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燃料(有机无机可燃物体)

指可燃烧的物质。根据物质的状态可分为固体燃料,如: 煤、油页岩及煤加工后的产品焦炭等; 液体燃料,如石油及其加工后的产品汽油、柴油等;气体燃料,如煤气、天然气等。根据来源可划分为: 天然燃料,如煤、石油、天然气、油页岩等;人造燃料或合成燃料,如合成石油、合成汽油等。此外还有利用原子核反应放出巨大热量的核燃料等。燃料在工农业生产、交通运输以及人民生活方面都起着重要的不可缺少的作用。 [1]

燃料广泛应用于工农业生产和人民生活,能通过化学反应释放出能量的物质。燃料有许多种,最常见的如煤炭、焦炭、天然气和沼气等等。随着科技的发展,人类正在更加合理地开发和利用燃料,并尽量追求环保理念。燃料也是物理学中需要学习的一部分内容,其吸放热的公式为q=Q/m。

【词目名称】燃料

【汉语拼音】rán liào;

【英文名称】fuel

【基本释义】燃烧时能产生热能或动力和光能的可燃物,主要是含碳物质或碳氢化合物。

【燃料发热量】燃烧完全燃烧并冷却到参加反应物质的起始温度时,所放出的热量。

按形态可以分为3种:

固体燃料(如煤、炭、木材、页岩)

液体燃料(如汽油、煤油、重油)

气体燃料(如天然气、煤气、沼气、液化气):气体燃料主要包括常规天然气、煤层气、垃圾填埋气、页岩气等轻质气体燃料。这些燃料资源丰富且燃烧清洁。

按类型可以分为3种

化石燃料(如石油、煤、油页岩、甲烷、油砂、天然气等)

生物燃料(如乙醇【酒精】、生物柴油等)

核燃料(如铀235、铀233、铀238、钚239、钍232等)。

指能产生核能的物质,如铀、钚等。

一些气体燃料可压缩为液体,如液化石油气。

100固体燃料

110煤炭

111烟煤

112无烟煤

115褐煤

117煤矸石

130 天然固体燃料(除煤炭和生物质外)

131 油页岩

132 炭沥青

133天然焦

140 煤炭石油制品

141 型煤

142水煤浆

143焦炭(煤制品)

144石油焦

150生物质燃料及制品

151木炭

152甘蔗渣

153 木屑(锯末)

154 树皮

155 植物(籽、茎、叶、根等)

156 其他生物质固体燃料160 核燃料

161 金属核燃料

162 陶瓷器核燃料

190 其他固体燃料

200 气体燃料

210 天然气

211 纯气田天然气

212 油田天然气

213 煤田天然气(矿井气)

214 凝析气田天然气

220 炼厂和化肥厂弛放气

221焦炉煤气

222高炉煤气

223转炉煤气

224炼油厂和化肥厂弛放气

230 工人煤气

231 油制气

232气化炉煤气

240 液化石油气

290 其他气体燃料

291 沼气

300 液体燃料

310原油和石油制品

311轻柴油

312重油

2313 原油

314渣油

315 汽油

316 煤油

320煤焦油

330 页岩油

340 液体火箭燃料

341 火箭氧化剂

342 火箭燃烧剂

350 合成油品

351 煤液化油

352 醇类燃料

390 其他液体燃料

燃料名称

热值MJ/kg

折算率

焦炭

25.12-29.308

0.857-1.000

无烟煤

25.12-32.65

0.857-1.114

烟煤

20.93-33.50

0.714-1.143

褐煤

8.38-16.76

0.286-0.572

泥煤

10.87-12.57

0.371-0.429

石煤

4.19-8.38

0.143-0.286

原油

41.03-45.22

1.400-1.543

重油

39.36-41.03

1.343-1.400

柴油

46.04

1.571

煤油

43.11

1.471

汽油

43.11

1.471

沥青

37.69

1.286

焦油

29.31-37.69

1.000-1.286

天然气

36.22

1.236

油田伴生气

45.46

1.551

矿井气

18.85

0.643

焦炉煤气

18.26

0.623

直立炉煤气

16.15

0.551

油煤气(热裂)

42.17

1.439

油煤气(催裂)

18.85-27.23

0.643-0.929

发生炉煤气

5.01-6.07

0.171-0.207

水煤气

10.05-10.87

0.343-0.371

两段炉水煤气

11.72-12.57

0.400-0.429

混合煤气

13.39-15.06

0.457-0.514

高炉煤气

3.52-4.19

0.120-0.143

转炉煤气

8.38-8.79

0.286-0.300

沼气

18.85

0.643

液化石油气(气态)

87.92-100.50

3.000-3.429

液化石油气(液态)

45.22-50.23 MJ/kg

1.543-1.714

电能

3.6MJ/度

0.1229

燃烧一吨煤,排放0.9-1.2万标立方米燃烧废气,电厂可取小值,其他小厂可取大值。

燃烧一吨油,排放1.2-1.6万标立方米废气,柴油取小值,重油取大值。

燃料效率:旧燃料新能源。

氢能、风能、太阳能、海洋能、生物质能和核聚变能等新能源的方式,只是能量利用多步骤中前移的一环。而被忽视,潜力巨大的发动机或做功原理、观念的革新更是未来能源开发的第一大方向。

现在的能量利用效率不高,浪费惊人。经典的热机做功方式,能量做功的有用功效率只有25%(1/4),最高也就1/3(33.3%)。而100%能量中的75%(3/4)、或66.67%(2/3)都作为无用的热浪费掉了。另有意外,“班克斯热机”是利用记忆合金制成的不要燃料,不耗电力的高效发动机。

热机做功的原理是燃料产热=微观粒子的无序运动。这个热运动,平均说三维空间上每个方向的能量各占1/3,而热机做有用功的也就三维方向中的一个方向维度。其他二维方向上的能量只好作为废热浪费掉!

几十年前已经开始冷落的“绝热发动机”没有象“古典热机原理”预测的那样提升发动机的效率。证明古典热力学机理模型有了问题!而且是大问题。热机出口温度与入口温度的比不是决定发动机效率的关键因素。

“绝热”显然已经不是提高热机效率的好创意。原因何在?源自“新热力学发动机原理”。“无热发动机”。当热已经产生,无序运动已经出笼,魔兽就控制不住了!引擎的效率被这1/3或1/4极限桎梏住了。陶瓷“绝热”只是没有诊断对的“错方”,用错药就是必然。

当旧能源(包括新能源)没有产热,新引擎100%做功才会成为可能!也就是旧、新能源微观做有序的一维的运动,发动机的效率才能回归100%,浪费的2/3或3/4能源才可引尔能发,不向或少向环境排泄废热,污染环境,节约大自然的资源。

充分利用好旧能源,为新能源的完美浮出打好前站,做好基础。

煤的燃烧对空气的污染:①煤燃烧时会排放出二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)等污染物,这些气体溶于水会形成酸雨,给环境造成危害;②煤燃烧时会产生粉尘,不 完全燃烧时还会产生有毒的一氧化碳(CO)气体而污染空气;③酸雨 对环境的危害:可以使水质酸化,毒害鱼类和其他水中生物;使土壤酸化,破坏农田,损害农作物、森林;腐蚀建筑物、金属制品、名胜古迹等。 [2]

汽车用燃料的燃烧对空气的污染:①汽车使用的燃料主要是汽油和柴油;②汽车尾气的主要成分是一氧化碳、碳氢化合物、氮的氧化物、含铅化合物和烟尘等;③减少汽车尾气对空气污染的措施:a. 改进发动机的燃烧方式,使燃料能充分燃烧;b. 使用催化净化装置,使有害气体转化为无害气体;c. 使用无铅汽油,禁止含铅物质排放;d. 加大尾气监测力度,禁止未达到环保标准的汽车上路;e. 改用压缩天然气(CNG)或液化石油气(LPG)作燃料,以减少对空气的污染。

煤和油等化石燃料燃烧造成空气污染的原因;①燃料成分中含有一些杂质如硫、氮等;②燃料燃烧不充分产生空气污染物一氧化碳;③未燃烧的碳氢化合物及炭粒、尘粒等排放到空气中。

常见的固体燃料

常用的固体燃料有无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤、石油焦渣、工业废料等。

常见的液体油燃料

原油:指开采的天然原油不包括以油母页岩等炼制的原油。习惯上称直接从油井中开采出来未加工的石油为原油,它是一种由各种烃类组成的黑褐色或暗绿色黏稠液态或半固态的可燃物质。地壳上层部分地区有石油储存。它由不同的碳氢化合物混合组成,其主要组成成分是烷烃,此外石油中还含硫、氧、氮、磷、钒等元素。可溶于多种有机溶剂,不溶于水,但可与水形成乳状液。按密度范围分为轻质原油、中质原油和重质原油。不过不同油田的石油成分和外貌可以有很大差别。

奥里乳化油:一种产于南美委内瑞拉奥里诺科河油田的沥青状高粘稠油经乳化自理形成的含水30%的液体。在这种乳化油中,水为连续相,呈“水包油”状,其中的沥青油颗粒一般在10 μm左右。乳化油其流动性好于原油;比原油难于着火,闪点120 ℃;低位发热量为27~29 MJ/kg;在5~70 ℃之外其稳定性急剧下降,直至破乳,即油水分离,形成沥青块不宜燃用。

油母页岩又称为油页岩:是由粉沙、淤泥和低等生物残体腐解的有机质沉积形成的。有机质在厌氧细菌的活动下,经过沥青化作用并与掺入的粉沙、淤泥等形成含矿物杂质较多的腐泥物质,沉积在地下深处,经成岩作用和挥发物质散失等物理化学作用,成为油页岩层。油页岩呈淡褐色到暗褐色,暗淡无光泽,经干馏可获得页岩油。页岩油经炼制可获汽油、煤油、柴油、润滑油和石蜡等。含油率和发热量是油页岩工业用途的重要工艺指标,工业要求最低含油率在 4%以上,发热量一般在 8.4兆焦/千克左右,是煤的 25%~50%。

油母页油:将油页岩打碎并加热至500℃左右,就可以得到页岩油。我国常称页岩油为人造石油。一般来说,1吨油页岩可提炼出38至378公升(相当于0.3至3.2桶)页岩油。页岩油加氢裂解精制后,可获得汽油、煤油、柴油、石蜡、石焦油等多种化工产品。

燃料电池

燃料电池是一种高效、清洁的电化学发电装置,近年来得到国内外普遍重视。燃料电池在宇宙飞船、航天飞机及潜艇动力源方面已经得到应用,在汽车、电站及便携式电源等民用领域成功地示范。 [3]

燃料电池( Fuel Cell,FC) 是把燃料中的化学能通过电化学反应直接转换为电能的发电装置.按电解质分类,燃料电池一般包括质子交换膜燃料电池( Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEM-FC) 、磷酸燃料电池 ( Phosphoric Acid Fuel Cell,PAFC) 、碱性燃料电池 ( Alkaline Fuel Cell,AFC ) 、固体 氧 化 物 燃 料 电 池 ( Solid Oxide Fuel Cell,SOFC) 及熔融碳酸盐燃料电池 ( Molten CarbonateFuel Cell,MCFC) 等。 [3]

燃料电池从发明至今已经经历了 100 多年的历程。近 20 年以来,燃料电池这种高效、洁净的能量转化装置得到了各国政府、开发商及研究机构的普遍重视。燃料电池在交通运输、便携式电源、分散电站、航空/天及水下潜器等民用与军用领域展现出广阔的应用前景。 [3]

常见的气体燃料利用

气体燃料主要包括常规天然气、煤层气、垃圾填埋气、页岩气等轻质气体燃料。这些燃料资源丰富且燃烧清洁。

气体燃料除了可以用于民用及工业加热设备外,还可以广泛应用于动力领域,用于运载器动力设备和发电设备。在动力领域中,主要设备是气体燃料发动机。

要想充分利用气体燃料资源,需要:

1、健全煤层气利用设施。我国煤层气的开采已经进入高速发展阶段,而相应的利用设施还不健全。我国应当合理规划天然气管道的布置,利用开采和运输天然气资源的技术和经验来推动煤层气的发展。

2、规范市场,优化资源利用比例。我国的常规天然气和煤层气资源分布基本属于互补的状态;垃圾填埋气的分布则较为分散,垃圾填埋场的规模以中小型居多,需要的发电机组个数少,功率大多在1000KW左右,因此对小型 LFG发电机组的需求量大;页岩气资源的开采才刚刚起步,其分布和储藏量有待进一步探明。针对这些我国特有的国情,对于不同地区应有不同的气体燃料发展侧重点,提高气体燃料的利用效率。

3、加快气体燃料发动机的研究。我国对于大型气体燃料发动机的开发和应用起步较晚,现有国产机型的热效率和强化指标都偏低,这大大制约了我国气体燃料的应用和发展。国家在给予气体燃料开发补助的同时,需要进一步提高对气体燃料发动机技术研发的重视程度,加快气体燃料发动机的研究进度,尽快掌握高水平气体燃料发动机核心技术,开发具有自主知识产权的国际先进水平发动机,站稳国内市场,面向国际市场。

4、针对不同的气体燃料,优化气体燃料发动机的性能。目前我国气体燃料发动机主要使用的燃料是常规天然气,大部分性能优化都是针对天然气发动机的,对于使用垃圾填埋气及煤层气的内燃机研究较少。虽然垃圾填埋气和煤层气的主要成分都是甲烷,但它们各自特点不同。垃圾填埋气中含有大量的二氧化碳,而煤层气的甲烷含量波动范围大,所以需要在燃料提纯、燃料改性方面做大量的研究工作,同时,还要提高发动机本身的适应性,针对不同燃料优化发动机性能,研制出适合不同气体燃料的机型。 [4]

生物质燃料利用

生物质燃料是一种可再生的新能源,开发利用生物质燃料不仅能缓解能源危机,而且可以减轻环境污染,同时也节约了能源。要走可持续发展的道路,开发利用生物质燃料资源,意义十分重大。 [5]

生物质是生物质能量的载体,是一切有生命的可以再生的有机物质的总称,包括动植物和微生物。可以为人类提供生物质燃料的生物质种类繁多,大致可以分为6大类:①木质素:木块、木屑、树皮、树根等;②农业废弃物:秸秆、果核、玉米芯、蔗渣等;③水生植物:藻类、水葫芦等;④油料作物:棉籽、麻籽、乌桕、油桐等;⑤加工废弃物:食品加工厂、屠宰场、酒厂、纸厂等加工排放的废渣、废液以及城市垃圾;⑥粪便:人及牲畜的粪便。 [5]

生物质燃料的利用方式很多,一般可划分为固态、液态和气态生物质燃料。固态生物质燃料利用:直接燃烧,固化成型,与煤混燃(生物煤),与固态氧化剂混合成新型燃料等;液态生物质燃料利用:生物质热裂解制燃料油,生物质液化制醇类燃料,植物燃料油制生物柴油,生物质浆体燃料等;气态生物质燃料利用:生物质制沼气,生物质气化,生物质制氢等。 [5]

生物质燃料利用的展望:开发低成本、高效率的技术是今后生物质燃料利用的总趋势;和发电技术联用的综合利用技术前景广阔;燃料范围较广的技术将具优越性。 [5]


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