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燃料

[拼音]:ranliao

[外文]:fuel

能够通过燃烧产生热能以供利用的物质。最常见的是以碳氢元素为主组成的可燃性矿物。随着社会生产力的发展,燃料的构成不断发生变化。自古以来,木材一直是最常用的燃料。18世纪,蒸汽机的发明使煤成为重要燃料。19世纪中期,第一台油井的投产、高效率内燃机的问世,使得石油和天然气逐步发展成为燃料构成的重要部分。此后,由于石油供需的矛盾,各国开展了将油页岩或煤转化为气体或液体合成燃料的研究。第二次世界大战后,原子能核燃料的利用和导弹用推进剂的出现,使燃料的含义有了更丰富的内容。天然的或人造的矿物燃料除作为能源外,还是重要的原材料。燃料按其存在形式,可分气体燃料、液体燃料和固体燃料 3大类。

气体燃料

存在于自然界中的气体燃料有天然气、油田伴生气和矿井瓦斯等。人工生产的气体燃料有高炉煤气、发生炉煤气、水煤气、焦炉煤气、炼油厂液化气和沼气等。20世纪80年代,天然气已占全世界总能源供应量的20%以上。气体燃料中一氧化碳、氢、甲烷和碳氢化合物(指甲烷外的烃类物)为可燃组分,三氧化碳、氮和氧为非燃组分,燃料的发热量随组分不同而有很大差别。在大气条件下单位燃料燃烧生成的热称低位发热量,加上燃烧中生成水的汽化热为高位发热量。表1为气体燃料的组分和发热量。

液体燃料

常见的有汽油、煤油(包括航空用喷气燃料)、柴油和重油等,正在开发研制的有人造合成液体燃料、油-煤或水-煤悬浆燃料、油-水乳化燃料、醇类燃料、液氢等。它们具有发热量高、燃烧性好、运输方便和易于操作等优点,因而广泛用于各种动力装置。表2为中国制定的液体燃料的质量指标和发热量。

固体燃料

主要是煤。煤是地球上储量最大的一种可燃矿物。随地质条件和埋藏年代的不同,由植物演变为煤的碳化程度也不相同。低等植物形成腐泥煤,如石煤、油页岩等,高等植物形成腐植煤。随着碳化程度的加深,腐植煤可分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤等。通过工业分析测定的水分、灰分、挥发分、固定碳含量、硫含量和发热量等都是判断煤质的依据。它们根据煤样的不同基准,以应用基、分析基、干燥基或可燃基表示各种量的数值。水分大的燃料,不利于运输和预处理,并使热量利用率降低。灰分是燃料经充分燃烧后的残留物,它不仅降低燃烧效率,而且当灰分融点过低时,容易烧结成块,破坏正常操作。煤通过在隔绝空气下受热裂解可测得挥发分含量,残留可燃物为固定碳。

中国冶金焦用的烟煤按可燃基挥发分和结焦特性分为长焰煤、不粘煤、弱粘煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和贫煤。煤中的硫燃烧后生成的二氧化硫,会腐蚀设备和污染大气。发热量是动力燃料的重要指标之一,由于原煤质量不一,为便于统计比较,国际上取发热量29.3兆焦/千克(7000千卡/千克)为煤的计量标准。发热量低、灰分多的称为劣质燃料,如石煤、煤矸石和风化煤等。表3为一些固体燃料的特性。

推进剂

用于枪炮、火箭和导弹等武器的特种燃料。它自身含有氧化剂,能在无外界供氧的条件下(如密室或宇宙空间)燃烧,释放出的化学能用来推进物体。推进剂按形态分为固体推进剂、液体推进剂和固液推进剂。固体推进剂又称火药,主要用于火箭发动机中,是一种具有一定形状的多组分固体物质。它能在不同压力下以一定的规律迅速而稳定地燃烧,并产生大量高温气体。火药按其组分又分为黑火药、无烟火药、复合火药和复合改性双基火药。黑火药因能量低、有烟,多为无烟火药所代替。无烟火药主要由硝化纤维素塑化而成,根据不同需要还加入少量添加剂,如改善燃烧性能的催化剂、增加贮存期的化学安定剂等。无烟火药又可分为单基火药、双基火药和三基火药。复合火药是由无机氧化剂(如高氯酸铵)和燃烧剂(如铝粉)被高聚物(如聚硫橡胶、聚氨酯等)粘接而成的。在双基火药中加入高氯酸铵和铝粉,能提高火药能量,使其有复合火药的某些特性,称为复合改性双基推进剂。

液体推进剂可分为:单组元推进剂,如硝基甲烷或过氧化氢酒精系统;双组元推进剂,如硝酸和肼等,是将氧化剂和燃烧剂隔离贮存而后分别供入燃烧室燃烧的;多组元推进剂是指氧化剂或燃烧剂由两种以上组元所组成的推进剂。液体推进剂能量高,工作压力低,推力调节范围广,一般用于远程和超远程导弹。

固液推进剂是指氧化剂和燃烧剂处于不同的物理状态的推进剂。

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