液体燃料的物理性质及应用特点

液体燃料主要优点是发热量高、杂质含量少、灰分低、便于运输和燃烧效率高，可以获得近似于气体燃料的燃烧火焰。

1.液体燃料分类

我国工业炉普遍使用的液体燃料为燃料油和轻柴油。另外，也有使用原油和调混燃料油的。用于工业炉时，这些油类统称燃料油。

目前我国使用中国石油化工总公司制定的行业标准（SH/T 0356—1996），该标准代替原来重油和重油质量指标。在燃料油标准中，将燃料油分为1号、2号、4号轻、4号、5号轻、5号重、6号和7号八个牌号，其技术要求见表2-12。其中1号和2号是馏分燃料油，适用于家用或工业小型燃烧器上使用。4号轻和4号燃料油是重质馏分燃料油或是馏分燃料油与残渣燃料油混合而成的燃料油。5号轻、5号重、6号和7号是粘度和馏程范围递增的残渣燃料油，为了装卸和正常雾化，在温度低时一般都需要预热。我国使用较多的是5号轻、5号重、6号和7号燃料油。

表2-12 燃料油主要技术要求（SH/T 0356—1996）

（续）

轻柴油（GB 252—2000）按凝点分为10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号和-50号七个牌号，其技术要求见表2-13。

表2-13 轻柴油主要技术要求（GB 252—2000）

2.液体燃料的物理性质

（1）密度　燃料油密度通常是指常温（20℃）时单位体积的质量（kg/m³或t/m³）。常温时煤油密度ρ₂₀=840kg/m³，原油密度ρ₂₀=0.85～1t/m³，燃料油密度ρ₂₀=0.9～0.95t/m³。燃料油密度随温度的升高而降低，t（℃）时燃料油的密度按式（2-1）计算

式中ρ_t、ρ₂₀——温度为t和20℃时燃料油的密度（kg/m³）；

α——体积膨胀系数（℃^-1），α=（0.002～0.0025）ρ₂₀×10^-3℃^-1；

t——燃料油温度（℃）。

燃料油密度ρ_t也可由图2-1直接查得。

图2-1 燃料油密度与温度的关系

（2）粘度　燃料油粘度常用恩氏粘度°E或运动粘度ν表示，也有用动力粘度μ表示的。

当恩氏粘度°E>3.2时，恩氏粘度°E与运动粘度ν（m²/s）之间的换算公式如下

当1.35≤°E≤3.2时

一些燃料油的粘度与温度的关系见图2-2。(www.xing528.com)

（3）闪点和着火温度　燃料油受热后使一部分轻碳氢化合物变为蒸气，这种蒸气与周围空气混合后接触到火焰能发生闪火现象，此时燃料油温度称为闪点。闪点是使用液体燃料时必须掌握的一项性能指标。闪点比着火温度低得多，着火温度一般为500～600℃。闪点高的燃料油可以尽量提高燃料油的预热温度，使其粘度降低以利于改善燃料油的雾化质量和燃烧过程。闪点低的燃料油要注意控制燃料油的预热温度勿使其接近闪点，否则在加热过程中易引起火灾，而且还由于放出有害蒸气危害操作人员的健康。

以油为燃料时，燃烧室内温度应高于油的着火温度，以保证燃料油可靠点火并保持稳定燃烧。

（4）元素成分　不同牌号的燃料油的元素成分变化不大，各元素质量分数范围为：C87%～88%，H10%～12%，（N+O）0.5%～1.0%。燃料油中最不希望含有硫元素，因燃烧生成气中含有硫化物，不仅对加热工件有害，而且污染环境，为此我国燃料油质量指标中规定各种牌号燃料油的硫质量分数不应大于0.5%。

图2-2 燃料油粘度与温度的关系

1—5号轻 2—5号重 3—6号 4—7号 5—大港原油减渣油 6—大庆原油减渣油 7—胜利原油减速油

Ⅰ—螺杆泵和齿轮泵使用的最高粘度 Ⅱ—往复泵使用的最高粘度 Ⅲ—用泵供油或卸油时的平均粘度 Ⅳ—20～40t/h离心泵使用的最高粘度 Ⅴ—转杯式和蒸汽雾化油嘴使用的最高粘度 Ⅵ—高压或低压空气雾化油嘴使用的最高粘度 Ⅶ—机械雾化油嘴极限粘度及蒸汽雾化油嘴推荐粘度 Ⅷ—高压或低压油嘴的推荐粘度 Ⅸ—机械雾化油嘴的推荐粘度

（5）发热量 燃料油低位发热量为39～41MJ/kg，偏差一般不超过0.4～0.8MJ/kg；原油的低位发热量为38～43MJ/kg。

（6）灰分和水分　燃料油中的灰分和水分决定于原油品种、油的生成条件以及开采和运输方法。我国标准燃料油灰分的质量分数要求不大于0.15%，水分的质量分数不大于1%。

（7）比热容、热导率和熔化热　设计油加热器时，为进行传热计算而需要掌握燃料油的比热容、热导率和熔化热等有关热工参数。

燃料油的比热容随温度升高而有所增加，不同温度下的平均比热容采用下列数值：

燃料油温度（℃） 20 50 100 150

平均比热容

[kJ/（kg·℃）] 1.76 1.84 1.95 2.03

不同温度下燃料油的热导率取下列数值：

燃料油温度（℃）32 65 100 200

热导率

[W/（m·℃）]0.119 0.115 0.112 0.104

熔化热。是指单位质量（kg）燃料油由固态转变为液体而又不提高温度时放出的热量（kJ），一般取Q_q=167～251kJ/kg。

（8）燃料油的调混　同一来源的燃料油可混合使用；不同牌号同一来源的焦油也可混合使用；不同来源的燃料油或焦油要预先进行试验后方可混合使用，尤其不能随便将燃料油和焦油混合使用，否则油内会产生固体凝块堵塞管道。图2-3为燃料油混合粘度计算图表。

图2-3 燃料油混合粘度计算图表

例如：燃料油A，恩氏粘度为10°E，在相同温度下与恩氏粘度为60°E的燃料油B混合，其质量混合比为前者70%，后者30%，由图2-3查得调混后油的粘度为16°E。

按两种燃料油调混比例计算的平均粘度值为10°E×0.7+60°E×0.3=25°E，由此知：调混后油的粘度值（16°E）小于按两种燃料调混比例计算的平均粘度值。