工程燃烧学2燃料概论.
大学燃烧学第二章燃料课件
§2－1 煤
煤的种类及化学组成 煤的分析 煤的使用性质 煤水桨 煤的气化
煤的类及化学组成
煤的形成与种类
煤是由植物经过物理和化学的演变和沉积 而成的、棕色至黑色的可燃烧的固体。
植物质的 堆积阶段 菌解作 用阶段 碳化作 用阶段
在煤化过程的不同阶段，把煤分成：泥煤、 褐煤、烟煤及无烟煤。
N S
氧和氮都是不可燃成分。氧和碳、氢等结合生成氧化物而使碳、氢失 叫做可燃氢，它可以有效地放出热量。另一种是和氧 S： 氢失去燃烧的可能性。可燃物质中碳含量越高，氧含 去燃烧的可能性。可燃物质中碳含量越高，氧含量越少。氮一般不能参加 结合在一起的，叫化合氢，它不能放出热量，在计算 燃烧，但在高温燃烧区中和氧形成的NOx是一种排气污染物，煤中含氮约 三种存在形式：有机硫，黄铁矿硫，硫酸盐。硫酸盐中 量越少。氮一般不能参加燃烧，但在高温燃烧区中和 发热量和理论空气量时，以有效氢为准。 0.5~2%。 氧形成的NO 是一种排气污染物，煤中含氮约0.5~2%。 的硫不能燃烧，它是灰分的一部分；有机硫和黄铁矿硫
煤的化学组成
煤是由极其复杂的有机化合物组成的。主 要的化学成分有：
C、H、O、N、S、 A （灰分）及W（水分）
可燃质
惰性质
元素 C
描述
可燃元素，煤化程度越高含碳量越大。完全燃烧时生成二氧化碳，此 时每千克纯碳可放出32866 kJ热量；不完全燃烧时生成一氧化碳，此时每 千克纯碳放出的热量仅为9270kJ
煤的种类
泥煤
特点
质地疏松，吸水性强。含氧量最高，含碳、 硫较低。挥发分高，可燃性好，反应性高，灰分 熔点很低 密度较大，含碳量较高，氢、氧含量较少， 挥发性相对低些。粘结性弱，极易氧化和自燃， 吸水性较强，在空气中易风化和破碎
河北工业燃烧学2燃料
• 可见我国能源基本情况：以煤炭为主
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我国燃煤设备利用率
• 燃煤设备 • 工业锅炉 • 火电发电厂 • 工业炉窑 • 民用炉窑 • 燃煤机车
效率％ 60-65 30-35（热效率为80-90%） 20-30 16 5-8
• 基本情况：能源利用率低，另外污染严重、设备控制技术落后。
2019年1月28日，国家能源委员会成立，由温家宝总 理出任主任。主要职责是：负责研究拟订国家能源发展 战略，审议能源安全和能源发展中的重大问题，统筹协 调国内能源开发和能源国际合作的重大事项。
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第一章固体燃料
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近年来能源生产总量
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近年来能源消耗总量及构成
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石油平衡数据
石油需求的58%依赖进口，依赖程度仅次于美国
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天然气主要依赖进口
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• 碳：主要可燃元素，碳化程度越高含碳量也大。但是碳较难 燃烧，因此含碳量越高越不易着火；但碳燃烧释放的热量比 较多，因此含碳量越高热值越高。存在形式有两种，一种以 与氢、氧的化合态存在，另一种以游离态存在。
• 氢：主要可燃元素，发热量为碳的三倍半，但是含量少。两 种存在形式，一种是与碳、硫结合的可燃氢，另一种是与氧 结合的化合氢。前者可燃，称为有效氢。
燃烧工程概论课件
固体燃烧器
包括木炭炉、煤炉、加热 炉等，利用固体燃料与空 气混合后进行燃烧。
锅炉
燃煤锅炉
利用煤作为燃料，通过炉膛燃烧 产生热能，将水加热成为蒸汽或
热水。
燃油锅炉
利用燃油作为燃料，通过炉膛燃 烧产生热能，将水加热成为蒸汽
或热水。
燃气锅炉
利用燃气作为燃料，通过炉膛燃 烧产生热能，将水加热成为蒸汽
燃烧现象
燃烧过程中会产生火焰、发光、 发热、气体排放等现象，这些现 象的特征可以用来描述和分类燃烧。
燃烧的重要性与应用
燃烧的重要性
燃烧在人类生产和生活中具有非常重要的意义，如能源利用、交通运输、工业 生产等都离不开燃烧。
燃烧的应用
燃烧的应用非常广泛，如火力发电、化学工业、航空航天、交通运输等。同时， 燃烧也广泛应用于军事、民用和工业领域，是一种重要的能源利用方式。
燃烧工程在电力生产中的应用
燃烧工程在化学工业中的应用
火力发电厂是燃烧工程应用的主要领域之 一，通过燃煤、燃气等燃料燃烧产生热能， 再转化为电能供应给社会。
在化学工业中，燃烧工程被广泛应用于化 工原料的生产和加工过程中，如合成氨、 合成甲醇等。
燃烧工程在冶金工业中的应用
燃烧工程在交通运输领域的应用
冶金工业中，燃烧工程被用于加热和熔炼 金属，如钢铁冶炼、有色金属冶炼等。
国家标准
遵循国家和地方政府的燃烧安全法规和标准，确保燃烧设备和系 统的安全性能符合要求。
行业标准
根据不同行业的燃烧安全规范和标准，制定相应的安全管理制度和 操作规程。
企业标准
企业应建立符合自身实际情况的燃烧安全管理制度和操作规程，确 保员工了解并遵守相关规定。
工程燃烧学复习要点
思考题第一章绪论1、燃烧的定义（氧化学说）：燃烧一般是指某些物质在较高的温度下与氧气化合而发生激烈的氧化反应并释放大量热量的现象。
2、化石燃料燃烧的主要污染排放物？烟尘，硫氧化物，氮氧化物其次还有CO,CO2等其他污染物。
3、燃素学说;燃素学说认为火是火是由无数细小且活泼的微粒构成的物质实体，这种火的微粒即可愿意与其他元素结合而形成化合物也可以以游离的方式存在，大量游离的火的微粒聚集在一起就形成了明显的火焰，它弥散于大气之中变给人以热的感觉，由这种火微粒构成的火的元素便是燃素。
第二章燃料1.什么叫燃料？它应具备哪些基本要求？是指在燃烧过程中能释放出大量热量，该热量又能经济、有效地应用于生产和生活中的物质。
物质作为燃料的条件：（1）能在燃烧时释放出大量热量；（2）能方便且很好的燃烧；（3）自然界蕴藏量丰富，易于开采且价格低廉；（4）燃烧产物对人类、自然界、环境危害小2.化石燃料主要包括那些燃料？（煤，石油，天然气）3.燃料分类方法？燃料按物态分类及其典型代表燃料（1 固体燃料（煤炭）2 液体燃料（石油、酒精）2气体燃料（天然气、氢气）4.燃料的组成，固液体燃料的元素组成都有那些？固体燃料是各种有机化合物的混合物。
混合物的元素组成为：C、H、O、N、S、A、M 液体燃料是由多种碳氢化合物混合而成的。
其元素组成亦为：C、H、O、N、S、A、M5.气体燃料的主要组成成分有哪些？气体燃料是由若干单一可燃与不可燃气体组成的混合物：CO、H2、CH4、CnHm、CO2、N2、H2O、 O2等。
6.燃料分析有几种，分别是什么？（1）工业分析组成（测定燃料中水分（M）、挥发分（V）灰分（A）和固定碳（FC）等4种组分的含量）。
；（2）元素分析组成（用化学分析的方法测定燃料中主要化学元素组分碳（C）、氢（H）、氮（N）、硫（S）和氧（O）以及灰分（A）和水分（M）的含量）；（3）成分分析组成(化学分析方法测定气体燃料各组分的体积或质量百分比)7.燃料的可燃与不可燃部分各包含哪些主要成分？可燃成分：（碳（最主要的可燃元素，氢（发热值最高的可燃元素）硫（有机硫、黄铁矿硫：可燃烧释放出热量，合称为可燃硫或挥发硫。
工程燃烧学2
煤的化学组成•煤由结构极其复杂的有机化合物和一些无机矿物质组成。
化合物的分子结构至今仍不十分清楚•化学组成测定方法–元素分析法–工业分析法元素分析•C：主要可燃元素，炭化程度越高，含碳量越大–泥煤：~70% 烟煤：78~90%–褐煤：70~78% 无烟煤：90%以上•氢（H）是含量较低，一般在5%以下。
以两种形式存在：•有效氢–氢元素与C、S结合–热值很高，约为C的3.7倍–含碳量为85%时，有效氢含量达到最大•化合氢元素与O结合形成不可燃化合物•氧（O）是煤中的有害元素，与C、H结合构成氧化物，使它们失去燃烧性而降低煤的热值。
炭化程度高，氧含量降低•氮（N）一般不反应。
但高温下会氧化形成有害气体NO x，产生污染•一般含量为0.5~2%•干馏工业中，可作为氮素资源回收•硫（S）有三种存在形式•有机硫，来自母体植物，均匀分布•黄铁矿硫，与铁结合在一起形成FeS2•硫酸盐硫，以硫酸盐的形式存在，主要是CaSO4·2H2O和FeSO4前两种硫都能参加燃烧，总称为可燃硫或挥发硫；第三种硫不能进行燃烧硫（S）是一种极为有害的物质–硫在燃烧后生成SO2和SO3能危害人体健康和造成大气污染及形成酸雨–在加热炉中能造成金属的氧化和脱碳–在锅炉中能引起锅炉换热面的腐蚀–焦炭中的硫还影响生铁和钢的质量很多情况下都要进行脱硫洗选•除掉黄铁矿硫和硫酸盐硫•焦炉洗精煤含硫量应控制在0.6%以下•灰分（A）为煤中矿物杂质在燃烧过程中经高温分解和氧化作用后生成的固体残留物–是一种有害成分•影响高炉冶炼的经济技术指标•降低煤发热量•低熔点灰分易结渣，有碍于空气流通和气流的均匀，使燃烧过程受到破坏•造成不完全燃烧，及不利于设备维护和操作•水分外部水分•不被燃料吸收而是机械地附在燃料表面上的水•在大气中自然风干后即可去除内部水分•被煤粒内部毛细孔吸附的水分，在内部均匀分布•自然风干不能去除，在105～110℃加热后去除通常指水分就是上两种，称为全水分化合水：矿物杂质的矿物结晶水，在200～500℃加热后去除热解水：机质中的氢和氧在干馏或燃烧后形成的水收到基–以包括全部七种组分在内的燃料成分总量作为计算基准，又称应用基。
《工程燃烧学》课件
生物质燃烧技术
生物质成型燃料、生物质气化 等技术。
趋势展望
未来燃烧技术的发展将更加注 重环保、能效和智能化。
燃烧设备的能效与环保性能
能效评价
燃烧设备的能效主要通过热效率、燃烧效率 等指标进行评价。
能效改进措施
采用高效燃烧器、优化燃烧工况等措施提高 能效。
环保性能评价
主要通过污染物排放水平进行评价，如烟尘 、二氧化硫、氮氧化物等。
燃烧污染控制政策与标准
政策制定
政府制定相关政策，限制 燃烧污染物的排放，推动 清洁能源的发展。
标准制定
制定严格的燃烧污染物排 放标准，要求企业达标排 放，对不达标的企业进行 处罚。
监督与执行
政府相关部门对燃烧污染 控制进行监督和执法，确 保相关政策和标准得到有 效执行。
06
工程燃烧学的应用与发展
工程燃烧学在其他领域的应用
工业生产过程
在工业生产过程中，许多工艺流程涉及到燃 烧过程，如冶金、陶瓷、玻璃等行业的熔炼 、烧成过程。通过应用工程燃烧学原理，可 以提高产品质量和降低能耗。
航空航天领域
在航空航天领域，燃烧学原理的应用对于推 进系统的性能至关重要。火箭发动机、航空 燃气涡轮发动机等设备的优化设计都需要借
区域传播的速度。
火焰稳定性
03
火焰稳定性是指火焰在各种条件下都能保持稳定燃烧的能力，
包括燃料供应、气流速度、温度和压力等因素的影响。
03
燃料及其燃烧特性
燃料的种类与特性
燃料分类
根据来源和化学组成，燃料可分 为化石燃料、生物质燃料和核燃 料等。
特性描述
每种燃料有其独特的物理和化学 性质，如密度、热值、含硫量等 ，这些性质影响其燃烧特性和环 境影响。
燃料及燃烧课件
固体燃料：n=1.20~1.50液体燃料：n=1.15~1.25
气体燃料：n=1.05~1.15
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3.燃烧计算的内容及假设条件
燃烧计算内容：
①燃料燃烧时所需要的空气量的计算;
②燃烧产物量的计算；
③燃烧产物的成分和密度的计算；
④燃烧温度的计算；
⑤空气消耗系数的计算。
假定：
①燃料中可燃成分完全燃烧。元素分子量取整数。
4.天然煤气：主要成分是CH4，80%以上。
5.使用煤气安全知识：输送管道要严密无缝隙。防毒、防爆，严格遵守煤气安全制 度。
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（二）液体燃料
重油
四个牌号，20、60、100、200号，重油在50℃时的恩式粘度来确定。
1.粘度
温度的升高而下降
表示方法：恩氏粘度（ ）0 E ，用恩氏拉粘度计测得： 0E t 2 t0 ℃ ℃ 时 时 22 00 00 毫 毫 升 升 油 水 的 的 流 流 出 出 时 时 间 间
着火温度： 50~0600左0C右。
3. 凝固点
重油冷却到一定温度时，就会凝固而失去流动性，开始凝固的温度
称为凝固点。 左右。 300C
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（三）固体燃料
煤、焦炭、粉煤 1.煤
泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤
煤的工业分析：（1）挥发分 （2）固定碳（3）灰分（4）水分
烟煤 ：烟煤比褐煤炭化更完全，水分和挥发分进一步减少，固体碳 增加。低发 热量较高；一般都在23000~29300千焦/千克。
空气量和生成的燃烧产物量，其单位是m / m 。
3
3
2. 燃烧反应方程式中反应物与生成物之间的分子比就是体积比
工程燃烧学2燃料概论.
g 2
CH
g 4
CO2g
N
g 2
O2g
100
气体燃料干、湿成分组成的换算关系： X s X g 100 H2Os
100
含湿量h：某一温度下1m3（标况下）干气体中所吸收的水蒸气的质量 （g），单位为g/m3（标况）。
Vq
22.4 h 181000
0.00124h
H2Os
Vq 1 Vq
100
Lm—水分以质量计量的汽化热，kJ/kg； w—燃烧烟气中水蒸气的质量分数
对于气体燃料 Qgr Qnet Lv
LV—水分以体积计量的汽化热，kJ/m3； φ—燃烧烟气中水蒸气的体积分数
水分以质量计量的Lm与以体积计量的汽化热Lv之间关系为：
Lv Lm 18 / 22.4 0.80Lm
固体、液体燃料的高位与低位热值之间的关系：
水分（M） —固体燃料外在水分：机械地附着在燃料表面的水分，又称表面水分， 含量高低取决于环境空气的湿度和燃料贮存的外界条件； —固体燃料内在水分：指燃料达到风干状态而失去了外在水分后的剩 余水分，包括被燃料吸收且均匀分布于可燃质中的化学吸附水分和存 在于矿物质中的结晶水。 各种煤的水分含量差别很大； 水分是燃料中不可燃的有害成分，降低燃料中的可燃质含量； 使炉内燃烧温度降低，影响燃料的着火和燃尽； 加重锅炉尾部受热面的低温腐蚀和堵灰。
燃料的组成和特性
工业分析：可得出燃料中不可燃组分，即水分（M，各种水分总含量）和 灰分（A，无机矿物质）的含量，以及可燃组分，即挥发分（V）和固定 碳（FC）的含量。
M AV FC 100%
工业分析给出的结果并不是燃料的原始组成，而是在一定的分析条件下通 过加热将燃料中原有的极为复杂的组成加以分解和转化而得到的组成。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
燃料的组成和特性
液体燃料 较固体燃料化学组成简单； 石油基液体燃料是由烷烃、环烷烃、烯烃、芳香烃等高分子物质、含 O和S的化合物以及少量V、Na等金属化合物组成； 液体燃料的工业分析仅测定水分和灰分； 液体燃料的燃烧计算通常只需了解液体燃料的元素分析结果。
知识要点
2燃料概论
燃料的概念与分类 —燃料的概念 —燃料的分类 燃料的组成和特性 —燃料的组成 —燃料元素分析的成分基准及换算 —燃料成分分析的表示基准 —燃料的热值 固体燃料 —煤的种类 —煤的挥发分及焦炭特性 —煤灰的熔融特性及其他使用性能
液体燃料 气体燃料 燃料分析方法 —燃料试样的采集和制取 —燃料的工业分析 —燃料的元素分析 —气体燃料的成分分析 —燃料热值的测定
欢迎大家来到 《工程燃烧学Ⅰ》
课堂！
课程名称：工程燃烧学Ⅰ 课号：0183100310-1 课程属性：热能与动力工程学科专业基础课程必修课程 教材：工程燃烧学，汪军、马其良、张振东，中国电力出版社 任课教师：牛胜利 副教授
山东大学能源与动力工程学院热能工程研究所
School of Energy and Power Engineering
燃料的分类 —按照状态：固体燃料、液体燃料、气体燃料； —按照获得的方法：天然燃料、人工燃料； —按照释放能量的方式：化学燃料（氢等无机燃料和煤炭、石油、天 然气等有机燃料）、核燃料（钍、铀、钚等裂变核燃料和氢、氦等聚 变核燃料）。
School of Energy and Power Engineering
水分（M） —固体燃料外在水分：机械地附着在燃料表面的水分，又称表面水分， 含量高低取决于环境空气的湿度和燃料贮存的外界条件； —固体燃料内在水分：指燃料达到风干状态而失去了外在水分后的剩 余水分，包括被燃料吸收且均匀分布于可燃质中的化学吸附水分和存 在于矿物质中的结晶水。 各种煤的水分含量差别很大； 水分是燃料中不可燃的有害成分，降低燃料中的可燃质含量； 使炉内燃烧温度降低，影响燃料的着火和燃尽； 加重锅炉尾部受热面的低温腐蚀和堵灰。
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燃料概念及分类
燃料的概念 燃料：在燃烧过程中能释放出大量热量，该热量又能经济、有效地应 用于生产和生活的物质，主要是含碳物质或者碳氢化合物，能在高温 下与空气中的氧发生燃烧反应，并放出热量。
界定条件： 能在燃烧时释放出大量的热量（相对于单位数量物质而 言）； 能方便且很好地燃烧； 在自然界中蕴藏量丰富，可大量开采且 价格低廉； 燃烧产物对人体、动植物和环境无害等。
燃料的组成和特性
工业分析：可得出燃料中不可燃组分，即水分（M，各种水分总含量）和 灰分（A，无机矿物质）的含量，以及可燃组分，即挥发分（V）和固定 碳（FC）的含量。
M AV FC 100%
工业分析给出的结果并不是燃料的原始组成，而是在一定的分析条件下通 过加热将燃料中原有的极为复杂的组成加以分解和转化而得到的组成。
氧（O） 燃料中的不可燃元素； 气体燃料和石油基液体燃料中氧含量低； 煤中氧以化合物状态存在，与碳、氢结合生成CO2和H2O，使煤中可 燃碳及可燃氢含量减少，降低煤热值； 各种煤中氧含量差别很大，煤地质年代越长，含氧量越低。
School of Energy and Power Engineering
元素分析中的含硫量指可燃硫，即有机硫和黄铁矿硫的含量； —硫燃烧生成的产物会对燃烧设备低温受热面造成腐蚀和堵灰，并且 是大气污染物重要来源。
School of Energy and Power Engineering
燃料的组成和特性
灰分（A） 燃料中所有可燃物质完全燃烧而燃料所含的矿物质在燃烧过程中经过 一系列分解、化合等复杂反应后所剩余的残渣。 煤在形成和开采过程中混入的各种无机矿物组分，主要包括由硅、铝、 铁、钙、硫、钠、钾、钛、镁、磷、锰、氟、硼、锆等组成的各种形 式的矿物质和复杂化合物。
燃料的组成和特性
氮（N） 燃料中的惰性元素，一般以游离状态随燃烧烟气排出燃烧设备，高温 下与氧反应生成NOx； 液体及固体燃料的氮含量低，天然气氮含量变化较大。
硫（S） —液体燃料硫小部分为无机硫，大部分为硫与C、H、O等元素结合成 的复杂化合物； —气体燃料硫主要为H2S，且含量很低； —煤中硫一般以有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫形式存在；
在燃料中，碳原子互相结合或与氢、氧、硫、氮等结合，组成复杂的 有机化合物。 煤中碳元素包括挥发分碳和固定碳，煤碳化程度越深，固定碳含量越 高，着火燃尽越困难。
School of Energy and Power Engineering
燃料的组成和特性
氢（H） 燃料中热值最高，且最有利于燃烧的元素，热值为120370kJ/kg； 煤中氢以化合物形式存在，含量远低于碳； 地质年代越长，氢含量越少； 少部分与氧结合成稳定化合物，大部分与碳结合成有机物； 氢含量直接影响煤的热值、着火和燃尽。
燃料概念及分类
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燃料的组成和特性 燃料的组成 一、燃料的组成和分析
表示方法：工业分析、元素分析、成分分析，其中前两种主要针对固体燃 料的化学组成分析。
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元素分析： C H O N S A M 100%
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燃料的组成和特性
二、燃料的化学成分和性质 碳（C） 常用燃料的主要可燃成分，占煤成分的20-70%，占重油成分的85-88%。 完全燃烧时生成CO2，热值为32700kJ/kg；不完全燃烧时生成CO，热 值为9270kJ/kg。
矿物质含量是煤燃烧生成灰渣量的决定因素； 煤中灰分含量高，则可燃质相对减少，降低煤的热值、影响煤的着火 和燃尽程度； 劣质燃料高灰分使烟气流经的受热面严重积灰，削弱传热效果； 飞灰颗粒加速对流受热面金属的磨损。
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燃料的组成和特性