[科普中國]-燃料

基本解釋

【詞目名稱】燃料

【漢語拼音】rán liào；

【英文名稱】fuel

【基本釋義】燃燒時(shí)能產(chǎn)生熱能或動(dòng)力和光能的可燃物，主要是含碳物質(zhì)或碳?xì)浠衔铩?/p>

【燃料發(fā)熱量】燃燒完全燃燒并冷卻到參加反應(yīng)物質(zhì)的起始溫度時(shí)，所放出的熱量。

分類介紹按形態(tài)分按形態(tài)可以分為3種：

固體燃料（如煤、炭、木材、頁巖）

液體燃料（如汽油、煤油、重油）

氣體燃料（如天然氣、煤氣、沼氣、液化氣）：氣體燃料主要包括常規(guī)天然氣、煤層氣、垃圾填埋氣、頁巖氣等輕質(zhì)氣體燃料。這些燃料資源豐富且燃燒清潔。

按類型分按類型可以分為3種

化石燃料（如石油、煤、油頁巖、甲烷、油砂、天然氣等）

生物燃料（如乙醇【酒精】、生物柴油等）

核燃料（如鈾235、鈾233、鈾238、钚239、釷232等）。

產(chǎn)核能物指能產(chǎn)生核能的物質(zhì)，如鈾、钚等。

一些氣體燃料可壓縮為液體，如液化石油氣。

名稱檢索100固體燃料

110煤炭

111煙煤

112無煙煤

115褐煤

117煤矸石

130 天然固體燃料(除煤炭和生物質(zhì)外)

131 油頁巖

132 炭瀝青

133天然焦

140 煤炭石油制品

141 型煤

142水煤漿

143焦炭(煤制品)

144石油焦

150生物質(zhì)燃料及制品

151木炭

152甘蔗渣

153 木屑(鋸末)

154 樹皮

155 植物(籽、莖、葉、根等)

156 其他生物質(zhì)固體燃料160 核燃料

161 金屬核燃料

162 陶瓷器核燃料

190 其他固體燃料

200 氣體燃料

210 天然氣

211 純氣田天然氣

212 油田天然氣

213 煤田天然氣(礦井氣)

214 凝析氣田天然氣

220 煉廠和化肥廠弛放氣

221焦?fàn)t煤氣

222高爐煤氣

223轉(zhuǎn)爐煤氣

224煉油廠和化肥廠弛放氣

230 工人煤氣

231 油制氣

232氣化爐煤氣

240 液化石油氣

290 其他氣體燃料

291 沼氣

300 液體燃料

310原油和石油制品

311輕柴油

312重油

2313 原油

314渣油

315 汽油

316 煤油

320煤焦油

330 頁巖油

340 液體火箭燃料

341 火箭氧化劑

342 火箭燃燒劑

350 合成油品

351 煤液化油

352 醇類燃料

390 其他液體燃料

各種燃料的熱值

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常用燃料排污系數(shù)燃燒一噸煤，排放0.9-1.2萬標(biāo)立方米燃燒廢氣，電廠可取小值，其他小廠可取大值。

燃燒一噸油，排放1.2－1.6萬標(biāo)立方米廢氣，柴油取小值，重油取大值。

舊燃料新能源燃料效率：舊燃料新能源。

氫能、風(fēng)能、太陽能、海洋能、生物質(zhì)能和核聚變能等新能源的方式，只是能量利用多步驟中前移的一環(huán)。而被忽視，潛力巨大的發(fā)動(dòng)機(jī)或做功原理、觀念的革新更是未來能源開發(fā)的第一大方向。

現(xiàn)在的能量利用效率不高，浪費(fèi)驚人。經(jīng)典的熱機(jī)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）都作為無用的熱浪費(fèi)掉了。另有意外，“班克斯熱機(jī)”是利用記憶合金制成的不要燃料，不耗電力的高效發(fā)動(dòng)機(jī)。

熱機(jī)做功的原理是燃料產(chǎn)熱=微觀粒子的無序運(yùn)動(dòng)。這個(gè)熱運(yùn)動(dòng)，平均說三維空間上每個(gè)方向的能量各占1/3，而熱機(jī)做有用功的也就三維方向中的一個(gè)方向維度。其他二維方向上的能量只好作為廢熱浪費(fèi)掉！

幾十年前已經(jīng)開始冷落的“絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)”沒有象“古典熱機(jī)原理”預(yù)測(cè)的那樣提升發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。證明古典熱力學(xué)機(jī)理模型有了問題！而且是大問題。熱機(jī)出口溫度與入口溫度的比不是決定發(fā)動(dòng)機(jī)效率的關(guān)鍵因素。

“絕熱”顯然已經(jīng)不是提高熱機(jī)效率的好創(chuàng)意。原因何在？源自“新熱力學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)原理”。“無熱發(fā)動(dòng)機(jī)”。當(dāng)熱已經(jīng)產(chǎn)生，無序運(yùn)動(dòng)已經(jīng)出籠，魔獸就控制不住了！引擎的效率被這1/3或1/4極限桎梏住了。陶瓷“絕熱”只是沒有診斷對(duì)的“錯(cuò)方”，用錯(cuò)藥就是必然。

當(dāng)舊能源（包括新能源）沒有產(chǎn)熱，新引擎100%做功才會(huì)成為可能！也就是舊、新能源微觀做有序的一維的運(yùn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率才能回歸100%，浪費(fèi)的2/3或3/4能源才可引爾能發(fā)，不向或少向環(huán)境排泄廢熱，污染環(huán)境，節(jié)約大自然的資源。

充分利用好舊能源，為新能源的完美浮出打好前站，做好基礎(chǔ)。

燃料燃燒的影響煤的燃燒對(duì)空氣的污染：①煤燃燒時(shí)會(huì)排放出二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）等污染物，這些氣體溶于水會(huì)形成酸雨，給環(huán)境造成危害；②煤燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生粉塵，不 完全燃燒時(shí)還會(huì)產(chǎn)生有毒的一氧化碳(CO)氣體而污染空氣；③酸雨 對(duì)環(huán)境的危害：可以使水質(zhì)酸化，毒害魚類和其他水中生物；使土壤酸化，破壞農(nóng)田，損害農(nóng)作物、森林；腐蝕建筑物、金屬制品、名勝古跡等。2

汽車用燃料的燃燒對(duì)空氣的污染：①汽車使用的燃料主要是汽油和柴油；②汽車尾氣的主要成分是一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮的氧化物、含鉛化合物和煙塵等；③減少汽車尾氣對(duì)空氣污染的措施：a. 改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒方式，使燃料能充分燃燒；b. 使用催化凈化裝置，使有害氣體轉(zhuǎn)化為無害氣體；c. 使用無鉛汽油，禁止含鉛物質(zhì)排放；d. 加大尾氣監(jiān)測(cè)力度，禁止未達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的汽車上路；e. 改用壓縮天然氣（CNG）或液化石油氣（LPG）作燃料，以減少對(duì)空氣的污染。

煤和油等化石燃料燃燒造成空氣污染的原因；①燃料成分中含有一些雜質(zhì)如硫、氮等；②燃料燃燒不充分產(chǎn)生空氣污染物一氧化碳；③未燃燒的碳?xì)浠衔锛疤苛?、塵粒等排放到空氣中。

不同類型燃料的利用及前景常見的固體燃料常用的固體燃料有無煙煤、貧煤、煙煤、褐煤、石油焦渣、工業(yè)廢料等。

常見的液體油燃料**原油：**指開采的天然原油不包括以油母頁巖等煉制的原油。習(xí)慣上稱直接從油井中開采出來未加工的石油為原油，它是一種由各種烴類組成的黑褐色或暗綠色黏稠液態(tài)或半固態(tài)的可燃物質(zhì)。地殼上層部分地區(qū)有石油儲(chǔ)存。它由不同的碳?xì)浠衔锘旌辖M成，其主要組成成分是烷烴，此外石油中還含硫、氧、氮、磷、釩等元素。可溶于多種有機(jī)溶劑，不溶于水，但可與水形成乳狀液。按密度范圍分為輕質(zhì)原油、中質(zhì)原油和重質(zhì)原油。不過不同油田的石油成分和外貌可以有很大差別。

**奧里乳化油：**一種產(chǎn)于南美委內(nèi)瑞拉奧里諾科河油田的瀝青狀高粘稠油經(jīng)乳化自理形成的含水30%的液體。在這種乳化油中，水為連續(xù)相，呈“水包油”狀，其中的瀝青油顆粒一般在10 μm左右。乳化油其流動(dòng)性好于原油；比原油難于著火，閃點(diǎn)120 ℃；低位發(fā)熱量為27～29 MJ/kg；在5～70 ℃之外其穩(wěn)定性急劇下降，直至破乳，即油水分離，形成瀝青塊不宜燃用。

**油母頁巖又稱為油頁巖：**是由粉沙、淤泥和低等生物殘?bào)w腐解的有機(jī)質(zhì)沉積形成的。有機(jī)質(zhì)在厭氧細(xì)菌的活動(dòng)下，經(jīng)過瀝青化作用并與摻入的粉沙、淤泥等形成含礦物雜質(zhì)較多的腐泥物質(zhì)，沉積在地下深處，經(jīng)成巖作用和揮發(fā)物質(zhì)散失等物理化學(xué)作用，成為油頁巖層。油頁巖呈淡褐色到暗褐色，暗淡無光澤，經(jīng)干餾可獲得頁巖油。頁巖油經(jīng)煉制可獲汽油、煤油、柴油、潤(rùn)滑油和石蠟等。含油率和發(fā)熱量是油頁巖工業(yè)用途的重要工藝指標(biāo)，工業(yè)要求最低含油率在 4%以上，發(fā)熱量一般在 8．4兆焦/千克左右，是煤的 25%～50%。

**油母頁油：**將油頁巖打碎并加熱至500℃左右，就可以得到頁巖油。我國常稱頁巖油為人造石油。一般來說，1噸油頁巖可提煉出38至378公升（相當(dāng)于0.3至3.2桶）頁巖油。頁巖油加氫裂解精制后，可獲得汽油、煤油、柴油、石蠟、石焦油等多種化工產(chǎn)品。

燃料電池燃料電池是一種高效、清潔的電化學(xué)發(fā)電裝置，近年來得到國內(nèi)外普遍重視。燃料電池在宇宙飛船、航天飛機(jī)及潛艇動(dòng)力源方面已經(jīng)得到應(yīng)用，在汽車、電站及便攜式電源等民用領(lǐng)域成功地示范。3

燃料電池( Fuel Cell，F(xiàn)C) 是把燃料中的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電裝置．按電解質(zhì)分類，燃料電池一般包括質(zhì)子交換膜燃料電池( Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEM-FC) 、磷酸燃料電池 ( Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC) 、堿性燃料電池 ( Alkaline Fuel Cell，AFC ) 、固體 氧 化 物 燃 料 電 池 ( Solid Oxide Fuel Cell，SOFC) 及熔融碳酸鹽燃料電池 ( Molten CarbonateFuel Cell，MCFC) 等。3

燃料電池從發(fā)明至今已經(jīng)經(jīng)歷了 100 多年的歷程。近 20 年以來，燃料電池這種高效、潔凈的能量轉(zhuǎn)化裝置得到了各國政府、開發(fā)商及研究機(jī)構(gòu)的普遍重視。燃料電池在交通運(yùn)輸、便攜式電源、分散電站、航空/天及水下潛器等民用與軍用領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。3

常見的氣體燃料利用氣體燃料主要包括常規(guī)天然氣、煤層氣、垃圾填埋氣、頁巖氣等輕質(zhì)氣體燃料。這些燃料資源豐富且燃燒清潔。

氣體燃料除了可以用于民用及工業(yè)加熱設(shè)備外，還可以廣泛應(yīng)用于動(dòng)力領(lǐng)域，用于運(yùn)載器動(dòng)力設(shè)備和發(fā)電設(shè)備。在動(dòng)力領(lǐng)域中，主要設(shè)備是氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。

要想充分利用氣體燃料資源，需要：

1、健全煤層氣利用設(shè)施。我國煤層氣的開采已經(jīng)進(jìn)入高速發(fā)展階段，而相應(yīng)的利用設(shè)施還不健全。我國應(yīng)當(dāng)合理規(guī)劃天然氣管道的布置，利用開采和運(yùn)輸天然氣資源的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)來推動(dòng)煤層氣的發(fā)展。

2、規(guī)范市場(chǎng)，優(yōu)化資源利用比例。我國的常規(guī)天然氣和煤層氣資源分布基本屬于互補(bǔ)的狀態(tài)；垃圾填埋氣的分布則較為分散，垃圾填埋場(chǎng)的規(guī)模以中小型居多，需要的發(fā)電機(jī)組個(gè)數(shù)少，功率大多在1000KW左右，因此對(duì)小型 LFG發(fā)電機(jī)組的需求量大；頁巖氣資源的開采才剛剛起步，其分布和儲(chǔ)藏量有待進(jìn)一步探明。針對(duì)這些我國特有的國情，對(duì)于不同地區(qū)應(yīng)有不同的氣體燃料發(fā)展側(cè)重點(diǎn)，提高氣體燃料的利用效率。

3、加快氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的研究。我國對(duì)于大型氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用起步較晚，現(xiàn)有國產(chǎn)機(jī)型的熱效率和強(qiáng)化指標(biāo)都偏低，這大大制約了我國氣體燃料的應(yīng)用和發(fā)展。國家在給予氣體燃料開發(fā)補(bǔ)助的同時(shí)，需要進(jìn)一步提高對(duì)氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研發(fā)的重視程度，加快氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的研究進(jìn)度，盡快掌握高水平氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)核心技術(shù)，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國際先進(jìn)水平發(fā)動(dòng)機(jī)，站穩(wěn)國內(nèi)市場(chǎng)，面向國際市場(chǎng)。

4、針對(duì)不同的氣體燃料，優(yōu)化氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。目前我國氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)主要使用的燃料是常規(guī)天然氣，大部分性能優(yōu)化都是針對(duì)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的，對(duì)于使用垃圾填埋氣及煤層氣的內(nèi)燃機(jī)研究較少。雖然垃圾填埋氣和煤層氣的主要成分都是甲烷，但它們各自特點(diǎn)不同。垃圾填埋氣中含有大量的二氧化碳，而煤層氣的甲烷含量波動(dòng)范圍大，所以需要在燃料提純、燃料改性方面做大量的研究工作，同時(shí)，還要提高發(fā)動(dòng)機(jī)本身的適應(yīng)性，針對(duì)不同燃料優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能，研制出適合不同氣體燃料的機(jī)型。4

生物質(zhì)燃料利用生物質(zhì)燃料是一種可再生的新能源，開發(fā)利用生物質(zhì)燃料不僅能緩解能源危機(jī)，而且可以減輕環(huán)境污染，同時(shí)也節(jié)約了能源。要走可持續(xù)發(fā)展的道路，開發(fā)利用生物質(zhì)燃料資源，意義十分重大。5

生物質(zhì)是生物質(zhì)能量的載體，是一切有生命的可以再生的有機(jī)物質(zhì)的總稱，包括動(dòng)植物和微生物。可以為人類提供生物質(zhì)燃料的生物質(zhì)種類繁多，大致可以分為6大類：①木質(zhì)素：木塊、木屑、樹皮、樹根等；②農(nóng)業(yè)廢棄物：秸稈、果核、玉米芯、蔗渣等；③水生植物：藻類、水葫蘆等；④油料作物：棉籽、麻籽、烏桕、油桐等；⑤加工廢棄物：食品加工廠、屠宰場(chǎng)、酒廠、紙廠等加工排放的廢渣、廢液以及城市垃圾；⑥糞便：人及牲畜的糞便。5

生物質(zhì)燃料的利用方式很多，一般可劃分為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)生物質(zhì)燃料。固態(tài)生物質(zhì)燃料利用：直接燃燒，固化成型，與煤混燃(生物煤)，與固態(tài)氧化劑混合成新型燃料等；液態(tài)生物質(zhì)燃料利用：生物質(zhì)熱裂解制燃料油，生物質(zhì)液化制醇類燃料，植物燃料油制生物柴油，生物質(zhì)漿體燃料等；氣態(tài)生物質(zhì)燃料利用：生物質(zhì)制沼氣，生物質(zhì)氣化，生物質(zhì)制氫等。5

生物質(zhì)燃料利用的展望：開發(fā)低成本、高效率的技術(shù)是今后生物質(zhì)燃料利用的總趨勢(shì)；和發(fā)電技術(shù)聯(lián)用的綜合利用技術(shù)前景廣闊；燃料范圍較廣的技術(shù)將具優(yōu)越性。5