燃料的性質(zhì)及煤的成分分析

1、第二章第二章 燃料燃料n第一節(jié) 燃料的種類(lèi)燃料的種類(lèi)n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(jì)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(jī)燃料以各種形式在自然界存在的碳?xì)浠衔锶剂峡傤?lèi) 有機(jī)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(yè)巖鍋爐燃料氣體燃料固體燃料煤無(wú)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n第一節(jié) 燃料的種類(lèi)燃料的種類(lèi)n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、煤的組成特點(diǎn)n可燃成分和不可燃成分

2、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(dú)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，N不可燃成分不可燃成分水分，惰性氣體，各種礦物質(zhì)水分，惰性氣體，各種礦物質(zhì)碳 Cn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(guó)際）, BTU（英制）氫 Hn發(fā)熱量很

3、高，達(dá)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(dá)到14%，n天然氣中最多。硫 S 部分S屬于可燃質(zhì)， 發(fā)熱量?jī)H2160kcal/kg， 對(duì)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(guò)1%，既為高硫煤。在煤中硫以三種狀態(tài)存在：有機(jī)硫有機(jī)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，氧 O1.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)，使煤發(fā)熱量降低。2.氧的含量115%，木柴中的氧含量達(dá)到20%2

4、5%。氮 Nn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(duì)環(huán)境危害極大。n煤中氮的含量1%?；曳諥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%?；曳只曳謨?nèi)在灰分內(nèi)在灰分外在灰分外在灰分產(chǎn)生于開(kāi)采、運(yùn)輸、貯藏過(guò)程中產(chǎn)生于開(kāi)采、運(yùn)輸、貯藏過(guò)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(guò)程中，外界帶入的雜質(zhì)，呈粒狀分布在煤形成過(guò)程中，外界帶入的雜質(zhì)，呈粒狀分布水分Mn含量一般在130%，多在10%左右。內(nèi)在水分內(nèi)在水分也稱(chēng)為吸附水分或風(fēng)干水分，即煤經(jīng)過(guò)風(fēng)干后的水分也稱(chēng)為吸附水分或風(fēng)干水

5、分，即煤經(jīng)過(guò)風(fēng)干后的水分外在水分外在水分經(jīng)過(guò)風(fēng)干后可以脫除掉的那部分水分，受運(yùn)輸，貯存條經(jīng)過(guò)風(fēng)干后可以脫除掉的那部分水分，受運(yùn)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(gè)成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來(lái)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(dòng);n采用四種不同的“基”準(zhǔn)的質(zhì)量成分表示:n1.收到基ar；n2.空氣干燥基ad；n3.干燥基d；n4.干燥無(wú)灰基daf.收到基（下標(biāo)符號(hào)為ar）n表示燃料中全部成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總和n是鍋爐燃料燃燒計(jì)算的原始依據(jù)。 Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%空

6、氣干燥基（下標(biāo)符號(hào)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(shí)驗(yàn)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(hào)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(wú)灰基（下標(biāo)符號(hào)為daf）n表示在不含水分和灰分的條件下，干燥無(wú)灰燃料各組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總和，n干燥無(wú)灰基中只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

7、結(jié)果（基準(zhǔn)）的表示方法： 序號(hào) 基準(zhǔn) 定義 符號(hào)（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(jì)時(shí)可將此作為應(yīng)用狀態(tài)對(duì)待 2 空氣干燥基 與空氣濕度達(dá)到平衡狀態(tài)的煤為基準(zhǔn) Ad 3 干燥基 以假想無(wú)水狀態(tài)的煤為基準(zhǔn) d 同義詞可為干基 4 干燥無(wú)灰基 以假想無(wú)水、 無(wú)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(wú)礦物質(zhì)基 以假想無(wú)水、 無(wú)礦物質(zhì)狀態(tài)的煤為基準(zhǔn) dmmf 6 恒濕無(wú)礦物質(zhì)基 以假想含最高水分、 無(wú)礦物質(zhì)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(cè)。n作業(yè)：編制計(jì)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

8、的定義：n1高位發(fā)熱量Qgrn1kg煤完全燃燒時(shí)放出的全部熱量，包括煙氣中水蒸汽凝結(jié)時(shí)放出的熱量。n2低位發(fā)熱量Qnetn在1kg煤完全燃燒時(shí)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(méi)有得到利用。n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)100100900(,arargrararargrarnetarMHQMHQQ幾點(diǎn)說(shuō)明n實(shí)驗(yàn)室所測(cè)是全部熱量（高位），鍋爐排煙

9、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(guó)均采用低位發(fā)熱量。有些國(guó)家采用高位發(fā)熱量，必要時(shí)說(shuō)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(duì)鍋爐工作的影響1）降低煤的發(fā)熱量2）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(shí)，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

10、，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(shí)，采用折算成分 的必要性煤種灰分發(fā)熱量燃煤量總計(jì)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(dá)式n要產(chǎn)生同樣的熱量，帶入鍋爐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(lái)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 MJgQMQMMarVnetararVnetarzsar/10)1000(,4,折算灰分折算灰分 MJgQAQAAarVnetararVnetarz

11、sar/10)1000(,4,MJgQSQSSarVnetararVnetarzsar/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(lái)比較不同鍋爐的經(jīng)濟(jì)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(lái)進(jìn)行比較。n用于計(jì)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

12、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）%100222242222 ggggggggnnCOSHNOHCHCOHC%1002222242222 sssssssssnnOHCOSHNOHCHCOHC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(cè)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(cè)定水分、灰分、灰熔融特性、煤粉細(xì)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(shí)驗(yàn)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(cè)定3煤中灰分含量測(cè)定4. 煤發(fā)熱量測(cè)定5. 揮發(fā)份及其測(cè)定6灰的熔融性及測(cè)定1煤元素分析（專(zhuān)門(mén)儀器）2煤中水分測(cè)定 包括測(cè)定外在水分

13、與內(nèi)在水分。3煤中灰分測(cè)定 將煤粉試樣在電爐中灰化。4. 煤發(fā)熱量測(cè)定 絕熱式量熱計(jì)（注意：扣除生成硫酸和硝酸的熱量）5揮發(fā)份及其測(cè)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(shí)，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(shí)間而變，須在統(tǒng)一條件下測(cè)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(duì)動(dòng)力用煤進(jìn)行分類(lèi)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(chēng)為焦炭。6灰的熔融性及測(cè)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(duì)鍋爐工作影響極大。n對(duì)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(diǎn)成分+低熔點(diǎn)成分，無(wú)固定的熔點(diǎn)，壁面距壁面的距離溫度高灰熔點(diǎn)煤低灰熔點(diǎn)煤灰熔融性的測(cè)定n將灰制成特定形狀的灰堆，加熱升溫1300C以上，采用三個(gè)特征溫度來(lái)表示灰的