燃料
[拼音]:ranliao
[外文]:fuel
能夠通過燃燒產(chǎn)生熱能以供利用的物質(zhì)。最常見的是以碳氫元素為主組成的可燃性礦物。隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展,燃料的構成不斷發(fā)生變化。自古以來,木材一直是最常用的燃料。18世紀,蒸汽機的發(fā)明使煤成為重要燃料。19世紀中期,第一臺油井的投產(chǎn)、高效率內(nèi)燃機的問世,使得石油和天然氣逐步發(fā)展成為燃料構成的重要部分。此后,由于石油供需的矛盾,各國開展了將油頁巖或煤轉(zhuǎn)化為氣體或液體合成燃料的研究。第二次世界大戰(zhàn)后,原子能核燃料的利用和導彈用推進劑的出現(xiàn),使燃料的含義有了更豐富的內(nèi)容。天然的或人造的礦物燃料除作為能源外,還是重要的原材料。燃料按其存在形式,可分氣體燃料、液體燃料和固體燃料 3大類。
氣體燃料
存在于自然界中的氣體燃料有天然氣、油田伴生氣和礦井瓦斯等。人工生產(chǎn)的氣體燃料有高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、水煤氣、焦爐煤氣、煉油廠液化氣和沼氣等。20世紀80年代,天然氣已占全世界總能源供應量的20%以上。氣體燃料中一氧化碳、氫、甲烷和碳氫化合物(指甲烷外的烴類物)為可燃組分,三氧化碳、氮和氧為非燃組分,燃料的發(fā)熱量隨組分不同而有很大差別。在大氣條件下單位燃料燃燒生成的熱稱低位發(fā)熱量,加上燃燒中生成水的汽化熱為高位發(fā)熱量。表1為氣體燃料的組分和發(fā)熱量。
液體燃料
常見的有汽油、煤油(包括航空用噴氣燃料)、柴油和重油等,正在開發(fā)研制的有人造合成液體燃料、油-煤或水-煤懸漿燃料、油-水乳化燃料、醇類燃料、液氫等。它們具有發(fā)熱量高、燃燒性好、運輸方便和易于操作等優(yōu)點,因而廣泛用于各種動力裝置。表2為中國制定的液體燃料的質(zhì)量指標和發(fā)熱量。
固體燃料
主要是煤。煤是地球上儲量最大的一種可燃礦物。隨地質(zhì)條件和埋藏年代的不同,由植物演變?yōu)槊旱奶蓟潭纫膊幌嗤?。低等植物形成腐泥煤,如石煤、油頁巖等,高等植物形成腐植煤。隨著碳化程度的加深,腐植煤可分為泥炭、褐煤、煙煤和無煙煤等。通過工業(yè)分析測定的水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳含量、硫含量和發(fā)熱量等都是判斷煤質(zhì)的依據(jù)。它們根據(jù)煤樣的不同基準,以應用基、分析基、干燥基或可燃基表示各種量的數(shù)值。水分大的燃料,不利于運輸和預處理,并使熱量利用率降低?;曳质侨剂辖?jīng)充分燃燒后的殘留物,它不僅降低燃燒效率,而且當灰分融點過低時,容易燒結成塊,破壞正常操作。煤通過在隔絕空氣下受熱裂解可測得揮發(fā)分含量,殘留可燃物為固定碳。
中國冶金焦用的煙煤按可燃基揮發(fā)分和結焦特性分為長焰煤、不粘煤、弱粘煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤和貧煤。煤中的硫燃燒后生成的二氧化硫,會腐蝕設備和污染大氣。發(fā)熱量是動力燃料的重要指標之一,由于原煤質(zhì)量不一,為便于統(tǒng)計比較,國際上取發(fā)熱量29.3兆焦/千克(7000千卡/千克)為煤的計量標準。發(fā)熱量低、灰分多的稱為劣質(zhì)燃料,如石煤、煤矸石和風化煤等。表3為一些固體燃料的特性。
推進劑
用于槍炮、火箭和導彈等武器的特種燃料。它自身含有氧化劑,能在無外界供氧的條件下(如密室或宇宙空間)燃燒,釋放出的化學能用來推進物體。推進劑按形態(tài)分為固體推進劑、液體推進劑和固液推進劑。固體推進劑又稱火藥,主要用于火箭發(fā)動機中,是一種具有一定形狀的多組分固體物質(zhì)。它能在不同壓力下以一定的規(guī)律迅速而穩(wěn)定地燃燒,并產(chǎn)生大量高溫氣體?;鹚幇雌浣M分又分為黑火藥、無煙火藥、復合火藥和復合改性雙基火藥。黑火藥因能量低、有煙,多為無煙火藥所代替。無煙火藥主要由硝化纖維素塑化而成,根據(jù)不同需要還加入少量添加劑,如改善燃燒性能的催化劑、增加貯存期的化學安定劑等。無煙火藥又可分為單基火藥、雙基火藥和三基火藥。復合火藥是由無機氧化劑(如高氯酸銨)和燃燒劑(如鋁粉)被高聚物(如聚硫橡膠、聚氨酯等)粘接而成的。在雙基火藥中加入高氯酸銨和鋁粉,能提高火藥能量,使其有復合火藥的某些特性,稱為復合改性雙基推進劑。
液體推進劑可分為:單組元推進劑,如硝基甲烷或過氧化氫酒精系統(tǒng);雙組元推進劑,如硝酸和肼等,是將氧化劑和燃燒劑隔離貯存而后分別供入燃燒室燃燒的;多組元推進劑是指氧化劑或燃燒劑由兩種以上組元所組成的推進劑。液體推進劑能量高,工作壓力低,推力調(diào)節(jié)范圍廣,一般用于遠程和超遠程導彈。
固液推進劑是指氧化劑和燃燒劑處于不同的物理狀態(tài)的推進劑。
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