1、第二章 無機材料燒成窯爐的燃料第一節第一節 緒緒 論論1.1.燃料在國民經濟中的地位燃料在國民經濟中的地位（1）燃料就是自然界中能夠提供某種形式能量的自然能源。燃料也就是能源。能源是國民經濟基礎，也是人類日常生活最重要的基本資源，人們的物質文明和精神文明都離不開能源。也是生活消費基礎，為工業、農業、輕工業交通運輸能源供給原材料（2）如果說人們生活中的各種消費是由原材料、基礎工業、農業、輕工業、交通運輸等支持著，那么能源則是上述各個行業得以運行、生產的基礎。2.2.我國的燃料資源我國的燃料資源（1）煤資源：我國的燃料資源結構以煤為主，估計地質儲量為1.44萬億噸，探明儲量6000多億噸，品種齊全

2、，包括氣、肥、焦、瘦、無煙煤及動力煤等。我國的煤炭資源居世界第三位，僅次于獨聯體國家（前蘇聯）和美國。（2）石油資源：到現在為止，已探明石油儲量為98億噸，其中可采儲量39億噸，居世界第八位，主要集中在東北和華北。（3）天然氣資源：天然氣已探明儲量2300億立方米，居世界十六位，主要分布在西南、西北和四川省，在東北和中南地區還有比較豐富的油頁巖資源。3.工業燃料的概念及其一般分類（1）定義：1）在當前的技術條件下，燃料燃燒時所放出的熱量在工業上能夠有效地加以利用。2）燃料生成物呈氣體狀態，燃燒后的熱量絕大部分含于生成物中，生成物中所含的熱量可以被利用。3）燃燒產物的性質對加熱過程不能起破壞作用

3、，且沒有毒副作用。4）燃燒過程比較容易控制。5）有足夠的蘊藏量或能大量生產，在經濟上合理。 凡是燃燒時能放出大量熱量，并能滿足上述五項要求的所有可燃物質均稱為工業燃料，簡稱燃料。4.工業常用燃料1）工業上應用最多的固體燃料是煤炭和焦炭。（焦炭是煉焦煤加工制成的人造燃料）2）液體燃料主要是重油，其次是柴油、汽油、煤油。重油是天然石油在煉油廠經加工煉制，從中提出揮發油、汽油、煤油、柴油和潤滑油等，輕質燃料產品所剩下的分子較重的油品，也叫渣油。3）氣體燃料天然氣以及二次能源的氣體燃料。如：高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣和發生爐煤氣。 （2）燃料的分類1）按其存在的物態可分為：固態、液體和氣體燃料。2）

4、按其來源分為：天然燃料和人造燃料。5.合理利用燃料和其它能源對發展國民經濟的意義（1）能源是發展國民經濟的重要的物質基礎。我國以燃料燃燒的方式得到能量占主導地位。（2）燃料的資源是有限的，而經濟的日益發展對能源的需求卻在迅速地增加，因此燃料的相對短缺是不可避免的，國民經濟的發展將受到燃料的短缺的限制。6.合理組織爐內燃燒過程對熱工設備工作效果的影響（1）爐子所獲得的熱量是通過燃料的燃燒所得到的。當燃料沒有完全燃燒，它所釋放的熱量將不能滿足爐子熱工工藝的要求，爐子中的產品將達不到工藝要求變成廢品。（2）當燃燒熱量供應過多時，工業燃燒所達到的溫度過高，產品報廢，必須合理組織爐內燃燒。7.7.燃燒污

5、染燃燒污染（1）產生原因：人類開發自然資源，在生產和生活過程中產生各種排泄物，這些排泄物又返回到環境中去，環境污染產生。（2）環境污染：將有害物質排入環境，破壞了環境的機能（破壞了生態平衡），并且給經濟發展和人民生活帶來不良影響。環境污染種類很多，我們主要講的是大氣污染。（3）大氣污染1）定義：人類在生活和生活中向大氣排出的各種污染物濃度一旦超過環境所能允許的濃度極限就導致大氣質量惡化，使人的健康、建筑物、設備、財產等方面直接或間接地遭受破壞，該現象稱為大氣污染。2）造成大氣污染的物質：CO、CO2、SO2、氧化氮、煙塵、烴類化合物等。3）與燃燒有關的物質是： CO、CO2、SO2、NOx煙塵

6、等等。（4 4）SOSO2 2的污染的污染 1）SO2的排放量：每年大約2000萬噸，燃燒造成的SO2占總排放量的85以上，SO2排放量每年22遞增。 2）SO2的危害：對人類健康有嚴重影響：刺激眼睛，引起呼吸道疾病。 SO2轉變為SO3后遇水形成酸雨。 SO2能損傷植物的葉，抑制植物生長，我國每年受SO2污染的農田面積4000多萬畝，造成農業經濟損失20億元。（5 5）NOxNOx的污染的污染 1）造成大氣污染的氮化物主要是NO和NO2，由燃燒造成的排放量占總排量的80以上。 2）NOx的危害 NO無刺激性，不活潑，毒性不大，使人的血液輸氧能力降。 NO2有刺激性，臭味，毒性很強，約為NO的

7、4-5倍。對呼吸器官有強烈的刺激作用，迅速破壞肺細胞引起肺氣腫和肺癌。 NxO最主要的危害引起酸雨和光化學煙霧，對金屬有腐蝕用。（6 6）煙塵的污染）煙塵的污染1）產生的原因：主要是燃料的不完全燃燒產生的，懸浮于氣體中彌散的固相和液相物質，其粒度為0.2m-500m。2）危害：1m以下的小顆粒的煙塵就可使排煙呈濃煙滾滾之貌。 10m以下的煙塵進入肺泡，部分就沉積在肺內，與SO2協同作用，使人肺呼吸的SO2質量增大，對人的危害更大了。（7 7）燃燒污染的治理途徑）燃燒污染的治理途徑 1）提高設備的燃燒效率，降低單耗。促使燃料完全燃燒。 2）高煙囪排煙 3）燃料改質轉換（脫S和脫N） 4）在燃燒過

8、程中治理。控制SO2和NOx的生成量和排量。 5）排煙治理。煙氣余熱利用，利用設備吸收煙氣中的有害物質第二節第二節硅酸鹽工業窯爐的燃料2.1 陶瓷窯爐使用燃料的發展過程1 .發展過程 柴草,木柴煤重油,輕油(柴油,煤油)氣體燃料(天然氣,煤氣,液化石油氣) 古代 近代 現代 固體燃料液體燃料氣體燃料(清潔燃料)2. 國內外陶瓷燃料的應用現狀 國外發達國家陶瓷窯爐于70年代已逐漸轉為清潔燃料。如英國1979年陶瓷廠使用天然氣占68.8,液化石油氣占20.5,合計已達89.3,意大利,德國等以天然氣為主,日本以石油液化氣為主,南非以煤氣為主.（2 2）我國）我國5050年代以前以煤氣為主年代以前以

9、煤氣為主,70,70年代部分廠年代部分廠開始使用重油開始使用重油,80,80年代改革開放后年代改革開放后, ,引進國外先引進國外先進窯爐進窯爐, ,大都使用煤氣大都使用煤氣, ,液化石油氣液化石油氣, ,天然氣等天然氣等清潔燃料清潔燃料.80.80年代至今年代至今, ,大部分軌道窯大部分軌道窯, ,隧道窯隧道窯等先進窯爐等先進窯爐, ,尤其是大的陶瓷生產基地尤其是大的陶瓷生產基地, ,基本使基本使用清潔燃料用清潔燃料. .但部分省區的陶瓷生產窯爐使用但部分省區的陶瓷生產窯爐使用重油柴油等液體燃料重油柴油等液體燃料, ,部分使用氣體燃料部分使用氣體燃料, ,還有還有少量個體或小窯爐使用煤少量個體

10、或小窯爐使用煤, ,焦碳等固體燃料焦碳等固體燃料. .2.2 2.2 燃料與陶瓷窯爐現代化的關系燃料與陶瓷窯爐現代化的關系1 1、燃料的重要性、燃料的重要性 燃料品種對窯爐發展有決定性影響燃料品種對窯爐發展有決定性影響, ,如果不如果不用清潔燃料就不能實現陶瓷窯路現代化用清潔燃料就不能實現陶瓷窯路現代化. .2 2、陶瓷窯爐燒成方式與燃料品種、陶瓷窯爐燒成方式與燃料品種（1）早期窯爐直接燒煤,煤非清潔燃料,只能采用明焰燃燒方式,重油等液體也只能采用明焰燃燒.缺點:傳熱處于非穩態,還占有效空間,增加成本,能耗高,裝卸費力.（2）使用非清潔燃料的改進燒成方式:明焰裸燒.優點:火焰在火道中燃燒,借助

11、隔焰板,將熱傳給制品,屬穩態傳熱,克服了裝燒的缺點.缺點:隔焰和裝燒,火焰不能直接接觸制品,是間接傳熱,熱阻大,效率低,能耗高,限制了生產能力. （3）使用清潔燃料明焰裸燒 （4）優點:不用匣缽,不用隔焰板,火焰直接加熱制品, 大大提高了產品品質,高產量,節約能源.2.3 2.3 現代陶瓷燃料的介紹現代陶瓷燃料的介紹 現代陶瓷窯爐的首要條件是選用清潔燃料.清潔燃料包括:柴油,煤油,天然氣,液化石油氣,焦爐煤氣,水煤氣,發生爐冷煤氣等.1 1、柴油及煤油：石油煉制產品、柴油及煤油：石油煉制產品（1 1）柴油）柴油1 1）定義：）定義：是由C13-30的液體烴類組成的混合物，一般含碳85.5-86

12、.5,氫13.5-14.5,和少量的硫,氮,氧的有機化合物和金屬化合物平均分子量250-300.2 2）分類）分類: :輕柴油和重柴油.輕柴油又分為普通柴油和軍用柴油.3 3）不同柴油的理化性能）不同柴油的理化性能 A、輕柴油是高速柴油機的燃料,餾程約160-365,密度0.74-0.90g/cm3 ,低位熱值42.7-43.0MJ/kg,根據凝點不同分為10號,0號,-10號,-20號,-35號. B、重柴油用于中低速柴油機, 餾程約250-450,密度0.9-0.95 g/cm3 ,低位熱值40.6-44.0 MJ/kg.4 4）柴油燃料的優缺點）柴油燃料的優缺點: :運輸及貯存比較簡便,

13、設備投資少,熱值高而穩定,黏度較小,容易霧化,發熱溫度高達2080-2100,缺點是價格較高,凝點較高的柴油在較冷環境中使用時需要加熱.5 5）質量要求：）質量要求：選用時注意硫含量,含硫過高會影響產品質量并腐蝕設備及管道,污染環境.(2) (2) 煤油煤油1 1）定義：）定義：由C9-16的烴類組成,平均分子量為200-2502 2）分類）分類: :航空煤油,拖拉機煤油,燈用煤油及爐用煤油.3 3）性能）性能: : 餾程約150-300,密度0.78-0.84 g/cm3 ,低位熱值42.8-43.5 MJ/kg,閃點不應低于40.4 4）優缺點）優缺點: :清潔燃料的上品,不凝固,黏度小,

14、更易霧化,但價格更高. 2.2.天然氣及液化石油氣天然氣及液化石油氣（1 1）天然氣）天然氣1 1）用途）用途: :作為燃料和化工原料2 2）來源類型）來源類型: :伴生礦和獨立氣田3 3）成分）成分: :C1-6的飽和和不飽和烷烴,主要為CH44 4）優缺點）優缺點: :熱值高,純凈,壓力高,使用投資少,安裝簡單.5 5）甲烷的燃燒特征）甲烷的燃燒特征: :A、甲烷與空氣混合的著火濃度范圍很窄，因燃燒對缺氧很敏感，同時也減少了回火的危險性B、甲烷的火焰傳播速度小，燃燒較為緩慢，比較容易發生脫火。C、天然氣的發熱溫度為2000-2040，能滿足各種陶瓷產品的燒成需要。D、與空氣混合良好，為無焰

15、燃燒。E、天燃氣的理論空氣量大，對燒嘴要求高。F、碳氫比（3.0-3.2）比液體燃料的(6.0-7.0)和固體燃料的(10-30)低的多,因此,燃燒中產物中含水較多.（2 2）液化石油氣）液化石油氣1 1）組成）組成: :乙烷,丙烷為主,丁烷,戊烷及不飽和烯烴等.2 2）性能）性能: :液體密度0.5-0.6 g/cm3 ,低位熱值45-50 MJ/kg.3 3）特點）特點: :A、熱值是氣體燃料中最高的.B、理論空氣量高,助燃空氣混合更為困難,應預稀釋,體積濃度高于著火濃度范圍上限的1.5倍.C、火焰傳播.速度低,燃燒緩慢.D、純凈,含硫少,是燒結高檔陶瓷產品的原料.E、密度較大,泄露時下沉

16、,易與空氣混合,達到著火濃度,遇火易發生爆炸.F、蒸汽壓較高,使用時必須使用減壓筏.4 4）汽化方法）汽化方法: : 自然汽化和強制汽化A A、定義：、定義：自然汽化是在惰罐中利用外界環境熱量汽化的方法；強制汽化是人為的加熱石油氣液體使其汽化的方法，加熱方法有蒸汽熱水及電熱。B B、適用性：、適用性：自然汽化：只適用于家用或實驗室用；強制汽化：多用于工業窯爐用。C C、強制汽化的種類：、強制汽化的種類：氣相導出和液相導出。D D、液化石油混合氣：、液化石油混合氣：是將液化石油混合氣與空氣，煙氣或熱值較低的燃氣混合，這樣根據需要來調整熱值。E E、混合氣的混合方式有：、混合氣的混合方式有：反射式

17、和鼓式。反射式：混氣系統由反射器，空氣過濾器和測控儀表組成；鼓式：加壓的空氣與液化石油氣在混合氣中混合，再加壓送出。4 4、煤制氣：、煤制氣：焦爐煤氣，水煤氣，發生爐煤氣，是由煤炭汽化制成的。（1 1）焦爐煤氣：）焦爐煤氣：1 1）定義：）定義：是煤炭在煉焦爐（簡稱焦爐）中干餾制取焦碳時的氣體產物，故也稱干餾煤氣。2 2）煉焦爐產品：）煉焦爐產品：焦碳77-78，焦爐煤氣15-18，及其它少量化工產品。3 3）焦爐煤氣的組成（體積）范圍：）焦爐煤氣的組成（體積）范圍：氫氣46-61，一氧化碳4-8.5,甲烷21-30,二氧化碳1-4,氮氣3.6-26氧氣0.3-1.7.4 4）性能）性能: :

18、低位熱值:13.2-19.2MJ/Nm3,屬中熱值燃氣,其發熱溫度高,約為2100-2130,由于含氫高,故火焰傳播速度比天然氣和液化石油氣大,常溫常壓下最大火眼傳播速度約為1.5m/s,因其燃燒快不一脫火，切著火濃度范圍大（），故能滿足現代各種陶瓷窯爐的需要，但回火及爆炸危險較大（2）水煤氣）水煤氣1）定義：）定義：水煤氣是將水蒸汽與熾熱焦碳中的碳反應而生成的燃氣2）生成水煤氣的化學反應：）生成水煤氣的化學反應： 3）水煤氣的組成（體積）：）水煤氣的組成（體積）：一氧化碳50，氫氣50（3 3）發生爐煤氣）發生爐煤氣；1 1）定義：）定義：發生爐煤氣是將汽化劑（空氣，水蒸氣，氧等）連續通入煤

19、氣發生爐使之與其中的煤炭起反應生成的煤氣。2 2）汽化方式：）汽化方式：在普通發生爐中固體燃料是由上部加入，汽化劑由下部送入，是逆向運動。燃料層由上到下分為：干燥干餾層，還原層，氧化層，灰層。A A、燃料層：、燃料層：各層的加熱溫度及化學反應過程：B B、燃料干燥；、燃料干燥；100-300 干餾過程：500-800C C、還原層：、還原層：800-1100 進行的化學反應 C+H2O=CO+H2 C+2H2O=CO2+2H2 CO+H2O=CO2+H2 CO2+C=2COD D、氧化層中、氧化層中1100-13001100-1300，進行的化學反應：，進行的化學反應： C+O2=CO2 2C

20、+O2=2CO 2CO+O2=2CO2E E、灰層：、灰層：主要是預熱汽化劑并冷卻灰渣。 3 3）發生爐煤氣的類型及性能）發生爐煤氣的類型及性能 A A、熱煤氣：、熱煤氣：是將出爐的高溫煤氣（400-500）只經過干法除塵，就送往用戶，其溫度高無法加壓，凈化程度差，含有焦油，水蒸氣，灰塵及硫化物。 B B、冷煤氣：、冷煤氣：冷煤氣是將發生爐出來的煤氣經過水洗冷卻，并通過電捕焦油器送往用戶。凈化程度高，可加壓輸送，是清潔燃料。可供現代陶瓷窯爐使用。 4 4）煤氣發生爐汽化工藝：）煤氣發生爐汽化工藝：分為固定床及流化床。 A A、固定床工藝：、固定床工藝：為塊狀固體燃料在爐中層狀放置，汽化劑從空隙

21、中通過完成汽化過程，并非完全不動，而是逐漸下移。現今煤氣發生爐多為固定床。 B B、流化床工藝：、流化床工藝：爐中的細顆粒固體受汽化劑吹動，形成沸騰狀，如此完全汽化過程。 C C、發生爐煤氣的原料：、發生爐煤氣的原料：無煙煤，焦碳，煙煤及褐煤。 D D、固定床煤氣發生爐的類型及汽化原理和性能（一段式和兩段、固定床煤氣發生爐的類型及汽化原理和性能（一段式和兩段式式 a、一段式為單筒形爐體：有俄羅斯和美國設計的舊爐型，也有美國設計的新爐型。 新型爐的優點為：新型爐的優點為：可汽化6-13mm的碎煤，料層較厚，達2-2.7m,且汽化完全均勻,煤氣熱值比較穩定,汽化強度較高,為干式排灰,因而煤氣出口壓

22、力高,有利于凈化和輸送.熱效率較高,灰渣含量較低.并適合多種煤的汽化. 一段式的缺點一段式的缺點: :對煙煤來說,由于爐內料層厚度不夠大,因而其干燥干餾層較薄,煤在此層中受高溫氣體快速加熱干餾.產生高溫干餾焦油進入煤氣中.此種高溫干餾焦油粘性大,很難清除,常常堵塞管道和燒嘴,切且凈化系統產生的含酚及焦油的污水量大,難以處理,對環境造成嚴重威脅. 一段式使用原料的選擇一段式使用原料的選擇: :褐煤煤氣中所含焦油粘性不大,易于排除可使用.無煙煤和焦碳的焦油很少,不存在問題,選用原料只能是:褐煤,無煙煤和焦碳.5 5）兩段式汽化爐）兩段式汽化爐: :A A、結構、結構: :爐體由上下兩個筒型部分組成

23、.上段爐體用作燃料的干燥干餾之用,稱為干餾筒,下段爐體用做汽化,上段爐體中燃料層厚達數米.因而燃料的干餾處于較低溫度且較長時間完成,所產生的低溫干餾焦油黏度小,流動性好,易于分離清除.產生的煤氣分兩部分引出,上段由爐頂引出,因含干餾產物,熱值較高,溫度較低.下段煤氣由爐體下段的上部引出,純為汽化反應產物,無干餾產物,溫度較高,熱值較低.兩部分氣可單獨使用也可混合使用.B B、優點：、優點：上段煤氣中所含低溫干餾焦油易于分離清除,產生含酚污水少,易于處理,環境污染小.而下段煤氣中不含焦油和其它干餾產物,凈化簡化,凈化水不含酚類和焦油,可封閉循環使用.熱值可達6.7-7.1KJ/Nm3,較一段式爐

24、的5.0-6.3 KJ/Nm3高,爐內料層厚,操作較穩定,汽化強度和汽化效率較高,對煤的灰分及水分要求不嚴格.很適合煙煤汽化.但對無煙和焦碳一段式就可以使用.C C、缺點、缺點: :爐體高,廠房高,投資較大.因料層厚,對煤的塊度要求較嚴.要求含粉量少,以免流體阻力過大. 2 24 4 我國陶瓷窯爐現代化的燃料問題我國陶瓷窯爐現代化的燃料問題1 1、陶瓷窯爐現代化的意義、陶瓷窯爐現代化的意義（1）選用新型窯爐，使用清潔燃料是大規模生產中、高檔陶瓷產品的需要，是環境保護、節能降耗的需要。（2）陶瓷窯爐現代化的途徑:國外引進，自行設計制造，改進現有窯爐，現代窯爐都要用清潔燃料。2 2、陶瓷窯爐清潔燃

25、料的解決辦法、陶瓷窯爐清潔燃料的解決辦法（1 1）天然氣：）天然氣：是最好的清潔燃料，我國天然氣開發潛力很大，有條件的要盡量使用，目前產量有限，化肥生產需求大，大部分廠難以使用。（2 2）液化石油氣：）液化石油氣：也是清潔的燃料，僅需建汽化站集中供氣，方便靈活，屬高價燃料，民用是主要的。因此今后難以普遍采用，只適合生產高檔產品。（3 3）柴油及煤油：）柴油及煤油：煤油產量有限，價格高，主要用于航空，窯爐不宜采用。柴油價格較低，供應較易。國內有不少廠家采用輕柴油。輕柴油使用方便，投資少，不受地區條件限制。但對于窯爐，液體不如氣體燃料，液體燃料需要霧化，蒸發混合，然后燃燒，燃燒過程較緩慢。火焰甲長

26、，黑度又大，使窯溫不能很均勻，空氣混合不是分子混合，而是液滴與空氣分子的混合，不易十分均勻，難以燃燒完全。（4 4）焦爐煤氣：）焦爐煤氣：一般用作鋼鐵聯合企業中的能源，或做城市煤氣。焦爐煤氣熱值較高，凈化程度高，在煤制氣中是最好的，但煉焦爐及其凈化系統投資很大，對于一個城市來說投資這樣一個廠也是相當可觀的，城市建的是主要滿足居民用氣，只能供給有條件的陶瓷工廠。（5 5）水煤氣：）水煤氣：是用做生產合成氨的原料。只能周期生產，需要煤氣柜儲存汽化效率低，成本高，作為陶瓷燃料并不經濟。（6 6）發生爐煤氣：）發生爐煤氣：常壓固定床發生爐冷煤氣很適合陶瓷窯爐使用，它雖屬于低熱值，但對陶瓷產品來講完全能滿足其需要，雖然發生爐需投資一筆費用，但是其生產的煤氣成本低1 1）發生爐煤氣的原料：）發生爐煤氣的原料：無煙煤，焦碳或褐煤最好，煙煤也可做原料，只是設備要求高。發生爐煤氣的粒度要求及存在問題解決辦法2）發生爐煤氣所有煤種的原料都要有一定的塊度，塊煤的供應十分重要，我國塊煤生產一般在15-30之間。塊煤在運輸過程中的破碎率在30左右，塊煤運到工廠后，發生爐要求比較均勻的，在一定范圍內的塊度，因此需再加工破碎，從而又產生新的粉煤，本來塊煤比粉煤的價格就高，這樣使得汽化爐用煤價格更高，使生產煤氣價格成本高，解決辦法是加強塊煤供應管理，二