燃料热化学转化原理及应用

　　本书以燃料的加工预处理和品质特征、燃料的燃烧、热解和气化理论与技术为主线，共分三篇14章。燃料篇分析了燃料的品质特性，介绍了煤粉燃料制备及系统、固体生物质燃料预处理；燃烧篇介绍了燃料的燃烧计算、燃料燃烧理论与技术、燃料的燃烧设备、燃烧设备的热平衡及热效率、燃烧烟气的余热利用、燃烧烟气受热面换热计算；热解气化篇分析了热解原理与动力学，介绍了生物质低温热解炭化、生物质气化基本理论、生物质气化技术及装备。另外，在每一章后面提供了大量的思考题和习题，以帮助读者进一步巩固知识。本书结合当前的能源利用现状和未来的研究发展趋势，所述燃料以煤粉和生物质为主，兼顾燃油和燃气，以煤粉燃烧和生物质燃料的热解和气化为重点进行阐述，同时也较全面地介绍了其他新兴的热转化技术，兼顾了深度和广度以及理论和工程实践的结合，可供动力、环境和化工领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也可供高等学校能源动力工程、环境科学与工程、化学工程及相关专业师生参阅。

　　邓文义，2009年9月毕业于浙江大学，获动力工程及工程热物理专业博士学位，2009年10月进入东华大学工作至今，长期从事能源利用与环境保护领域的教学和科研工作。2019年7月~2020年10月在美国明尼苏达大学生物质冶炼中心从事生物质热解炭化访学工作。目前，为能源与环境系统工程本科专业讲授《燃烧学》和《能源转化》两门专业课程，为能源动力硕士专业研究生讲授《生物质能源转化和利用》课程。研究方向包括燃烧污染物控制技术、生物质热解炭化资源化利用技术及市政污泥热处理资源化利用方面的研究，承担和参与国家、省部级项目10余项，发表SCI/EI收录期刊论文80余篇，授权专利10余项。

第1章导论 001
1.1我国能源现状001
1.2燃料的重要性002
1.3燃料的热化学转化003
1.4本书的特点004
思考题005
参考文献005

第一篇燃料篇
第2章燃料品质特性分析 006
2.1燃料的化学成分006
2.1.1固 液体燃料的元素分析成分007
2.1.2固体燃料工业分析成分009
2.1.3灰的熔融性010
2.1.4气体燃料的组分分析011
2.2燃料的成分基准及其换算011
2.2.1固 液体燃料的成分基准011
2.2.2不同基准之间的换算012
2.3燃料的发热量及其测试方法013
2.3.1发热量的定义013
2.3.2发热量的换算014
2.3.3发热量的估算及测定015
2.3.4燃料的折算成分018
2.4燃料类型及特点019
2.4.1固体燃料019
2.4.2液体燃料023
2.4.3气体燃料028
思考题030
习题031
参考文献031
第3章煤粉燃料制备及系统 033
3.1煤粉的一般特性033
3.1.1煤粉的流动性033
3.1.2煤粉的自燃与爆炸性033
3.1.3煤粉的堆积特性034
3.1.4煤粉细度034
3.1.5煤粉分布特性035
3.2煤的可磨性及磨损性036
3.2.1煤的可磨性系数036
3.2.2煤的磨损指数037
3.3磨煤机的种类038
3.3.1低速磨煤机038
3.3.2中速磨煤机039
3.4制粉系统042
3.4.1中间储仓式制粉系统043
3.4.2直吹式制粉系统044
3.4.3磨煤机和制粉系统选择045
思考题045
习题046
参考文献046
第4章固体生物质燃料预处理 047
4.1原料打捆收集047
4.1.1圆捆打捆机048
4.1.2方捆打捆机049
4.2原料的切削050
4.3原料的干燥052
4.3.1干燥的基本原理052
4.3.2自然干燥053
4.3.3热力干燥053
4.3.4热力干燥设备054
4.4原料成型056
4.4.1生物质压缩成型的理论依据056
4.4.2生物质成型燃料质量标准058
4.4.3生物质压缩成型设备059
4.4.4生物质燃料成型影响因素062
思考题063
参考文献064

第二篇燃烧篇
第5章燃料的燃烧计算 065
5.1燃烧所需的空气量065
5.1.1固体和液体燃料燃烧所需理论空气量066
5.1.2气体燃料燃烧所需理论空气量067
5.1.3燃烧所需实际空气量068
5.2燃烧烟气量的计算068
5.2.1固体和液体燃料燃烧的理论烟气量068
5.2.2气体燃料燃烧的理论烟气量070
5.2.3实际烟气量的计算071
5.3空气和烟气焓072
5.3.1空气焓072
5.3.2烟气焓072
5.4烟气成分分析及应用074
5.4.1烟气成分分析074
5.4.2烟气分析结果的应用075
思考题078
习题078
参考文献079
第6章燃料燃烧理论与技术 080
6.1燃料的层燃原理080
6.1.1层燃概述080
6.1.2燃料层阻力及其气动稳定性082
6.1.3层燃的热质交换与化学反应过程082
6.2燃料的悬浮燃烧原理084
6.2.1悬浮燃烧的特点084
6.2.2煤粉气流的着火085
6.2.3煤粉的燃烧088
6.2.4碳颗粒的燃烧速率090
6.3燃料的流化床燃烧原理093
6.3.1流化床内流动的基本理论093
6.3.2流态化现象及形态096
6.3.3流化床内的流体动力学特性098
6.3.4流化床内燃烧基本理论102
6.4其他新型燃烧技术104
6.4.1化学链燃烧技术105
6.4.2富氧燃烧技术111
6.4.3MILD燃烧技术115
6.4.4超临界水热燃烧技术118
思考题124
参考文献125
第7章燃料的燃烧设备 127
7.1层燃炉127
7.1.1层状燃烧简述127
7.1.2固定炉排炉129
7.1.3移动炉排130
7.2室燃炉135
7.2.1煤粉炉136
7.2.2燃油炉138
7.2.3燃气炉144
7.3流化床炉148
7.3.1概述148
7.3.2鼓泡流化床炉148
7.3.3循环流化床炉150
思考题151
参考文献152
第8章燃烧设备的热平衡及热效率 153
8.1热平衡的组成153
8.2输入热量154
8.3热效率156
8.3.1正平衡法156
8.3.2反平衡法156
8.3.3能效限定值与能效等级157
8.3.4热平衡试验的要求157
8.4固体不完全燃烧热损失157
8.4.1固体不完全燃烧损失的计算158
8.4.2固体不完全燃烧热损失的影响因素159
8.5气体不完全燃烧热损失159
8.5.1气体不完全燃烧热损失的计算159
8.5.2气体不完全燃烧热损失影响因素160
8.6排烟热损失160
8.6.1排烟热损失的计算161
8.6.2排烟热损失的影响因素161
8.7散热损失162
8.7.1散热损失的计算162
8.7.2保热系数163
8.7.3影响散热损失的因素163
8.8其他损失164
8.8.1灰渣物理热损失的计算164
8.8.2影响因素164
8.9燃料消耗量165
思考题165
习题165
参考文献166
第9章燃烧烟气的余热利用 167
9.1工质流动167
9.1.1水循环基本概念168
9.1.2水循环动力168
9.1.3循环流速和循环倍率169
9.1.4循环回路特性曲线170
9.2汽水工质吸热量的分配171
9.3辐射受热面171
9.3.1水冷壁172
9.3.2辐射式过热器173
9.4半辐射式受热面174
9.5对流受热面175
9.5.1对流式过热器和再热器176
9.5.2省煤器177
9.5.3空气预热器178
9.5.4对流管束183
思考题185
参考文献186
第10章燃烧烟气受热面换热计算 187
10.1辐射受热面热力计算187
10.1.1炉内辐射传热的特点187
10.1.2炉膛辐射换热基本方程189
10.1.3基于相似理论的炉内辐射传热计算方法191
10.1.4炉膛受热面的辐射特性192
10.1.5火焰黑度的确定193
10.1.6火焰中心位置修正系数195
10.1.7炉膛辐射换热其他相关参数的计算197
10.1.8炉膛换热计算的修正方法199
10.2对流受热面换热计算200
10.2.1对流受热面热力计算基本方程200
10.2.2传热系数计算方法202
10.2.3对流受热面污染对换热的影响208
10.2.4传热温差的计算210
10.2.5对流换热面和流速的计算211
10.2.6对流受热面的计算特点212
10.2.7锅炉整体热力计算程序215
思考题216
习题217
参考文献218

第三篇热解气化篇
第11章热解原理与动力学分析 219
11.1生物质热解原理219
11.1.1生物质热解的四个阶段220
11.1.2热解反应工艺流程220
11.1.3热解质能平衡221
11.1.4生物质热解过程影响因素221
11.2生物质热解的热分析技术223
11.2.1热分析的定义223
11.2.2热重分析原理224
11.2.3差热分析原理227
11.2.4差示扫描量热原理232
11.3生物质热解表观动力学234
11.3.1热重分析动力学方程235
11.3.2热重曲线动力学分析235
11.3.3典型生物质热解动力学参数237
11.3.4热解特征指数239
思考题240
参考文献240
第12章生物质低温热解炭化 241
12.1概述241
12.2生物质低温热解炭化过程241
12.2.1工艺过程241
12.2.2低温热解炭化产物分布242
12.3生物炭的性质及表征方法244
12.3.1成分244
12.3.2密度244
12.3.3比表面积245
12.3.4孔径246
12.3.5微观结构250
12.3.6阳离子交换容量251
12.3.7表面性质251
12.3.8电导率255
12.3.9比热容255
12.4生物炭的应用256
12.4.1生物炭制备活性炭256
12.4.2生物炭用于土壤改良259
12.4.3生物炭制备超级电容器260
12.5低温热解炭化设备264
12.5.1固定床生物质炭化装置264
12.5.2移动床生物质炭化装置266
12.6卧式连续生物质炭化装置设计270
12.6.1设计依据及原则270
12.6.2整体方案设计270
12.6.3热解参数选择271
12.6.4热工计算272
12.6.5炭化室结构设计273
12.6.6可燃气燃烧计算273
12.6.7高温烟气套筒结构设计276
思考题278
习题278
参考文献278
第13章生物质气化基本理论 280
13.1生物质气化反应化学平衡280
13.1.1生物质气化过程280
13.1.2气化反应热效应282
13.1.3气化反应的化学平衡283
13.1.4影响化学平衡的因素285
13.1.5几个主要化学反应平衡的探讨285
13.2生物质气化反应动力学289
13.2.1生物质气化反应过程289
13.2.2气化反应动力学模型290
13.2.3气化反应动力学实验研究方法294
13.3气化反应影响因素及工艺指标295
13.3.1热解条件对生物质半焦的影响295
13.3.2矿物质对半焦气化反应性的影响297
13.3.3气化压力对半焦气化反应性的影响298
13.3.4气化过程评价指标298
思考题301
习题301
参考文献301
第14章生物质气化技术及装备 303
14.1概述303
14.1.1国外生物质气化技术发展现状303
14.1.2国内生物质气化技术发展现状304
14.1.3生物质气化炉的分类305
14.2固定床气化炉305
14.2.1上吸式气化炉305
14.2.2下吸式气化炉306
14.3流化床气化炉310
14.3.1鼓泡流化床气化炉310
14.3.2循环流化床气化炉311
14.3.3双流化床气化炉312
14.4气流床气化炉320
14.4.1顶部进料下降管气流床气化炉320
14.4.2侧面进料上升管气流床气化炉321
14.4.3Choren生物质气流床气化工艺322
14.5等离子体气化炉322
14.5.1等离子体基本概念322
14.5.2热等离子体发生装置323
14.5.3等离子体气化技术原理323
14.5.4国内外等离子体气化技术324
14.6超临界水气化技术328
14.6.1生物质的超临界水气化过程328
14.6.2超临界水反应器329
14.7生物质气化炉过程设计331
14.7.1质量平衡331
14.7.2能量平衡333
14.7.3产品气组分预测334
14.7.4气化炉尺寸确定336
思考题342
参考文献342

附录 344
附录1主要气体组分热力学性质表344
附录2燃料特性352
参考文献354