燃烧学第一章
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燃烧学第一章资料
国产柴油的牌号：是以燃油的凝固点温 度限值来命名。以十六烷值表示着火性 能的好坏。
国产重油的牌号：是以60oC时重油的恩 氏粘度数值来命名。
我国汽油的牌号
93号汽油？ 97？
异辛烷C8H18的辛烷值 100 正庚烷C7H16的辛烷值 0
不同配比的标 准油样，ON （异辛烷的体 积百分比）
研究法辛烷值 （RON）
v=8.00E-8.64/0E,mm2/s(当1.35< 0E<3.20)
v=7.60E-4.0/0E,mm2/s(当0E>3.20)
或统一用v=7.7530E-1.784/0E,mm2/s
燃油的粘度值与它的化学成分、馏程、温度和压力 等多因素有关。
闪点和燃点
燃点（着火温度、着火点）
燃油在常压空气中能自行燃烧起来的最低温度 称为燃点，也称为着火温度或着火点。
闪点
燃油被加温到某一温度，油面上的油蒸汽发生 闪火现象，此时油温叫做油的闪点。
通常燃点较闪点高10～30℃。 闪点是燃油储存中的防火指标。
凝固点和沸点
凝固点 盛有燃油的试管倾斜45o ，燃油油面在1分钟 内仍保持不变时的温度。 凝固点越高，流动性越差 凝固点越低，流动性越好
沸点 无固定沸点，只有一个温度范围，沸腾从某一 温度开始，随温度升高而连续进行。 石油蒸馏就是收集不同沸点的镏出物
褐煤的特点
碳化程度较低 易风化、易氧化、自燃 不适于远地运输和长期储存 含碳较高40%~50% 挥发分较少 Vdaf>40％ 收到基低位发热量 11.5~21 MJ/kg 易燃烧，不粘结
低质煤的特点
发热量低 灰分高 含水量高 高硫量 易结渣 一般不能单独燃用
固体燃料基成分表示法
1.1.2 液体燃料
国产重油的牌号：是以60oC时重油的恩 氏粘度数值来命名。
我国汽油的牌号
93号汽油？ 97？
异辛烷C8H18的辛烷值 100 正庚烷C7H16的辛烷值 0
不同配比的标 准油样，ON （异辛烷的体 积百分比）
研究法辛烷值 （RON）
v=8.00E-8.64/0E,mm2/s(当1.35< 0E<3.20)
v=7.60E-4.0/0E,mm2/s(当0E>3.20)
或统一用v=7.7530E-1.784/0E,mm2/s
燃油的粘度值与它的化学成分、馏程、温度和压力 等多因素有关。
闪点和燃点
燃点（着火温度、着火点）
燃油在常压空气中能自行燃烧起来的最低温度 称为燃点，也称为着火温度或着火点。
闪点
燃油被加温到某一温度，油面上的油蒸汽发生 闪火现象，此时油温叫做油的闪点。
通常燃点较闪点高10～30℃。 闪点是燃油储存中的防火指标。
凝固点和沸点
凝固点 盛有燃油的试管倾斜45o ，燃油油面在1分钟 内仍保持不变时的温度。 凝固点越高，流动性越差 凝固点越低，流动性越好
沸点 无固定沸点，只有一个温度范围，沸腾从某一 温度开始，随温度升高而连续进行。 石油蒸馏就是收集不同沸点的镏出物
褐煤的特点
碳化程度较低 易风化、易氧化、自燃 不适于远地运输和长期储存 含碳较高40%~50% 挥发分较少 Vdaf>40％ 收到基低位发热量 11.5~21 MJ/kg 易燃烧，不粘结
低质煤的特点
发热量低 灰分高 含水量高 高硫量 易结渣 一般不能单独燃用
固体燃料基成分表示法
1.1.2 液体燃料
燃烧学讲义第一章
第1章燃烧化学基础燃烧的本质和条件1.1.1 燃烧的本质所谓燃烧，就是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和发烟的现象。
燃烧区的温度很高，使其中白炽的固体粒子和某些不稳定（或受激发）的中间物质分子内电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光；发光的气相燃烧区就是火焰，它的存在是燃烧过程中最明显的标志；由于燃烧不完全等原因，会使产物中混有一些微小颗粒，这样就形成了烟。
从本质上说，燃烧是一种氧化还原反应，但其放热、发光、发烟、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化还原反应。
如果燃烧反应速度极快，则因高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀作用，使反应能量直接转变为机械功，在压力释放的同时产生强光、热和声响，这就是所谓的爆炸。
它与燃烧没有本质差别，而是燃烧的常见表现形式。
现在，人们发现很多燃烧反应不是直接进行的，而是通过游离基团和原子这些中间产物在瞬间进行的循环链式反应。
这里，游离基的链锁反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。
1.1.2 燃烧的条件及其在消防中的应用1.1.2.1 燃烧的条件燃烧现象十分普遍，但其发生必须具备一定的条件。
作为一种特殊的氧化还原反应，燃烧反应必须有氧化剂和还原剂参加，此外还要有引发燃烧的能源。
1．可燃物（还原剂）不论是气体、液体还是固体，也不论是金属还是非金属、无机物还是有机物，凡是能与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质，均称为可燃物，如氢气、乙炔、酒精、汽油、木材、纸张等。
2．助燃物（氧化剂）凡是与可燃物结合能导致和支持燃烧的物质，都叫做助燃物，如空气、氧气、氯气、氯酸钾、过氧化钠等。
空气是最常见的助燃物，以后如无特别说明，可燃物的燃烧都是指在空气中进行的。
3．点火源凡是能引起物质燃烧的点燃能源，统称为点火源，如明火、高温表面、摩擦与冲击、自然发热、化学反应热、电火花、光热射线等。
上述三个条件通常被称为燃烧三要素。
但是即使具备了三要素并且相互结合、相互作用，燃烧也不一定发生。
《燃烧学》课程笔记
《燃烧学》课程笔记第一章燃料与燃烧概述一、燃烧学发展简史1. 古代时期- 早期人类通过摩擦、打击等方法产生火，火的使用标志着人类文明的开始。
- 古埃及、古希腊和古罗马时期，人们开始使用火进行冶炼、烹饪和取暖。
2. 中世纪时期- 炼金术的兴起，炼金术士们试图通过燃烧和其他化学反应来转化金属。
- 罗杰·培根（Roger Bacon）在13世纪对火进行了研究，提出了火的三要素理论：燃料、空气和热。
3. 17世纪- 法国化学家安托万·洛朗·拉瓦锡（Antoine Lavoisier）通过实验证明了燃烧是物质与氧气的化学反应，推翻了燃素说。
- 拉瓦锡的氧化学说为现代燃烧理论奠定了基础。
4. 18世纪- 约瑟夫·普利斯特里（Joseph Priestley）和卡尔·威廉·舍勒（Carl Wilhelm Scheele）分别独立发现了氧气。
- 拉瓦锡和普利斯特里的实验揭示了氧气在燃烧过程中的作用。
5. 19世纪- 热力学第一定律和第二定律的发展，为理解燃烧过程中的能量转换提供了理论基础。
- 化学反应动力学的发展，科学家们开始研究燃烧反应的速率和机理。
6. 20世纪- 燃烧学作为一门独立学科得到发展，研究内容包括火焰结构、燃烧污染物生成与控制等。
- 计算流体力学（CFD）的应用，使得燃烧过程的模拟和优化成为可能。
- 环保意识的提高，促进了清洁燃烧技术和低污染燃烧技术的发展。
二、常见的燃烧设备1. 炉子- 锅炉：用于发电和工业生产中的蒸汽供应。
- 炉灶：家用烹饪设备，使用天然气、液化石油气等作为燃料。
- 热水器：利用燃料燃烧产生的热量加热水。
2. 发动机- 内燃机：汽车、摩托车等交通工具的动力来源。
- 燃气轮机：用于飞机、发电厂等，具有较高的热效率。
3. 焚烧炉- 医疗废物焚烧炉：用于医院废物的无害化处理。
- 城市生活垃圾焚烧炉：用于垃圾减量和资源回收。
燃烧学 第一章 绪论-精选文档
二、燃烧理论的发展
• 世纪二十年代到四十年代
– 俄国化学家谢苗诺夫等人由反应动力学和传热传质相 互作用的观点，首次从定量关系上建立了着火及火焰 传播的经典燃烧理论 – 人们已逐渐认识到，限制燃烧过程的往往不是反应动 力学而是传热传质
• 四十年代到五十年代
– 基于扩散燃烧或扩散 — 动力燃烧的观点开始研究了液 滴和炭粒燃烧
锅炉爆炸2
– 1993年，宁波北仑港电 厂配600MW的2019t/h 锅炉燃烧组织不当，炉 膛严重结渣，大渣落下 砸坏水冷壁， （18.2Mpa,360℃）高 压水冲破炉墙，当场烧 死，烫死，窒息死亡19 人，造成严重损失。
配600MW发电机组2019t/h锅炉
四、燃烧学的研究内容
• 燃烧学的研究主要从两方面进行
– 燃烧理论的研究 • 研究燃烧过程所涉及的各种基本现象的机理 • 如燃料的着火、熄火、火焰传播及火焰稳定、预混火焰、扩散
火焰、层流和湍流燃烧、液滴燃烧、碳粒燃烧、煤的热解和燃 烧、燃烧产物的形成等过程的机理
– 燃烧技术的研究 • 应用燃烧基本理论解决工程技术中的各种实际燃烧问题 • 如对现有燃烧方法进行分析和改进，对新的燃烧方法进行探索
燃 烧 学
第1章
绪论
一、什么是燃烧？
• 燃烧的定义
– 物质剧烈氧化而出现的发光发热的现象。 – 表现现象是 火 – 火是人类最早发现和应用的现象之一： • 火使人类摆脱了茹毛饮血和黑暗寒冷； • 火使人类进入文明社会，促进人类进步； – 现代社会发展的支撑工业离不开火 • 冶金，制造业 • 能源动力行业：火力发电；汽车、轮船和航空航天
和实践，提高燃料利用范围和利用效率，实现对燃烧过程的控 制，控制燃烧过程中污染物质的生成和排放等等。
燃烧学
热交换
V
x
j
(
T V
能量守恒方程(续1)-体积力功 和总能量守恒
体积力功 表面力功
V sFsivsiV V (vi sFsi sFsiVsi )V
S
x
j
(pijvi
)V
能量方程的完整形式
d dt
(e
v2 2
)
x
j
(
T x j
)
q rj x j
• 我国传说:燧人氏钻木取火 • 希腊传说:普罗米休斯把火带给人间。至少50万
年前人类学会用火。
• 恩格斯：“火”使人类脱离野蛮进入文明 • “庄子”：木与木相摩则燃。 • 战国齐国田单：火牛阵 • 晋代张华“博物志”：四川用天然气煮盐 • 火药和火箭：我国首先发明（至少在宋代）
• 燃烧技术的三次大发展：蒸汽机和内燃机（产 业革命）；航空航天技术（二次世界大战）； 能源危机（70年代末）
（2）Stefan流--水面蒸发
水面蒸发（续1）
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2 3
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燃烧学第01章 绪论
– 通过流动速度控制NOX
• 煤的液化
– 液化煤燃料的特点：
• 高沸点 \ 宽的沸点范围 \ 高的N \ O \ 灰分含量
– 液化煤燃烧，SOOT \ NOX 排放较石油高
15
• 其他代用燃料和混合燃料
• 甲醇 \ 乙醇
– 可以从天然气和煤合成
– 热值小 – 用于汽油机时压升率高
– SOOT \ NOX排放小
– 燃烧过程是这些因素综合作用的结果
– 建立了着火、火焰传播\湍流燃烧的理论
• 20世纪50--60年代，冯卡门\钱学森：
– 用连续介质力学来研究燃烧现象
• 20世纪60年代后期，D. B. Spalding：
– 首次得到层流边界层燃烧过程控制微分方程的数值解 – 在普朗特、雷诺 \ 周培源等人工作基础上，将湍流模型引入燃 烧学的研究，提出一系列湍流输运模型和湍流燃烧模型 – 对一大批燃烧现象和实际燃烧过程进行了数值求解
绪论中国科学技术大学热科学和能源工程系2005年2月11燃烧与火焰燃烧燃料与氧化剂两种组分在空间激烈地发生放热化学反应的过程它伴有发热发光过程即所谓火的现象碳氢化合物等化学性能稳定的燃烧产物的光谱带波长075cc等处于电子激发态的各种自由基组分是由化学反应产生的光辐射不连续光谱带在反应瞬时产生燃烧气体液体或固体燃料的炉膛中完全燃烧产物的辐射主要来自h碳氢化合物燃料和空气的燃烧火焰中特别是层流火焰中的气体具有较高的电离度在电场中火焰发生变形弯曲着火熄火条件发生变化在论文中提出许多物质金属铝铁锡硫磷等燃烧后重量增加接着拉瓦锡很快证明这种物质在空气中含有20确立了燃烧的氧化学说揭开了燃烧的本质20世纪30年代美国化学家刘易斯俄国化学家谢苗诺夫将化学动力学机理引入燃烧研究化学反应动力学是影响燃烧速率的重要因素燧人氏钻木取火无法考证把人和动物分开摩擦生火普罗米修斯古希腊神话为拯救人类从天上偷来火种控制燃烧过程的因素不仅是化学动力学因素还有流动传热传质等物理因素在普朗特雷诺周培源等人工作基础上将湍流模型引入燃烧学的研究提出一系列湍流输运模型和湍流燃烧模型形成了计算燃烧学学科能够定量预测燃烧过程燃烧学在现代工业国防生产生活中的应用通过燃烧矿物燃料获取化学能在世界能源消费份额中在一个相当长的历史时期将仍然占有较大的比重火箭发动机汽车航空船舶等等柴油机10酒精煤油浆重油噪音soot烟粒排放11分层燃烧
燃烧学 第3版 第1章 绪论
从炉排后部观察的商品型煤燃尽状态
从炉排前部观察的商品型煤燃尽状态
内燃机
燃气轮机，涡轮/涡扇发动机
火箭发动机
液体火箭发动机
固体火箭发动机
燃料分类
类 别
天然燃料
人工燃料
固体燃料
木柴，泥煤，烟煤，无烟煤，石煤，油页岩等（可燃冰）
木炭，焦炭，泥煤砖，煤矸石，甘蔗渣，可燃垃圾等
液体燃料
现代燃烧学的发展
燃烧科学的应用
全世界的能源结构以石油和煤为主，石油和煤的主要利用方式——燃烧； 燃料中存在有害物质：烟尘、灰、SOx、NOx →污染环境 →酸雨、温室效应等。改善燃烧工艺，控制燃烧过程，发展洁净燃烧技术。
1.2
常见的燃烧设备
电站煤粉锅炉系统简图
电站煤粉锅炉
链条锅炉
石油
汽油，煤油，柴油，甲醇，乙醇，二甲醚，水煤浆
气体燃料
天然气，煤层气，页岩气
高炉煤气，发生炉煤气，焦炉煤气，液化石油气
第一章 绪论
1.1
燃烧概述
140~150万年前，“摩擦生火第一次使人类支配了一种自然力，从而最终把人和动物分开”
燃烧是物质因剧烈氧化而发光、发热的现象－－“火”
Байду номын сангаас
17世纪末，德国斯塔尔（stahl）提出了燃素论 18世纪中叶，法国化学家拉瓦锡和俄国科学家罗蒙诺索夫根据他们的实验，分别提出燃烧是物质氧化的理论。 1774年普利斯特列发现了氧。拉瓦锡的燃烧学说得到确立，开始了揭开燃烧学本质的过程。
现代燃烧学的确立
19世纪，阐明了燃烧过程中重要的平衡热力学特性。
20世纪30年代，美国化学家刘易斯和 俄国谢苗诺夫将化学动力学的机理引入燃烧研究，认为化学反应动力学是影响燃烧速率的重要因素，初步奠定了燃烧理论的基础 。
从炉排前部观察的商品型煤燃尽状态
内燃机
燃气轮机，涡轮/涡扇发动机
火箭发动机
液体火箭发动机
固体火箭发动机
燃料分类
类 别
天然燃料
人工燃料
固体燃料
木柴，泥煤，烟煤，无烟煤，石煤，油页岩等（可燃冰）
木炭，焦炭，泥煤砖，煤矸石，甘蔗渣，可燃垃圾等
液体燃料
现代燃烧学的发展
燃烧科学的应用
全世界的能源结构以石油和煤为主，石油和煤的主要利用方式——燃烧； 燃料中存在有害物质：烟尘、灰、SOx、NOx →污染环境 →酸雨、温室效应等。改善燃烧工艺，控制燃烧过程，发展洁净燃烧技术。
1.2
常见的燃烧设备
电站煤粉锅炉系统简图
电站煤粉锅炉
链条锅炉
石油
汽油，煤油，柴油，甲醇，乙醇，二甲醚，水煤浆
气体燃料
天然气，煤层气，页岩气
高炉煤气，发生炉煤气，焦炉煤气，液化石油气
第一章 绪论
1.1
燃烧概述
140~150万年前，“摩擦生火第一次使人类支配了一种自然力，从而最终把人和动物分开”
燃烧是物质因剧烈氧化而发光、发热的现象－－“火”
Байду номын сангаас
17世纪末，德国斯塔尔（stahl）提出了燃素论 18世纪中叶，法国化学家拉瓦锡和俄国科学家罗蒙诺索夫根据他们的实验，分别提出燃烧是物质氧化的理论。 1774年普利斯特列发现了氧。拉瓦锡的燃烧学说得到确立，开始了揭开燃烧学本质的过程。
现代燃烧学的确立
19世纪，阐明了燃烧过程中重要的平衡热力学特性。
20世纪30年代，美国化学家刘易斯和 俄国谢苗诺夫将化学动力学的机理引入燃烧研究，认为化学反应动力学是影响燃烧速率的重要因素，初步奠定了燃烧理论的基础 。
第一章 火灾燃烧学基础1
11
（1）特别重大火灾
指造成30人以上 死亡，或者100人以上 重伤，或者1亿元以上 直接财产损失的火灾；
12
（2）重大火灾
指造成10人以上 30人以下死亡，或者 50人以上100人以下重 伤，或者5000万元以 上1亿元以下直接财产 损失的火灾；
13
（3）较大火灾
指造成3人以上 10人以下死亡，或者 10人以上50人以下重 伤，或者1000万元以 上5000万元以下直接 财产损失的火灾。
35
36
（6）爆炸
指由于物质急剧 氧化或分解反应，产 生温度、压力升高或 两者同时增加的现象 （对气相燃烧来说， 亦称预混燃烧）。
37
爆炸按其燃烧速度的快慢分为爆燃和爆
轰两类。
1）爆燃 指燃速以亚音速传播的爆炸 （指在空气中穿过未燃烧介质反应前端的速度 ≤340m/s）； 2）爆轰 指燃速以超音速传播，并以冲
500-700
煤炉火星
烟囱火星
1000
600
蜡烛焰
焊割焰 汽车废气火星
640-940
2000-300 600-800
61
石灰与水反应 600-700
一些可燃气体在空气中的
最小引燃能量(mJ)
物质名称 甲烷(8.5%) 丙烷(5-5.5%) 乙炔(7.73%) 氢气(29.5%) 最小引燃能量 物质名称 0.28 0.26 0.019 0.019 汽 油 最小引燃能量 0.2 0.215 0.19 0.55
指物质由外界着火源的作用而引发的燃
烧。由物质外界着火源的作用而引发燃烧的
最低温度称为引燃温度。简称着火点，用
“℃”表示。
21
22
（2）自燃
指可燃物质在没有外界着火源作用的条 件下，靠物质本身内部的一系列物理化学变 化而发生的自动燃烧现象。 物质发生自动燃烧的最低温度称为自燃 点，用“℃”表示。
（1）特别重大火灾
指造成30人以上 死亡，或者100人以上 重伤，或者1亿元以上 直接财产损失的火灾；
12
（2）重大火灾
指造成10人以上 30人以下死亡，或者 50人以上100人以下重 伤，或者5000万元以 上1亿元以下直接财产 损失的火灾；
13
（3）较大火灾
指造成3人以上 10人以下死亡，或者 10人以上50人以下重 伤，或者1000万元以 上5000万元以下直接 财产损失的火灾。
35
36
（6）爆炸
指由于物质急剧 氧化或分解反应，产 生温度、压力升高或 两者同时增加的现象 （对气相燃烧来说， 亦称预混燃烧）。
37
爆炸按其燃烧速度的快慢分为爆燃和爆
轰两类。
1）爆燃 指燃速以亚音速传播的爆炸 （指在空气中穿过未燃烧介质反应前端的速度 ≤340m/s）； 2）爆轰 指燃速以超音速传播，并以冲
500-700
煤炉火星
烟囱火星
1000
600
蜡烛焰
焊割焰 汽车废气火星
640-940
2000-300 600-800
61
石灰与水反应 600-700
一些可燃气体在空气中的
最小引燃能量(mJ)
物质名称 甲烷(8.5%) 丙烷(5-5.5%) 乙炔(7.73%) 氢气(29.5%) 最小引燃能量 物质名称 0.28 0.26 0.019 0.019 汽 油 最小引燃能量 0.2 0.215 0.19 0.55
指物质由外界着火源的作用而引发的燃
烧。由物质外界着火源的作用而引发燃烧的
最低温度称为引燃温度。简称着火点，用
“℃”表示。
21
22
（2）自燃
指可燃物质在没有外界着火源作用的条 件下，靠物质本身内部的一系列物理化学变 化而发生的自动燃烧现象。 物质发生自动燃烧的最低温度称为自燃 点，用“℃”表示。
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Cad H ad Oad Nad Sad Wad Aad 100%
干燥基
燃料完全干燥，去掉全部水分，包括 外在水分和内在水分。下标d表示 Cd H d Od Nd Sd Ad 100% 干燥无灰基（可燃基） 去掉全部水分和灰分后的元素组成。
第一章 燃料与燃烧概述
刘雪玲
天津大学热能工程系
1.1 燃料的燃烧特性
燃料：指在空气中容易燃烧，并能够比较 经济地利用其燃烧热的物质的总称。 燃料按其状态可分为： 气体燃料、液体燃料、固体燃料。 燃料按其获得途径分为： 天然燃料和人造燃料。
1.1.1 固体燃料
天然的固体燃料有煤、泥煤和木柴等。 人造的固体燃料有焦炭、煤球、煤粉以及木 炭等。 泥煤特点 挥发分高、 可燃性好 反应性强、 含硫量低 机械性能差、灰分熔点低
Cdaf Hdaf Odaf Ndaf Sdaf 100%
各种燃料基之间的成分换算
固体燃料发热量
高位发热量QGw
燃烧产物中的水蒸汽凝结成水而将汽化潜热释放出来。
低位发热量QDw
燃烧产物中的水为气态， 汽化潜热不能释放出来。
发热量的测定—氧弹量热计 门捷3;300H-26(O-S)) kJ/kg QDW=4.187(81C+246H-26(O-S)-6W) kJ/kg
QGw和 QDw的换算
9Har /100War /100 Qar ,Dw Qar ,Gw 2512
9Had /100Wad /100 Qad ,Dw Qad ,Gw 2512
1.1.2 液体燃料
液体燃料指物质形态为液态的可燃物质。 天然液体燃料：石油 工业用液体燃料：通常是原油经过一系列 炼油工艺加工而形成的。 包括汽油、煤油、轻柴油、重柴油、重油、 渣油等石油产品。 还包括焦油和酒精。
石油的组成
石油的组成元素 主要因素：C、H、O、N、S C：84%~87%（质量分数含量） H：11%～14% O：0.1％～1％ N：<0.2% 微量金属因素：钒、镍、铁、铝、钙、 镁、钴、 铜等 微量非金属因素：氯、硅、磷、硒、砷等
燃煤新技术概述
煤的气化 通过煤与空气、氢气、氧气、蒸汽、二氧化碳 中的一种和几种的混合物的化学反应得到气态 产物，即煤气的过程。
煤的液化 煤炭液化是把固态状态的煤炭通过化学加工， 使其转化为液体产品的技术。煤炭通过液化可 将硫等有害元素以及灰分脱除，得到洁净的二 次能源。
煤浆燃料
煤浆燃料
几个概念：
标准煤: 燃料的每释放出29300kJ(7000kcal)热 量就折算为1公斤标准煤。（按低位发热量） 中国煤炭: 燃料的每释放出20934kJ(5000kcal) 热量就折算为1公斤标准油煤。（按低位发热量） 标准油（原油）: 燃料的每释放出41868kJ (10000kcal)热量就折算为1公斤标准油煤。（按 低位发热量） 标准燃气（油气）: 燃料每释放出 9500kcal热 量就折算为1公斤标准燃气。 燃料每释放出 133300kcal热量就折算为1公斤标 准油气。（按低位发热量）
灰分：煤中的不可燃矿物质。有害成分，也是影响 燃烧质量的主要成分。 灰分大，可燃物含量减少，发热量降低； 灰分大，不易燃烧完全； 灰分大，烟气中灰粒增多，受热面磨损严重； 灰分大，污染环境； 灰分大，受热面积灰增多，传热能力下降，燃烧设 备热效率降低。 水分：不可燃，有害成分。
煤的工业分析
煤的工业分析：通过实验测出煤中的水分 （W）、灰分（A）、挥发分（V）和固定碳 （FC）的质量的百分比以及煤的发热量。 煤的工业分析，又叫煤的技术分析或实用分 析，是评价煤质的基本依据。 通常煤的水分、灰分、挥发分是直接测出的， 而固定碳是用差减法计算出来的。 广义上讲，煤的工业分析还包括煤的全硫分 和发热量的测定， 又叫煤的全工业分析。
挥发分：在隔绝空气的条件下受热时，水分 逸出后，有机物开始热分解并逸出的各种气 态可燃物质。 挥发分对煤的着火过程有重大影响。挥发分 高的煤容易着火，也容易燃尽。 挥发分是煤进行分类的主要依据。 挥发分高低和焦炭结块的难易程度（焦结性） 对煤的燃烧特性有很大的影响。 固定碳 ：从煤中扣除水分、灰分及挥发分后 剩下的部分就是固定碳，是煤中主要可燃物 质。
十六烷烃的十六 烷值C16H34 a-甲基萘C11H10 （或七甲基壬烷 的十六烷值）
100 0
不同配比的标 准油样, CN （十六烷烃的 体积百分数）
国产重油的牌号
60oC重油恩氏黏度数值命名 有多种牌号（如20号、60号等）
1.1.3 气体燃料
粘结性
煤的分类：
根据干燥无灰基挥发分、收到基低位发热量、 以及其他成分作为参考标准，大致把煤粉锅 炉用煤分为五大类。
低质煤
褐煤
烟煤
贫煤
碳 化 程 度
无烟煤
A
无烟煤的特点
炭化程度最高的煤 含碳高50%~95%、坚硬 挥发分少Vdaf=6.5％-10％， 收到基低位发热量21MJ/kg 适于长途运输 可燃性较差，不易着火
热值
单位质量或体积的液体燃料完全燃烧所释放出 的热量。 油的C、H含量较煤多，因此油的热值远大于 煤。通常燃油热值在38.5~44MJ/kg 油质越重，H含量越少，热值越低 例如：汽油热值高，重油热值低 液体燃料热值测定 氧弹量热仪测定 根据元素分析用门捷列夫公式计算
石油产品的牌号
国产汽油的牌号：是以汽油的辛烷值数 值来命名。 国产柴油的牌号：是以燃油的凝固点温 度限值来命名。以十六烷值表示着火性 能的好坏。 国产重油的牌号：是以60oC时重油的恩 氏粘度数值来命名。
恩氏粘度： 温度toC时200毫升燃油通过恩氏粘度 计标准容器时间，与同体积20oC蒸馏水通过恩氏 粘度计标准容器时间之比。 恩氏粘度与运动粘度之间换算为： v=8.00E-8.64/0E,mm2/s(当1.35< 0E<3.20) v=7.60E-4.0/0E,mm2/s(当0E>3.20) 或统一用v=7.7530E-1.784/0E,mm2/s 燃油的粘度值与它的化学成分、馏程、温度和压力 等多因素有关。
水煤浆技术的发展及应用
70年代石油危机后，掀起了开发煤油混合燃料 (COM)的热潮。为此水煤浆燃料(CWM)的研究迅 速倔起。 到80年代初在制备方面的技术大体上已成熟，并 已对水煤浆燃料进行了很多大规模的燃烧试验。 水煤浆技术开发应用先进的国家有日本、美国、 瑞典，加拿大、意大利、法国、德国、英国、中 国等国自80年代起也进行了一系列开发研究。
煤的特性
• 粘结性：粉碎后的煤在隔绝空气情况下加热到一 定温度时，煤的颗粒相互粘结形成焦块的性质。 • 结焦性：煤经干馏结成焦炭的性能
• 耐热性：又称热稳定性。是指煤在高温作用下 保持原来粒度的性能。 • 反应性：又称活性，指煤的反应能力，指煤 中碳与CO2和水进行还原反应的速度。 • 可燃性：指燃料中碳与氧发生氧化反应的速 度，即燃烧速度。
航空汽油--馏出温度40-180oC 车用汽油（90号以下）--馏出温度35-205oC 车用汽油（90号以上）--馏出温度35-195oC 轻柴油--馏出温度205-360oC 煤油--馏出温度200-320oC 航空煤油--馏出温度150-250oC 重油--馏出温度300oC以上 大型船用柴油机燃料--馏出温度350oC以上 渣油--馏出温度高于500-520oC
我国汽油的牌号
异辛烷C8H18的辛烷值 100 正庚烷C7H16的辛烷值 0 研究法辛烷值 （RON） 马达法辛烷值 （MON）
93号汽油？ 97？
不同配比的标 准油样，ON （异辛烷的体 积百分比） 抗爆指数 （Ai）
我国柴油的牌号（凝固点温度表示）
军用柴油—两个级各有3种牌号 轻柴油---三个级各有 6种牌号 重柴油---2种牌号
液体燃料特点
含硫量低。 基本没有灰分。 低位发热量在40MJ/kg左右。 各种燃油的燃烧特性差异较大。 液体燃料的相对密度和粘度对液体燃料的 燃烧特性影响很大。
燃油相对密度
燃油的相对密度用t℃时油的密度和4℃时水 密度之比表示，即
r r K r (20 t )
t 4 20 4
闪点和燃点
燃点（着火温度、着火点）
燃油在常压空气中能自行燃烧起来的最低温度 称为燃点，也称为着火温度或着火点。
闪点
燃油被加温到某一温度，油面上的油蒸汽发生 闪火现象，此时油温叫做油的闪点。
通常燃点较闪点高10～30℃。 闪点是燃油储存中的防火指标。
凝固点和沸点
凝固点 盛有燃油的试管倾斜45o ，燃油油面在1分钟 内仍保持不变时的温度。 凝固点越高，流动性越差 凝固点越低，流动性越好 沸点 无固定沸点，只有一个温度范围，沸腾从某一 温度开始，随温度升高而连续进行。 石油蒸馏就是收集不同沸点的镏出物
褐煤的特点
碳化程度较低 易风化、易氧化、自燃 不适于远地运输和长期储存 含碳较高40%~50% 挥发分较少 Vdaf>40％ 收到基低位发热量 11.5~21 MJ/kg 易燃烧，不粘结
低质煤的特点
发热量低
灰分高
含水量高
高硫量
易结渣
一般不能单独燃用
煤的成分
煤的成分：碳、氢、氧、硫和氮以及灰分和水分 C： 主要可燃因素，含炭量越大，燃烧放热越多。 H：第二可燃元素，含量少，但发热量大，约为炭 的三倍半。以两种形式存在：和炭硫结合成可燃氢， 也称有效氢；和氧结合称化合氢，不能进行燃烧反 应。 S：有害可燃因素；有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫 形式存在。 O、N：不可燃元素。N不参加燃烧，但高温下生成 NOx，污染环境。
干燥基
燃料完全干燥，去掉全部水分，包括 外在水分和内在水分。下标d表示 Cd H d Od Nd Sd Ad 100% 干燥无灰基（可燃基） 去掉全部水分和灰分后的元素组成。
第一章 燃料与燃烧概述
刘雪玲
天津大学热能工程系
1.1 燃料的燃烧特性
燃料：指在空气中容易燃烧，并能够比较 经济地利用其燃烧热的物质的总称。 燃料按其状态可分为： 气体燃料、液体燃料、固体燃料。 燃料按其获得途径分为： 天然燃料和人造燃料。
1.1.1 固体燃料
天然的固体燃料有煤、泥煤和木柴等。 人造的固体燃料有焦炭、煤球、煤粉以及木 炭等。 泥煤特点 挥发分高、 可燃性好 反应性强、 含硫量低 机械性能差、灰分熔点低
Cdaf Hdaf Odaf Ndaf Sdaf 100%
各种燃料基之间的成分换算
固体燃料发热量
高位发热量QGw
燃烧产物中的水蒸汽凝结成水而将汽化潜热释放出来。
低位发热量QDw
燃烧产物中的水为气态， 汽化潜热不能释放出来。
发热量的测定—氧弹量热计 门捷3;300H-26(O-S)) kJ/kg QDW=4.187(81C+246H-26(O-S)-6W) kJ/kg
QGw和 QDw的换算
9Har /100War /100 Qar ,Dw Qar ,Gw 2512
9Had /100Wad /100 Qad ,Dw Qad ,Gw 2512
1.1.2 液体燃料
液体燃料指物质形态为液态的可燃物质。 天然液体燃料：石油 工业用液体燃料：通常是原油经过一系列 炼油工艺加工而形成的。 包括汽油、煤油、轻柴油、重柴油、重油、 渣油等石油产品。 还包括焦油和酒精。
石油的组成
石油的组成元素 主要因素：C、H、O、N、S C：84%~87%（质量分数含量） H：11%～14% O：0.1％～1％ N：<0.2% 微量金属因素：钒、镍、铁、铝、钙、 镁、钴、 铜等 微量非金属因素：氯、硅、磷、硒、砷等
燃煤新技术概述
煤的气化 通过煤与空气、氢气、氧气、蒸汽、二氧化碳 中的一种和几种的混合物的化学反应得到气态 产物，即煤气的过程。
煤的液化 煤炭液化是把固态状态的煤炭通过化学加工， 使其转化为液体产品的技术。煤炭通过液化可 将硫等有害元素以及灰分脱除，得到洁净的二 次能源。
煤浆燃料
煤浆燃料
几个概念：
标准煤: 燃料的每释放出29300kJ(7000kcal)热 量就折算为1公斤标准煤。（按低位发热量） 中国煤炭: 燃料的每释放出20934kJ(5000kcal) 热量就折算为1公斤标准油煤。（按低位发热量） 标准油（原油）: 燃料的每释放出41868kJ (10000kcal)热量就折算为1公斤标准油煤。（按 低位发热量） 标准燃气（油气）: 燃料每释放出 9500kcal热 量就折算为1公斤标准燃气。 燃料每释放出 133300kcal热量就折算为1公斤标 准油气。（按低位发热量）
灰分：煤中的不可燃矿物质。有害成分，也是影响 燃烧质量的主要成分。 灰分大，可燃物含量减少，发热量降低； 灰分大，不易燃烧完全； 灰分大，烟气中灰粒增多，受热面磨损严重； 灰分大，污染环境； 灰分大，受热面积灰增多，传热能力下降，燃烧设 备热效率降低。 水分：不可燃，有害成分。
煤的工业分析
煤的工业分析：通过实验测出煤中的水分 （W）、灰分（A）、挥发分（V）和固定碳 （FC）的质量的百分比以及煤的发热量。 煤的工业分析，又叫煤的技术分析或实用分 析，是评价煤质的基本依据。 通常煤的水分、灰分、挥发分是直接测出的， 而固定碳是用差减法计算出来的。 广义上讲，煤的工业分析还包括煤的全硫分 和发热量的测定， 又叫煤的全工业分析。
挥发分：在隔绝空气的条件下受热时，水分 逸出后，有机物开始热分解并逸出的各种气 态可燃物质。 挥发分对煤的着火过程有重大影响。挥发分 高的煤容易着火，也容易燃尽。 挥发分是煤进行分类的主要依据。 挥发分高低和焦炭结块的难易程度（焦结性） 对煤的燃烧特性有很大的影响。 固定碳 ：从煤中扣除水分、灰分及挥发分后 剩下的部分就是固定碳，是煤中主要可燃物 质。
十六烷烃的十六 烷值C16H34 a-甲基萘C11H10 （或七甲基壬烷 的十六烷值）
100 0
不同配比的标 准油样, CN （十六烷烃的 体积百分数）
国产重油的牌号
60oC重油恩氏黏度数值命名 有多种牌号（如20号、60号等）
1.1.3 气体燃料
粘结性
煤的分类：
根据干燥无灰基挥发分、收到基低位发热量、 以及其他成分作为参考标准，大致把煤粉锅 炉用煤分为五大类。
低质煤
褐煤
烟煤
贫煤
碳 化 程 度
无烟煤
A
无烟煤的特点
炭化程度最高的煤 含碳高50%~95%、坚硬 挥发分少Vdaf=6.5％-10％， 收到基低位发热量21MJ/kg 适于长途运输 可燃性较差，不易着火
热值
单位质量或体积的液体燃料完全燃烧所释放出 的热量。 油的C、H含量较煤多，因此油的热值远大于 煤。通常燃油热值在38.5~44MJ/kg 油质越重，H含量越少，热值越低 例如：汽油热值高，重油热值低 液体燃料热值测定 氧弹量热仪测定 根据元素分析用门捷列夫公式计算
石油产品的牌号
国产汽油的牌号：是以汽油的辛烷值数 值来命名。 国产柴油的牌号：是以燃油的凝固点温 度限值来命名。以十六烷值表示着火性 能的好坏。 国产重油的牌号：是以60oC时重油的恩 氏粘度数值来命名。
恩氏粘度： 温度toC时200毫升燃油通过恩氏粘度 计标准容器时间，与同体积20oC蒸馏水通过恩氏 粘度计标准容器时间之比。 恩氏粘度与运动粘度之间换算为： v=8.00E-8.64/0E,mm2/s(当1.35< 0E<3.20) v=7.60E-4.0/0E,mm2/s(当0E>3.20) 或统一用v=7.7530E-1.784/0E,mm2/s 燃油的粘度值与它的化学成分、馏程、温度和压力 等多因素有关。
水煤浆技术的发展及应用
70年代石油危机后，掀起了开发煤油混合燃料 (COM)的热潮。为此水煤浆燃料(CWM)的研究迅 速倔起。 到80年代初在制备方面的技术大体上已成熟，并 已对水煤浆燃料进行了很多大规模的燃烧试验。 水煤浆技术开发应用先进的国家有日本、美国、 瑞典，加拿大、意大利、法国、德国、英国、中 国等国自80年代起也进行了一系列开发研究。
煤的特性
• 粘结性：粉碎后的煤在隔绝空气情况下加热到一 定温度时，煤的颗粒相互粘结形成焦块的性质。 • 结焦性：煤经干馏结成焦炭的性能
• 耐热性：又称热稳定性。是指煤在高温作用下 保持原来粒度的性能。 • 反应性：又称活性，指煤的反应能力，指煤 中碳与CO2和水进行还原反应的速度。 • 可燃性：指燃料中碳与氧发生氧化反应的速 度，即燃烧速度。
航空汽油--馏出温度40-180oC 车用汽油（90号以下）--馏出温度35-205oC 车用汽油（90号以上）--馏出温度35-195oC 轻柴油--馏出温度205-360oC 煤油--馏出温度200-320oC 航空煤油--馏出温度150-250oC 重油--馏出温度300oC以上 大型船用柴油机燃料--馏出温度350oC以上 渣油--馏出温度高于500-520oC
我国汽油的牌号
异辛烷C8H18的辛烷值 100 正庚烷C7H16的辛烷值 0 研究法辛烷值 （RON） 马达法辛烷值 （MON）
93号汽油？ 97？
不同配比的标 准油样，ON （异辛烷的体 积百分比） 抗爆指数 （Ai）
我国柴油的牌号（凝固点温度表示）
军用柴油—两个级各有3种牌号 轻柴油---三个级各有 6种牌号 重柴油---2种牌号
液体燃料特点
含硫量低。 基本没有灰分。 低位发热量在40MJ/kg左右。 各种燃油的燃烧特性差异较大。 液体燃料的相对密度和粘度对液体燃料的 燃烧特性影响很大。
燃油相对密度
燃油的相对密度用t℃时油的密度和4℃时水 密度之比表示，即
r r K r (20 t )
t 4 20 4
闪点和燃点
燃点（着火温度、着火点）
燃油在常压空气中能自行燃烧起来的最低温度 称为燃点，也称为着火温度或着火点。
闪点
燃油被加温到某一温度，油面上的油蒸汽发生 闪火现象，此时油温叫做油的闪点。
通常燃点较闪点高10～30℃。 闪点是燃油储存中的防火指标。
凝固点和沸点
凝固点 盛有燃油的试管倾斜45o ，燃油油面在1分钟 内仍保持不变时的温度。 凝固点越高，流动性越差 凝固点越低，流动性越好 沸点 无固定沸点，只有一个温度范围，沸腾从某一 温度开始，随温度升高而连续进行。 石油蒸馏就是收集不同沸点的镏出物
褐煤的特点
碳化程度较低 易风化、易氧化、自燃 不适于远地运输和长期储存 含碳较高40%~50% 挥发分较少 Vdaf>40％ 收到基低位发热量 11.5~21 MJ/kg 易燃烧，不粘结
低质煤的特点
发热量低
灰分高
含水量高
高硫量
易结渣
一般不能单独燃用
煤的成分
煤的成分：碳、氢、氧、硫和氮以及灰分和水分 C： 主要可燃因素，含炭量越大，燃烧放热越多。 H：第二可燃元素，含量少，但发热量大，约为炭 的三倍半。以两种形式存在：和炭硫结合成可燃氢， 也称有效氢；和氧结合称化合氢，不能进行燃烧反 应。 S：有害可燃因素；有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫 形式存在。 O、N：不可燃元素。N不参加燃烧，但高温下生成 NOx，污染环境。