第2講 燃燒的熱工性質(zhì)及選用原則

1、硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)第四章第四章 燃料及其燃燒燃料及其燃燒第第2 2講講 燃燒的熱工性質(zhì)及選用原則燃燒的熱工性質(zhì)及選用原則學(xué)習(xí)要學(xué)習(xí)要點點一、燃料的發(fā)熱量一、燃料的發(fā)熱量1、高位發(fā)熱量Qgr、低位發(fā)熱量Qnet的概念二、燃料的熱工性質(zhì)二、燃料的熱工性質(zhì)三、硅酸鹽工業(yè)燃料選用原則三、硅酸鹽工業(yè)燃料選用原則2、不同燃料，同種燃料的不同基準(zhǔn)時高位發(fā)熱量Qgr與低位發(fā)熱量Qnet的關(guān)系3、常用燃料的發(fā)熱量的測定和計算1、固體燃料的揮發(fā)分、結(jié)渣性、水分、可燃硫含量等熱工性能2、液體燃料重油的粘度、閃點、燃點、著火點、凝固點、密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、水分等熱工性質(zhì)3、氣體燃料煤氣的分子量、

2、密度、比熱容等熱工性質(zhì)一、發(fā)熱值一、發(fā)熱值( (熱量熱量) )( (一一) ) 概念概念發(fā)熱值發(fā)熱值( (熱量熱量) ) 高位發(fā)熱量高位發(fā)熱量Qgr：指燃料完全燃燒，并當(dāng)燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣全部凝結(jié)成水時所放出的熱量。注：這里的水蒸氣來源包括燃料中的水分和燃燒過程中生成的水。低位發(fā)熱量低位發(fā)熱量Qnet：指燃料完全燃燒后，其燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣仍以氣態(tài)存在時所放出的熱量。1 1、概念、概念 單位質(zhì)量或體積的燃料完全燃燒，當(dāng)燃燒產(chǎn)物冷卻到燃燒前的溫度時所放出的熱量稱為燃料的發(fā)熱量或熱值，單位kJ/kg (kJ/Nm3)或MJ/kg(MJ/Nm3)。Qgr-Qnet= Q水汽化熱水汽化熱1kg固體或液

3、體燃料完全燃燒生成的水量為 實際燃燒時，溫度很高，燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣均以氣態(tài)存在。故燃燒計算中應(yīng)以燃料收到基低位發(fā)熱量收到基低位發(fā)熱量為基準(zhǔn)。kg)218100H100M(arar水的汽化熱約為2500kJ/kg，則高位發(fā)熱量與低位發(fā)熱量之差為)H9M(25)100H9100M(2500QQararararar,netar,gr則ararar,grar,netM25H225QQ式中，Qgr,ar、Qnet,ar為收到基時的高、低位發(fā)熱量，kJ/kg； Mar、Har為收到基時燃料中水、氫的含量百分?jǐn)?shù)。2 2、固體、液體燃料的高、低位發(fā)熱量關(guān)系、固體、液體燃料的高、低位發(fā)熱量關(guān)系(4-2)其他基

4、準(zhǔn)時，高位發(fā)熱量與低位發(fā)熱量關(guān)系為adadad,grad,netM25H225QQ式中，Qnet,ad 、Qnet,d 、Qnet,daf為空氣干燥基、干燥基、干燥無灰基時燃料的低位發(fā)熱量，kJ/kg； Qgr,ad、Qgr,d、Qgr,daf為空氣干燥基、干燥基、干燥無灰基時燃料的低位發(fā)熱量，kJ/kg； Had 、Hd 、Hdaf為空氣干燥基、干燥基、干燥無灰基時燃料中氫含量的百分?jǐn)?shù)； Mad為空氣干燥基時燃料中水分含量百分?jǐn)?shù)。dd ,grd ,netH225QQdafdaf,grdaf,netH225QQ(4-3)(4-4)(4-5)對于高位發(fā)熱量來說，水分只是占據(jù)了質(zhì)量的一定份額，而對

5、于低位發(fā)熱量來說，水分不僅占據(jù)了質(zhì)量的一定份額，而且還要吸收汽化熱，所以各種基準(zhǔn)的高位發(fā)熱量轉(zhuǎn)換時，可直接參考表4-1，整理成表4-2。而低位發(fā)熱量在轉(zhuǎn)換時，還需要考慮水分的汽化熱，轉(zhuǎn)換關(guān)系見表4-3。已知的“基”所要換算的基收到基空氣干燥基干燥基干燥無灰基收到基1空氣干燥基1干燥基1干燥無灰基1aradarM100M100QadaradM100M100QararM100100QarararAM100100QadadM100100QadadadAM100100Q100M100Qard100M100QaddddA100100Q100A100Qddaf100AM100Qadaddaf100AM10

6、0Qarardaf表4-2 不同基準(zhǔn)時高位發(fā)熱量的轉(zhuǎn)換關(guān)系表4-3 不同基準(zhǔn)時低位發(fā)熱量的轉(zhuǎn)換關(guān)系已知的“基”所要換算的基收到基空氣干燥基干燥基干燥無灰基收到基1空氣干燥基1干燥基1干燥無灰基1adaradarar,netM25M100M100)M25Q(aradaradad,netM25M100M100)M25Q(ararar,netM100100)M25Q(arararar,netAM100100)M25Q(adadad,netM100100)M25Q(adadadad,netAM100100)M25Q(arard ,netM25100M100Qadadd ,netM25100M100Qd

7、d ,netA100100Q100A100Qddaf,netadadaddaf,netM25100AM100Qararaddaf,netM25100AM100QadaradararnetadnetMMMMQQ25100100)25(,adaradararadarnetMMMMMMQ2510010025100100,1001001002500100100,adaradararadarnetMMMMMMQararadadCM100M100C用ad表示的整體水分用ad表示的內(nèi)在水分1Nm3干氣體燃料完全燃燒生成的水量為3nm242Nm/kg4 .2218)HC2nSHCH2H(1001高位發(fā)熱量與低

8、位發(fā)熱量之差為4 .2218)HC2nSHCH2H(10012500QQnm242ar,netar,gr3 3、氣體燃料的高、低位發(fā)熱量關(guān)系、氣體燃料的高、低位發(fā)熱量關(guān)系)HC2nSHCH2H(1 .20nm242(4-6)（二）發(fā)熱量的測定和計算（二）發(fā)熱量的測定和計算固體：氧彈量熱計根據(jù)燃料的組成計算燃料燃燒發(fā)熱量燃料燃燒發(fā)熱量量熱計測定氣體：氣體量熱計測量值大于計算值經(jīng)驗公式1 1、固體、液體燃料發(fā)熱量的計算、固體、液體燃料發(fā)熱量的計算(1) 燃料的元素分析值已知時燃料的元素分析值已知時Qnet,ar=339Car+1030Har-109(Oar-Sar)-25Mar(4-7) 若固體燃

9、料沒有元素分析數(shù)據(jù)，僅有工業(yè)分析資料時，可按下列經(jīng)驗公式進(jìn)行計算。式中，Qnet,ar為收到基時低位發(fā)熱量，kJ/kg； Car、Har、Oar、Sar、Mar為收到基時燃料中C、H、S、O及水的百分含量。對于固體、液體燃料，當(dāng)已知燃料的元素分析值時，利用公式(2) 燃料的元素分析值未知時燃料的元素分析值未知時a、無煙煤(Vdaf10%時)(4-8)Qnet,ad=K0-360Mad-385Aad-100Vad式中，Qnet,ad為空氣干燥基時低位發(fā)熱量，kJ/kg； Mad 、Aad、Vad分別為空氣干燥基時燃料中水分、灰分、揮發(fā)分的百分含量； K0為系數(shù)，根據(jù)Vdaf的值由教材中表4-7查

10、得。而這里Vdaf=a Vdaf-bAd，a和b值與煤的干燥基灰分有關(guān)，由教材中表4-8確定。b、煙煤(4-9)Qnet,ad=100K1-(K1+25.12)(Mad+Aad)-12.56Vad式中，Qnet,ad為空氣干燥基時低位發(fā)熱量，kJ/kg； Mad 、Aad、Vad分別為空氣干燥基時燃料中水分、灰分、揮發(fā)分的百分含量； K1為系數(shù)，隨Vdaf及焦渣特征而異，可由教材中表4-9查出。其中Vdaf可由Vad按下式換算而得：adadaddafAM100100VV2 2、氣體燃料發(fā)熱量的計算、氣體燃料發(fā)熱量的計算Qnet=126CO+108H2+358CH4+590C2H4+637C2H

11、6+806C3H6+912C3H8 +1187C4H10+1460C5H12+232H2S （4-10） 標(biāo)準(zhǔn)煤：低位發(fā)熱量(收到基組成)為29270kJ/kg(即7000kcal/kg)；標(biāo)準(zhǔn)油：低位發(fā)熱量為41820kJ/kg (即10000kcal/kg)；標(biāo)準(zhǔn)氣：低位發(fā)熱量為41820kJ/Nm3 (即10000kcal/Nm3)。式中，Qnet為氣體燃料的低位發(fā)熱量，kJ/kg； CO、H2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、C4H10、C5H12、H2S氣體燃料中各種可燃成分的百分含量。標(biāo)準(zhǔn)燃料標(biāo)準(zhǔn)燃料二、其他熱工性質(zhì)二、其他熱工性質(zhì)( (一一) )、固體燃料、固體燃

12、料 在隔絕空氣的條件下，將一定量的煤樣在溫度900C下加熱7分鐘，所得到的氣態(tài)物質(zhì)(不包括其中的水分)稱為煤的揮發(fā)物煤的揮發(fā)物。 揮發(fā)物占煤的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)則稱為揮發(fā)分揮發(fā)分。1 1、揮發(fā)分、揮發(fā)分揮發(fā)物揮發(fā)物礦物結(jié)晶水揮發(fā)性成分熱分解產(chǎn)物揮發(fā)物含量高時火焰長。著火溫度低，易著火。無煙煤：37% 煤的結(jié)渣性是指煤燃燒后的渣的狀態(tài)的性質(zhì)。2 2、結(jié)渣性、結(jié)渣性 當(dāng)灰分中SiO2、Al2O3含量較多時，灰分軟化溫度高； 當(dāng)灰分中FeO、Na2O、K2O含量多時，灰分軟化溫度降低；煤的結(jié)渣性與灰分的組成有關(guān)煤的結(jié)渣性與灰分的組成有關(guān)煤的結(jié)渣性與燃燒氣氛有關(guān)煤的結(jié)渣性與燃燒氣氛有關(guān) 氧化氣氛中形成的灰分軟

13、化溫度高； 還原氣氛中形成的灰分軟化溫度低；軟化溫度的測定軟化溫度的測定三角錐法三角錐法變形溫度DT：錐尖頂部尖端開始邊圓或彎曲時的溫度；軟化溫度ST：當(dāng)三角錐尖彎倒至底座平面時的溫度判定結(jié)渣難易熔化溫度FT：當(dāng)三角錐尖熔融在底座平面上時的溫度判定能否液體排渣軟化溫度的測定軟化溫度的測定三角錐法三角錐法變形溫度DT：錐尖頂部尖端開始邊圓或彎曲時的溫度；軟化溫度ST：當(dāng)三角錐尖彎倒至底座平面時的溫度判定結(jié)渣難易熔化溫度FT：當(dāng)三角錐尖熔融在底座平面上時的溫度判定能否液體排渣水分的存在會降低發(fā)熱量、降低爐溫、增加熱損失，故煤的水分不宜高。對于比較碎的煤來說，適當(dāng)?shù)乃?8%)可以減少熱損失，并使?fàn)t

14、渣疏松，易于處理。3 3、水分、水分 煤中可燃硫燃燒后生成SO2和SO3氣體，與水蒸氣結(jié)合后形成硫酸或亞硫酸，危害有兩個：一是腐蝕管道；二是環(huán)境污染，形成酸雨。要求：可燃硫含量小于1%。4 4、可燃硫含量、可燃硫含量 煤中氯的存在危害也很大，易在回轉(zhuǎn)窯的的預(yù)熱器中形成結(jié)皮現(xiàn)象，并會腐蝕金屬管道。( (二二) )、液體燃料、液體燃料重油重油恩氏粘度：恩氏粘度： 在測定溫度下油從恩格勒粘度計中流出200ml所需的時間與20C蒸餾水流出200ml所需時間(約52s)之比值稱為恩氏黏度恩氏黏度。 我國重油的牌號以50C時油的恩氏粘度來分類。1 1、粘度、粘度溫度過低溫度過低粘度過大，裝卸、過濾、輸送困

15、難，霧化不良。溫度過高溫度過高粘度過小，氣化劇烈，油罐冒頂，燒嘴發(fā)生汽阻現(xiàn)象，使燃燒不穩(wěn)定閃點：閃點： 油類加熱到一定溫度時，表面會揮發(fā)逸出油蒸氣至空氣中，當(dāng)有火源接近時，若出現(xiàn)藍(lán)色閃光，則此時的油溫稱油的閃點閃點。2 2、閃點、燃點、著火點、閃點、燃點、著火點燃點：燃點： 油溫超過閃點后，油的蒸發(fā)速度加快，當(dāng)火源接近油表面時在藍(lán)光閃現(xiàn)后能持續(xù)燃燒不少于5秒，此時油溫稱油的燃點燃點。著火點：著火點： 油溫超過燃點后，則油表面的蒸氣即使無火源接近也會自發(fā)燃燒起來(自燃)，此時油溫稱油的著火點著火點。 閃點、燃點閃點、燃點和著火點著火點是使用重油或其他液體燃料必須掌握的性能指標(biāo) ，關(guān)系到生產(chǎn)的安全

16、進(jìn)行。 比如在儲存時油的溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在閃點閃點以下，以防發(fā)生火災(zāi)和爆炸；在使用時應(yīng)不低于重油的著火點著火點，否則不易燃燒。 閉口杯法：閉口杯法：是將油表面封閉在容器中來測定的，用于測定閃點較低的油類如原油和汽油等。閃點閃點測定測定開口杯法開口杯法：將油表面暴露在空氣中來測定，用于測定閃點比較高的油類，比如重油、潤滑油等。 重油的開口閃點為80-130C，其燃點一般比閃點高10 C左右，其著火點為500-600 C。凝固點：凝固點： 當(dāng)油類完全失去流動性時的最高溫度叫凝固點凝固點。此時若將盛油的容器傾斜45，其中的油面可在1min內(nèi)保持不動。 凝固點越高，燃油的低溫流動性就越差，溫度低于凝固點

17、時，無法在管道中輸送燃油。3 3、凝固點、凝固點含蠟量含蠟量：含蠟量越高，凝固點越高水分水分：水分含量增加使凝固點略有增高。凝固點的影響因素凝固點的影響因素 我國生產(chǎn)的重油的凝固點一般為30-45 C，原油的凝固點在30 C以下。 油的密度與溫度有關(guān)，常隨溫度的增加而略微減小，按照下式計算：4 4、密度、密度式中，t、20為tC、20 C時重油的密度，t/m3 (20 C 時為0.9-1.0t/m3)； t為重油溫度， C； 為重油的體積膨脹系數(shù)，1/ C，0.0025-0.00220 ，也可直接查教材表4-11。)20t (120t(4-11) 重油的比熱容比熱容隨重油的密度增加而減少，隨溫

18、度增加而增大。一般可按照下式作近似計算：5 5、比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)式中，ct為tC時重油的比熱容，kJ/(kg. C )； t為重油溫度， C；t0025. 074. 1ct(4-12) 重油的比熱容一般為1.88-2.1 kJ/(kg. C )。 重油的導(dǎo)熱系數(shù)與導(dǎo)熱系數(shù)與重油的品質(zhì)和溫度有關(guān)，一般變動不大，0.128-0.163W/(m. C )間。式中，t為tC時重油的導(dǎo)熱系數(shù)， W/(m. C )； 20為20 C時重油的導(dǎo)熱系數(shù)， W/(m. C )； 對于高粘度裂化渣油， 20=0.158 W/(m. C )； 對于低粘度直餾渣油， 20=0.145 W/(m. C

19、 )； t為重油溫度， C； 為系數(shù)，對于裂化渣油，=0.000209; 對于直餾渣油，=0.000128。)20t (20t(4-13) 對于無水的粘性油(溫度為20-135 C )，其導(dǎo)熱系數(shù)可按下式計算： 重油中含有水分，對燃燒不利，不但會降低燃料的發(fā)熱量，而且當(dāng)水分過高時容易產(chǎn)生“汽塞”現(xiàn)象，使燃燒火焰不穩(wěn)定。所以儲油罐應(yīng)該經(jīng)常排水，使水分保持在2%以下。6 6、水分、水分燃油摻水燃燒技術(shù)燃油摻水燃燒技術(shù)：將油與水分充分混合呈乳濁狀，在重油霧化后，油包裹在水的外圍，當(dāng)水汽化時，使油分散得很細(xì)，有利于完全燃燒。 機械雜質(zhì)的存在易磨損油泵和導(dǎo)致管路或噴嘴堵塞，所以在進(jìn)入油泵和噴嘴前，必須除去機械雜質(zhì)。7 7、機械雜質(zhì)、機械雜質(zhì)( (三三) )、氣體燃料、氣體燃料 煤氣的分子量煤氣的分子量可按下式計算：1 1、煤氣的分子量和密度、煤氣的分子量和密度100MxMi ,gasigas式中，Mgas為煤氣的平均分子量； xi為各氣體成分在煤氣中體積百分含量； Mgas,i為各氣體成分的分子量。(4-14) 煤氣煤氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度密度(kg/Nm3)