1、燃烧学燃烧学油气油气燃料燃料概述概述油气油气燃料燃料物理物理化学化学性能性能油气油气燃料燃料的燃的燃烧烧 燃烧技术及设备燃烧技术及设备燃烧器的应用燃烧器的应用冶金行业电力行业燃烧器的应用燃烧器的应用 陶瓷行业燃烧器的应用燃烧器的应用 石化行业 燃烧器的应用燃烧器的应用 锅炉行业 燃烧器的应用燃烧器的应用 玻璃行业 燃烧器的应用燃烧器的应用 垃圾焚烧处理 1、按燃料分类 分为燃气燃烧器、燃油燃烧器和燃煤燃烧器。1.1燃气燃烧器：燃料是由若干可燃气体、不可燃气体以及水蒸气等组成的混合气体。如:天然气、高炉煤气、发生炉煤气、炼焦炉煤气以及一些特殊的CO、H2 等可燃气体。 国内外对气体燃烧器已经有较
2、好的研究, 特别是天然气、LPG 燃烧器,技术已经相对比较成熟。但是, 国内燃烧器还存在着一些不足: 由于在大功率燃烧器( 20MW 以上)上研发不足、研发投入少, 使得燃烧不充分, 过量空气系数过大, NOx 和CO 等排放大, 能耗高, 安全性能有所欠缺。故而该市场仍然被欧美等燃烧器厂家垄断, 燃烧器类别和应用1.2 燃油燃烧器锅炉用燃料油主要是原油炼制过程中的产品:轻油、重油以及渣油等。 燃油燃烧器采用的雾化器主要有以下几类:( 1)机械式雾化器: 也叫离心式雾化器或者压力式雾化器。油雾从雾化器的喷出速度可达到100m / s, 主要应用于轻油。( 2)转杯式雾化器: 油经过高速旋转(
3、3 0006 000 r/m in)的旋转杯的内壁, 在离心力作用下, 油从旋转杯四周甩出而雾化。目前已较少使用。( 3)介质辅助雾化器: 有空气式雾化器和蒸汽式雾化器两种。空气式雾化器一般要求油粘度相对较小; 而蒸汽式雾化器可使得粘度较大的油品较好地雾化, 目前广泛用于各类锅炉上。机械压力式燃烧器蒸气雾化式燃烧器转杯式燃烧器 油泵 程序控制器 点火变压器 点火电极 火焰探测器（电 眼）光电管 压力控制开关 伺服电机（马达） 稳焰盘 燃烧筒组成2 按配风形式分为直流燃烧器、平流燃烧器和漩流燃烧器。 3 按燃料和空气的混合分为非预混式、预混式和部分预混式燃烧器。燃气燃烧器: 空气引射燃气全预混式
4、催化无焰技术是重点研究方向。该燃烧技术实现了极低量的NOx、CO和未燃燃料排放。目前该技术正小范围用于小功率燃烧器上, 对于大功率燃烧器上的应用还有待深入研究。燃油燃烧器:1、 大功率油枪的配风以及防止火焰烟雾的产生等问题有待进一步优化; 2、 在保证雾化质量的前提下, 继续降低蒸汽辅助式油枪的汽耗也是关键问题; 最后, 特殊燃烧器如工业废气废渣等燃烧器以及多燃料同时燃烧的燃烧器的研究也必然是重点。今后研究方向：节能减排、新特燃料燃烧器的开发第4章 油气燃烧器第第1 1章章 油气燃料概述油气燃料概述第第1 1章章 油气燃料油气燃料概述概述1.1 能源与燃料一能源 自然环境中存在的，通过人类开发
5、能产生各种能量的物质资源。1.定义1.1 能源与燃料2.分类燃料能源非燃料能源矿物燃料（煤、石油、天然气）、草木、沼气、核燃料 燃烧或原子裂、聚变太阳能、水能、风能、地热能 直接利用一次能源二次能源太阳能、水能、风能、地热能、煤、原油、天然气 无需加工，可直接利用焦炭、柴油、汽油、重油、煤气、电力、蒸汽 据能量的利用形式和性质非再生能源再生能源矿物燃料、核燃料经久使用会枯竭太阳能、水能、风能、海洋能经久使用不会枯竭1.1 能源与燃料常规能源新能源煤、石油、天然气、水力、核裂变等 工农业生产、日常生活中广泛应用的部分。太阳能、风能、地热能、海洋能等 尚未大规模开发和广泛使用。清洁能源非清洁能源天
6、然气和非燃料能源 污染很轻燃料能源中的煤和石油 对环境产生严重污染1.1 能源与燃料3.人类能源利用的发展历史远古钻木取火 薪柴燃料为主，少量使用水力、风力等。18世纪后半叶蒸汽机问世 化石燃料，主要是煤19世纪中叶内燃机发明、火电厂的发展 石油、天然气目前电气化时代 电能 煤、石油 未来能源利用多样化 原子能、各种新能源 1.1 能源与燃料4. 能源与国民经济发展的关系密切密切人类赖以生存的基础国民经济发展的动力1.1 能源与燃料5. 能源消费结构世界煤： 25.3% 63.5% 57.7% 27.3% 23.7% 19世纪末 1950 1980 1990 2006石油： 48.6% 35.
7、8%天然气： 19.9% 28.4%水电核电： 12% 12%中国煤： 94% 75% 70%石油： 3.8% 17.4% 21%天然气： 0.02% 2% 3% 水电 5.3% 核电 0.4%1.1 能源与燃料（1）能源消费结构变化相同；（2）各类能源消费占消费总量的比重非常不同。世界和中国能源消费结构比较得出：调整能源消费结构，大力发展石油、天然气、水电和核电。中国能源政策：开发与节约并重；近期把节约放在优先地位。（1979年提出）第第1 1章章 油气燃料油气燃料概述概述1.1 能源与燃料二燃料的生成、分类和化学组成燃料可燃物质不可燃成分水分等释放热量燃烧矿物燃料（煤、石油、天然气）1.1
8、 能源与燃料1.生成和分类煤高等植物 泥碳化阶段煤化阶段泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤石油低等动植物遗体中的脂肪、蛋白质、碳水化合物对温度和压力有要求对温度和压力有要求：深度1000 4000m；温度60 150天然气有机物质、高等植物中的木质纤维、无机物质特点：形成物质非常广泛；形成容易简单，不受温度压力条 件所限。1.1 能源与燃料固体燃料：煤、木柴液体燃料：石油气体燃料：天然气天然燃料：木柴、煤、石油、天然气人工燃料：木炭、焦炭、汽油、柴油、重 油、油渣、煤气1.1 能源与燃料2.燃料的组成液体燃料C、H、O、N、S、灰分（A）、水分（M）以化合物形式存在。C：基本可燃元素。83 88%H：热
9、值最高的可燃元素。11 13%碳氢化合物、烃类C高温着火：C缺氧着火：H着火：碳氢比 kCH=C/H：衡量燃料及燃烧性能。1.1 能源与燃料O：反应能力最强。与氢化合成水，降低了热值。 2%含硫油 0.5 2%低硫油 0.5%1.1 能源与燃料灰分：石油中的矿物杂质在燃烧过程中经高温分解和氧化作用后形 成的固体残存物。化学成分复杂，含多达30多种微量元素。0.05%。 强粘结性 不利于锅炉的长期运行。水分：降低了燃料的热值；燃烧不稳定及熄火；增加了排烟热损失。 有害成分。要求 2%。 1.1 能源与燃料气体燃料由单一气体成分组成的混合气体。可燃物质：CH4、C2H6、H2、CO、C2H4、H2
10、S不可燃物质：O2、N2、CO21.1 能源与燃料CH4 无色、微葱臭 35906 5 15% 540C2H6 无色无臭 64396 2.9 13% 515H2 无色无臭 10794 4 75.9% 400 极易爆炸 CO 无色无臭 12644 12.5 74.2% 605 毒性很大C2H4 无色乙醚味 59482 2.7 3.4% 425 有麻醉作用 H2S 无色臭鸡蛋味 23383 4.3 45.5% 270 毒性大、 易着火 气味、颜色 低位热值 爆炸极限 着火温度 其他 （kJ/m3) （）1.1 能源与燃料固体燃料与液体燃料相同。 C、H、O、N、S、灰分（A）、水分（M）泥煤褐煤烟
11、煤无烟煤碳化程度密度吸水性挥发分运输储存氢氧含量可燃性发热量机械性能粘结性低高小大强弱高低差好难易高低好差低高弱最好1.1 能源与燃料固体燃料C：20 70%H：2 6%灰分：4 5% 60 70% 结渣、积灰、腐蚀、磨损、降低热值水分：4 15%（烟煤、无烟煤）；40%（褐煤）。 降低热值液体燃料C：83 88%H：11 13%灰分： 0.05%水分：20）：固体：除C、H外，尚有O、N、S，组成非常复杂，通常以胶状沥青混合物 形式存在。1.2 油质燃料二石油的炼制？特点特点石油无固定的沸点，不同成分具有不同的沸点。 通过石油的加热蒸溜，就可把它分成不同沸点范围的蒸馏产物。煤油 190 26
12、0加热蒸馏蒸馏产物（馏分）轻馏分石油气 530石油1.2 油质燃料石油炼制方法石油炼制方法初加工直接蒸馏法常压蒸馏：原油在大气压力下气化 分离 冷凝减压蒸馏：常压渣油在真空条件下低温气化重柴油、润滑油减压渣油沥青、锅炉燃料 汽油、煤油及柴油(石油的25% 35%)轻质油含量低1.2 油质燃料深加工裂化方法（常压、减压渣油） 轻质油（80%）热裂化：较高温度，油品化学稳定性及燃烧性能差。催化裂化：温度不很高，油品质量高。主要方法。加氢裂化：产品化学稳定性、燃烧性能更好，同时可除去产品中氮、硫和氧。很有前途。油品中含有害杂质？1.2 油质燃料精加工电化学精制方法商品油在石油产品中加入酸性或碱性物质
13、，与杂质，生成固体反应物，再利用使之聚合成渣，最后分离即可得到商品油。1.2 油质燃料三油质燃料的分类和特点 石油产品油剂、原料油、溶剂油和润滑油（用途）汽油煤油柴油重油轻柴油重柴油工业生产动力机械产生热能1.2 油质燃料 水白色，易挥发的液体； 由C5C11的烃类组成； 车用汽油：90号、93号、99号（辛烷值） 航空汽油：75号、95号、100号（辛烷值）1. 汽油初加工的直馏汽油组分深加工的裂化汽油组分添加剂（抗氧剂、抗爆剂等）汽油发动机抗爆程度1.2 油质燃料2. 煤油照明用燃料、动力燃料灯用煤油拖拉机煤油燃烧完全亮度足不冒黑烟对环境污染少汽油灯用煤油航空煤油1.2 油质燃料3. 柴油
14、柴油发动机、锅炉燃料 常压直馏柴油 裂化柴油 淡黄色 C15C24的烃类 燃烧性能好 污染小火力发电厂锅炉点火燃料高速柴油发动机 n960r/min小型燃油锅炉轻柴油重柴油 减压直馏柴油 深加工重质柴油 深加工轻质柴油 深黄色 C18C40的烃类 热值高 粘度大、凝点高 杂质含量高电厂锅炉燃用油中低速柴油机 n90%, 少量的C2H6、C3H8、C4H10； 热值高（低位热值：35000 39000kJ/m3)； 燃烧速度非常低； 存在有害杂质：H2S，有毒且有很强腐蚀性； 含有水分，温度低于露点会结冰，堵塞管道。通常需要进行脱硫、脱水、脱二氧化碳的处理。1.3 气体燃料 油田气与原油共存，石
15、油开采过程中压力降低析出的气体。（油田伴生气） 成分：CH4 80%, 少量的其他烃类； 热值高于气田气（低位热值：39000 44000kJ/m3)； 燃烧速度低，与气田气相差不多；1.3 气体燃料 煤田气在采煤过程中，从煤层或岩层内释放出的可燃气体。（矿井气、矿井瓦斯） 成分：CH4 50%, 其余为氢气、氧气和二氧化碳； 热值较低（低位热值：13000 19000kJ/m3)； 燃烧速度更低； 不仅有爆炸的危险，对人体有窒息作用。1.3 气体燃料2.人工气体燃料 气化炉煤气将煤、焦炭与气化剂作用后气化为燃料用的煤气。a）发生炉煤气空气、水蒸气、氧气 煤、焦炭为原料，空气或空气水蒸气的混和
16、气为气化剂； CO2、H2O还原为CO、H2 40%, 其余为氮气和二氧化碳； 热值很低（低位热值：5000kJ/m3)，达不到工业、民用煤气的要求，作为工厂内部燃料或城市煤气中的掺混煤气。1.3 气体燃料b）水煤气 煤、焦炭为原料，水蒸气为气化剂； 与碳在高温下反应生成CO、H2 80%； CO2、N2 10%； 热值较高（低位热值：10400kJ/m3)； 燃烧速度较快。（含氢量高）c）高压气化煤气 不粘或弱粘结性块煤为原料，氧气和水蒸气为气化剂； 加压气化CO、H2 80%； CH4 ：917%； 热值高于发生炉煤气和水煤气（低位热值：16000kJ/m3)； 煤气质量高。1.3 气体燃
17、料 焦炉煤气煤在炼焦炉的炭化室内高温干馏分解出的燃气。 杂质含量高，需做净化处理； 不同干馏温度得到不同成分煤气：H260%，CH4 25% ； 热值较高（低位热值：15000 25000kJ/m3) 含氢量高，易燃，燃烧速度相当快，使用时需防爆。1.3 气体燃料 高炉煤气高炉炼铁过程的副产品。 成分：CO30%，少量H2、CH4， N2、CO263 70% 热值非常低（低位热值：3500kJ/m3)； 毒性很大； 炼铁过程中，焦炭热量的60%转移到高炉煤气中，加以利用，降低了钢铁企业的能耗。转炉煤气炼钢过程副产品。铁水中氧、碳作用产生可燃气体。 成分：CO60 90% 热值低（低位热值：70
18、00kJ/m3)； 不含硫，氢含量也少，是一种非常理想的燃料和化工原料；1.3 气体燃料 液化石油气气田、油田开采过程中，或是石油炼制过程中获得的部分气态的碳氢化合物。 成分：C3H8、C4H10、C3H6、C4H8，常温常压下为气态 ； 降温加压后容易液化，之后体积缩小，便于输运，使用时再降压气化。 热值很高（低位热值：90000 120000kJ/m3)，易爆；1.3 气体燃料 油制气石油或重油，通过加热裂解或部分氧化等制气工艺获得的燃气。 800900下，大分子烃断裂，C-C断裂为小分子烃，C-H断裂生成H2；加入蒸气生成CO； 成分：CH4、C2H4、H2 70%，还有CO、C3H6、
19、C2H6等 ； 热值较高（低位热值：35900 39700kJ/m3)。a）热裂解气 镍、钴等催化剂作用，碳氢化合物和水蒸气反应生成H2、CO、CH4等。 含氢量高，燃烧速度快 ； 低位热值：18800 27200kJ/m3。b）催化裂解气1.3 气体燃料 沼气各种有机物（动植物残骸、人蓄粪便、城市垃圾及工业废水等）在无氧条件下、菌作用，生化降解产生生物燃气。 成分：CH45570%，少量的CO、H2及H2S； 热值较高（低位热值：23000kJ/m3)， 原料来源广泛，价格低廉，热值较高，又有利于环境保护，是一种优质气体燃料。1.3 气体燃料二气体燃料的特点优点 使用性能好； 调节性能灵活；（热值易调整；可实现自动化控制） 环境污染小；（含硫量、灰分低；燃烧易控制、调节） 输运简单方便。（管道输运）1.3 气体燃料缺点 许多成分有毒性：CO、H2S等； 气体燃料与空气以一定比例混合，可能引起爆炸。1.3 气体燃料三锅炉常用的燃料气 由于产地、加工过程、工艺等的不同，气体燃料组分会非常不同，特许也会非常不同，所以使用前一定要尽可能多的收集详细的资料进行分析。 燃气互换性参数华白数：dQWdvgr/,）相对密度（空气1d作业：l1-3 对气体燃料进行分类，并列表说明各自的组分及特点（产生、成分、热值、其他特点）。l1-4 简述气体燃料特点。
