煤的化学成分与性质

第二章燃料第一节燃料的种类第二节煤的化学成分与性质燃料的定义在经济上和技术上适合于产生热量的材料为燃料。核能燃料—可控核裂变与和聚变有机燃料—以各种形式在自然界存在的碳氢化合物燃料总类有机燃料的物理状态分为：固体燃料、液体燃料和气体燃料液体燃料—石油及其制品—轻油、柴油、重油煤气—城市煤气、高炉煤气、焦炉煤气油页岩锅炉燃料气体燃料固体燃料煤—无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤、泥煤等木材，生物质沼气天然气、液化石油气第二章燃料第一节燃料的种类第二节煤的化学成分与性质一、煤的组成特点可燃成分和不可燃成分组成的复杂组合物，结构非常复杂。各组成元素并不单独游离存在，而是以复杂的化合物存在，成分十分不均匀。二、煤的化学成分煤的化学分析（元素分析）成分分为：C，H，O，N，S，A(ash)，M(moisture)可燃成分—C，H，部分S不可燃成分—其它成分碳C最主要的可燃质，煤是富含碳的燃料，燃烧产物主要是CO2，碳含量取决于碳富集程度，炭化及年龄。碳的发热量：7800kcal/kg，4.182系数一般含量：30%~70%，关于热量单位：kcal（工程）,kJ（国际）,BTU（英制）…氢H发热量很高，达28600kcal/kg，极易燃烧，煤中含量很少，仅为2%~5%，液体燃料中可达到14%，天然气中最多。硫S部分S属于可燃质发热量仅2160kcal/kg对锅炉设备及环境的危害很大硫的含量0.2~5%，甚至更高，超过1%，既为高硫煤。在煤中硫以三种状态存在：有机硫硫化铁全硫硫酸盐—不燃烧，含量很少，并入灰分可燃硫（挥发硫），燃烧生成SO2有机硫氧O氧不可燃，且不助燃，氧不以游离状态存在于煤中，与煤中的氢和碳组成化合物，占据部分可燃质，使煤发热量降低。氧的含量1~15%，木柴中的氧含量达到20%~25%。氮N氮是一种不利的元素，在高温环境下，与氧形成氮氧化物，对环境危害极大。煤中氮的含量~1%。灰分A煤中不可燃矿物杂质，成分十分复杂，大多数煤的灰分含量7%~40%。灰分内在灰分外在灰分—产生于开采、运输、贮藏过程中一次灰分—成煤前植物中含有的矿物质，均匀分布在可燃质中二次灰分—在煤形成过程中，外界带入的杂质，呈粒状分布水分M含量一般在1~30%，多在10%左右。内在水分—也称为吸附水分或风干水分，即煤经过风干后的水分外在水分—经过风干后可以脱除掉的那部分水分，受运输，贮存条件等影响，变化很大。水分三、煤成分的表示方法及其换算用各个成分的质量百分数来表示;水分和灰分所占质量较大，且随外界条件有较大的波动;采用四种不同的“基”准的质量成分表示:1.收到基ar；2.空气干燥基ad；3.干燥基d；4.干燥无灰基daf.收到基（下标符号为ar）表示燃料中全部成分的质量百分数总和是锅炉燃料燃烧计算的原始依据。Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%空气干燥基（下标符号为ad）表示在不含外在水分的条件下，燃料各组成成分的质量百分数总和，是实验室煤质分析所用煤样的成分组成。Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%干燥基（下标符号为d）表示在不含水分的条件下干燥燃料各组成成分的质量百分数总和干基中各成分不受水分变化的影响Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%干燥无灰基（下标符号为daf）表示在不含水分和灰分的条件下，干燥无灰燃料各组成成分的质量百分数总和，干燥无灰基中只包含燃料的可燃成分，各成分不受水分和灰分变化的影响，煤炭交易。Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%煤质分析结果（基准）的表示方法：序号基准定义符号（小标）备注1收到基以收到状态的煤为基准Ar设计时可将此作为应用状态对待2空气干燥基与空气湿度达到平衡状态的煤为基准Ad3干燥基以假想无水状态的煤为基准d同义词可为干基4干燥无灰基以假想无水、无灰状态的煤为基准daf以往概念的可燃基，已经禁用5干燥无矿物质基以假想无水、无矿物质状态的煤为基准dmmf6恒湿无矿物质基以假想含最高水分、无矿物质状态的煤为基准mmf各种基的换算（略）查表，查图，查手册。作业：编制计算程序，完成换算。四、煤的发热量两种发热量的定义：1．高位发热量Qgr1kg煤完全燃烧时放出的全部热量，包括烟气中水蒸汽凝结时放出的热量。2．低位发热量Qnet在1kg煤完全燃烧时放出的全部热量中扣除水蒸汽汽化潜热后所得的热量。即煤中可燃质的一部分燃烧热量被用于水分的汽化，没有得到利用。单位为kcal/kg，或者kJ/kg，MJ/kg。高位发热量与低位发热量间的换算公式煤的高位发热量减去煤中水和氢燃烧生成水的蒸发潜热所得到的热量为低位发热量，r为水的蒸发潜热，取为2510kJ/kg。)9(1.25)100100900(,,,arargrararargrarnetarMHQMHQQ几点说明实验室所测是全部热量（高位），锅炉排烟温度均较高（110C以上），烟气中水未蒸汽凝结，将这部分气化潜热带走。我国均采用低位发热量。有些国家采用高位发热量，必要时说明。表示煤的发热量同样分为不同的“基”，因此，也存在之间的换算。作业：编制换算程序。五、折算水分、折算灰分与折算硫分的概念硫分、灰分与水分对锅炉工作的影响1）降低煤的发热量2）降低燃烧温度，不利于燃料的着火与燃烧3）增加烟气容积，排烟温度升高，排烟损失增加，锅炉效率下降4）加剧锅炉受热面的低温腐蚀与积灰5）增加通风电耗。采用折算成分的目的比较锅炉燃烧不同煤时，带入炉内的水、灰和硫的质量—煤的折算成分，定义：每送入炉内1MJ热量，随燃料带入炉内的某成分的质量，分别为折算水分、折算灰分和折算硫分以灰分为例，同一锅炉燃烧三种不同煤时，采用折算成分的必要性煤种灰分发热量燃煤量总计带入的灰量折算灰分kg/hkg/h褐煤9.92970~1000993.3烟煤196137~500953.09折算成分的表达式要产生同样的热量，带入锅炉的灰量取决于煤灰分含量与发热量，与灰分含量成正比，与发热量成反比。采用此比例式来代表带入的灰量，因该比值很小，故乘1000。折算水分MJgQMQMMarVnetararVnetarzsar/10)1000(,,4,,折算灰分MJgQAQAAarVnetararVnetarzsar/10)1000(,,4,,MJgQSQSSarVnetararVnetarzsar/10)1000(,,4,,折算硫分采用折算成分判断煤中水分、灰分和硫分高、中、低的大致范围如表所示。折算成分（）低中等高折算水分7.07.0~12.012.0折算灰分12.012.0~17.017.0折算硫分0.50.5~1.31.3六、标准煤概念单纯以燃煤量的多少来比较不同锅炉的经济性不妥，须折算到统一标准，标准煤的概念，规定低位发热量为7000kcal/kg（或者kJ/kg，MJ/kg）的煤为标准煤，将发热量不是7000kcal/kg的煤统一折算到7000kcal/kg来进行比较。用于计算和比较标准煤耗等七、气体燃料容积组成表示和换算气体燃料的组成通常用两种表示方法1—干气体组成（不包含水分）2—湿气体（包含水分）%100222242222ggggggggnnCOSHNOHCHCOHC%1002222242222sssssssssnnOHCOSHNOHCHCOHC八、煤质分析1．煤质分析方法（1）元素分析全面测定煤的所有成分以及挥发份与发热量等。（2）工业分析测定水分、灰分、灰熔融特性、煤粉细度、挥发份以及发热量等。工业分析在电厂常用（唯一的实验内容）煤质分析的内容1．煤元素分析2．煤中水分含量测定3．煤中灰分含量测定4.煤发热量测定5.挥发份及其测定6．灰的熔融性及测定1．煤元素分析（专门仪器）2．煤中水分测定包括测定外在水分与内在水分。3．煤中灰分测定将煤粉试样在电炉中灰化。4.煤发热量测定绝热式量热计（注意：扣除生成硫酸和硝酸的热量）5．挥发份及其测定挥发份定义：失去水分的煤样在隔绝空气的条件下加热到一定温度时，煤分解逸出的部分可燃质和矿物质。主要成分是CO、CO2、CmHn、H2等。收到基挥发份含量在5%~40%之间。表示方法：V，Vdaf，等，也存在换算。影响因素：挥发份的多少和组成与煤的年代有关热解程度随加热速率、加热温度和加热时间而变，须在统一条件下测定。挥发份的发热量取决于挥发份的成分挥发份的多少与组成影响到着火，是对动力用煤进行分类的重要依据。•焦炭=固定炭+灰分：失去水分并放出挥发份后所剩余的残留物称为焦炭。6．灰的熔融性及测定炉膛内温度很高，煤中灰颗粒一般呈熔化或软化状态，对锅炉工作影响极大。对锅炉的主要危害是造成锅炉受热面结渣，传热恶化，掉渣灭火或事故。灰分成分不同，发生熔化的温度也不同。高熔点成分+低熔点成分，无固定的熔点，壁面距壁面的距离温度高灰熔点煤低灰熔点煤灰熔融性的测定将灰制成特定形状的灰堆，加热升温1300℃以上，采用三个特征温度来表示灰的熔融特性。t1—开始变形温度；t2—软化温度t3—熔化温度结渣判别：一般认为，t21350℃，不易结渣；t21350℃，易结渣；t11200℃，易结渣；各种各样的结渣判定指标（研究的热点）煤粉炉的排渣方式固态排渣炉—排渣为固态（广泛采用）；液态排渣炉—排渣为液态。煤质分析小结：1．煤质分析方法2．煤中水分测定3．煤中灰分测定4.煤发热量的测定5.挥发份及其测定6．灰的熔融性及测定第二章燃料第一节燃料的种类第二节煤的化学成分与性质第三节我国发电厂煤粉锅炉用煤的分类电厂动力用煤分类根据煤的燃烧特性，以挥发份、灰分、水分、硫分和灰熔融特性作为主要的分类指标，以煤的发热量作为辅助分类指标VAMST分类标准无烟煤：Vdaf≤10%，含碳最多，发热量高，难以点燃；贫煤：Vdaf=10~20%，灰分较多；烟煤：Vdaf=10~50%，含碳多，灰、水少，发热量高褐煤：Vdaf40%，水分与灰分高，发热量低，着火与燃烧容易。无烟煤年代挥发份含量%贫煤烟煤褐煤简要回答煤的成分组成是什么？采用哪几种“基”来表示煤成分的质量百分比，为什么？煤的高位发热量与低位发热量的区别。高位发热量在不同“基”下的换算，是否需要考虑水分汽化潜热的影响？炉膛的结渣可能性与灰熔点的关系。