正文 燃料與燃燒(1 / 3)

一、固體燃料

(一)固體燃料的類型

固體燃料包括木柴、植物莖稈(秸稈)和皮殼、煤等。煤又可根據碳化程度高低分為泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤等類型。近幾年研發的將植物莖稈(秸稈)或皮殼擠壓成型的生物質能燃料,屬可再生能源,有廣闊的應用前景。

木柴的有機質成分和可燃成分變化範圍很小,一般熱值很接近Qn,ar=18400kJ/kg。木柴容易著火,燃燒穩定,揮發物含量高,灰分少(平均<1%),不易燒結。而各類煤的組成差異很大,其著火點、熱值、揮發物差異也很大。

當隔絕空氣條件下給煤加熱時,煤中的水分會首先蒸發逸出,然後其中的有機物質開始分解和揮發,析出各種氣態和蒸氣態產物,這些析出的氣態產物稱為揮發物,剩餘的不揮發的固體殘餘部分被稱為焦炭(固定炭和灰分)。固定炭和揮發物是煤中最基本的可燃物質叫做燃料的可燃質。固定炭的數量取決於非揮發性炭和灰分。揮發物析出的數量和質量與煤的炭化程度有關,還與加熱時的溫度和持續時間有關,加熱溫度越高,持續時間越長,揮發物逸出量就越多,揮發物終止析出的溫度不低於1100℃。如果揮發物逸出的數量多,並且其中可燃氣體含量高(即質量好),燃料容易著火,燃燒情況也好。揮發逸出超過30%的煤稱為高揮發物煤,如泥煤、褐煤和部分煙煤。

(二)燃料的化學組成

固體燃料(煤、柴等)是由有機可燃質和無機不可燃質(礦物質)與水組成的複雜混合物。可燃質是多種複雜的有機化合物的混合物。根據燃料元素分析,這些可燃物是由碳、氫、氧、氮、硫等元素組成的。燃料元素的組成不能用來判斷燃燒特性,但各組成元素的性質及含量與燃料燃燒性密切相關。不可燃質是燃料中不能燃燒的礦物質稱為灰分。

1.碳

固體燃料發出的熱量主要來自碳。煤的碳含量一般都在40%以上,而無煙煤的碳含量高達80%左右,1kg純碳在氧氣供給充分條件下可以完全燃燒後生成二氧化碳,能放出約32670kJ的熱量,若氧氣供給不夠充分,碳則不完全燃燒時生成一氧化碳,發熱量大大降低,放出的熱量隻有9214kJ,而且煙葉烘烤環境如有過量的一氧化碳,將造成煙葉中毒傷害。如果火爐爐膛內氧氣充裕,或者能夠實現二次進風,一氧化碳則繼續燃燒變為二氧化碳並釋放熱量。

碳的燃點較高,不易著火,燃燒緩慢,火焰短,且需要在較高的溫度下才能燃燒。所以煤的含碳量越高,其著火和燃燒也就越困難。

2.氫

氫是燃料中最容易燃燒,且燃燒時放出大量的熱量。但在固體燃料中氫的含量很低,而且碳含量越高時氫含量減少,如褐煤中氫含量為5%~6%,煙煤中為4%~5%,無煙煤中為1%~3%。

雖然1kg純氫燃燒後能釋放142250kJ熱量,相當於碳發熱量的4倍,但是,氫在燃燒時生成水,水吸收熱量蒸發為水蒸氣,1kg氫在燃燒後,實際能利用的熱量約為119776kJ,在煤的發熱量中不占重要地位。

3.硫

硫是燃燒中有害的元素,盡管它在燃燒時也放出少量的熱量(它燃燒的發熱量約為碳的1/3)。我國煤的含硫量一般在0.5%~3%範圍內,少數超過3%。燃料中硫的有害性,主要是它在煆燒時生成的SO2、SO3氣體能與煙氣中的水汽結合,形成亞硫酸或硫酸蒸汽,一方麵嚴重腐蝕燃燒設備的金屬表麵(密集式烤房換熱器損壞傷害煙葉),另一方麵,SO2和SO3隨煙氣排入大氣中,汙染大氣環境。

4.氧和氮

氧和氮實際上是燃料可燃質中的雜質,本身不能燃燒,卻相對降低了可燃元素的含量,降低了燃料發熱量。氧在燃料中是以化合態存在,它與一部分可燃元素氫和碳結合形成化合物,束縛了這部分可燃成分的正常燃燒。氮既不能燃燒,也不能助燃,在燃燒時一般不參加反應而進入煙氣中去,但在溫度高和含氮量高時,產生氧化氮等物質,排入大氣造成環境汙染。氧和氮在固體燃料中的含量一般不高。

5.灰分

灰分實際上是固體燃料的外部雜質,灰分的含量是衡量煤質經濟價值的一個很重要的指標。灰分越多,燃料的發熱值越低,燃煤中的灰分含量較多,差異範圍也很大,為5%~15%。我國原煤灰分,無煙煤為6%~16%,煙煤7%~29%,褐煤11%~31%。由於灰分的存在相對減少燃料中可燃成分的含量,降低發熱量,並且灰分在熔融和分解過程中,需消耗一些熱量,另外灼熱的爐渣清除時,也會帶走一部分熱量,使其熱效率降低,總之,煤中的灰分是有害無益的。