本章要求熟悉固態(tài)燃料(煤)

第二章燃料本章要求：熟悉固態(tài)燃料（煤）、液體燃料（石油產(chǎn)品）、氣態(tài)燃料（天然氣、人工煤氣）等碳氫燃料的物理化學(xué)性質(zhì)及使用性質(zhì)?！?－1煤煤的種類及化學(xué)組成煤的分析煤的使用性質(zhì)煤水槳煤的氣化煤的形成與種類煤的種類及化學(xué)組成煤是由植物經(jīng)過物理和化學(xué)的演變和沉積而成的、棕色至黑色的可燃燒的固體。在煤化過程的不同階段，把煤分成：泥煤、褐煤、煙煤及無煙煤。

植物質(zhì)的堆積階段菌解作用階段碳化作用階段煤的種類特點泥煤質(zhì)地疏松，吸水性強。含氧量最高，含碳、硫較低。揮發(fā)分高，可燃性好，反應(yīng)性高，灰分熔點很低褐煤密度較大，含碳量較高，氫、氧含量較少，揮發(fā)性相對低些。粘結(jié)性弱，極易氧化和自燃，吸水性較強，在空氣中易風化和破碎

煙煤揮發(fā)分少，密度較大，吸水性小，含碳量增加，氫和氧的含量較低。煙煤是工業(yè)上的主要燃料，也是化學(xué)工業(yè)的重要原料。煙煤的最大特點是具有粘結(jié)性，因此是煉焦的主要原料

無煙煤密度大，含碳量高，揮發(fā)分極少，組織密實、堅硬、吸水性小。缺點是可燃性差，不易著火，但發(fā)熱量大，灰分少，含硫低

煤的化學(xué)組成煤的種類及化學(xué)組成煤是由極其復(fù)雜的有機化合物組成的。主要的化學(xué)成分有：C、H、O、N、S、A（灰分）及W（水分）可燃質(zhì)惰性質(zhì)元素描述C可燃元素，煤化程度越高含碳量越大。完全燃燒時生成二氧化碳，此時每千克純碳可放出32866kJ熱量；不完全燃燒時生成一氧化碳，此時每千克純碳放出的熱量僅為9270kJH可燃元素。發(fā)熱量最高，每千克氫燃燒后的低熱值為120370kJ（約為純碳發(fā)熱量的4倍），含量較少，在可燃質(zhì)中含碳量為85%時，有效氫含量最高，約5%。在煤中氫以兩種形式存在，與碳、硫結(jié)合在一起的，叫做可燃氫，它可以有效地放出熱量。另一種是和氧結(jié)合在一起的，叫化合氫，它不能放出熱量，在計算發(fā)熱量和理論空氣量時，以有效氫為準。

O氧和氮都是不可燃成分。氧和碳、氫等結(jié)合生成氧化物而使碳、氫失去燃燒的可能性?？扇嘉镔|(zhì)中碳含量越高，氧含量越少。氮一般不能參加燃燒，但在高溫燃燒區(qū)中和氧形成的NOx是一種排氣污染物，煤中含氮約0.5~2%。

NS三種存在形式：有機硫，黃鐵礦硫，硫酸鹽。硫酸鹽中的硫不能燃燒，它是灰分的一部分；有機硫和黃鐵礦硫可燃燒放熱，但每千克可燃硫的發(fā)熱量僅為9100kJ。硫燃燒后生成SO2、SO3，它危害人體，污染大氣并可形成酸雨。在鍋爐中則會引起鍋爐換熱面腐蝕。

C：可燃元素，煤化程度越高含碳量越大。完全燃燒時生成二氧化碳，此時每千克純碳可放出32866kJ熱量；不完全燃燒時生成一氧化碳，此時每千克純碳放出的熱量僅為9270kJ

H：可燃元素。發(fā)熱量最高，每千克氫燃燒后的低熱值為120370kJ（約為純碳發(fā)熱量的4倍），含量較少，在可燃質(zhì)中含碳量為85%時，有效氫含量最高，約5%。在煤中氫以兩種形式存在，與碳、硫結(jié)合在一起的，叫做可燃氫，它可以有效地放出熱量。另一種是和氧結(jié)合在一起的，叫化合氫，它不能放出熱量，在計算發(fā)熱量和理論空氣量時，以有效氫為準。

O和N：不可燃成分，氧和碳、氫等結(jié)合生成氧化物而使碳、氫失去燃燒的可能性?？扇嘉镔|(zhì)中碳含量越高，氧含量越少。氮一般不能參加燃燒，但在高溫燃燒區(qū)中和氧形成的NOx是一種排氣污染物，煤中含氮約0.5~2%。

S：三種存在形式：有機硫，黃鐵礦硫，硫酸鹽。硫酸鹽中的硫不能燃燒，它是灰分的一部分；有機硫和黃鐵礦硫可燃燒放熱，但每千克可燃硫的發(fā)熱量僅為9100kJ。硫燃燒后生成SO2、SO3，它危害人體，污染大氣并可形成酸雨。在鍋爐中則會引起鍋爐換熱面腐蝕。

元素描述A灰分是指煤中所含礦物質(zhì)在燃燒過程中高溫分解和氧化后生成的固體殘留物。來源有兩個，一是煤化過程中由土壤等外界帶入的礦物質(zhì)，稱為外來灰分；另一種灰分是原來成煤植物中固有的，稱為內(nèi)在灰分?；曳值拇嬖诓粌H使燃料發(fā)熱量減少，而且影響燃料的著火與燃燒。在工業(yè)上解決灰分的方法大體是：（1）在入爐前減少煤中灰分，采用洗煤。（2）在燃燒過程中排渣（液體排渣）或在燃燒之后的排氣中除塵（固體除塵）。W水分是燃燒中無用的成分。煤中水分包括兩部分：（1）外部水分或濕水分，附在煤表面的水分，與大氣溫度有關(guān)。把煤磨碎后在大氣中自然干燥到風干狀態(tài)，這部分水分就可除去；（2）內(nèi)在水分，煤達到風干狀態(tài)后所殘留的水分，包括被煤吸收并均勻分布在可燃質(zhì)中的化學(xué)吸附水和存在于礦物質(zhì)中的結(jié)晶水。內(nèi)在水分只有在高溫分解時才能除掉。通常作分析計算和燃燒評價時所說的水分就是指這部分水。

煤的種類及化學(xué)組成煤的分析組成元素分析工業(yè)分析煤的分類和表述取決于由化學(xué)分析得出的結(jié)果。煤的化學(xué)分析分兩類：煤的分析煤的組成元素分析把煤用C、H、O、N、S、W、A中全部或部分組分的質(zhì)量百分數(shù)表示，構(gòu)成煤的成分：應(yīng)用基成分、分析基成分干燥基成分、可燃基成分煤的組成元素分析應(yīng)用基成分y分析基成分f干燥基成分g可燃基成分rCHONSAWNZWWZW煤的組成元素分析煤的成分表示法應(yīng)用基成分分析基成分干燥基成分可燃基成分煤的組成元素分析煤的分析煤的工業(yè)分析(實用分析、技術(shù)分析)測定水分、揮發(fā)分、灰分、固定碳、硫分的百分比及發(fā)熱量。只測前四項稱為半工業(yè)分析。煤的分析水分揮發(fā)分灰分固定碳將煤樣加熱到110°時所失去的重量隔絕空氣繼續(xù)加熱到850°時所失去的重量通入空氣燃燒后剩下的為灰分，失去的為固定碳煤的工業(yè)分析煤的使用性質(zhì)煤的發(fā)熱量煤的粘結(jié)性與結(jié)焦性煤的反應(yīng)性與可燃性煤的使用性質(zhì)煤的發(fā)熱量（熱值）：1kg煤完全燃燒后所放出的燃燒熱即發(fā)熱量，單位kJ/kg。發(fā)熱量可以用氧彈式量熱計直接測定，也可以根據(jù)元素分析值近似計算：低熱值:即不包括水蒸氣凝結(jié)成水時的冷凝熱煤的使用性質(zhì)煤的發(fā)熱量（熱值）：煤低熱值()泥煤8380~10500褐煤10500~16700煙煤長焰煤20900~25100貧煤25100~29300無煙煤20900~25100一般煤中含碳量為85%時，發(fā)熱量最大。煤的使用性質(zhì)煤的粘結(jié)性與結(jié)焦性：煤的粘結(jié)性：煤的結(jié)焦性：粉碎后的煤在隔絕空氣情況下加熱到一定溫度時，煤的顆粒相互粘結(jié)成焦塊的性質(zhì)。粉碎后的煤在隔絕空氣受熱后生成優(yōu)質(zhì)焦炭的性質(zhì)。結(jié)焦性好的自然粘結(jié)性好，但粘結(jié)性好不一定結(jié)焦性好。如有的煤粘結(jié)性好，能結(jié)焦，但焦炭裂縫多、強度差，其結(jié)焦性并不好。粘結(jié)性好壞主要取決于煤中所含瀝青質(zhì)的多少。煤的使用性質(zhì)煤的反應(yīng)性與可燃性：煤的反應(yīng)性：煤的可燃性：煤水槳煤水槳是高濃度的煤粉顆粒懸浮在水中的混合物，是以煤代油的技術(shù)手段。一般煤的含量為50~70%。煤的氣化煤與空氣、氫氣、氧氣、蒸汽及二氧化碳中的一種或幾種的混合物的化學(xué)反應(yīng)得出的氣態(tài)產(chǎn)物，即煤氣，這一過程稱為煤的氣化過程?！?－2液態(tài)燃料液態(tài)燃料的化學(xué)組成液態(tài)燃料的理化性質(zhì)各種液態(tài)燃油這里討論的液態(tài)燃料為天然石油產(chǎn)品生產(chǎn)的液態(tài)燃料及其有關(guān)特性。

液態(tài)燃料的化學(xué)組成烷烴烯烴環(huán)烷烴芳香烴石油產(chǎn)品主要由以下四類碳氫化合物組成：液態(tài)燃料的化學(xué)組成烷烴分子通式：CnH2n+2（飽和烴）液體燃油中的烷烴：C3~C15分子結(jié)構(gòu)（庚烷）：液態(tài)燃料的化學(xué)組成烯烴分子通式：CnH2n（不飽和烴）分子結(jié)構(gòu)（丙烯）：液態(tài)燃料的化學(xué)組成環(huán)烷烴分子通式：CnH2n（飽和烴）分子結(jié)構(gòu)（環(huán)丙烷）：液態(tài)燃料的化學(xué)組成芳香烴單環(huán)芳香烴分子式：CnH2n-6（不飽和烴）分子結(jié)構(gòu)（苯）：種類特性烷烴具有較高的氫/碳比，密度較低，重量熱值高，熱安定性好。燃燒時沒有冒煙及積炭。

烯烴其化學(xué)穩(wěn)定性和熱安定性比烷烴差。在高溫和催化作用下，容易轉(zhuǎn)化成芳香族碳氫化合物。一般原油中含烯烴并不多，烯烴通常是由裂解過程產(chǎn)生的。直接分餾法得出的石油產(chǎn)品中含烯烴不多，在裂解法得出的油中，烯烴可以多到25%。

環(huán)烷烴是飽和的，分子結(jié)構(gòu)中碳原子形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)（而不是鏈狀結(jié)構(gòu)）。在分餾油中環(huán)烷烴的量和烷烴差不多。在化學(xué)穩(wěn)定性、重量熱值和冒煙積碳的傾向性幾方面和烷烴很相似。

芳香烴是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，含有一個或多個碳原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，雖然在結(jié)構(gòu)上與環(huán)烷烴有點類似，但它含氫量少，因而其重量熱值比環(huán)烷烴低得多。芳香烴的主要缺點是冒煙積碳的傾向很高，吸濕性高，所以當燃油處于低溫時容易導(dǎo)致冰結(jié)晶的沉積。芳香烴對橡膠制品有很強的溶解能力。

烷烴：具有較高的氫/碳比，密度較低，重量熱值高，熱安定性好。燃燒時沒有冒煙及積炭。烯烴：其化學(xué)穩(wěn)定性和熱安定性比烷烴差。在高溫和催化作用下，容易轉(zhuǎn)化成芳香族碳氫化合物。一般原油中含烯烴并不多，烯烴通常是由裂解過程產(chǎn)生的。直接分餾法得出的石油產(chǎn)品中含烯烴不多，在裂解法得出的油中，烯烴可以多到25%。環(huán)烷烴：是飽和的，分子結(jié)構(gòu)中碳原子形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)（而不是鏈狀結(jié)構(gòu)）。在分餾油中環(huán)烷烴的量和烷烴差不多。在化學(xué)穩(wěn)定性、重量熱值和冒煙積碳的傾向性幾方面和烷烴很相似。芳香烴：環(huán)狀結(jié)構(gòu)，含有一個或多個碳原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，雖然在結(jié)構(gòu)上與環(huán)烷烴有點類似，但它含氫量少，因而其重量熱值比環(huán)烷烴低得多。芳香烴的主要缺點是冒煙積碳的傾向很高，吸濕性高，所以當燃油處于低溫時容易導(dǎo)致冰結(jié)晶的沉積。芳香烴對橡膠制品有很強的溶解能力。液態(tài)燃料的理化性質(zhì)相對密度粘度熱值餾程與沸點閃點與自燃著火溫度貧、富油熄火極限凝固點生炭性液態(tài)燃料的理化性質(zhì)相對密度在t℃時的油與4℃時的水的密度之比，稱為該油的相對密度，在數(shù)值上等于該油在t℃的密度。為標準相對密度溫度修正系數(shù)相對密度是烴類燃料的一個很重要的物性參數(shù)，其大小可以大致地說明燃料碳/氫比、熱值以及生成煙的傾向。液態(tài)燃料的理化性質(zhì)相對密度油種相對密度車用汽油0.712~0.731航空汽油0.730~0.750寬餾分組分0.755航空煤油0.780~0.820柴油0.831~0.862重油0.94~0.98液態(tài)燃料的理化性質(zhì)粘度動力粘度：運動粘度：恩氏粘度°E：在流體中，兩個面積為1cm2相距1cm的兩層液面，以1cm/s的相對速度運動時，液面間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力即為動力粘度。單位：Pa?s在實驗溫度條件下，200ml試驗油從粘度計里流出的時間與20℃的200ml蒸餾水流出的時間之比。燃油的粘度是衡量燃油流動阻力的一項指標，粘度愈低，流動性愈好。粘度大小直接影響對燃油的輸送與霧化，與組分有關(guān)。恩氏粘度是一種條件粘度。即用某種粘度計在規(guī)定的條件下測量的粘度。美國使用賽氏粘度，英國使用雷氏粘度。液態(tài)燃料的理化性質(zhì)有關(guān)粘度的一些結(jié)論相同溫度下運動粘度υ與恩氏粘度E之間的換算關(guān)系為

粘度主要取決于燃料中所含碳氫化合物的組成（粘度依如下次序降低：多環(huán)環(huán)烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴、烷烴）粘度隨溫度升高而降低

粘度隨壓力升高而變大（壓力較低時可以不計影響）

液態(tài)燃料的理化性質(zhì)熱值油品低熱值（）航空汽油＞43100航空煤油＞42900柴油~42500重油39800~41900液態(tài)燃料的理化性質(zhì)餾程與沸點餾程是指餾分的溫度范圍。燃油的餾程決定了燃料物理性質(zhì)與燃燒性質(zhì)，決定了每噸原油可產(chǎn)該種燃油的產(chǎn)出率。加寬餾程可以增大產(chǎn)出率，但燃料的性質(zhì)發(fā)生了變化。

餾程：沸點：燃油是混合物，所以沒有單一的沸點，常用50%餾點溫度來表征燃油的沸點，常壓下的中餾點又稱正常沸點。

直餾流程圖蒸餾塔冷凝器石油氣直餾汽油加熱爐（常壓）油泵原油煤油輕柴油重柴油常壓重油直餾法：常壓下直接對石油加熱（300～325℃）分餾，石油中各餾分按其沸點高低先后餾出，最先餾出是汽油（沸點40～180℃），然后依次為重汽油（沸點120～230℃）、煤油（150～300℃）、柴油（200～350℃），剩下沸點高的重質(zhì)油則從分餾塔塔底排出，稱為常壓重油。減壓蒸餾塔加熱爐（減壓）油泵常壓重油各種蠟油重柴油重油減壓蒸餾流程圖減壓蒸餾法：高沸點的常壓重油加熱到400°C以上可以繼續(xù)分餾出各種重油來。根據(jù)氣壓下降、沸點下降的原理，一般采用減壓蒸餾的辦法，在0.01MPa以下時，重油中烴的沸點可降低200°C，這樣原來沸點約700℃以下的各種烴都可分餾出來。液態(tài)燃料的理化性質(zhì)閃點與自燃著火溫度油加熱到一定溫度會揮發(fā)出油蒸氣。在大氣壓力下，用火焰在油面上掠過，油面出現(xiàn)短促的蘭色閃光的最低溫度，稱為閃點。閃點：油品閃點(°C)汽油＜－20~30煤油>20~30柴油>50~90重油>80~130閃點與飽和蒸氣壓有關(guān)，飽和蒸氣壓高的油，閃點低，發(fā)生火災(zāi)的可能也就越大。液態(tài)燃料的理化性質(zhì)閃點與自燃著火溫度自燃著火溫度是在沒有外界點火源時完全由加熱使燃油溫度升高而使燃油自動著火的溫度。自燃著火溫度比閃點高得多。自燃著火溫度：燃點：當燃油加熱到此溫度后，已汽化的油汽遇到明火能著火持續(xù)燃燒（不少于五秒鐘）的最低溫度。燃點高于閃點10~30°C液態(tài)燃料的理化性質(zhì)

貧、富油熄火極限可燃物（如燃油蒸氣）與空氣混合，只能在一定濃度范圍內(nèi)才能進行燃燒，超過這個濃度范圍（太稀或太濃）就燃不起來。在這個濃度范圍內(nèi)，火焰一旦引發(fā)，就可以從點火源擴展出去，只要濃度合適，可以無限地傳播下去。通常定義一個富燃極限一個貧燃極限（亦叫富油、貧油極限）。液態(tài)燃料的理化性質(zhì)

凝固點

凝固點是指當溫度降低到某一值時，燃油變得很稠，以致使盛有燃油的器皿傾斜45°時，其中燃油油面在一分鐘內(nèi)可保持不動。油的凝固點與它的組成有關(guān)，一般重質(zhì)油較高，輕質(zhì)油較低，如重油凝固點為15～36°C，而柴油在－35～20°C之間。液態(tài)燃料的理化性質(zhì)生炭性

燃料的生碳性表明在燃燒室中燃燒時生成煙粒子的傾向。生碳性高則排氣冒煙多，燃燒區(qū)煙粒子濃度高，引起火焰輻射黑度高，輻射傳熱高，室壁溫高，引起火焰筒變形和裂紋，縮短火焰筒壽命；生碳性高還容易引起室壁積碳和噴嘴積碳，后者會影響到燃油的霧化質(zhì)量，造成燃燒效率下降，出口溫度分布不好，甚至燃燒不穩(wěn)定。生碳性與燃料的性質(zhì)密切相關(guān)，如比重、餾程、粘度、芳香烴含量、碳氫比等。燃料的生碳性是燃料性質(zhì)與組成影響燃燒性能與燃燒室壽命的最明顯的例子。各種液態(tài)燃油餾分油基本上是不含灰，沒有雜質(zhì)，可直接使用?！?－3氣態(tài)燃料§2－3氣態(tài)燃料天然氣組成：碳氫化合物、硫化氫、氮氣及二氧化碳等。種類：氣田煤氣、油田煤氣（伴生氣）熱值：§2－3氣態(tài)燃料天然氣名稱氣體組分Kg/Nm3QkJ/Nm3CH4C2H6C3H8C4H10C5H12C6H14H2H2SCO2N2氣田煤氣906.5------0.53.00.6~0.643770097.20.70.2---0.10.11.00.7油田煤氣