煤的化學(xué)成分與性質(zhì)

1、第二章第二章 燃料燃料 第一節(jié) 燃料的種類燃料的種類 第二節(jié)第二節(jié) 煤的化學(xué)成分與性質(zhì)煤的化學(xué)成分與性質(zhì) 燃料的定義 n在經(jīng)濟上和技術(shù)上適合于產(chǎn)生熱量的材料為燃料。 核能燃料可控核裂變與和聚變 有機燃料以各種形式在自然界存在的碳氫化合物 燃料總類 有機燃料的物理狀態(tài)分為： 固體燃料、液體燃料和氣體燃料 液體燃料石油及其制品輕油、柴油、重油 煤氣城市煤氣、高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣 油頁巖 鍋爐燃料 氣體燃料 固體燃料 煤無煙煤、貧煤、煙煤、褐煤、泥煤等 木材，生物質(zhì) 沼氣 天然氣、液化石油氣 第二章第二章 燃料燃料 第一節(jié) 燃料的種類燃料的種類 第二節(jié)第二節(jié) 煤的化學(xué)成分與性質(zhì)煤的化學(xué)成分與性質(zhì) 一、

2、煤的組成特點 n可燃成分和不可燃成分組成的復(fù)雜組合物，結(jié) 構(gòu)非常復(fù)雜。 n各組成元素并不單獨游離存在，而是以復(fù)雜的 化合物存在，成分十分不均勻。 二、煤的化學(xué)成分煤的化學(xué)成分 n煤的化學(xué)分析（元素分析）成分分為： nC，H，O，N，S，A(ash)，M(moisture) 可燃成分可燃成分C，H，部分，部分S 不可燃成分不可燃成分其它成分其它成分 碳 C n最主要的可燃質(zhì)，煤是富含碳的燃料， n燃燒產(chǎn)物主要是CO2， n碳含量取決于碳富集程度，炭化及年齡。 n碳的發(fā)熱量：7800kcal/kg，4.182系數(shù) n一般含量：30%70%， n關(guān)于熱量單位： kcal（工程）, kJ（國際）, B

3、TU（英制） 氫 H n發(fā)熱量很高，達28600kcal/kg，極易燃燒， n煤中含量很少，僅為2%5%， n液體燃料中可達到14%， n天然氣中最多。 硫 S 部分S屬于可燃質(zhì) 發(fā)熱量僅2160kcal/kg 對鍋爐設(shè)備及環(huán)境的危害很大 硫的含量0.25%，甚至更高，超過1%，既為高硫煤。 在煤中硫以三種狀態(tài)存在： 有機硫有機硫硫化鐵硫化鐵 全硫全硫 硫酸鹽硫酸鹽不燃燒，含量很少，并入灰分不燃燒，含量很少，并入灰分 可燃硫（揮發(fā)硫），燃燒生成可燃硫（揮發(fā)硫），燃燒生成SO2 有機硫有機硫 氧 O 氧不可燃，且不助燃，氧不以游離狀態(tài)存在于煤 中，與煤中的氫和碳組成化合物，占據(jù)部分可燃 質(zhì)，使煤

4、發(fā)熱量降低。 氧的含量115%，木柴中的氧含量達到20%25%。 氮 N n氮是一種不利的元素，在高溫環(huán)境下，與氧形成 氮氧化物，對環(huán)境危害極大。 n煤中氮的含量1%。 灰分A 煤中不可燃礦物雜質(zhì)，成分十分復(fù)雜，大多數(shù)煤的灰分 含量7%40%。 灰分灰分 內(nèi)在灰分內(nèi)在灰分 外在灰分外在灰分產(chǎn)生于開采、運輸、貯藏過程中產(chǎn)生于開采、運輸、貯藏過程中 一次灰分一次灰分成煤前植物中含有的礦物質(zhì)，均勻分布在可燃質(zhì)中成煤前植物中含有的礦物質(zhì)，均勻分布在可燃質(zhì)中 二次灰分二次灰分在煤形成過程中，外界帶入的雜質(zhì)，呈粒狀分布在煤形成過程中，外界帶入的雜質(zhì)，呈粒狀分布 水分M n含量一般在130%，多在10%左右

5、。 內(nèi)在水分內(nèi)在水分也稱為吸附水分或風(fēng)干水分，即煤經(jīng)過風(fēng)干后的水分也稱為吸附水分或風(fēng)干水分，即煤經(jīng)過風(fēng)干后的水分 外在水分外在水分經(jīng)過風(fēng)干后可以脫除掉的那部分水分，受運輸，貯存條經(jīng)過風(fēng)干后可以脫除掉的那部分水分，受運輸，貯存條 件等影響，變化很大。件等影響，變化很大。 水分水分 三、煤成分的表示方法及其換算煤成分的表示方法及其換算 n用各個成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示; n水分和灰分所占質(zhì)量較大，且隨外界條件有較大的波動; n采用四種不同的“基”準(zhǔn)的質(zhì)量成分表示: 1.收到基ar； 2.空氣干燥基ad； 3.干燥基d； 4.干燥無灰基daf. 收到基（下標(biāo)符號為ar） n表示燃料中全部成分的質(zhì)量百分

6、數(shù)總和 n是鍋爐燃料燃燒計算的原始依據(jù)。 Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100% 空氣干燥基（下標(biāo)符號為ad） n表示在不含外在水分的條件下，燃料各組成成分的 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總和， n是實驗室煤質(zhì)分析所用煤樣的成分組成。 Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100% 干燥基（下標(biāo)符號為d） n表示在不含水分的條件下干燥燃料各組成成分的質(zhì) 量百分?jǐn)?shù)總和 n干基中各成分不受水分變化的影響 Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100% 干燥無灰基（下標(biāo)符號為daf） n表示在不含水分和灰分的條件下，干燥無灰燃料各 組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總和， n干燥無灰基中只

7、包含燃料的可燃成分，各成分不受 水分和灰分變化的影響， n煤炭交易。 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100% 煤質(zhì)分析結(jié)果（基準(zhǔn)）的表示方法： 序 號 基準(zhǔn) 定義 符號（小標(biāo)） 備注 1 收到基 以收到狀態(tài)的煤為基準(zhǔn) Ar 設(shè)計時可將此作 為應(yīng)用狀態(tài)對待 2 空氣干燥基 與空氣濕度達到平衡狀態(tài)的 煤為基準(zhǔn) Ad 3 干燥基 以假想無水狀態(tài)的煤為基準(zhǔn) d 同義詞可為干基 4 干燥無灰基 以假想無水、 無灰狀態(tài)的煤為 基準(zhǔn) daf 以往概念的可燃 基，已經(jīng)禁用 5 干燥無礦物質(zhì)基 以假想無水、 無礦物質(zhì)狀態(tài)的 煤為基準(zhǔn) dmmf 6 恒濕無礦物質(zhì)基 以假想含最高水分、 無礦物質(zhì)

8、 狀態(tài)的煤為基準(zhǔn) mmf 各種基的換算（略）各種基的換算（略） n查表，查圖，查手冊。 n作業(yè)：編制計算程序，完成換算。 四、煤的發(fā)熱量煤的發(fā)熱量 n兩種發(fā)熱量的定義： 1高位發(fā)熱量Qgr n1kg煤完全燃燒時放出的全部熱量，包括煙氣 中水蒸汽凝結(jié)時放出的熱量。 2低位發(fā)熱量Qnet n在1kg煤完全燃燒時放出的全部熱量中扣除水 蒸汽汽化潛熱后所得的熱量。即煤中可燃質(zhì)的 一部分燃燒熱量被用于水分的汽化，沒有得到 利用。 單位為kcal/kg，或者kJ/kg，MJ/kg。 高位發(fā)熱量與低位發(fā)熱量間的換算公式高位發(fā)熱量與低位發(fā)熱量間的換算公式 煤的高位發(fā)熱量減去煤中水和氫燃燒生成水的蒸發(fā)潛熱所得

9、到的熱量為低位發(fā)熱量， r為水的蒸發(fā)潛熱，取為2510 kJ/kg。 )9( 1 .25) 100100 900 ( ,arargrar arar grarnetar MHQ MH QQ 幾點說明 n實驗室所測是全部熱量（高位），鍋爐排煙溫度均 較高（110C以上），煙氣中水未蒸汽凝結(jié)，將這部 分氣化潛熱帶走。 n我國均采用低位發(fā)熱量。有些國家采用高位發(fā)熱量， 必要時說明。 n表示煤的發(fā)熱量同樣分為不同的“基”，因此，也 存在之間的換算。 n作業(yè)：編制換算程序。 五、折算水分、折算灰分與折算硫分的概念折算水分、折算灰分與折算硫分的概念 n硫分、灰分與水分對鍋爐工作的影響 1）降低煤的發(fā)熱量 2

10、）降低燃燒溫度，不利于燃料的著火與燃燒 3）增加煙氣容積，排煙溫度升高，排煙損失增加， 鍋爐效率下降 4）加劇鍋爐受熱面的低溫腐蝕與積灰 5）增加通風(fēng)電耗。 采用折算成分的目的 n比較鍋爐燃燒不同煤時，帶入爐內(nèi)的水、灰和硫的 質(zhì)量煤的折算成分， n定義：每送入爐內(nèi)1MJ熱量，隨燃料帶入爐內(nèi)的某成 分的質(zhì)量， n分別為折算水分、折算灰分和折算硫分 n 以灰分為例，同一鍋爐燃燒三種不同煤時，采用折算成分 的必要性 煤種灰分發(fā)熱量燃煤量總計帶入的灰量折算灰分 kg/hkg/h 褐煤 9.929701000993.3 煙煤 196137500953.09 折算成分的表達式 n要產(chǎn)生同樣的熱量，帶入鍋爐

11、的灰量取決于煤灰分含 量與發(fā)熱量， n與灰分含量成正比，與發(fā)熱量成反比。 n采用此比例式來代表帶入的灰量， n因該比值很小，故乘1000。 折算水分折算水分 MJg Q M Q M M arVnet ar arVnet arzs ar /10 ) 1000 ( , 4 , 折算灰分折算灰分 MJg Q A Q A A arVnet ar arVnet arzs ar /10 ) 1000 ( , 4 , MJg Q S Q S S arVnet ar arVnet arzs ar /10 ) 1000 ( , 4 , 折算硫分折算硫分 n采用折算成分判斷煤中水分、灰分和硫分高、中、低 的大致范

12、圍如表所示。 折算成分（）低中等高 折算水分12.0 折算灰分17.0 折算硫分1.3 六、標(biāo)準(zhǔn)煤概念 n單純以燃煤量的多少來比較不同鍋爐的經(jīng)濟性不妥， 須折算到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)， n標(biāo)準(zhǔn)煤的概念，規(guī)定低位發(fā)熱量為7000kcal/kg（或 者kJ/kg，MJ/kg）的煤為標(biāo)準(zhǔn)煤， n將發(fā)熱量不是7000 kcal/kg的煤統(tǒng)一折算到7000 kcal/kg來進行比較。 n用于計算和比較標(biāo)準(zhǔn)煤耗等 七、氣體燃料容積組成表示和換算 n氣體燃料的組成通常用兩種表示方法 n1干氣體組成（不包含水分） n2濕氣體（包含水分） %100 222242222 gggggggg nn COSHNOHCHCOHC %

13、100 2222242222 sssssssss nn OHCOSHNOHCHCOHC 八、煤質(zhì)分析煤質(zhì)分析 1煤質(zhì)分析方法 （1）元素分析 全面測定煤的所有成分以及揮發(fā)份與發(fā)熱量等。 （2）工業(yè)分析 測定水分、灰分、灰熔融特性、煤粉細度、揮 發(fā)份以及發(fā)熱量等。 工業(yè)分析在電廠常用（唯一的實驗內(nèi)容） 煤質(zhì)分析的內(nèi)容 1煤元素分析 2煤中水分含量測定 3煤中灰分含量測定 4. 煤發(fā)熱量測定 5. 揮發(fā)份及其測定 6灰的熔融性及測定 1煤元素分析（專門儀器） 2煤中水分測定 包括測定外在水分與內(nèi)在水分。 3煤中灰分測定 將煤粉試樣在電爐中灰化。 4. 煤發(fā)熱量測定 絕熱式量熱計（注意：扣除生成硫酸

14、和硝酸的熱量） 5揮發(fā)份及其測定 n揮發(fā)份定義：失去水分的煤樣在隔絕空氣的條件下加熱到 一定溫度時，煤分解逸出的部分可燃質(zhì)和礦物質(zhì)。 n主要成分是CO、CO2、CmHn、H2等。 n收到基揮發(fā)份含量在5%40%之間。 n表示方法：V，Vdaf，等，也存在換算。 影響因素： l揮發(fā)份的多少和組成與煤的年代有關(guān) l熱解程度隨加熱速率、加熱溫度和加熱時間而變，須 在統(tǒng)一條件下測定。 l揮發(fā)份的發(fā)熱量取決于揮發(fā)份的成分 l揮發(fā)份的多少與組成影響到著火，是對動力用煤進行 分類的重要依據(jù)。 焦炭=固定炭+灰分：失去水分并放出揮發(fā)份后所剩余 的殘留物稱為焦炭。 6灰的熔融性及測定 n爐膛內(nèi)溫度很高，煤中灰顆粒一般呈熔化或軟化狀 態(tài)，對鍋爐工作影響極大。 n對鍋爐的主要危害是造成鍋爐受熱面結(jié)渣，傳熱惡 化，掉渣滅火或事故。 n灰分成分不同，發(fā)生熔化的溫度也不同。 n高熔點成分+低熔點成分，無固定的熔點， 壁面 距壁面的距離 溫度 高灰熔點煤 低灰熔點煤 灰熔融性的測定 n將灰制成特定形狀的灰堆，加熱升溫1300以上，采用三 個特征溫度來表示灰的熔融特性。 nt1開始變