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第一篇热力
第一章燃料与燃烧
第一节燃料
化石燃料(煤、石油和天然气)作为—次能源,在整个国民经济的能源供应中占有重要的地位。了解其基本特性和燃烧的基本理论,对于每个动力工程师都是必要的。
一、燃料分类及其性质
化石燃料按其存在形态可以分为固体、液体和气体燃料三类。在我国常用的固体燃料是
煤,液体燃料有重油、渣油和柴油,气体燃料按其获取的方式分为天然气和人工煤气。
三类燃料所具有的物理、化学、工艺性质内容很广,本节仅对各类燃料中对工程设计影响较大的性质作简要介绍。
(一)固体燃料(煤)的性质
(相对)密度、视(相对)密度和堆积密度之分。堆积密度是指单位
容积所装载的散装煤炭的质量,即
堆积密度=G/V (1—1)
式中 G--散煤质量(t);
V——容积(√)。
表1—l列出了各种煤和煤灰的堆积密度和安息角。
。热稳定性好的煤在燃烧或气化过程中不破碎或破碎较少。锅炉或煤气发生炉如使用热稳定性差的煤,将导致煤层气流阻力增加,气流带出物(飞灰量)增加,甚至形成风沟和结渣,使燃烧或气化不能正常进行。
。煤的可磨性主要与煤的煤化程度有关。一般说来,焦煤和肥煤可磨性指数较高,容易磨细;无烟煤、褐煤可磨性指数较低,不易磨细。当水分和灰分增加时,其可磨性指数就越低。
(即无粘结能力的物质)或焦块的性质;煤的结焦性是指煤粒在隔绝空气受热后能否生成优质焦炭(即焦炭的强度和块度符合冶金焦的要求)的性质。
粘结性强是结焦性好的必要条件,即结焦性好的煤其粘结性也好,但粘结性好的煤,结焦性不一定好。例如气肥煤,其粘结性很好,但生成的焦炭裂隙多、强度差,故结焦性不好。
。对于煤的燃烧与气化(尤其是固定床),结渣率高都是不利的,会造成气流分布不匀,给操作造成困难,增加灰渣中的含炭量等。
影响结渣性的主要因素是煤灰分和灰熔点。煤的灰分高、灰熔点低,结渣率就高。此外,
煤灰周围的气氛对结渣性也有影响,还原气氛下的结渣率就高于氧化气氛下的。
,主要成分是煤中矿物质燃烧后生成的金属和非金属的氧化物与盐类,是多种成分的复合化合物和混合物,因此它没有明显的由固相转化为液相的熔点,从开始熔融到完全熔融,要经过一个较大的温度区域,一般测定它的三个熔融特征温度:变形温度(DT)、软化温度(sT)和流动温度(FT)。
影响灰熔点的因素很多,主要与煤灰的组成成分和煤灰周围燃烧介质气氛有关。
点高的物质愈多,灰熔点愈高;煤灰周围介质还原性气体存在时,灰熔点会降低。
(二)液体燃料的性质
。油的粘度表示油对它本身的流动所产生的阻力大小,是用来表征油的流动性的指标,对油的输送、雾化和燃烧有直接影响。
粘度的大小可用动力粘度(绝对粘度)、运动粘度和恩氏粘度(条件粘度)来表示。
影响燃油粘度的因素很多主要是燃油成分和温度。燃油中胶状物含量愈多,粘度就愈
大;油温愈高,则粘度愈低。
。凝固点是表征与燃油的输送密切相关的一个重要技术指标。燃油的凝固点与燃油产品中的石蜡含量有关,含蜡量高,凝固点愈高。
、燃点和自燃点
燃点和自燃点是有关燃油着火燃烧的特性指标,是衡量燃油贮运安全密切相关的指标。
(1)闪点。燃油加热到某一温度时,表面蒸发的油气增多,当油气和空气的混合物与明火接触时,发生短暂的闪光(一闪即灭),此时的温度即为闪点。闪点是表示燃油的着火性能和爆炸危险的一项重要指标。闪点按测定方法不同有开口杯法和闭口杯法两种,一般开口杯法测定的闪点要比闭门杯法的高15~25℃之间。
闪点足用于油品分类和CBJl6—1987《建筑设计防火规范》(2001年版)中对油品火灾危险性分类的一个指标,见表1—2,
(2)燃点。在燃油温度超过闪点继续加热时,当燃油蒸气和空气混合物遇到明火能着火并继续燃烧(时间不少于5s)时的最低温度称为燃点。油的燃点一般要比闪点高20~30℃。
(3)自燃点。自燃点是指油品缓慢氧化而开始自行着火燃烧的温度。油品自燃点和它们的燃点没有直接关系,而只取决于油品的化学组成,并随压力而变化。在常压下,油质愈重,自燃点愈低;压力愈高,自燃点愈低。常用燃油的自燃点见表1—3。
℃时油品与4℃时的同体积水的质量比,作为油品的标准相对密度。油品