对于动力发电工业，通常把煤按化学性质分为无烟煤、烟煤，褐煤，对于炼焦、化工、造气等 工业还需按其他要求更细地对煤进行分类， 四、煤水浆 煤油浆和煤水浆都是由试图以煤代油的技术发展而研究出现的。煤油浆是以大约30%的 煤粉和70%的油混合成的浆状燃料。随后可以用系聊送，但煤油浆只能代替少部分的油，因而 没有大规模的发展，煤水浆是以大致50~70⅓的煤和水组成，有可能代替油料.煤水浆中的煤 粉颗粒尺寸有一定要求，只有符合一定尺寸规律才能制得高浓度煤水浆，煤水浆中还加少最附 加剂.煤水浆在使用中其喷嘴、系都有个耐磨损问题.目前煤水浆喷嘴的寿命还只有儿百小时。 煤水浆的运辅、保存也有一定要求，特别是时间长了要出现沉淀，在冬天有结冰问题从燃烧角 度，煤水浆着火，燃烧都比煤粉要图难，为了在燃气轮机上使用，需要超净（灰分在1%以下）超 细磨的煤水浆。但这种浆的成本很高。以煤水浆代替油用于工业容炉，同样要解决除尘除疏等 问题 煤水浆是高浓度的煤粉颗粒在水中的悬浮混合物，对电力工业及煤气化应用，煤粉浓度为 70%,对燃气轮机为50%.煤水浆制备上的一个基本问题是如何达到要求的高浓度（即成浆） 并具有合适的流变性，特别是粘性。固体颗粒浓度与煤水浆的粘性是紧密相关的，其粘性随者 固体颗粒浓度而指数关系地增长。但煤水浆的性质不仅是粘性，还有以下一些也是重要的： (1)贮存期中的稳定性： (2)运、泵送中的流动性 (3》在燃烧室中可达到良好喷射雾化及散布的雾化性质： (4)点火性及着火性： (5)由煤浆带来的磨削性 煤水浆制备包括以下几部分 (1)煤粉的制备，有干磨及湿瘩两种： (2)煤的清资除灰： (3)与水混合，达到要求的浓度 (4)加附如剂，以改善煤水浆的性质。 五、煤的气化 通过煤与空气，氢气、氧气，蒸汽、二氧化碳中的一种或几种的混合物的化学反应得出气态 下物，即煤气，这种过程称为煤的气化形成的烘气的组成包括二氧化碳、一氧化碳，氢气、甲烷 及其他气体。这些组成的相互比例取决于所投入的反应物以及反应器（气化炉）中的温度和压 力。也取决于从气化炉出来的气体经历怎么样的处理。煤与空气或氧气进行燃烧化学反应变 成二氧化碳、水蒸气、一氧化碳（以及其他的气体）似乎与煤的气化很类似，但通常燃烧过程人 们总是希望尽量反应完全，而煤的气化则都是部分氧化反应，人为地希望反应不充分。 煤的气化过程中的化学反应大多是吸热的，因而向气化炉供应空气或氧气，提供必要的热 量输入，从工业使用的观点，其净结果是生成低热值的煤气或热值较高接近于中热值的煤气， 如果用氧气，面不用空气，则没有大量的氨气的冲淡作用，其热值可以是空气煤气化产物的两 倍。这种中热值煤气还可以提高，生成天然气替代煤气，热值近于29kJNm'。不同工业用途要 -13
求不同的煤气。电力工业要求干净的低热值煤气，使用于联合循环热电并产的系统。这样的联 合循环采用一个燃气涡轮再加余热锅护及蒸气涡轮，后者亦驱动一台发电机组，这样总的热效 率可以达到45%。 在各种煤的气化炉中，高温气化过程的化学历程基本上是一样的。其基本的反应为： 煤的反应 煤器气体(C0、C0,CH、H)+液体十焦炭 (1) 煤+H,化剂液体+（焦炭 (2) ,CH,+集类 (3) 焦炭的反应 C(焦炭)+2H→CH,放热 (4) C(焦炭)+HO+C0+H2吸热 5) C(焦炭)十C0,·2C0吸热 6) C(焦炭)+0C0,放热 (7) 气相反应 c0+0,H+C0,热 (8) c0+3H。幽化cH+H,0放热 (9) c0,+H生化到CH十2H0放热 (10) xC0十yH,线，碳氢化合物气体和/或液体+ZC0,故热 (11) 在研究煤的气化热力学方面，通常都做一个假设，即把煤当作以焦炭形式存在的碳，因为 煤在化学组分上难以确切地定义。这样的假设带来的误差并不大。因此反应(4)最值得注意 不仅这个反应是放热的，而且它是瞬时反应，但这反应在常温无催化剂存在下近乎为客，为加 快反应，必须提高温度.有的气化炉设计温度高达1100℃，反应(4)值得注意的另外一点是它 需要大量H,而H,最广泛，现成的来源是水。所以气化炉需要大量的水。每天生产7×10m 煤气需要11000m的水。这还不包括冷却塔及其他设备的用水。 煤的气化炉有很多种，现在最常用的有鲁奇(Lurgi)煤气炉、能士古炉及西屋(Westing on)煤气炉等. §22液态燃料 本节主要讨论天然石油产品生产的液态燃料及其有关特性。 一、液态燃料的化学组成 在石油产品中主要化学组成是碳氢化合物，主要有四类： (1)烷烃CH2+2,C~C:为液体燃油的主要组戒。烷类亦称石蜡疾碳氢化合物，从C,开 始，有正烷烃（直链结构）和异烧烃（侧链结构）之分。 一般说，烷烃具有较高的氢/碳比，密度较 低（轻），重量发热值高，热安定性好，烧烃的燃烧通常没有排气冒烟及积炭 (2)烯烃，分子通式为CH。烯烃是不饱和烃，它们的分子结构中含的氢比最大可能的 -14
少，所以化学上是活泼的，很容易和很多化合物起反应，其化学稳定性和热安定性比烷烃差，在 高湿和催化作用下，容易转化成芳香族碳氢化合物。一殷原油中含烯烃并不多，烯烃通常是由 裂解过程产生的，直接分馏法得出的石油产品中含烯烃不多，在裂解法得出的油中，烯烃可以 多到25%。 (3)环烷烃，分子通式亦是C,H,是饱和的，分子结构中碳原子形成环状结构（而不是链状 结构)。在分馏油中环烷烃的量和烷烃差不多。在化学稳定性，重量热值和冒烟积碳的倾向性 几方面和烷烃很相似 (4)芳香烃，是环状结构，含有一个或更多的6个碳原子的环状结构.虽然在结构上似乎与 环烷烃有点类似，它们含的氢少，因而它们单位重的热值低很多。其他主要的缺点是烟积 碳的倾向很高，吸湿性高，所以当燃油处于低温时容易导致冰结品的沉积。芳香烃对橡胶制品 有很强的溶解能力。单环芳香烃的一般式为CH,。,更复杂的芳香烃可以是上述分子结构中 ·个氢原子由其他基所替代 在我国油田原油炼出的煤油中： (1)烷烃占81~93%，烯烃（不饱和径）只占0.3~13%，芳香烃在5.5~18%（胜利、大港 的原油炼出的含量高)： (2)烷烃和环烷烃含量相差不多： (3)在芳香烃中又可分出单环芳烃和双环芳烃，研究表明，同样劳烃含量，双环芳烃对生成 烟粒的作用更强： (4)煤油（以及其他油料）是由多种烃（还有其他组成）混合组成的，我们用式CH表达时 只是一种等价折合表示，只说明混在一起算一个碳源子相对应于多少个氢原子， 二、液态燃料组成中的杂质 燃料中元素硫，疏醇、巯化氢，由于有高的腐蚀性并降低油料安定性，因此在煤油规格中都 加以限制。在炼袖过程中用滑洗或其他办法除硫.氯和氧的化合物是不希塑有的成分，它会降 低油料热安定性、洁净性等，航空煤泊中做量金属元素也是不希望的，除了原油中本身含有外， 往往还有在贮运和泵送过程中的污染物 三、液态燃料的碳氢比 煤油中碳和氨的含量占999%。表2-2列出我国典型的几种航空煤油的碳、氧含量和碳、 氢比。 表22航空煤油的碳氢含量 油样 C% Hy IC/H(重量比) 胜利RP-1 85.8 14.28 6.00 大庆RP-2 85.08 14.90 5.71 四、液态燃料的物理性质 (一)密度、比 密度是油料在t℃时单位体积的质量，通常取kg/m心为单位，以p表示，比重是油料密度 -15
与规定温度下的水的密度之比，是无因次的，以来表示在℃时的泊与4℃时的水的密度之 比，在数值上等于该油在t℃的密度。比重与燃油的平均沸点和化学组成有关，芳香烃最重，烷 经最轻，烯烃及环烷烃介平两者之间。比重可以用比重计测定。比重是很有用的一个燃料性质， 其大小可以大致地（并非绝对）说明燃料碳/氢比、热值以及生成烟的倾向。最轻的油比重在 0.71~0.72,重的油（徐专门人工合成的外）达0.97。最重的渣油比重接近于1时，用水来清洗 这种油的盐分会出现闲难。 液体燃油的比重是随液体燃油的温度而改变的。油温升高，油料的密度（比重）降低 (二)相对分子质量 石油产品是各种烃的混合物，其相对分子质量是一种平均相对分子质量，一般随馏程增高 而增大，可以由一些经式估算。 (三)粘度 燃料的粘度对燃料输送、油泵寿命、喷嘴雾化、低温点火启动等有很大关系。粘度越大，喷 雾质量越差。粘度主要取决于燃料中所含碳氢化合物的组成（粘度依如下次序降低：多环环烷 经、环烷烃、芳香经烷烃)，同时随温废而极为显若地变化（尤其低温）。 在燃油规格中，粘度一般采用运动粘度(m/s),运动粘度等于动力粘度除以密度。 四)表而张力 表面张力是液体表面单位长度上用来抵销使被体表面面积增大的外拉力而由液体表面所 呈现的内聚力，单位是N/m。通常可以用双毛细管法来测定。 (五)倒程与沸点 编程是指馏分的温度范围，程中的馏分组成则表达了不同温度下馏出物量的关系，燃油 的馏程是极为重要的，它很大程度上决定了燃料的物理性质和燃烧性质，决定了每吨原油可产 该种燃油的产出率，希望增大产出率则要加完馏程，即多“切”一些(widet),这时可以降低 初馏点，或提高终偏点。这样在增大产量的同时，一定会影响到燃料的性质（例如闪点、冰点 等)。 燃油是混合物，所以没有单一的沸点，常用50%僱点温度来表征燃油的沸点，然后其他各 物性（如粘度、比热等）又与平均沸点或中馏点来建立关系。常压下中馏点又称正常沸点 (六)蒸气压和造界参数 当燃料表面你持气腋平衡时，饱和蒸气产生的分压力称为饱和燕气压。在任何压力下均能 将气体液化的最低温度称为临界温皮，换句话说，在临界温度之上无论加多大压力都不可能 气体液化，在饰界温度时与液相处于平衡的气相压力为临界压力。在临界状态时，纯物质的气 态和液态性质已经没有区别（密度一样，蒸发潜热为零）。临界参数在计算（例如密度，导热性 等)时要用到、 (七)比热 在传热计算及蔡发计算中用到燃油比热，在很高飞行速度下的飞行器中，燃油可以用来吸 收热量，这时比热是燃油的里要性质。烧烃是最佳的，比环烷烃或芳香烃的比热都高。 (八)量拉系数 宁热系数在做传热计算时用到，它随温度升高而降低，其单位为J/(m·s·℃). -16
五、液态燃料的燃烧性质 燃料的燃烧性质影响到火焰温度，影响到可燃边界、着火性、化学反应速率以及生成烟粒 子的顺向。 (一)热值（发热量 热值是燃料最重要的性质，单位质量或体积的燃料完全燃烧所放出的热证称为量量热信 或体积热值。单位重量燃料（温度25℃）和空气（温度25℃）燃烧产物冷却下来最终温度回到 25℃（在常压下）所放出的燃烧热（这时燃烧产物中水蒸气冷凝成水）称为高热值。在高热值中 扣去由于水蒸气冷凝所放出的热称为低热值。在低热值中假设燃烧产物全部都是气态。 (二)自燃着光温度 自燃着火是在没有外界点火源时完全由加热使燃油温度升高而使燃油自动者火的。自燃 着火温度可测定如下：将少量油样置于已加热处于高温的坩埚内，测量其达到着火的时间延 迟.随后降低温度，重复试验，这时着火时间延迟增大，直到某个最小着火温度，比这温度再低， 无论延迟时间多长，都不着火了。着火温度是随压力降低而增大的 (三)闪点 闪点指的是燃料处于这样的温度下，在其液面上方用小的明焰去引燃会出现闪火，但不会 着火。闪点要比自燃温度低得多.闪点直接与饱和蒸气压有关，饱和然气压高的油，闪点低，实 质上，在闪点温度时治面上的饱和燕气压刚刚形成可燃混气（刚可燃极限〕使明哈一闪而过、 但可燃气蒸发（蒸气分压恢复）不及消耗掉的快，因而不可能持续下去。煤油的闪点是其可燃边 界的量度，对重油是它们挥发性的表示，闪点越低，火灾的危险性越大。 (四)可燃浓度极限 可燃物（如燃油蒸气）与空气混合，只能在一定浓度范围内才能进行燃烧。超过这个浓度 (太稀或太浓)就燃不起来了，在这个浓度范围内，火焰一旦引发，就可以从点火源扩展出去，只 要浓度合适，可以无限地传播下去。通常定义一个窟燃极限一个贫燃极限（亦叫富油、贫油极 限)。应该说明，确切地表示，这两个极限应该叫不可燃边界而不是可燃边界。因为超过这两个 力界 ,一定不可燃，但在这范固内不一定可燃。贫燃极限与闪点是相关联的，煤油类燃料在常 温下其不可燃边界大致为油气比（质最）0.035和0.28。 (五)生碳性 燃料的生碳性代表在燃烧室中燃烧时生成烟粒子的倾向，生碳性与燃料的性质有密切关 系，如比重嬸程、粘度、芳香烃含量、碳氢比（氧含量）等。 燃料的生碳性是燃料性质与组成影响燃烧性能和燃烧室寿命的最明显的例子，生碳性高 使排气冒烟多，燃烧区烟粒子浓度高，引起火焰辐射黑度高，辐射传热高，室壁温度高，引起火 焰筒变形和裂纹，减少火焰简寿命：生碳性高容易引起室壁积碳和喷嘴积碳，后者会影响到燃 油的雾化质量，造成燃烧效率很低，出口温度分布质量降低，甚至燃烧不稳定。 六、液态燃料的使用性 一种液态燃料要能实际使用，必须在使用性上满足要求，显然所谓使用性和用途以及使用 的环境有密切关系，不存在笼统的使用性要求。 (一)低湛性能和流动性 -17