为500-600 C。,凝固点： 当油类完全失去流动性时的最高温度叫凝固点。此时若将盛油的容器倾斜45，其中的油面可在1min内保持不动。 凝固点越高，燃油的低温流动性就越差，温度低于凝固点时，无法在管道中输送燃油。,3、凝固点,含蜡量：含蜡量越高，凝固点越高,水分：水分含量增加使凝固点略有增高。,凝固点的影响因素,我国生产的重油的凝固点一般为30-45 C，原油的凝固点在30 C以下。,油的密度与温度有关，常随温度的增加而略微减小，按照下式计算：,4、密度,式中，t、20为tC、2
13、0 C时重油的密度，t/m3 (20 C 时为0.9-1.0t/m3)； t为重油温度， C； 为重油的体积膨胀系数，1/ C，0.0025-0.00220 ，也可直接查教材表4-11。,(4-11),重油的比热容随重油的密度增加而减少，随温度增加而增大。一般可按照下式作近似计算：,5、比热容和导热系数,式中，ct为tC时重油的比热容，kJ/(kg. C )； t为重油温度， C；,(4-12),重油的比热容一般为1.88-2.1 kJ/(kg. C )。,重油的导热系数与重油的品质和温度有关，一般变动不大，0.128-0.163W/(m. C )间。,式中，t为tC时重油的导热系数， W/(
14、m. C )； 20为20 C时重油的导热系数， W/(m. C )； 对于高粘度裂化渣油， 20=0.158 W/(m. C )； 对于低粘度直馏渣油， 20=0.145 W/(m. C )； t为重油温度， C； 为系数，对于裂化渣油，=0.000209; 对于直馏渣油，=0.000128。,(4-13),对于无水的粘性油(温度为20-135 C )，其导热系数可按下式计算：,重油中含有水分，对燃烧不利，不但会降低燃料的发热量，而且当水分过高时容易产生“汽塞”现象，使燃烧火焰不稳定。所以储油罐应该经常排水，使水分保持在2%以下。,6、水分,燃油掺水燃烧技术：将油与水分充分混合呈乳浊状，在重
15、油雾化后，油包裹在水的外围，当水汽化时，使油分散得很细，有利于完全燃烧。,机械杂质的存在易磨损油泵和导致管路或喷嘴堵塞，所以在进入油泵和喷嘴前，必须除去机械杂质。,7、机械杂质,(三)、气体燃料,煤气的分子量可按下式计算：,1、煤气的分子量和密度,式中，Mgas为煤气的平均分子量； xi为各气体成分在煤气中体积百分含量； Mgas,i为各气体成分的分子量。,(4-14),煤气在标准状态下的密度(kg/Nm3)为：,(4-15),在t C、p(Pa)时煤气的密度(kg/m3) ：,上面的公式同样适用于计算烟气的密度。,(4-16),(4-17),2、煤气的平均比热容,煤气的平均比热容可按下式计算
16、：,各单纯气体成分及干空气的平均比热列于教材表4-13中，烃类气体的平均比热列于教材表4-14中。,三、燃料的选用原则,选用原则,就地取材和物尽其美的原则：充分利用地方资源和工业废料，并需设法采用低质、劣质燃料。,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。,来源充足，保证供应，能满足生产需要。,硅酸盐工 业,以发生炉煤气为主要燃料，但若采用重油或天然气做燃料可以提高玻璃的产量、质量，降低燃料消耗，增加操作过程的稳定性，提高生产的自动化程度。,以烟煤和无烟煤为主要燃料，特殊需要时采用重油或天然气。 根据国家的统一计划，硅酸盐工业充分利用当地燃料。,玻 璃 工 业,回转窑要求连续、稳定燃烧的长火焰，常采用烟煤做燃料，采用煤粉燃烧的方法；立式窑常采用无烟煤和焦碳末作燃料。,水 泥 工 业,采用匣钵装坯烧成时，可采用各种燃料；采用明焰裸装烧成时，则要求燃料不能污染制品，可从燃料选择和燃烧方法上采取措施。,陶 瓷 工 业,
