燃料种类及特性：固、液、气三类燃料的特点

2023-10-11 理论教育版权反馈

【摘要】：（一）燃料种类根据燃料的状态不同，可分为固体、液体和气体燃料三类。由上述定义可知，高位热值与低位热值的差为单位燃料完全燃烧生成的水气化所吸收的热量。灰分含量多，会降低燃料的发热量，热损失增大。水分含量增加，会使燃料的热值降低，也不利于着火。

（一）燃料种类

根据燃料的状态不同，可分为固体、液体和气体燃料三类。具体分类见表1-1-1。

表1-1-1　工业燃料的分类

（二）燃料的特性

1.固体燃料特性

（1）热值

热值也称发热量，指每千克固体、液体燃料或每立方米标态（标准状态，即0℃，101325Pa）气体燃料完全燃烧，燃烧产物冷却到燃烧前的温度所放出的热量。按燃烧产物中水的存在状态，热值有高位热值Qgr与低位热值Qnet之分。高位热值是指燃烧产物中的水蒸气全部冷凝成水时所放出的热量；低位热值是指燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时所放出的热量。热值的单位是kJ/kg或kJ/m3。

由上述定义可知，高位热值与低位热值的差为单位燃料完全燃烧生成的水气化所吸收的热量。常温下水的气化热约为2500kJ/kg。热值是保证窑内烧成温度和正常升温的主要指标，如：松柴的热值范围是10470kJ/kg～18300kJ/kg，煤的热值范围是8300kJ/kg～34300kJ/kg。

（2）挥发分

挥发分是指燃料中可燃气体的组分。挥发分含量直接影响到燃烧时火焰的长度和着火温度。挥发分含量高，火焰长，着火温度低。木柴的挥发分含量可达80%以上，火焰长，着火温度只有250℃～300℃，烟煤的挥发分含量为10%～45%，火焰较长，着火温度为400℃～500℃，无烟煤的挥发分含量小于10%，火焰较短，着火温度为700℃～750℃。

（3）粘结性

煤的粘结性是指煤逸出挥发分后的焦渣特征。可分为八类：

①粉状：不粘结。

②粘结：手指轻压即成粉块。

③弱粘结：手指轻压即成小块。

④不熔融粘结：手指用力压才裂成小块，焦渣上表面无光泽，下表面银白色光泽并不明显。

⑤不膨胀熔融粘结：焦渣形成扁平的饼状，煤粒的界限不易分清，表面有银白色金属光泽，焦渣下表面光泽更明显。

⑥微膨胀熔融粘结：用手指压不碎，在焦渣上下表面上有银白色金属光泽，但焦渣表面有小气泡。

⑦膨胀熔融粘结：焦渣上下表面有银白色金属光泽，膨胀高度不超过15mm。

⑧强膨胀熔融粘结：焦渣上下表面有银白色金属光泽，膨胀高度大于15mm。

（4）灰分

灰分是燃料中的不可燃组分。灰分含量多，会降低燃料的发热量，热损失增大。

（5）结渣性

结渣性即灰渣的熔融性。灰分的化学组成为 SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等，灰分中SiO2、Al2O3含量多，熔点高，烧后不易结渣；Fe2O3、K2O、Na2O等含量多，熔点低，烧后易结渣。灰分的熔点还与燃烧时的气氛有关。

（6）水分

燃料中的水分包括外在水（自由水）和内在水（吸附水）两部分。水分含量增加，会使燃料的热值降低，也不利于着火。

（7）硫分

指燃料中可燃硫含量。可燃硫燃烧生成的SO2和SO3与烟气中的水蒸气结合生成硫酸或亚硫酸蒸气，腐蚀金属设备，污染大气。生成硫酸或亚硫酸蒸气还易与坯体中的钙盐反应生成硫酸钙，硫酸钙分解温度较高，使瓷器釉面蒙上一层“白霜”，降低了釉层的表面光泽度，影响产品质量。一般要求其含量小于1%。

2.液体燃料的特性

我国陶瓷热工设备中使用的液体燃料主要有重油、柴油等，另外，水煤浆作为一种新型煤基固、液两相流体燃料，与液体燃料有许多相似之处。

（1）水煤浆

水煤浆的生产与应用技术已日益成熟，水煤浆应用可以做到达标排放，与燃油价格相比更经济，水煤浆热值为16000kJ/kg～20000kJ/kg。水煤浆的制造过程如下：

①制水煤浆的煤质要求

不粘结性或弱粘结性烟煤（末煤即可），发热量＞20000kJ/kg，挥发分＞28%，灰分＜10%，灰熔点＞1250℃，硫分＜1%，内水分＜5%。

②水煤浆工艺参数

细度为200目筛余10%～20%，粘度＜80秒（涂料粘度计），水分为45%～51%，沉淀性为72小时无硬沉淀。

③水煤浆制备过程

干煤粉（53%～57%）+水（46%～42%）+添加剂1%，混合后入球磨机5～7小时检测其参数，达到要求即可。

水煤浆添加剂主要有分散剂、稳定剂和其他辅助添加剂。分散剂主要是为提高煤表面的亲水性、增强煤粒间的静电斥力以及空间隔离位阻效应。常用分散剂有萘磺酸盐、木磺酸盐、磺化腐植酸盐等；稳定剂是用于保持煤浆储存时性态均匀，常用的稳定剂有聚丙烯酰胺絮凝剂、羧甲基纤维素等。其他辅助添加剂有消泡剂、调整剂、表面处理剂及促进剂等。

水煤浆目前主要用于喷雾干燥塔的热风炉，少量用于烧成温度较低的陶瓷墙地砖辊道窑。有些陶瓷厂建有煤气站，在处理煤气过程中会产生一定的有害物质（如：酚水），难以处理，所以，有的厂将部分酚水加入，和煤一起球磨制得水煤浆，经燃烧，产物作为热介质使用。

（2）燃料油

陶瓷工业用的燃料油主要是重油、柴油，它们都是石油加工产物，重油一般指在蒸馏原油的过程中，分馏出航空油、汽油、煤油、柴油以及其他石油产品后，残留在蒸馏塔中的一种呈黑褐色的较重的油品。重油的元素组成范围为：C为85%～88%，H为10%～13%，N+O2为0.5%～1%，S为0.2%～1%，发热量很高，为38000kJ/kg～42000kJ/kg；柴油一般含：C为85.5%～86.5%，H为13.5%～14.5%。柴油分为轻柴油和重柴油。轻柴油主要来自催化裂化的柴油馏分，也有部分直馏柴油馏分，具有良好的低温流动性和储存安定性以及低灰分等特点，发热量42700kJ/kg～43000kJ/kg。重柴油则馏分较重，甚至可混入一定量的重油，因此不易燃烧完全，发热量为40600kJ/kg～44000kJ/kg。

①密度

燃油的密度随着温度的升高而略有减小，20℃时重油密度为0.9t/m3～1.0t/m3，柴油的密度为0.810t/m3～0.855t/m3。(www.chuimin.cn)

②水分

燃油中含有水分，不仅降低其发热量，而且当水分过高时容易产生“气塞”现象，使燃烧火焰不稳定，影响窑炉的正常运行，故贮油罐应定期排水。由于燃油的密度略小于水，因此贮油罐的排水管安装在下部。

③粘度

我国重油常用的粘度标准是以恩氏粘度（°E）来表示的。即在测定温度下重油从恩格拉粘度计中流出200ml所需时间（s）与20℃的蒸馏水流出200ml所需时间（约52s）的比值。我国重油的牌号，就是以50℃时油的恩氏粘度来分类的。例如，60#重油在50℃时的恩氏粘度值为60°E。重油的牌号愈高，油的粘度愈大。我国各种重油的特性见表1-1-2。

表1-1-2　重油的特性

实际上，工业炉所使用的重油往往是混合渣油，即以原油加工过程中的常压油，减压渣油、裂化渣油、裂化柴油和催化柴油等为原料调和而成的燃料油。

重油的粘度随着温度升高，粘度减小。各种重油在低温下粘度相差很大，温度越高，它们的粘度相差越小。为了保证重油良好的雾化，要求重油的粘度最好为5°E～10°E。

④闪点、燃点、着火点

油类加热到一定温度时，油表面有油蒸气产生。油温越高，油蒸气越多。当有火焰接近时，若出现短暂的蓝色闪光，则此时的油温称为油的“闪点”。若油温超过闪点，则油的蒸发速度加快，以致用火源接近油表面时，在蓝光闪现后能持续燃烧（不少于5s），此时的油温称油的“燃点”。若再继续提高油温，则油表面的蒸气即使无火源接近也会自发燃烧起来，相应的油温称油的“着火点”。

燃油的闪点与其组成相关。油密度越小，闪点越低。测定闪点的方法有开口杯法（油表面暴露在大气中）和闭口杯法（油表面封闭在容器内）两种。前者用于测定闪点较高的油类，如重油，后者一般用于测定闪点较低的油类，如原油、汽油等。开口闪点比闭口闪点一般高15℃～25℃，重油的闪点见表1-1-2。

燃点与闪点相差不大，重油的燃点一般比其闪点高10℃左右，柴油的燃点约为220℃。

重油的着火点为500℃～600℃。

⑤凝固点

当油类失去流动性时的最高温度称凝固点。重油的凝固点一般为30℃～45℃。我国柴油的牌号就是根据凝固点来分类的，柴油牌号及特性见表1-1-3和表1-1-4。

表1-1-3　轻柴油的特性

表1-1-4　重柴油的特性

⑥比热容和导热系数

重油的比热容一般为1.88kJ/kg·℃～2.1kJ/kg·℃。重油的导热系数与重油的品种及温度有关，一般为0.128W/（m·℃）～0.163W/（m·℃）。

⑦机械杂质

燃油中的机械杂质，大部分是在贮运过程中带入的，它容易磨损油泵，堵塞输油管路和油喷嘴，因此，应在输油系统中安装过滤器，以除去油中的机械杂质。

3.气体燃料的特性

（1）组成

发生炉煤气是用固体燃料在高温下通入气化剂得到的人造煤气，根据气化剂的不同，又有空气煤气、水煤气、混合煤气之分。焦炉煤气是炼焦（即将煤隔绝空气加热）过程得到的气态挥发物，高炉煤气则是高炉炼钢得到的副产品。这三类煤气的组成和热值范围列于表1-1-5。

天然气根据矿藏特点可分为伴生气和非伴生气，伴生气随原油共生，与原油同时被采出，还有一种伴生气是煤矿伴生气。非伴生气包括纯气田天然气和凝析气田天然气，两者在地层中均为均一的气相。凝析气田天然气由井口导出后，经减压降温，分离为气、液两相。气相经净化后，成为商品天然气。天然气主要成分是甲烷，发热量约为33500kJ/m3～37700kJ/m3。表1-1-6为我国部分天然气组成。

表1-1-5　发生炉煤气、焦炉煤气、高炉煤气的组成及热值范围

表1-1-6　我国部分天然气组成

天然气开采出来后，经脱水、脱硫、分离（凝析油、氦气等）等工序后，逐步降压送至用户使用。也有将天然气液化，然后贮运使用的。

液化石油气是石油炼制的副产品，其主要组成为丙烷和丁烷，液态密度为500～600kg/m3。表1-1-7列出几种液化石油气的组成与热值。

表1-1-7　几种液化石油气的组成（φ×100）与热值

由表1-1-7可知，液化石油气组成变化较大，虽然都是以C3和C4为主，这与石油产地和炼制工艺有关。低位热值高达85000kJ/m3～108000kJ/m3，如以质量计则为45000kJ/kg～50000kJ/kg。

气体燃料还可通过裂解重油制得。

（2）相对分子质量和密度

煤气的相对分子质量按下式计算：

式中：Mr——煤气的平均相对分子质量；

φi——各气体成分在煤气中的体积分数；

Mri——各气体成分的相对分子质量。