第三章、燃料與燃料燃燒

活性石灰的煅燒過程，實際上就是燃料燃燒的過程，是產(chǎn)生熱量和熱量交換的過程。

如何選擇燃料，對回轉(zhuǎn)窯和產(chǎn)品的煅燒結果都是至關重要的。燃料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)完全燃燒后所產(chǎn)生的熱效應，與窯爐的運作機理應保持相互間的，能夠充分地適應和吻合。

在回轉(zhuǎn)窯上，對所要煅燒的物質(zhì)——石灰石來說，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，還應充分地考慮到，對所選用燃料的來源途徑，投入成本等，應符合產(chǎn)品價值的要求。

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)。

所謂標準燃料，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程，進行性質(zhì)劃分，燃料可分為物理狀態(tài)和化學狀態(tài)兩大類：

1） 物理狀態(tài)：如煤，天然氣，石油等，它們通常被稱之為一次能源 。

2） 化學狀態(tài)：如焦炭，液化石油氣，煤氣等，它們則被稱之為二次能源。

       這些燃料按其本身具有的體態(tài)分類有固體，液體，氣體三大類。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。它們是由多種復雜的有機化合物質(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中，碳是固體燃料的基本組成體，是熱量的主要來源，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)：一種是與氧結合的氫，燃燒時熱效應高。另一種是和燃料中的氧進行結合的氫，它不參加燃燒反應，它的存在降低了可燃物的含量。

液體——具有一定的體積，但沒有一定的形狀。如汽油、材油、液化石油氣等。

天然的固體和液體燃料是經(jīng)過長期的地質(zhì)化學作用而生成，它們的基本組成物是各種有機化合物。

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，歸屬碳氫化合物所組成。

重油是從天然石油中獲取的一種常溫時為膠質(zhì)狀，類似于固體（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，它屬于類似液體的二次能源。為此，若按形態(tài)上分類，它是一種界于固體和液體之間的燃料。但是，若將重油按使用時所產(chǎn)生的形態(tài)進行劃分，它亦可歸屬于液體燃料的種類。

氣體——既沒有一定的形狀，又沒有一定的體積。如天然氣、焦爐煤氣等各類煤氣。

其中，天然氣是一種天然的，由一些飽和烴類組成的混合體，主要成份是甲烷（CH₄），其含量可達到80 %以上。

而在種類各異的煤氣中，最具代表性的是焦爐煤氣，它是一種以氫和碳氫化合物為主要成份組成的，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。

通過對燃料的了解，我們對燃料已經(jīng)產(chǎn)生了一個基本的認識。同時，也為在利用回轉(zhuǎn)窯煅燒活性石灰時如何選擇燃料提供了參考依據(jù)。

根據(jù)回轉(zhuǎn)窯的煅燒特點和石灰產(chǎn)品的產(chǎn)出價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，焦爐煤氣，混合煤氣，煤粉及重油已成為了較為常見的煅燒燃料。

   一）、焦爐煤氣

       焦爐煤氣，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的主要組成部分之一。

焦爐煤氣是將煤在干錙（隔絕空氣加熱、即煉焦）過程中產(chǎn)生的一種可燃氣體，是煤的組成物質(zhì)在高溫分解時的產(chǎn)物。

煤隨著干錙溫度的增加，在干燥（預熱）階段，先放出煤中所含的水蒸汽及吸附的CO₂ ，CH₄等。當溫度上升至200—300℃（熱分解）時，含氧化物產(chǎn)生出CO₂ ，H₂O酚等。溫度繼續(xù)上升至400℃（軟化）時，煤開始發(fā)生劇烈的分解，產(chǎn)生大量的CO、(甲烷)CH₄、(氫氣)H₂等，同時產(chǎn)生大量的初生焦油。當溫度上升到500—700℃（半焦）時，產(chǎn)生以CH₄ 、H₂為主的氣體。當溫度上升至750—1000℃（成焦）時，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爐頂端的上升管引導至回收系統(tǒng)，經(jīng)過一次脫硫（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）焦爐煤氣。

焦爐煉焦中，每生產(chǎn)1噸焦炭產(chǎn)生約300 m³的荒煤氣。回收過程中，對焦爐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、苯類和酚氰化物等雜質(zhì)。

焦爐中的H₂S（硫化氫）燃燒時能生成(二氧化硫)SO₂，有毒并污染空氣。用于冶煉、化學合成時，對鋼產(chǎn)品有降低熱脆性（龜裂）的傷害作用。在輸送過程中，容易腐蝕管道和設備。

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)碳氫化合物（烴類物質(zhì)）C_mH_n以及H₂S（硫化氫）。不可燃成分有CO₂、（氮氣）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才具有腐蝕性。（硫化氫）H₂S、CO₂在水中呈陽性，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�？諝鈺r便能夠得到很好的燃燒效果。煤氣使用以前，可以進行預熱，從而可提高煤氣的燃燒溫度。焦爐煤氣燃燒時，產(chǎn)生的火焰具有：較短、明亮，火力集中的特點。

將焦爐煤氣與其他類型的燃料進行比較，它具有：質(zhì)地比較清潔，容易與空氣混合，點燃、熄滅過程容易，易于控制，輸送方便，成本低廉，保證使用不會中斷等優(yōu)點。

通過生產(chǎn)實踐表明，在利用回轉(zhuǎn)窯來煅燒活性石灰時，將被稱之為低壓脫硫的焦爐煤氣做為煅燒燃料，是一種較為理想的選擇。

焦爐煤氣性質(zhì)：

1．無色，有臭味，有毒性，易燃易爆

2．熱值：4000 — 4100  kcal /m³ ,  

未經(jīng)脫硫時，3800 — 3905 kcal /m³  （16,35mj /m³ ）。

3．比重：0.45 — 0.55  kg /m³

4．燃點： 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（％）

表六

9．雜質(zhì)含量  mg / N m³                                      

表七

H₂S（硫化氫）為無色氣體，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0.04%時有害人體，0.10 %時可致人死亡。

二）、高爐煤氣

高爐煤氣，是高爐煉鐵過程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)煤氣。主要生產(chǎn)原料為鐵礦石（原礦或燒結礦），石灰石，助燃劑等，主要燃料是焦炭。焦炭在燃燒過程中，開始由空氣過剩狀態(tài)逐漸變成空氣不足的燃燒狀態(tài)，結果便產(chǎn)生出了高爐煤氣，也可稱為BFG煤氣或B煤氣。每生產(chǎn)1噸生鐵可生成2000 m³可燃氣體，主要成分為CO，屬低熱值煤氣，可單獨供低熱值煤氣使用或與焦爐煤氣（M）混合使用。

高爐煤氣性質(zhì)：

1．無色，無味，劇毒，易燃易爆

2．熱值：800 — 950 kcal / m³

3．比重：1.295  kg/m³

4．燃點：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： %                                           

表八

三）、轉(zhuǎn)爐煤氣

轉(zhuǎn)爐煤氣是轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，氧氣通過氧槍，從爐口上方伸入到距鐵水適當?shù)奈恢�，以一定的壓力進行吹煉。這時，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)的可燃氣體即為轉(zhuǎn)爐煤氣。

由于轉(zhuǎn)爐煤氣的發(fā)熱值較焦爐煤氣要低，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、氮氣以及微量的氧氣和氧化物，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，對轉(zhuǎn)爐煤氣的使用通常是以與其它較高熱值的燃料進行混合使用的。

凈化后的轉(zhuǎn)爐煤氣，是一種有毒，易燃，無色無味，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到一定比例時，遇到明火便會發(fā)生爆炸。

轉(zhuǎn)爐煤氣理化指標：%

表九

四）、混合煤氣

隨著工業(yè)發(fā)展的需要，將焦爐煤氣與高爐煤氣或者其它煤氣進行混合使用，已在各種加熱、煅燒、冶煉工藝中被廣泛地采用。

在將各種煤氣進行混合使用的同時，將煤氣與其它燃料混合配制使用的種類也很多。如液化石油氣、煤粉、重油等。總之，對燃料的混合使用，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。

在種類眾多的煤氣中，在各自固有的特點的基礎上，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到著火溫度。c、 混合物處于密閉或開孔極小的容器內(nèi)。

煤氣爆炸是指，當煤氣發(fā)生瞬時燃燒并產(chǎn)生出具有高溫、高壓沖擊波并對物質(zhì)或環(huán)境形成強大的破壞力。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)熱和瞬時急劇的膨脹反應。

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)時呈無色，無臭，無刺激性，性極毒。燃燒時呈藍色火焰，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：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 %時即可使人失去感覺

空氣中含量0.4 %可至人迅速死亡

       CO是C與O₂結合燃燒不完全時的產(chǎn)物，它們結合并產(chǎn)生完全燃燒后生成CO₂，而燃燒不完全時則可生成CO。它既是一種可燃燒氣體，又是一種有毒性氣體。CO對人的危害是極大的，在進入人體呼吸道很少量的情況下便會很快地導致中毒，同時也會在很短的時間內(nèi)至人死亡。

當人體通過呼吸道吸入CO后，CO即被吸入肺泡內(nèi)并進入血液，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）結合，從而影響酶的功能。

3）、人體中樞神經(jīng)對缺氧最敏感。

       煤氣造成人體中毒的關鍵是CO成分，人體中毒的程度主要與血液中的CO濃度有關。CO在人體血液中的濃度不同時，人體中毒的反應程度亦是不同的。

a、 CO濃度達到1～20 %時，有輕度頭痛，額部有緊壓感。

b、 CO濃度達到20～30 %時，頭痛時有心悸。

c、 CO濃度達到30～40 %時，頭痛劇烈，虛弱無力腦暈虛脫，視力模糊思維遲鈍。

d、 CO濃度達到40～50 %時，容易虛脫，脈搏、呼吸加快。

e、 CO濃度達到50～60 %時，驚厥昏迷。

f、 CO濃度達到60～70 %時，驚厥昏迷，心臟、呼吸受到抑制，可能導致死亡。

g、 CO濃度達到70～80 %時，脈搏細弱，呼吸緩慢，心臟衰弱而死亡。

    通過對氣體燃料基本性能的了解，煤氣是一種較為經(jīng)濟、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，被稱為壓強，工程上常被稱為壓力。

壓力單位，在國際標準中使用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慣性的表示單位。為此，在常見的壓力單位中也就存在著它們之間的換算關系：即

1個（標準）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標準大氣壓在數(shù)值上很相近，故而在工程上常將1 kgf/ cm²稱為工程大氣壓。

氣體的溫度、壓力、體積之間的關系具有：在一定的壓力條件下，氣體的體積與氣體的絕對溫度成反比。在一定的溫度時，氣體的體積與氣體的絕對壓力成反比。當氣體的體積不變時，氣體的壓強與氣體的絕對溫度成正比的關系。用于表示它們之間的關系式為：

PV = CRT或PD = RT

也可用  常數(shù)表示

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巖質(zhì)。

由于煤的質(zhì)地各有不同，煤可分為：煙煤、無煤煙、褐煤、泥煤等很多種類。煤因分布于地表地下，地域廣闊、開采容易、用途廣泛。在民用、工業(yè)等很多領域得到了使用。

根據(jù)用途的不同，對煤的質(zhì)地要求亦不同。用于檢測煤的質(zhì)量指標內(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，是檢測煤的質(zhì)量和在工業(yè)用途中進行分類的重要指標之一。

煤粉的細度通常以目表示，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：%                                       

表十

六）、重油

重油是一種有機化合物的混合物。主要由不同族類的碳氫化合物和溶在其中的固體碳氫化合物組成。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、水以及混入的機械雜質(zhì)。

重油是石油經(jīng)過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。

對重油產(chǎn)品質(zhì)量的區(qū)別，常以粘度、凝點和閃點的不同來區(qū)分。重油的粘度較大，并且能夠隨溫度的變化而變化，因此，它的比重亦會隨溫度的變化而變化。

重油理化指標： %                                   

 表十一

重油質(zhì)量標準                                        

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的水放出的熱量也計算在內(nèi)的熱量。被稱之為該燃料的高發(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℃時所放出的熱量。則被稱之為該燃料的低發(fā)熱值。

在日常使用過程中，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/標準立方米）表示。

其中，在對各種燃料的使用過程中，為了規(guī)范測定燃料的燃燒熱量，從理論上產(chǎn)生了：以千克單位的標準煤完全燃燒后所產(chǎn)生的熱量7000kcal為標準，來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，被稱為該燃料的低發(fā)熱值。

在目前常見的燃料種類中，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，并同時放出光和熱的現(xiàn)象。亦可稱之為燃燒反應。

燃燒是一個化學變化的過程。在這個變化過程中，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（著火溫度，火種）。        

燃料燃燒的前提條件是著火。而著火是指，促使可燃混合物達到某一溫度時，混合物能夠自動著火并達到燃燒狀態(tài)。亦可稱為“自然著火”。

當可燃混合物的化學反應可以自動加速而到達自然著火時，從燃燒開始的瞬間進入到燃燒發(fā)展過程時的溫度。通常被稱之為燃料的著火溫度。

當燃料與氧化劑均勻混合后，從開始產(chǎn)生化學反應到溫度升高，達到激烈的燃燒反應之前的過程被稱之為燃料的著火過程。這個著火的過程，是由緩慢的氧化反應轉(zhuǎn)變到猛烈的氧化反應的發(fā)展過程。

將燃料在空氣存在的條件下進行加熱，在不使用點火源點火而開始燃燒時的最低溫度。被稱為該燃料的自燃點，而在使用點火源點火，開始燃燒時的最低溫度則被稱為該燃料的燃點。

焦爐煤氣是一種大型冶煉工業(yè)生產(chǎn)中常見的，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（氮氣）， CO₂（二氧化碳）， CmHn （碳氫化合物）等。

CH₄：屬于無色氣體。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：無色無臭氣體，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。而對燃燒不利的成份則為：N₂、CO₂.。

凡是氣體燃料在使用過程中往往都具有：燃燒爆炸性，擴散性，壓縮和膨脹性，帶電性，毒害性和腐蝕性等特性。

燃料發(fā)生燃燒的過程一般可分為：混合，著火，燃燒三個基本階段。其中，以氣體燃料的燃燒最具有這一過程的代表性。

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。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)未能與氧結合并完成燃燒反應的狀態(tài)則被稱之為不完全燃燒。

造成燃料燃燒過程不完全燃燒的因素一般有，機械不完全燃燒：由機械帶出和漏損等原因造成燃料損失�；瘜W不完全燃燒：由于空氣不足或燃料與空氣混合不好，使燃燒反應未完全進行，在燃燒產(chǎn)物中存有少量的可燃成分兩種狀態(tài)。

當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)生燃燒反應并放出一定的熱量的現(xiàn)象被稱之為燃燒現(xiàn)象。

氧氣O₂為無色無臭氣體。

分子量：32

比重：1.429

CO₂ 又稱碳酸氣。常溫狀態(tài)下為無色、無臭（略有氣味）氣體，易容于水，空氣中的CO₂含量達到25 mg/l時對人體有害，含量達到162 mg/l時即可致人死亡。    

分子量：44.01

比重：1.977

SO₂又稱無水亞硫酸或亞硫酸酐。為無色、有刺激氣味，不燃燒，常溫下4個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。

    氣體燃料燃燒過程熱平衡的基本內(nèi)容包括：

   —— 燃料的化學熱，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)物傳給周圍介質(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，而是煤氣與空氣的混合以及混合以后，可燃氣體被加熱的升溫速度。將空氣與煤氣的預熱，對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)，一般可分為動力燃燒狀態(tài)和擴散燃燒狀態(tài)。

動力燃燒狀態(tài)，亦可稱為無焰燃燒或預混合燃燒狀態(tài)。它是指：燃料（煤氣），空氣在進入燃燒室（窯內(nèi)）或燒嘴以前，預先進行了混合。當通過燒嘴噴出時便直接開始產(chǎn)生燃燒。這一燃燒狀態(tài)的速度極快，噴出燒嘴后，便會很快完成燃燒。這一燃燒狀態(tài)的火焰很短，常常會看不到火焰。

由于動力燃燒狀態(tài)對煤氣與空氣的混合存在著壓力、預熱溫度、純度等方面的要求，在燃燒時，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。因此，常常不被采用。

擴散燃燒狀態(tài)，亦可稱為有焰燃燒狀態(tài)。它是指：燃料（煤氣）、空氣在通過燒嘴時，不經(jīng)過混合。而是以各自的通道，分別通過燒嘴噴出后，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，火焰長度會相對地較長。

由于擴散燃燒狀態(tài)在使用時，具有火焰輻射能力強，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。在回轉(zhuǎn)窯和其它窯爐上得到了普遍地采用。

與此同時，燃料（特別是煤氣）在燃燒時，存在著需要大于燃料本身數(shù)倍的助燃空氣進行混合幫助燃燒時，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)（風機）不足或異常時，易產(chǎn)生燃燒不完全，回火燃燒和爆炸的缺點。

總之，擴散燃燒的特點及缺點的關鍵表現(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。混合程度決定燃燒的完全程度，混合速度決定燃燒速度。

由于燃燒反應比混合過程快，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。

對氣體燃料（主要指焦爐煤氣）的燃燒過程而言，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。這是保證燃燒開始的首要條件。

b、 在高溫環(huán)境中進行燃燒。高溫環(huán)境能夠加速燃燒反應，著火容易，能夠保證燃燒過程的穩(wěn)定。

c、 形成較大的火焰?zhèn)鞑バЧ�。擴大火焰前焰面，著火前，混合體的預熱是發(fā)生在離開火焰前焰面極近的距離內(nèi)。擴大前焰面能夠加快預熱速度，產(chǎn)生迅速著火。

d、 保證實現(xiàn)燃料燃燒過程的持續(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 （氮氣）和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。在它們當中，N₂ （氮氣）是一種惰性氣體，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，所謂的助燃空氣，在實際意義上指的是空氣中的O₂（氧氣）成份。但是，在日常使用過程中，對這一助燃氣體的謂稱，仍稱之為空氣。

燃料與空氣混合，產(chǎn)生燃燒是一個氧化反應過程，燃料必須借助空氣才能燃燒。而空氣對燃燒的效率，又存在著燃燒的實際溫度對被煅燒物質(zhì)所達到的溫度的影響。其中，主要的影響有：

1、燃料的發(fā)熱值

2、空氣和燃料的預熱溫度

3、富氧空氣和氧氣的燃燒

4、過�？諝庀禂�(shù)。

燃料熱值的高低，對燃料燃燒過程所產(chǎn)生的熱量的影響是非常大的。而助燃空氣對燃料燃燒產(chǎn)生的熱量的影響也同樣是非常大的�？諝鈪⒂谥�燃時必然要帶走一定的熱量，這時，對助然空氣的被加熱的程度和在助燃過程中的投入量就必須具有一個明確的要求。因為它將影響著燃料的燃燒質(zhì)量和熱量的有效釋放率。

燃料在燃燒過程中，當空氣不足時，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，一定數(shù)量的可燃物質(zhì)由于缺少了空氣的幫助而沒有產(chǎn)生燃燒，造成了產(chǎn)出熱量的缺乏。這時，燃燒的溫度會被降低。反之，當空氣過剩時，多余的空氣因未能參于助然反而會帶走燃燒時所產(chǎn)生的熱量，這也同樣會降低燃燒溫度。因為，在空氣成份中78 ％的N₂是不參加燃燒的，但它會被加熱而帶走熱量。因此，過多的空氣會消耗或帶走有價值的熱量。

所以說，在回轉(zhuǎn)窯的操作過程中，如何使用空氣，對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，就是有關燃燒概念中的過剩空氣系數(shù)。它是燃料燃燒時所必須的。它是指實際空氣用量與理論空氣用量之比。是指在燃料燃燒過程中，應供給出比理論空氣量較多些的實際空氣用量，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，對過剩空氣使用的系數(shù)要求也是不同的。

例如；氣體燃料燃燒時的空氣過剩系數(shù)為：1.05 ~ 1.2 ％。因為，它與其它種類的燃料相比較，非常容易和空氣混合。所以，使用系數(shù)較低。

液體燃料燃燒時的空氣過剩系數(shù)為：1.1 ~ 1.3 ％。

固體燃料燃燒時的空氣過剩系數(shù)為：1.3 ~ 1.7 ％。

總之，不同的燃料在燃燒時，所需要的過�？諝庀禂�(shù)是不同的。這主要是因為，它們在燃燒時與空氣混合的難易程度不同所決定的。

燃料的燃燒過程，應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，也是為了起到控制因空氣量不足而產(chǎn)生燃燒不完全時，在廢氣中產(chǎn)生不應有的CO（一氧化碳）氣體（可燃物質(zhì)）的作用。

        對于煅燒活性石灰的回轉(zhuǎn)窯而言，燃料的燃燒效果，是整個煅燒過程中的重要環(huán)節(jié)。在燃料燃燒過程中，由于存在著影響實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行輸送使用。它們在完成助燃的過程中，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)窯的操作術語中，通常被稱之為一次風，它是由特定的機械動力設備，一次空氣風機強制產(chǎn)生流動空氣。一次風經(jīng)過燒嘴裝置上設置的通道，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，并使燃料與空氣進行混合，產(chǎn)生燃燒，從而促進氧化反應強烈地進行。

在此之中，應該明確的是，一次空氣在回轉(zhuǎn)窯上的主要作用是：幫助燃料在燃燒過程中，形成理想的火焰形狀，這是能對燃燒效果產(chǎn)生影響，尤為重要的因素之一。

        二次空氣：在回轉(zhuǎn)窯的操作術語中，通常被稱之為二次風。在石灰回轉(zhuǎn)窯上，它是由機械力，二次空氣風機強制產(chǎn)生的流動空氣。它的作用是：對煅燒后的熟料進行強制穿透，快速冷卻。同時，通過熱量轉(zhuǎn)換，完成對自身的加熱后，進入窯內(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源，在以氣體燃料（焦爐煤氣或混合煤氣）為能源介質(zhì)時�？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系的重要因素是燃燒器（燒嘴）的性能。隨著設備性能的改進，對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，在實際操作理念上，這不應是絕對的。例如，對一次空氣的使用原則，應根據(jù)燒嘴裝置的設計特點、使用效果、燃料特性、火焰形狀、煅燒狀態(tài)等綜合性因素，進行調(diào)配供給。

總之，對一次空氣的使用，在以氣體燃料為能源時，在以幫助形成火焰形狀的基礎上，應該以最少的用量，形成有效的火焰形狀為原則。

五、熱量換算

任何一個種類燃料在燃燒過程中，都會產(chǎn)生和釋放出不同的熱量。在對這些熱量的使用或認識中，往往會取其使用某一單位量，來反應或表示熱量的指數(shù)。如：卡、大卡、千卡、焦耳、千焦等。

但是，在對熱量的認識上，特別是在使用過程中，為了形成一個統(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)過換算后，用一個統(tǒng)一的單位表現(xiàn)出來。這個單位就是：吉焦單位。

熱量單位換算式：根據(jù)理論計算結果得知：

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：當某一燃料的低發(fā)熱值為4000 kcal / m³時，

則：4000×4.18 = 4000×4.18÷10⁶ = 0.01627吉焦 / m³

由此而產(chǎn)生的熱量換算關系：吉焦 ÷ 0.01627 = x m³

m³ × 0.01627 = x吉焦

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