第二部分燃料 (2).ppt

第一章 燃料9/4/20241河北工业大学能源与环境学院燃料的分类物态天然燃料人工燃料气体天然气天然气：世界探明储量14.1T立方米，56年（0.17T立方米，57年）高炉煤气、焦炉煤气、液化石油气等液体石油：石油：世界探明储量137.3Gt，45年（3.3Gt，23年）汽油、柴油、煤油、重油、煤焦油等固体木柴、煤：木柴、煤：世界探明储量1043Gt，320年（114Gt，587～850年）木炭、焦炭、煤粉、型煤等9/4/20242河北工业大学能源与环境学院世界石油储量1020亿吨9/4/20243河北工业大学能源与环境学院我国一次能源消耗结构（％）• 煤炭 石油 天燃气 矿物燃料总量 水电 核能及新能源• •1953年94.333.810.0298.16 1.840•1980年72.220.73.196 4.00•1993年75.820.32.198.2 1.80•2000年70.0619.073.5392.66 6.670.067•2020年 67.7514.955.5488.24 8.753.05•2050 年 603.195.1568.34 6.1525.51•可见我国能源基本情况：以煤炭为主9/4/20244河北工业大学能源与环境学院我国燃煤设备利用率•燃煤设备 效率％•工业锅炉60-65 •火电发电厂30-35（热效率为80-90%）•工业炉窑 20-30•民用炉窑 16•燃煤机车 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。

9/4/20245河北工业大学能源与环境学院污染情况9/4/20246河北工业大学能源与环境学院9/4/20247河北工业大学能源与环境学院固体燃料9/4/20248河北工业大学能源与环境学院煤的化学组成•煤的主要成分：碳C、氢H、氧O、氮N、硫S（煤的可燃质）；水分W、灰分A（煤的惰性质）•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•氢：主要可燃元素，发热量为碳的三倍半，但是含量少•氧：是煤中的有害元素，与碳、氧结合形成的氧化物不能进行燃烧反应•氮：惰性元素，但是在高温下形成NOx，是燃烧产生的有害气体之一9/4/20249河北工业大学能源与环境学院•硫：有害物质；燃烧后形成二氧化硫、三氧化硫等有害气体•灰分：有害成分指煤中所含有的矿物杂质在燃烧过程中经过高温分解和氧化作用后生成的固体残留物 灰分含量高容易造成燃烧设备的积灰、磨损以及传热恶化；如果灰分的熔点过低，容易造成结渣，影响燃烧•水分：有害成分，燃烧时水分的蒸发消耗热量9/4/202410河北工业大学能源与环境学院成分表示方法及其换算•应用基应用基：按实际进入燃烧装置的燃料来计算成分，计入全部水分与灰分。

•干燥基干燥基：将燃料经过干燥去除水分之后来计算成分•由于去掉不稳定的水分，燃料的干燥基比较稳定9/4/202411河北工业大学能源与环境学院•可燃基可燃基：按去除水分与灰分之后来计算燃料成分相对来讲，可燃基的成分更稳定，更合理反映煤的特性•分析基分析基：实验室研究过程中去除外部水分之后来计算燃料成分•各种基之间的关系：9/4/202412河北工业大学能源与环境学院成分换算系数•由于•并且因为燃料各成分的量不变•根据和分比定律：9/4/202413河北工业大学能源与环境学院发热量•发热量发热量：指在某一温度下（通常是在15至25度之间测定的），单位质量的燃料（1kg或者1Nm3）在与外界无机械功交换条件下，完全燃烧后再冷却到原来温度时所释放出的热量kJ/kg)•高位发热量高位发热量：在实验条件下测定发热量的时候，燃烧产物最终被冷却到初始温度，此时燃料产物中的水蒸气温度将凝结为水，并将汽化潜热释放出来，因此此时测定的发热量称为高位发热量Qgw•低位发热量低位发热量：在燃烧设备中，产物一般温度较高，水蒸汽不能凝结，此时得到的发热量是低位发热量Qdw•发热量是评价燃料质量的重要指标之一，也是热力计算的基本数据，需要实验测定。

9/4/202414河北工业大学能源与环境学院•高位发热量与低位发热量之间的换算关系：•其中水的汽化潜热是2512kJ/kg，括号内是单位燃料所固有的水分与能够形成的水分之和9/4/202415河北工业大学能源与环境学院煤层燃烧9/4/202416河北工业大学能源与环境学院液体燃料9/4/202417河北工业大学能源与环境学院小知识•“石油”一词的最早出现于公元977年中国北宋编著的《太平广记》一书沈括曾在“梦溪笔谈”描述说：“生于水际，砂石与泉水相杂，惘惘而出国外称石油为“魔鬼的汗珠”、“发光的水”等，中国称“石脂水”、“猛火油”、“石漆”等•目前就石油的成因有两种说法：①无机论 即石油是在基性岩浆中形成的；②有机论 既各种有机物如动物、植物、特别是低等的动植物像藻类、细菌、蚌壳、鱼类等死后埋藏在不断下沉缺氧的海湾、泻湖、三角洲、湖泊等地经过许多物理化学作用，最后逐渐形成石油天地英雄9/4/202418河北工业大学能源与环境学院延州诗二郎山下雪纷纷旋卓穹庐学塞人化尽素衣冬未老石烟石烟多似洛阳尘沈括长庆油田9/4/202419河北工业大学能源与环境学院石油产品及其性质•原油原油：黑色黏稠液体，有各种碳氢化合物组成，主要是烷烃、芳香烃、环烷烃和烯烃等；另外含有硫化物、氧化物、氮化物以及水分、矿物质等。

•石油加工方法石油加工方法： 1、分馏：利用产物的沸点不同将之分离、提取出来的方法称为分馏有常压分馏与减压分馏两种，前者可以提取石油气、汽油、挥发油、煤油、柴油等沸点350度以下的产品；后者则可以提取到粗柴油、润滑油等 2、裂解：将分馏后的残渣进一步在高温高压下进行分解的方法有热裂解与催化裂解两种9/4/202420河北工业大学能源与环境学院9/4/202421河北工业大学能源与环境学院石油馏分的组成馏分轻馏分中馏分重馏分石油气汽油煤油柴油重瓦斯油润滑油重渣油温度范围（℃）<3535~190190~260260~320320~360360~530>5309/4/202422河北工业大学能源与环境学院重油•工业加热设备使用的液体燃料一般是重油•重油：是原油加工后剩余的粘渣油•重油中的水分是运输储存过程中掺混进去的，如果含水过多将影响燃烧，因此需要分离；但是少量的水存在10％以下利于燃油的乳化，促进燃烧9/4/202423河北工业大学能源与环境学院闪点、燃点、着火点•闪点：燃油温度提高时，油蒸汽逸出，温度越高蒸汽的浓度越高；当蒸汽浓度达到一定程度时，遇到小火焰将发生闪火现象，此时的温度称为闪点。

瞬间现象80～130摄氏度左右•燃点：等油温超过闪点之后，蒸发速度加快，以至于闪火之后燃烧将持续，此时的温度称为燃点比闪点高10度左右•着火点：如果继续提高油温，蒸汽将自动燃烧起来，自燃，此时的温度称为着火点500度以上•是重油的主要性能指标，关系到运输、储存、使用安全9/4/202424河北工业大学能源与环境学院粘度•粘度是表示流体质点之间摩擦力大小的一个物理指标重油的粘度与加工方式有关；随着温度的提高，粘度降低•表示方法：动力粘度与恩格勒粘度两种•恩格勒粘度：某一温度下与水对比滴下相同体积的液体所需要的时间的比值9/4/202425河北工业大学能源与环境学院9/4/202426河北工业大学能源与环境学院汽 油 是复杂烃类(碳原子数约4～12)的混合物，主要组分是四碳至十二碳烃类无色至淡黄色的易流动液体沸点范围约30℃至205℃，空气中含量为74～123g／m3时遇火爆炸 发热量约为44000kJ/kg 汽油通过石油分馏或重质馏分裂化制得原油蒸馏、催化汽油通过石油分馏或重质馏分裂化制得原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、催化重整等过程都产生汽油组分裂化、热裂化、加氢裂化、催化重整等过程都产生汽油组分。

但从原油蒸馏装置直接生产的直馏汽油，并不单独作为发动机但从原油蒸馏装置直接生产的直馏汽油，并不单独作为发动机燃料，而是将其精制、调配，有时还加入添加剂（如抗爆剂四燃料，而是将其精制、调配，有时还加入添加剂（如抗爆剂四乙基铅）以制得商品汽油乙基铅）以制得商品汽油 9/4/202427河北工业大学能源与环境学院主要性能1、蒸发性 指汽油在汽化器中蒸发的难易程度对发动机的启动、暖机、加速、气阻、燃料耗量等有重要影响由馏程、蒸气压、气液比3个指标综合评定　①馏程指汽油馏分从初馏点到终馏点的温度范围航空汽油的馏程范围要比车用汽油的馏程范围窄　②蒸气压指在标准仪器中测定的38℃蒸气压，是反映汽油在燃料系统中产生气阻的倾向和发动机起机难易的指标车用汽油要求有较高的蒸气压，航空汽油要求的蒸气压比车用汽油低　③气液比指在标准仪器中，液体燃料在规定温度和大气压下，蒸气体积与液体体积之比气液比是温度的函数，用它评定、预测汽油气阻倾向，比用馏程、蒸气压更为可靠 9/4/202428河北工业大学能源与环境学院•2、抗爆性：• 指汽油在各种使用条件下抗爆震燃烧的能力车用汽油的抗爆性用辛烷值表示• 辛烷值是这样给定的：异辛烷的抗爆性较好  ，辛烷值给定为100  ，正庚烷的抗爆性差，给定为 0，汽油辛烷值的测定是以异辛烷和正庚烷为标准燃料，使其产生的爆震强度与试样相同，标准燃料中异辛烷所占的体积百分数就是试样的辛烷值。

辛烷值高，抗爆性好• 汽油的等级是按辛烷值划分的高辛烷值汽油可以满足高压缩比汽油机的需要汽油机压缩比高，则热效率高，可以节省燃料提高汽油辛烷值主要靠增加高辛烷值汽油组分，但也通过添加四乙基铅等抗爆剂实现9/4/202429河北工业大学能源与环境学院汽油标号 ＃是指汽油辛烷值指标常见的有90号，93号，97号，98号所谓的97号汽油，就是97％的异辛烷，3％的正庚烷引擎压缩比高的发动机应采用高辛烷值汽油，否则会引起不正常燃烧，造成震爆、耗油及行驶无力等现象低压缩比的发动机硬要用高标号油，就会出现“滞燃”现象，即压到了头它还不到自燃点，同样出现燃烧不完全现象 汽油标号的高低只是表示汽油辛烷值的大小，应根据发动机压缩比的不同来选择不同标号的汽油压缩比在8.5－9.5之间的中档轿车一般应使用93号汽油；压缩比大于9.5的轿车应使用97号汽油目前国产轿车的压缩比一般都在9以上，最好使用93号或97号汽油 9/4/202430河北工业大学能源与环境学院乙醇汽油•汽车用乙醇汽油标准和GB17930-1999车用无铅汽油相比，有以下特点：(1)增加了乙醇含量。

要求乙醇含量在9.0％~10.5％（V/V)范围，不得人为加入其它含物，但允许加入作为助燃剂的高级醇2)将原车用无铅汽油中机械杂质及水分项目中0.15％(m/m）•早在20世纪20年代，巴西就开始了乙醇汽油的使用由于巴西石油资源缺乏，但盛产甘甘蔗，于是形成了用甘蔗生产蔗糖、醇的成套技术目前，巴西是世界上最用乙醇汽油中乙醇含量已达到20％•美国是世界上另一个燃料乙醇的消费大国1978年含10％乙醇汽油（E10汽油）在内布拉斯加州大规模使用，此后，美国联邦政府对E10汽油实行减免税，燃料乙醇产量从1979年的3万吨迅速增加到1990年的269万吨2000年美国燃料乙醇产量达到500万吨预计，到2004年全美国燃料乙醇需求将达到1000万吨9/4/202431河北工业大学能源与环境学院柴油 轻质石油产品，复杂烃类(碳原子数约10～22)混合物主要由原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、石油焦化等过程生产的柴油馏分调配而成；也可由页岩油加工和煤液化制取 分为轻柴油（沸点范围约180～370℃）和重柴油（沸点范围约350～410℃）两大类广泛用于大型车辆、铁路机车、船舰。

柴油最重要的性能是着火性和流动性 轻柴油按凝点分为10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号和-50号七个牌号，10号轻柴油表示其凝点不高于10℃，其余类推9/4/202432河北工业大学能源与环境学院1、着火性：高速柴油机要求柴油喷入燃烧室后迅速与空气形成均匀的混合气，并立即自动着火燃烧，因此要求燃料易于自燃从燃料开始喷入气缸到开始着火的间隔时间称为滞燃期或着火落后期燃料自燃点低，则滞燃期短，即着火性能好一般以十六烷值作为评价柴油自燃性的指标2、流动性：凝点是评定柴油流动性的重要指标，它表示燃料不经加热而能输送的最低温度柴油的凝点是指油品在规定条件下冷却至丧失流动性时的最高温度柴油中正构烷烃含量多且沸点高时，凝点也高一般选用柴油要求凝点低于环境温度3～5℃主要性质主要性质9/4/202433河北工业大学能源与环境学院第三章气体燃料9/4/202434河北工业大学能源与环境学院西气东输9/4/202435河北工业大学能源与环境学院天然气管线天然气管线跨越黄河天然气管线9/4/202436河北工业大学能源与环境学院天然气•在公元前6000年到公元前2000年间，伊朗首先发现了从地表渗出的天然气。

渗出的天然气刚开始可能用作照明，崇拜火的古代波斯人因而有了“永不熄灭的火炬”中国利用天然气是在约公元前900年中国在公元前211年钻了第一个天然气气井，据有关资料记载深度为150米（500英尺）在今日重庆的西部，人们通过用竹竿不断的撞击来找到天然气天然气用作燃料来干燥岩盐后来钻井深度达到1000米，至1900年已有超过1100口钻井　　直到1659年在英国发现了天然气， 从1790年开始，煤气成为欧洲街道和 房屋照明的主要燃料在北美，石油 产品的第一次商业应用是1821年纽约 弗洛德尼亚地区对天然气的应用他 们通过一根小口径导管将天然气输送 至用户，用于照明和烹调                                 9/4/202437河北工业大学能源与环境学院天然气性质•天然气的主要成分是甲烷，本身无毒，但如果含较多硫化氢，则对人有毒害作用如果天然气燃烧不完全，也会产生一氧化碳等有毒气体•天然气的热值较高，35.6-41.9兆焦/立方米（约合8500-10000千卡/立方米）•天然气无色，比空气轻，不溶于水•天然气可液化，液化后其体积将缩小为气态的六百分之一。

每立方米天然气完全燃烧需要大约十立方米空气助燃•天然气是一种易燃易爆气体，和空气混合后，温度只要达到550℃就燃烧　在空气中，天然气的浓度只要达到5-15%就会爆炸9/4/202438河北工业大学能源与环境学院天然气分类•气田气：储藏于地下岩缝中的纯气藏，甲烷90％以上，含少量乙烷、丙烷、丁烷热值35000～39000kJ/m3，燃烧速率比较低•油田伴生气：与原油共存，是石油开采过程中的析出气，甲烷80％以上，39000～44000kJ/m3•煤田气：从煤层中释放出来的可燃气体，也就是瓦斯气，爆炸性窒息性气体，甲烷50％以上，其余是氢气、氧气和二氧化碳，13000～19000kJ/m39/4/202439河北工业大学能源与环境学院•压缩天然气（CNG）体积能量密度约为汽油的26%，液化天然气（LNG）体积能量密度约为汽油的72%，是压缩天然气（CNG）的两倍还多，因而使用LNG的汽车行程远，相对可大大减少汽车加气站的建设数量9/4/202440河北工业大学能源与环境学院天然气开采9/4/202441河北工业大学能源与环境学院参考文献：1、锅炉及锅炉房设备，奚士光，中国建筑工业出版社，19952、宋人绝句三百首，潘中心，贵州人民出版社，19843、百度百科，。