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回轉(zhuǎn)窯操作手冊(cè)三第三章、燃料與燃料燃燒
活性石灰的煅燒過(guò)程，實(shí)際上就是燃料燃燒的過(guò)程，是產(chǎn)生熱量和熱量交換的過(guò)程。 如何選擇燃料，對(duì)回轉(zhuǎn)窯和產(chǎn)品的煅燒結(jié)果都是至關(guān)重要的。燃料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)完全燃燒后所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，與窯爐的運(yùn)作機(jī)理應(yīng)保持相互間的，能夠充分地適應(yīng)和吻合。 在回轉(zhuǎn)窯上，對(duì)所要煅燒的物質(zhì)——石灰石來(lái)說(shuō)，燃料的發(fā)熱值和燃料本身的質(zhì)量則是更為重要的。與此同時(shí)，還應(yīng)充分地考慮到，對(duì)所選用燃料的來(lái)源途徑，投入成本等，應(yīng)符合產(chǎn)品價(jià)值的要求。
一、 燃料 所謂燃料，通常是指：某種物質(zhì)在空氣或氧氣中，容易產(chǎn)生著火燃燒并放出大量的熱，可供給工業(yè)或家庭有效的、可利用的可燃物質(zhì)。 所謂標(biāo)準(zhǔn)燃料，是指規(guī)定發(fā)熱量為29273kJ/ kg（千焦/千克）= 7000kcal / kg的燃料。 根據(jù)燃料形成或演變的過(guò)程，進(jìn)行性質(zhì)劃分，燃料可分為物理狀態(tài)和化學(xué)狀態(tài)兩大類(lèi)： 1） 物理狀態(tài)：如煤，天然氣，石油等，它們通常被稱(chēng)之為一次能源 。 2） 化學(xué)狀態(tài)：如焦炭，液化石油氣，煤氣等，它們則被稱(chēng)之為二次能源。 這些燃料按其本身具有的體態(tài)分類(lèi)有固體，液體，氣體三大類(lèi)。它們的基本體態(tài)特征表現(xiàn)為： 固體——具有一定的體積，又有一定的形狀。如煤，焦炭等。它們是由多種復(fù)雜的有機(jī)化合物質(zhì)組成的，其基本組成元素為C（碳）、H2（氫）、O2（氧）、N2（氮） S（硫）等。此外，還有一定的水份和灰份。 在這些基本的元素當(dāng)中，碳是固體燃料的基本組成體，是熱量的主要來(lái)源，含碳越高的固體燃料其熱值越高。 氫在燃料中有兩種形態(tài)：一種是與氧結(jié)合的氫，燃燒時(shí)熱效應(yīng)高。另一種是和燃料中的氧進(jìn)行結(jié)合的氫，它不參加燃燒反應(yīng)，它的存在降低了可燃物的含量。 液體——具有一定的體積，但沒(méi)有一定的形狀。如汽油、材油、液化石油氣等。 天然的固體和液體燃料是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的地質(zhì)化學(xué)作用而生成，它們的基本組成物是各種有機(jī)化合物。 用于工業(yè)的液體燃料通常是指石油及石油加工產(chǎn)品，石油主要是由各種烷類(lèi)，歸屬碳?xì)浠衔锼M成。 重油是從天然石油中獲取的一種常溫時(shí)為膠質(zhì)狀，類(lèi)似于固體（半固體）經(jīng)加熱后呈流質(zhì)狀（半液體）的物質(zhì)。承受的溫度越高，流質(zhì)感越強(qiáng)，它屬于類(lèi)似液體的二次能源。為此，若按形態(tài)上分類(lèi)，它是一種界于固體和液體之間的燃料。但是，若將重油按使用時(shí)所產(chǎn)生的形態(tài)進(jìn)行劃分，它亦可歸屬于液體燃料的種類(lèi)。 氣體——既沒(méi)有一定的形狀，又沒(méi)有一定的體積。如天然氣、焦?fàn)t煤氣等各類(lèi)煤氣。 其中，天然氣是一種天然的，由一些飽和烴類(lèi)組成的混合體，主要成份是甲烷（CH4），其含量可達(dá)到80 %以上。 而在種類(lèi)各異的煤氣中，最具代表性的是焦?fàn)t煤氣，它是一種以氫和碳?xì)浠衔餅橹饕煞萁M成的，其中，H2（氫氣）含量＞50 %。在各種煤氣中屬于發(fā)熱值較高的氣體燃料。 通過(guò)對(duì)燃料的了解，我們對(duì)燃料已經(jīng)產(chǎn)生了一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，也為在利用回轉(zhuǎn)窯煅燒活性石灰時(shí)如何選擇燃料提供了參考依據(jù)。 根據(jù)回轉(zhuǎn)窯的煅燒特點(diǎn)和石灰產(chǎn)品的產(chǎn)出價(jià)值以及燃料的獲取途徑等方面的需要，在煅燒活性石灰的燃料選擇上，特別是在回轉(zhuǎn)窯等大型的爐窯上，焦?fàn)t煤氣，混合煤氣，煤粉及重油已成為了較為常見(jiàn)的煅燒燃料。
一）、焦?fàn)t煤氣 焦?fàn)t煤氣，是高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、混合煤氣、發(fā)生爐煤氣、鐵合金爐煤氣等眾多煤氣種類(lèi)的主要組成部分之一。 焦?fàn)t煤氣是將煤在干錙（隔絕空氣加熱、即煉焦）過(guò)程中產(chǎn)生的一種可燃?xì)怏w，是煤的組成物質(zhì)在高溫分解時(shí)的產(chǎn)物。 煤隨著干錙溫度的增加，在干燥（預(yù)熱）階段，先放出煤中所含的水蒸汽及吸附的CO2 ，CH4等。當(dāng)溫度上升至200—300℃（熱分解）時(shí)，含氧化物產(chǎn)生出CO2 ，H2O酚等。溫度繼續(xù)上升至400℃（軟化）時(shí)，煤開(kāi)始發(fā)生劇烈的分解，產(chǎn)生大量的CO、(甲烷)CH4、(氫氣)H2等，同時(shí)產(chǎn)生大量的初生焦油。當(dāng)溫度上升到500—700℃（半焦）時(shí)，產(chǎn)生以CH4 、H2為主的氣體。當(dāng)溫度上升至750—1000℃（成焦）時(shí)，產(chǎn)生少量的以H2（氫）為主的氣體。 這些氣體被收集在一起并由焦?fàn)t頂端的上升管引導(dǎo)至回收系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)一次脫硫（粗脫硫）和二次脫硫（精脫硫）處理后，便生成為一種氣體燃料——低壓（脫硫）焦?fàn)t煤氣。 焦?fàn)t煉焦中，每生產(chǎn)1噸焦炭產(chǎn)生約300 m3的荒煤氣�；厥者^(guò)程中，對(duì)焦?fàn)t煤氣的回收是指降低煤氣所含的溫度。凈化是指脫去煤氣中的焦油、水蒸汽、荼、H2S（硫化氫）、（氨氣）NH3、苯類(lèi)和酚氰化物等雜質(zhì)。 焦?fàn)t中的H2S（硫化氫）燃燒時(shí)能生成(二氧化硫)SO2，有毒并污染空氣。用于冶煉、化學(xué)合成時(shí)，對(duì)鋼產(chǎn)品有降低熱脆性（龜裂）的傷害作用。在輸送過(guò)程中，容易腐蝕管道和設(shè)備。 任何一種副產(chǎn)煤氣都是由一些單一氣體組成的。其中，主要的可燃成分有H2、CO和其他氣態(tài)碳?xì)浠衔铮?/span>烴類(lèi)物質(zhì)）CmHn以及H2S（硫化氫）。不可燃成分有CO2、（氮?dú)?/span>）N2、（氧氣）O2除此之外，在氣體燃料中還含有水蒸汽，焦油蒸汽和粉塵固體微粒。 煤氣中具有腐蝕性的主要成分是H2S（硫化氫）、CO2和O2。但是，這些氣體只有在有水時(shí)才具有腐蝕性。（硫化氫）H2S、CO2在水中呈陽(yáng)性，O2在水中則具有氧化腐蝕性。 由于氫的燃燒速度很快，煤氣與空氣很容易混合，在使用最少量的過(guò)�？諝鈺r(shí)便能夠得到很好的燃燒效果。煤氣使用以前，可以進(jìn)行預(yù)熱，從而可提高煤氣的燃燒溫度。焦?fàn)t煤氣燃燒時(shí)，產(chǎn)生的火焰具有：較短、明亮，火力集中的特點(diǎn)。 將焦?fàn)t煤氣與其他類(lèi)型的燃料進(jìn)行比較，它具有：質(zhì)地比較清潔，容易與空氣混合，點(diǎn)燃、熄滅過(guò)程容易，易于控制，輸送方便，成本低廉，保證使用不會(huì)中斷等優(yōu)點(diǎn)。 通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐表明，在利用回轉(zhuǎn)窯來(lái)煅燒活性石灰時(shí)，將被稱(chēng)之為低壓脫硫的焦?fàn)t煤氣做為煅燒燃料，是一種較為理想的選擇。
焦?fàn)t煤氣性質(zhì)： 1．無(wú)色，有臭味，有毒性，易燃易爆 2．熱值：4000 — 4100 kcal /m3 , 未經(jīng)脫硫時(shí)，3800 — 3905 kcal /m3 （16,35mj /m3 ）。 3．比重：0.45 — 0.55 kg /m3 4．燃點(diǎn)： 650℃ 5．燃燒溫度： 1880 ℃ 6．爆炸范圍： 6 — 30 ％ 7．燃燒所需空氣量： 3.6 — 4.0 m3/m3 8．理化指標(biāo)（％） 表六
9．雜質(zhì)含量 mg / N m3 表七
H2S（硫化氫）為無(wú)色氣體，具有濃厚的臭蛋氣味。分子量：34.07，比重：1.52，發(fā)熱值：5660大卡/m3，易容于水。爆炸范圍：4.3～45.6 %，著火溫度：364℃，火焰呈蘭色，空氣中濃度達(dá)0.04%時(shí)有害人體，0.10 %時(shí)可致人死亡。
二）、高爐煤氣 高爐煤氣，是高爐煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)煤氣。主要生產(chǎn)原料為鐵礦石（原礦或燒結(jié)礦），石灰石，助燃劑等，主要燃料是焦炭。焦炭在燃燒過(guò)程中，開(kāi)始由空氣過(guò)剩狀態(tài)逐漸變成空氣不足的燃燒狀態(tài)，結(jié)果便產(chǎn)生出了高爐煤氣，也可稱(chēng)為BFG煤氣或B煤氣。每生產(chǎn)1噸生鐵可生成2000 m3可燃?xì)怏w，主要成分為CO，屬低熱值煤氣，可單獨(dú)供低熱值煤氣使用或與焦?fàn)t煤氣（M）混合使用。 高爐煤氣性質(zhì)： 1．無(wú)色，無(wú)味，劇毒，易燃易爆 2．熱值：800 — 950 kcal / m3 3．比重：1.295 kg/m3 4．燃點(diǎn)：700℃ 5．燃燒溫度：1400℃ 6．爆炸范圍：40 ~ 70％ 7．燃燒所需空氣量：0.83 ~ 0.85 m3/ m3 8．理化指標(biāo)： % 表八
三）、轉(zhuǎn)爐煤氣 轉(zhuǎn)爐煤氣是轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，氧氣通過(guò)氧槍?zhuān)瑥臓t口上方伸入到距鐵水適當(dāng)?shù)奈恢�，以一定的壓力進(jìn)行吹煉。這時(shí)，鐵的氧化物，特別是其中的氧化亞鐵與鐵水中的碳化合，產(chǎn)生出含有大量一氧化碳的氣體，這一副產(chǎn)的可燃?xì)怏w即為轉(zhuǎn)爐煤氣。 由于轉(zhuǎn)爐煤氣的發(fā)熱值較焦?fàn)t煤氣要低，但又高于高爐煤氣。氣體中含有較大成分的CO和15 %左右的CO2、氮?dú)庖约拔⒘康难鯕夂脱趸�，并且含塵量較高。所以通常被作為廢氣排放或燒掉，其性質(zhì)與高爐煤氣相近。為此，在煅燒活性石灰的回轉(zhuǎn)窯上，對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣的使用通常是以與其它較高熱值的燃料進(jìn)行混合使用的。 凈化后的轉(zhuǎn)爐煤氣，是一種有毒，易燃，無(wú)色無(wú)味，發(fā)熱值為1700—2000大卡/m3的氣體，煤氣中含有55 %以上的CO，與空氣或氧化混合達(dá)到一定比例時(shí)，遇到明火便會(huì)發(fā)生爆炸。 轉(zhuǎn)爐煤氣理化指標(biāo)：% 表九
四）、混合煤氣 隨著工業(yè)發(fā)展的需要，將焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣或者其它煤氣進(jìn)行混合使用，已在各種加熱、煅燒、冶煉工藝中被廣泛地采用。 在將各種煤氣進(jìn)行混合使用的同時(shí)，將煤氣與其它燃料混合配制使用的種類(lèi)也很多。如液化石油氣、煤粉、重油等。總之，對(duì)燃料的混合使用，是一種很好的利用能源、節(jié)約能源的使用手段。 在氣體燃料混合使用的過(guò)程中，用于表示混合氣體成分的方法通常有體積成分和重量成分兩種。氣體的重量與重量之比是重量成分，氣體的分容積與總?cè)莘e之比，被稱(chēng)之為體積成分。 混合氣體的比熱有容積比熱和重量比熱，重量比熱等于混合氣體所含的各種氣體的重量比熱和它們的重量成分乘積的和。容積比熱等于組成混合氣體的各種氣體的容積比熱與它們的容積成分的乘積之和。 在種類(lèi)眾多的煤氣中，在各自固有的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，它們之間又存在著既相同又不盡相同的易燃易爆，有毒性的基本性質(zhì)。 其中，能夠引起煤氣爆炸所必須具備的條件是：a、煤氣與空氣混合達(dá)到一定的比例（爆炸極限范圍）。b、處于爆炸極限范圍的混合物遇到明火或達(dá)到著火溫度。c、 混合物處于密閉或開(kāi)孔極小的容器內(nèi)。 煤氣爆炸是指，當(dāng)煤氣發(fā)生瞬時(shí)燃燒并產(chǎn)生出具有高溫、高壓沖擊波并對(duì)物質(zhì)或環(huán)境形成強(qiáng)大的破壞力。空氣、煤氣混合物的爆炸特征是，煤氣迅速地燃盡后產(chǎn)生的發(fā)熱和瞬時(shí)急劇的膨脹反應(yīng)。 煤氣中的有毒成分主要是指CO（一氧化碳），它是一種在常溫狀態(tài)時(shí)呈無(wú)色，無(wú)臭，無(wú)刺激性，性極毒。燃燒時(shí)呈藍(lán)色火焰，與空氣混合極易發(fā)生爆炸的氣體。 分子量：28.01， 密度（比重）：0.968 熱值：3020大卡/m3 燃點(diǎn)：609℃，在氣體中含有少量的水即可降低其著火溫度 爆炸極限：12.5 ~ 75 ％。 空氣中可允許的CO濃度為0.02 g /m3 空氣中含量0.06%即有害人體 空氣中含量0.2 %時(shí)即可使人失去感覺(jué) 空氣中含量0.4 %可至人迅速死亡 CO是C與O2結(jié)合燃燒不完全時(shí)的產(chǎn)物，它們結(jié)合并產(chǎn)生完全燃燒后生成CO2，而燃燒不完全時(shí)則可生成CO。它既是一種可燃燒氣體，又是一種有毒性氣體。CO對(duì)人的危害是極大的，在進(jìn)入人體呼吸道很少量的情況下便會(huì)很快地導(dǎo)致中毒，同時(shí)也會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)至人死亡。 當(dāng)人體通過(guò)呼吸道吸入CO后，CO即被吸入肺泡內(nèi)并進(jìn)入血液，使血液中輸氧的血紅蛋白被減少，造成人體組織缺氧而引起中毒。它造成人體中毒的機(jī)理在于： 1）、CO與Hb親和生成HbCO （碳氧血紅蛋白），它們的親和力比O2與Hb的親和力大300倍。而它們的解離速度卻要比HbO2（氧合血紅蛋白）的解離速度慢3600倍，從而阻礙氧的釋放和傳遞，引起人體組織缺氧。 2）、CO能與許多C（碳）結(jié)合，從而影響酶的功能。 3）、人體中樞神經(jīng)對(duì)缺氧最敏感。 煤氣造成人體中毒的關(guān)鍵是CO成分，人體中毒的程度主要與血液中的CO濃度有關(guān)。CO在人體血液中的濃度不同時(shí)，人體中毒的反應(yīng)程度亦是不同的。 a、 CO濃度達(dá)到1～20 %時(shí)，有輕度頭痛，額部有緊壓感。 b、 CO濃度達(dá)到20～30 %時(shí)，頭痛時(shí)有心悸。 c、 CO濃度達(dá)到30～40 %時(shí)，頭痛劇烈，虛弱無(wú)力腦暈虛脫，視力模糊思維遲鈍。 d、 CO濃度達(dá)到40～50 %時(shí)，容易虛脫，脈搏、呼吸加快。 e、 CO濃度達(dá)到50～60 %時(shí)，驚厥昏迷。 f、 CO濃度達(dá)到60～70 %時(shí)，驚厥昏迷，心臟、呼吸受到抑制，可能導(dǎo)致死亡。 g、 CO濃度達(dá)到70～80 %時(shí)，脈搏細(xì)弱，呼吸緩慢，心臟衰弱而死亡。 通過(guò)對(duì)氣體燃料基本性能的了解，煤氣是一種較為經(jīng)濟(jì)、用途廣泛的由管道輸送，必須具有一定的壓力、溫度、體積、速度的氣體燃料。所謂壓力是指單位面積上所受到的垂直作用力，被稱(chēng)為壓強(qiáng)，工程上常被稱(chēng)為壓力。 壓力單位，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中使用N/m2即Pa（帕斯卡）表示。工程單位為kg / m2。此外，在使用中還存在著很多習(xí)慣性的表示單位。為此，在常見(jiàn)的壓力單位中也就存在著它們之間的換算關(guān)系：即 1個(gè)（標(biāo)準(zhǔn)）物理大氣壓 = 101300 N/m3 = 101.3 kN/m2 = 10330 kgf/ m2 = 760 mmH2O 由于1 kgf/ cm2與物理上的1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓在數(shù)值上很相近，故而在工程上常將1 kgf/ cm2稱(chēng)為工程大氣壓。 氣體的溫度、壓力、體積之間的關(guān)系具有：在一定的壓力條件下，氣體的體積與氣體的絕對(duì)溫度成反比。在一定的溫度時(shí)，氣體的體積與氣體的絕對(duì)壓力成反比。當(dāng)氣體的體積不變時(shí)，氣體的壓強(qiáng)與氣體的絕對(duì)溫度成正比的關(guān)系。用于表示它們之間的關(guān)系式為： PV = CRT或PD = RT
也可用
五）、煤 煤是指一種固體、呈黑色、質(zhì)地各異的可燃燒物體。屬于天然的、埋于地下，由C（碳）、H（氫）、O（氧）為主要元素組成的有機(jī)巖質(zhì)。 由于煤的質(zhì)地各有不同，煤可分為：煙煤、無(wú)煤煙、褐煤、泥煤等很多種類(lèi)。煤因分布于地表地下，地域廣闊、開(kāi)采容易、用途廣泛。在民用、工業(yè)等很多領(lǐng)域得到了使用。 根據(jù)用途的不同，對(duì)煤的質(zhì)地要求亦不同。用于檢測(cè)煤的質(zhì)量指標(biāo)內(nèi)容一般包括：灰份、揮發(fā)份、水份、固定碳、發(fā)熱量、硫、磷含量等。 其中，煤的揮發(fā)份，是檢測(cè)煤的質(zhì)量和在工業(yè)用途中進(jìn)行分類(lèi)的重要指標(biāo)之一。 煤粉的細(xì)度通常以目表示，它是指在120英寸的面積內(nèi)，用針刺出的眼數(shù)，即為多少目。 煙煤理化指標(biāo)：% 表十
六）、重油 重油是一種有機(jī)化合物的混合物。主要由不同族類(lèi)的碳?xì)浠衔锖腿茉谄渲械墓腆w碳?xì)浠衔锝M成。它們包括烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和少量烯烴及少量的硫化物、氧化物、水以及混入的機(jī)械雜質(zhì)。 重油是石油經(jīng)過(guò)蒸餾處理后得到的塔底產(chǎn)品。其質(zhì)地粘度較大，常溫狀態(tài)呈半固體，經(jīng)升溫加熱降低粘度后呈半流質(zhì)體。其色澤發(fā)黑，可燃成份較高。屬于典型的工業(yè)燃料。 對(duì)重油產(chǎn)品質(zhì)量的區(qū)別，常以粘度、凝點(diǎn)和閃點(diǎn)的不同來(lái)區(qū)分。重油的粘度較大，并且能夠隨溫度的變化而變化，因此，它的比重亦會(huì)隨溫度的變化而變化。 重油理化指標(biāo)： % 表十一
重油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 表十二
二、熱 值 各種燃料在體態(tài)特征的不同之中，還有著各不相同的熱工特性。其中最明顯的特征之一，就是熱值不同。 所謂熱值，是指每單位重量或體積的燃料完全燃燒時(shí)所放出的熱量。 在單位燃料完全燃燒后，將燃燒產(chǎn)物中的水蒸汽冷卻到零度時(shí)的水放出的熱量也計(jì)算在內(nèi)的熱量。被稱(chēng)之為該燃料的高發(fā)熱值。 在單位燃料完全燃燒后，將燃料產(chǎn)物中的水蒸汽冷卻到20℃時(shí)所放出的熱量。則被稱(chēng)之為該燃料的低發(fā)熱值。 在日常使用過(guò)程中，我們所指的或使用的燃料發(fā)熱值，通常是指燃料燃燒后的最低發(fā)熱值（QH），單位常以kcal / kg （千卡/千克）或kcal / Nm3 （千卡/標(biāo)準(zhǔn)立方米）表示。 其中，在對(duì)各種燃料的使用過(guò)程中，為了規(guī)范測(cè)定燃料的燃燒熱量，從理論上產(chǎn)生了：以千克單位的標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒后所產(chǎn)生的熱量7000kcal為標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)衡量比照各種燃料燃燒后所發(fā)出的熱量，取其低熱值單位，被稱(chēng)為該燃料的低發(fā)熱值。 在目前常見(jiàn)的燃料種類(lèi)中，發(fā)熱值最高的是液化石油氣。而在工業(yè)燃料中，發(fā)熱值最高的燃料是重油。 見(jiàn)表十三 常用燃料發(fā)熱值： 表十三
三、燃料燃燒 所謂燃燒，是指可燃物質(zhì)與氧化合，并同時(shí)放出光和熱的現(xiàn)象。亦可稱(chēng)之為燃燒反應(yīng)。 燃燒是一個(gè)化學(xué)變化的過(guò)程。在這個(gè)變化過(guò)程中，能夠使物質(zhì)產(chǎn)生燃燒的基本條件是：可燃物（燃料），助燃物（氧氣），著火點(diǎn)（著火溫度，火種）。 燃料燃燒的前提條件是著火。而著火是指，促使可燃混合物達(dá)到某一溫度時(shí)，混合物能夠自動(dòng)著火并達(dá)到燃燒狀態(tài)。亦可稱(chēng)為“自然著火”。 當(dāng)可燃混合物的化學(xué)反應(yīng)可以自動(dòng)加速而到達(dá)自然著火時(shí)，從燃燒開(kāi)始的瞬間進(jìn)入到燃燒發(fā)展過(guò)程時(shí)的溫度。通常被稱(chēng)之為燃料的著火溫度。 當(dāng)燃料與氧化劑均勻混合后，從開(kāi)始產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)到溫度升高，達(dá)到激烈的燃燒反應(yīng)之前的過(guò)程被稱(chēng)之為燃料的著火過(guò)程。這個(gè)著火的過(guò)程，是由緩慢的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變到猛烈的氧化反應(yīng)的發(fā)展過(guò)程。 將燃料在空氣存在的條件下進(jìn)行加熱，在不使用點(diǎn)火源點(diǎn)火而開(kāi)始燃燒時(shí)的最低溫度。被稱(chēng)為該燃料的自燃點(diǎn)，而在使用點(diǎn)火源點(diǎn)火，開(kāi)始燃燒時(shí)的最低溫度則被稱(chēng)為該燃料的燃點(diǎn)。 焦?fàn)t煤氣是一種大型冶煉工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的，使用廣泛的氣體燃料。它與其它氣體燃料一樣，是由若干種成份單位所組成的混合氣體。如：CO （一氧化碳），H2（氫）， CH4（甲垸），O2（氧氣）， N2（氮?dú)猓?/span> CO2（二氧化碳）， CmHn （碳?xì)浠衔铮┑取?/span> CH4：屬于無(wú)色氣體。微有臭味，難容于水，火焰呈微弱亮光。 分子量： 16.04 比重： 0.175 熱值： 8530大卡/m3 著火溫度：650～750℃ 爆炸范圍：4.4～15%， H2：無(wú)色無(wú)臭氣體，難容于水。 分子量： 2.016 比重： 0.899 熱值： 2570大卡/m3 著火溫度：580～590℃ 爆炸范圍：4.2～7.4% 其中，可燃成份主要是H2和CmHn。它們的燃燒方程式為： 2H2 + O2 = 2H2O CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O CHm + （N+ m/4）O2 = NCO2 + m/2H2O。 在此之中，煤氣中不可燃的成份有：O2、N2、CO2。而對(duì)燃燒不利的成份則為：N2、CO2.。 凡是氣體燃料在使用過(guò)程中往往都具有：燃燒爆炸性，擴(kuò)散性，壓縮和膨脹性，帶電性，毒害性和腐蝕性等特性。 燃料發(fā)生燃燒的過(guò)程一般可分為：混合，著火，燃燒三個(gè)基本階段。其中，以氣體燃料的燃燒最具有這一過(guò)程的代表性。 所謂完全燃燒：是指燃料中的可燃元素成份與氧結(jié)合后，因燃燒變化而生成了 CO2（二氧化碳）， SO2（二氧化硫）和H2O（水蒸氣）等新的物質(zhì)并不再有可燃物質(zhì)存在時(shí)。若燃燒產(chǎn)物中還存在有可燃物質(zhì)，即燃料中的可燃物質(zhì)未能與氧結(jié)合并完成燃燒反應(yīng)的狀態(tài)則被稱(chēng)之為不完全燃燒。 造成燃料燃燒過(guò)程不完全燃燒的因素一般有，機(jī)械不完全燃燒：由機(jī)械帶出和漏損等原因造成燃料損失�；瘜W(xué)不完全燃燒：由于空氣不足或燃料與空氣混合不好，使燃燒反應(yīng)未完全進(jìn)行，在燃燒產(chǎn)物中存有少量的可燃成分兩種狀態(tài)。 當(dāng)燃料的可燃分子與氧化劑分子相接觸，在一定的溫度環(huán)境和濃度條件下，發(fā)生燃燒反應(yīng)并放出一定的熱量的現(xiàn)象被稱(chēng)之為燃燒現(xiàn)象。 氧氣O2為無(wú)色無(wú)臭氣體。 分子量：32 比重：1.429 CO2 又稱(chēng)碳酸氣。常溫狀態(tài)下為無(wú)色、無(wú)臭（略有氣味）氣體，易容于水，空氣中的CO2含量達(dá)到25 mg/l時(shí)對(duì)人體有害，含量達(dá)到162 mg/l時(shí)即可致人死亡。 分子量：44.01 比重：1.977 SO2又稱(chēng)無(wú)水亞硫酸或亞硫酸酐。為無(wú)色、有刺激氣味，不燃燒，常溫下4個(gè)大氣壓即可液化的氣體。 分子量： 64.07 氣體比重：2.3 液體比重：1.5。 通常決定氣體燃料燃燒速度和燃燒程度的主要因素是與空氣的混合速度和混合程度。 氣體燃料燃燒過(guò)程熱平衡的基本內(nèi)容包括： —— 燃料的化學(xué)熱，即燃料的發(fā)熱量 —— 空氣帶入的物理熱 —— 燃料帶入的物理熱 —— 燃燒產(chǎn)物得到的物理熱 —— 燃燒產(chǎn)物傳給周?chē)橘|(zhì)的熱量 —— 由于不完全燃燒損失的熱量 —— 由于燃燒產(chǎn)物中某些氣體在高溫下熱分解反應(yīng)消耗的熱量 影響燃燒速度的主要矛盾不是燃料本身的反應(yīng)，而是煤氣與空氣的混合以及混合以后，可燃?xì)怏w被加熱的升溫速度。將空氣與煤氣的預(yù)熱，對(duì)提高燃燒速度和煤氣的充分燃燒都是很有益的。 氣體燃料的燃燒狀態(tài)，一般可分為動(dòng)力燃燒狀態(tài)和擴(kuò)散燃燒狀態(tài)。 動(dòng)力燃燒狀態(tài)，亦可稱(chēng)為無(wú)焰燃燒或預(yù)混合燃燒狀態(tài)。它是指：燃料（煤氣），空氣在進(jìn)入燃燒室（窯內(nèi)）或燒嘴以前，預(yù)先進(jìn)行了混合。當(dāng)通過(guò)燒嘴噴出時(shí)便直接開(kāi)始產(chǎn)生燃燒。這一燃燒狀態(tài)的速度極快，噴出燒嘴后，便會(huì)很快完成燃燒。這一燃燒狀態(tài)的火焰很短，常常會(huì)看不到火焰。 由于動(dòng)力燃燒狀態(tài)對(duì)煤氣與空氣的混合存在著壓力、預(yù)熱溫度、純度等方面的要求，在燃燒時(shí)，它具有易回火、不易控制、易燒壞燒嘴和易產(chǎn)生爆炸的缺點(diǎn)。因此，常常不被采用。 擴(kuò)散燃燒狀態(tài)，亦可稱(chēng)為有焰燃燒狀態(tài)。它是指：燃料（煤氣）、空氣在通過(guò)燒嘴時(shí)，不經(jīng)過(guò)混合。而是以各自的通道，分別通過(guò)燒嘴噴出后，邊混合邊燃燒并形成火焰。這一燃燒狀態(tài)因受混合因素的影響，火焰長(zhǎng)度會(huì)相對(duì)地較長(zhǎng)。 由于擴(kuò)散燃燒狀態(tài)在使用時(shí)，具有火焰輻射能力強(qiáng)，溫度分布均勻，火焰狀態(tài)可以調(diào)整。煤氣壓力可低值使用，純度質(zhì)量要求不高，不易發(fā)生回火等特點(diǎn)。在回轉(zhuǎn)窯和其它窯爐上得到了普遍地采用。 與此同時(shí)，燃料（特別是煤氣）在燃燒時(shí)，存在著需要大于燃料本身數(shù)倍的助燃空氣進(jìn)行混合幫助燃燒時(shí)，因燃料或空氣的質(zhì)量因素，需要較大的燃燒空間。因空氣系統(tǒng)（風(fēng)機(jī)）不足或異常時(shí)，易產(chǎn)生燃燒不完全，回火燃燒和爆炸的缺點(diǎn)。 總之，擴(kuò)散燃燒的特點(diǎn)及缺點(diǎn)的關(guān)鍵表現(xiàn)是：燃料（煤氣）與空氣的混合質(zhì)量，即混合程度和混合速度�；旌铣潭葲Q定燃燒的完全程度，混合速度決定燃燒速度。 由于燃燒反應(yīng)比混合過(guò)程快，燃料與空氣的混合程度和混合速度（助燃空氣的配比量、被加熱的溫度），決定了燃燒的速度和燃燒的完全程度。 對(duì)氣體燃料（主要指焦?fàn)t煤氣）的燃燒過(guò)程而言，獲得迅速、完全、熱利用率高的基本方法是： a、 與空氣形成分子狀完全混合。這是保證燃燒開(kāi)始的首要條件。 b、 在高溫環(huán)境中進(jìn)行燃燒。高溫環(huán)境能夠加速燃燒反應(yīng)，著火容易，能夠保證燃燒過(guò)程的穩(wěn)定。 c、 形成較大的火焰?zhèn)鞑バЧ�。擴(kuò)大火焰前焰面，著火前，混合體的預(yù)熱是發(fā)生在離開(kāi)火焰前焰面極近的距離內(nèi)。擴(kuò)大前焰面能夠加快預(yù)熱速度，產(chǎn)生迅速著火。 d、 保證實(shí)現(xiàn)燃料燃燒過(guò)程的持續(xù)和穩(wěn)定。獲得高溫狀態(tài)下燃料與空氣可持續(xù)混合的環(huán)境。
四、 空氣與燃燒 促成燃料產(chǎn)生燃燒和完成燃燒的因素很多。但是，能夠影響燃料產(chǎn)生和完成燃燒及產(chǎn)生燃燒溫度的重要因素之一，是空氣的存在和使用。 空氣是指：由占78 ％的N2 （氮?dú)猓┖?/span>21 ％的O2 （氧氣）為主要成份，以及少量的CO2 （二氧化碳），SO2 （二氧化硫）等分子組成的，密度（比重）為1.29 kg/m3的混合氣體。在它們當(dāng)中，N2 （氮?dú)猓┦且环N惰性氣體，是不具備助燃條件的。而真正具有助燃效率的成份是O2 （氧氣）。 這也就是說(shuō)，所謂的助燃空氣，在實(shí)際意義上指的是空氣中的O2（氧氣）成份。但是，在日常使用過(guò)程中，對(duì)這一助燃?xì)怏w的謂稱(chēng)，仍稱(chēng)之為空氣。 燃料與空氣混合，產(chǎn)生燃燒是一個(gè)氧化反應(yīng)過(guò)程，燃料必須借助空氣才能燃燒。而空氣對(duì)燃燒的效率，又存在著燃燒的實(shí)際溫度對(duì)被煅燒物質(zhì)所達(dá)到的溫度的影響。其中，主要的影響有： 1、燃料的發(fā)熱值 2、空氣和燃料的預(yù)熱溫度 3、富氧空氣和氧氣的燃燒 4、過(guò)剩空氣系數(shù)。 燃料熱值的高低，對(duì)燃料燃燒過(guò)程所產(chǎn)生的熱量的影響是非常大的。而助燃空氣對(duì)燃料燃燒產(chǎn)生的熱量的影響也同樣是非常大的。空氣參于助燃時(shí)必然要帶走一定的熱量，這時(shí)，對(duì)助然空氣的被加熱的程度和在助燃過(guò)程中的投入量就必須具有一個(gè)明確的要求。因?yàn)樗鼘⒂绊懼剂系娜紵|(zhì)量和熱量的有效釋放率。 燃料在燃燒過(guò)程中，當(dāng)空氣不足時(shí)，燃料將產(chǎn)生不完全燃燒。在燃料投入量不缺乏，但空氣量缺乏時(shí)，一定數(shù)量的可燃物質(zhì)由于缺少了空氣的幫助而沒(méi)有產(chǎn)生燃燒，造成了產(chǎn)出熱量的缺乏。這時(shí)，燃燒的溫度會(huì)被降低。反之，當(dāng)空氣過(guò)剩時(shí)，多余的空氣因未能參于助然反而會(huì)帶走燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量，這也同樣會(huì)降低燃燒溫度。因?yàn)�，在空氣成份�?/span>78 ％的N2是不參加燃燒的，但它會(huì)被加熱而帶走熱量。因此，過(guò)多的空氣會(huì)消耗或帶走有價(jià)值的熱量。 所以說(shuō)，在回轉(zhuǎn)窯的操作過(guò)程中，如何使用空氣，對(duì)燃料燃燒效率的影響是很大的。在助燃空氣中，我們經(jīng)常提到的富余空氣，就是有關(guān)燃燒概念中的過(guò)�？諝庀禂�(shù)。它是燃料燃燒時(shí)所必須的。它是指實(shí)際空氣用量與理論空氣用量之比。是指在燃料燃燒過(guò)程中，應(yīng)供給出比理論空氣量較多些的實(shí)際空氣用量，目的是保征燃料能夠的完全燃燒。 但是，不同的燃料在燃燒過(guò)程中，由于燃燒方法，燃燒裝置的特性和性質(zhì)的不同以及操作方式的影響，對(duì)過(guò)�？諝馐褂玫南禂�(shù)要求也是不同的。 例如；氣體燃料燃燒時(shí)的空氣過(guò)剩系數(shù)為：1.05 ~ 1.2 ％。因?yàn)椋c其它種類(lèi)的燃料相比較，非常容易和空氣混合。所以，使用系數(shù)較低。 液體燃料燃燒時(shí)的空氣過(guò)剩系數(shù)為：1.1 ~ 1.3 ％。 固體燃料燃燒時(shí)的空氣過(guò)剩系數(shù)為：1.3 ~ 1.7 ％。 總之，不同的燃料在燃燒時(shí)，所需要的過(guò)剩空氣系數(shù)是不同的。這主要是因?yàn)椋鼈冊(cè)谌紵龝r(shí)與空氣混合的難易程度不同所決定的。 燃料的燃燒過(guò)程，應(yīng)該有足能的空氣參與燃燒。其目的是，保證燃料能夠完全燃燒，釋放出有效的熱量。同時(shí)，也是為了起到控制因空氣量不足而產(chǎn)生燃燒不完全時(shí)，在廢氣中產(chǎn)生不應(yīng)有的CO（一氧化碳）氣體（可燃物質(zhì)）的作用。 對(duì)于煅燒活性石灰的回轉(zhuǎn)窯而言，燃料的燃燒效果，是整個(gè)煅燒過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。在燃料燃燒過(guò)程中，由于存在著影響實(shí)際燃燒溫度的主要因素之一，是空氣的使用因素，如何供給助燃空氣，就顯得非常重要了。 那么，如何才能提高燃料燃燒的速度和溫度的傳播速度呢？這就需要具備以下的燃燒基本條件： 1、 有足夠的氧氣 2、 可燃成分與空氣中的氧氣混合程度高 3、 燃料與空氣被預(yù)熱溫度高 4、 燃料質(zhì)量好 5、 有助燃的催化劑。 根據(jù)回轉(zhuǎn)窯的工作原理，燃燒器的性能，燃料的理化性質(zhì)，以及燃料燃燒特性的需要。通常將參與助燃的空氣，用一次空氣和二次空氣的分配方式進(jìn)行輸送使用。它們?cè)谕瓿芍嫉倪^(guò)程中，又根據(jù)燃燒的需要而具有各自的用途和特征。 一次空氣：在回轉(zhuǎn)窯的操作術(shù)語(yǔ)中，通常被稱(chēng)之為一次風(fēng)，它是由特定的機(jī)械動(dòng)力設(shè)備，一次空氣風(fēng)機(jī)強(qiáng)制產(chǎn)生流動(dòng)空氣。一次風(fēng)經(jīng)過(guò)燒嘴裝置上設(shè)置的通道，送出常溫空氣。在燒嘴的出口處，與燃料發(fā)生混合。它的目的是幫助形成火焰形狀，并使燃料與空氣進(jìn)行混合，產(chǎn)生燃燒，從而促進(jìn)氧化反應(yīng)強(qiáng)烈地進(jìn)行。 在此之中，應(yīng)該明確的是，一次空氣在回轉(zhuǎn)窯上的主要作用是：幫助燃料在燃燒過(guò)程中，形成理想的火焰形狀，這是能對(duì)燃燒效果產(chǎn)生影響，尤為重要的因素之一。 二次空氣：在回轉(zhuǎn)窯的操作術(shù)語(yǔ)中，通常被稱(chēng)之為二次風(fēng)。在石灰回轉(zhuǎn)窯上，它是由機(jī)械力，二次空氣風(fēng)機(jī)強(qiáng)制產(chǎn)生的流動(dòng)空氣。它的作用是：對(duì)煅燒后的熟料進(jìn)行強(qiáng)制穿透，快速冷卻。同時(shí)，通過(guò)熱量轉(zhuǎn)換，完成對(duì)自身的加熱后，進(jìn)入窯內(nèi)，為燃料充分燃燒，提供足夠的燃燒空氣。 回轉(zhuǎn)窯煅燒活性石灰的熱量來(lái)源，在以氣體燃料（焦?fàn)t煤氣或混合煤氣）為能源介質(zhì)時(shí)�？諝獾氖褂迷瓌t是：為了利于燃燒，一般以溫度較高的二次空氣為主體，一次空氣則較少。 理論概念上的總空氣量中，決定一次空氣分配關(guān)系的重要因素是燃燒器（燒嘴）的性能。隨著設(shè)備性能的改進(jìn)，對(duì)一次空氣的使用已從占總空氣量的15—20 %下降到6 %左右。二次空氣則占有較大比例。 但是，在實(shí)際操作理念上，這不應(yīng)是絕對(duì)的。例如，對(duì)一次空氣的使用原則，應(yīng)根據(jù)燒嘴裝置的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、使用效果、燃料特性、火焰形狀、煅燒狀態(tài)等綜合性因素，進(jìn)行調(diào)配供給。 總之，對(duì)一次空氣的使用，在以氣體燃料為能源時(shí)，在以幫助形成火焰形狀的基礎(chǔ)上，應(yīng)該以最少的用量，形成有效的火焰形狀為原則。
五、熱量換算 任何一個(gè)種類(lèi)燃料在燃燒過(guò)程中，都會(huì)產(chǎn)生和釋放出不同的熱量。在對(duì)這些熱量的使用或認(rèn)識(shí)中，往往會(huì)取其使用某一單位量，來(lái)反應(yīng)或表示熱量的指數(shù)。如：卡、大卡、千卡、焦耳、千焦等。 但是，在對(duì)熱量的認(rèn)識(shí)上，特別是在使用過(guò)程中，為了形成一個(gè)統(tǒng)一規(guī)范的熱量使用單位，通常都要將各種單位的熱量經(jīng)過(guò)換算后，用一個(gè)統(tǒng)一的單位表現(xiàn)出來(lái)。這個(gè)單位就是：吉焦單位。 熱量單位換算式：根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果得知： 1（kcal）卡、大卡、千卡的熱量 = 4.18（MJ）焦耳 1吉焦 = 109（MJ）焦耳 = 106（kM）千焦 1 kcal = 1×4.18 = 1×4.18÷106 = 0.0000041吉焦 例如：當(dāng)某一燃料的低發(fā)熱值為4000 kcal / m3時(shí)， 則：4000×4.18 = 4000×4.18÷106 = 0.01627吉焦 / m3 由此而產(chǎn)生的熱量換算關(guān)系：吉焦 ÷ 0.01627 = x m3 m3 × 0.01627 = x吉焦
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