燃料與燃燒--全書

1、燃料及燃燒學(xué)燃料及燃燒學(xué) 授課教師：王淅芬授課教師：王淅芬 Email: 教材及參考書教材及參考書 燃料及燃燒燃料及燃燒，韓昭滄主編，冶金工業(yè)出版社，韓昭滄主編，冶金工業(yè)出版社，20072007， 第二版第二版 燃燒理論與技術(shù)燃燒理論與技術(shù)，劉聯(lián)勝主編，化學(xué)工業(yè)出版社，劉聯(lián)勝主編，化學(xué)工業(yè)出版社， 20082008，第一版，第一版 工程燃燒學(xué)工程燃燒學(xué)，汪軍編著，中國電力出版社，汪軍編著，中國電力出版社，20082008，第，第 一版一版 燃燒學(xué)燃燒學(xué)，徐通模編著，機(jī)械工業(yè)大學(xué)出版社，徐通模編著，機(jī)械工業(yè)大學(xué)出版社，20112011， 第一版第一版 內(nèi)容概要內(nèi)容概要 固體燃料固體燃料 射流混合

2、過程射流混合過程 空氣需要量和空氣需要量和 燃燒產(chǎn)物生成量燃燒產(chǎn)物生成量 液體燃料液體燃料 燃燒傳播過程燃燒傳播過程 氣體燃料氣體燃料 燃燒溫度燃燒溫度 燃燒反映速度和反應(yīng)機(jī)理燃燒反映速度和反應(yīng)機(jī)理 13 15 2 10 7 11 燃料及燃燒 著火過程著火過程 4 6 空氣消耗系數(shù)及不完空氣消耗系數(shù)及不完 全燃燒損失的檢測計(jì)算全燃燒損失的檢測計(jì)算 8 1 3 5 9 12 14 16 異相燃燒異相燃燒 火焰的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定火焰的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定 氣體燃料的燃燒氣體燃料的燃燒 液體燃料的燃燒液體燃料的燃燒 固體燃料的燃燒固體燃料的燃燒 煤的氣化煤的氣化 第一篇第一篇 燃料概論燃料概論 第二篇第二篇 燃燒反

3、應(yīng)燃燒反應(yīng) 第三篇第三篇 燃燒基本原理燃燒基本原理 第四篇第四篇 燃燒方法與燃燒裝置燃燒方法與燃燒裝置 緒論緒論 獲得熱能獲得熱能 化石燃料，可再生能源，核能化石燃料，可再生能源，核能 熱能轉(zhuǎn)換熱能轉(zhuǎn)換 電能，動(dòng)力，機(jī)械能，化學(xué)能電能，動(dòng)力，機(jī)械能，化學(xué)能 熱能利用熱能利用 高效節(jié)能，安全合理高效節(jié)能，安全合理 環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù) 潔凈技術(shù)，減少污染潔凈技術(shù)，減少污染 熱力發(fā)電廠的能量轉(zhuǎn)換熱力發(fā)電廠的能量轉(zhuǎn)換 能源（化石及核燃料、新能源等）能源（化石及核燃料、新能源等） 鍋爐或其他設(shè)備鍋爐或其他設(shè)備 熱能（蒸汽、燃?xì)猓崮埽ㄕ羝?、燃?xì)猓㏕hermal energy 原動(dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī) 機(jī)械能機(jī)械能 M

4、echanical energy 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 電電 能能 Electric energy 一、一、 能源形勢能源形勢 1. 1. 能源分類和品質(zhì)能源分類和品質(zhì) 能源分類：能源分類： 一次能源：自然界天然存在，沒有經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換的能源一次能源：自然界天然存在，沒有經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換的能源 可再生能源可再生能源太陽能，水力，風(fēng)能，海洋能，潮汐能，地?zé)幔柲?，水力，風(fēng)能，海洋能，潮汐能，地?zé)幔?生物質(zhì)能等生物質(zhì)能等 非再生能源非再生能源原煤，原油，天然氣，核燃料原煤，原油，天然氣，核燃料 二次能源：由一次能源加工、轉(zhuǎn)換而成的能源制品二次能源：由一次能源加工、轉(zhuǎn)換而成的能源制品 電力、蒸汽、熱水、煤氣、焦

5、炭、汽油、煤油、電力、蒸汽、熱水、煤氣、焦炭、汽油、煤油、 柴油、重油、液化氣、沼氣、氫能柴油、重油、液化氣、沼氣、氫能 能源品質(zhì)：能源品質(zhì)：能流密度能流密度 kJ/kg(NmkJ/kg(Nm3 3) ) 、開發(fā)難度及費(fèi)用、存儲(chǔ)量、連、開發(fā)難度及費(fèi)用、存儲(chǔ)量、連 續(xù)供能、運(yùn)輸費(fèi)用、污染危險(xiǎn)、轉(zhuǎn)換品質(zhì)、可再生性、設(shè)備利用率。續(xù)供能、運(yùn)輸費(fèi)用、污染危險(xiǎn)、轉(zhuǎn)換品質(zhì)、可再生性、設(shè)備利用率。 2. 2. 中國能源資源現(xiàn)狀中國能源資源現(xiàn)狀 l我國能源我國能源-富煤富煤 貧油少氣貧油少氣 l煤為主要能源；煤為主要能源；6070%的一次能源來自煤，是世界上為數(shù)不多的幾個(gè)以的一次能源來自煤，是世界上為數(shù)不多的幾

6、個(gè)以 煤為主要能源國家之一；煤為主要能源國家之一；2005年煤炭在一次能源生產(chǎn)總量和消費(fèi)總量中的比年煤炭在一次能源生產(chǎn)總量和消費(fèi)總量中的比 重，分別為重，分別為76.3%和和68.7%；遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全球平均；遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全球平均27%和和27.8%； l一次能源分布：絕大部分化石燃料的儲(chǔ)藏量和一次能源產(chǎn)量在干旱的三北，一次能源分布：絕大部分化石燃料的儲(chǔ)藏量和一次能源產(chǎn)量在干旱的三北， 華北，西北和東北，而使用主要在東南沿海，需要大量的遠(yuǎn)距離輸送。華北，西北和東北，而使用主要在東南沿海，需要大量的遠(yuǎn)距離輸送。 l人口眾多，能源相對不足，人均擁有量遠(yuǎn)低于世界平均水平，煤炭、石油、人口眾多，能源相對不足，人

7、均擁有量遠(yuǎn)低于世界平均水平，煤炭、石油、 天然氣人均剩余可采儲(chǔ)量分別只有世界平均水平的天然氣人均剩余可采儲(chǔ)量分別只有世界平均水平的58.6、7.69和和7.05。 世界一次能源總供應(yīng)中各類能源所占比例 BP世界能源統(tǒng)計(jì)世界能源統(tǒng)計(jì)2006的數(shù)的數(shù) 據(jù)表明，以目前的開采速度計(jì)據(jù)表明，以目前的開采速度計(jì) 算，全球石油儲(chǔ)量可供生產(chǎn)算，全球石油儲(chǔ)量可供生產(chǎn)40 年，天然氣和煤炭則分別可以年，天然氣和煤炭則分別可以 供應(yīng)供應(yīng)65年和年和162年。年。 我國與世界能源結(jié)構(gòu)對比我國與世界能源結(jié)構(gòu)對比 煤炭依舊為全球增長最快的燃料，中煤炭依舊為全球增長最快的燃料，中 國消費(fèi)了全球煤炭的國消費(fèi)了全球煤炭的36.

8、9%，其中幾，其中幾 乎全部產(chǎn)自中國本土。乎全部產(chǎn)自中國本土。2005年，中國年，中國 的煤炭消費(fèi)增長了的煤炭消費(fèi)增長了10.9%，比，比2004年年 14.4%的消費(fèi)增長率有所降低。在中的消費(fèi)增長率有所降低。在中 國以外的其他地區(qū)，煤炭的增長平緩，國以外的其他地區(qū)，煤炭的增長平緩， 2005年增幅為年增幅為1.8%，略高于過去，略高于過去10年年 1.5%的平均增長率。的平均增長率。 我國一次能源總供應(yīng)中各類能源所占比例 地蘊(yùn)天成地蘊(yùn)天成 能量無限能量無限 風(fēng)能機(jī)械能電能 風(fēng)力機(jī)風(fēng)力機(jī) 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 太陽能熱發(fā)電太陽能熱發(fā)電 太陽能熱發(fā)電是利用集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能并通太陽能熱發(fā)電是利

9、用集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能并通 過熱力循環(huán)過程進(jìn)行發(fā)電，是太陽能熱利用的重要方面。過熱力循環(huán)過程進(jìn)行發(fā)電，是太陽能熱利用的重要方面。 根據(jù)太陽能熱動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)中所采用的集熱器的型式不同，根據(jù)太陽能熱動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)中所采用的集熱器的型式不同， 該系統(tǒng)可以分為分散型和集中型兩大類。該系統(tǒng)可以分為分散型和集中型兩大類。 集中型發(fā)電系統(tǒng)也稱為塔式接受器系統(tǒng)，它由平面鏡、跟集中型發(fā)電系統(tǒng)也稱為塔式接受器系統(tǒng)，它由平面鏡、跟 蹤機(jī)構(gòu)、支架等組成定日鏡陣列，這些定日鏡始終對準(zhǔn)太蹤機(jī)構(gòu)、支架等組成定日鏡陣列，這些定日鏡始終對準(zhǔn)太 陽，把入射光反射到位于場地中心附近的高塔頂端的接受陽，把入射光反射到位于場地中

10、心附近的高塔頂端的接受 器上。器上。 采用壓水式反應(yīng)堆的核電站采用壓水式反應(yīng)堆的核電站 采用壓水式反應(yīng)堆的核電站基本分為核島、常規(guī)島和核電站采用壓水式反應(yīng)堆的核電站基本分為核島、常規(guī)島和核電站 其他部分。由反應(yīng)堆產(chǎn)生的核能會(huì)通過在核島內(nèi)的蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸其他部分。由反應(yīng)堆產(chǎn)生的核能會(huì)通過在核島內(nèi)的蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸 汽，而核島所供應(yīng)的蒸汽會(huì)推動(dòng)常規(guī)島內(nèi)的渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。汽，而核島所供應(yīng)的蒸汽會(huì)推動(dòng)常規(guī)島內(nèi)的渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。 核電站其他部分則包括站內(nèi)的輔助設(shè)備及附屬設(shè)施等。核電站其他部分則包括站內(nèi)的輔助設(shè)備及附屬設(shè)施等。 核島內(nèi)的反應(yīng)堆會(huì)進(jìn)行核裂變，并產(chǎn)生熱力，熱力由一回路內(nèi)的核島內(nèi)的反應(yīng)堆會(huì)進(jìn)行

11、核裂變，并產(chǎn)生熱力，熱力由一回路內(nèi)的 高壓水帶到蒸汽發(fā)生器高壓水帶到蒸汽發(fā)生器( (即熱交換器即熱交換器) )，蒸汽發(fā)生器會(huì)將二回路給水轉(zhuǎn)，蒸汽發(fā)生器會(huì)將二回路給水轉(zhuǎn) 化為約化為約 6767巴巴( (或或 67006700千帕千帕) )的高壓蒸汽，再經(jīng)過蒸氣管送到常規(guī)的高壓蒸汽，再經(jīng)過蒸氣管送到常規(guī) 島，以推動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)。島，以推動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)。 在常規(guī)島內(nèi)，蒸汽會(huì)經(jīng)過多級渦輪機(jī)，然后進(jìn)入冷凝器。冷在常規(guī)島內(nèi)，蒸汽會(huì)經(jīng)過多級渦輪機(jī)，然后進(jìn)入冷凝器。冷 凝器再將蒸汽冷卻成水，即凝結(jié)水凝器再將蒸汽冷卻成水，即凝結(jié)水( (冷凝器的冷卻水由泵房以海水泵冷凝器的冷卻水由泵房以海水泵 從海中抽取從海中抽取)

12、 )。從冷凝器流出的凝結(jié)水。從冷凝器流出的凝結(jié)水( (即給水即給水) )會(huì)泵回核島內(nèi)的蒸汽會(huì)泵回核島內(nèi)的蒸汽 發(fā)生器，然后再次轉(zhuǎn)化為蒸汽。在這過程中，蒸氣會(huì)將渦輪發(fā)電機(jī)作發(fā)生器，然后再次轉(zhuǎn)化為蒸汽。在這過程中，蒸氣會(huì)將渦輪發(fā)電機(jī)作 高速轉(zhuǎn)動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)( (廣東核電站及嶺澳核電站所采用的渦輪發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速廣東核電站及嶺澳核電站所采用的渦輪發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 為每分鐘三千轉(zhuǎn)為每分鐘三千轉(zhuǎn)) )，從而產(chǎn)生電力及完成整個(gè)能源轉(zhuǎn)化過程。，從而產(chǎn)生電力及完成整個(gè)能源轉(zhuǎn)化過程。 二、可持續(xù)發(fā)展與科學(xué)發(fā)展觀二、可持續(xù)發(fā)展與科學(xué)發(fā)展觀 知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代：知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代： 信息科學(xué)技術(shù)信息科學(xué)技術(shù) 生命科學(xué)技術(shù)生命科學(xué)技

13、術(shù) 新能源與可再生能源新能源與可再生能源 新材料新材料 空間科學(xué)技術(shù)空間科學(xué)技術(shù) 海洋科學(xué)技術(shù)海洋科學(xué)技術(shù) 有利環(huán)境的科學(xué)技術(shù)有利環(huán)境的科學(xué)技術(shù) 管理科學(xué)技術(shù)管理科學(xué)技術(shù) 循環(huán)經(jīng)濟(jì)循環(huán)經(jīng)濟(jì) 三、三、 本課程的內(nèi)容和要求本課程的內(nèi)容和要求 1.1.基本知識(shí)：燃料性質(zhì)基本知識(shí)：燃料性質(zhì) （1 1） 建立起燃料的科學(xué)概念建立起燃料的科學(xué)概念 （2 2）掌握各種燃料具體性質(zhì)）掌握各種燃料具體性質(zhì) 2.2.基本方法：基本方法： 燃燒靜力學(xué)計(jì)算燃燒靜力學(xué)計(jì)算 （1 1）掌握計(jì)算原理和方法）掌握計(jì)算原理和方法 （2 2）通過計(jì)算加深對燃料性質(zhì)的了解）通過計(jì)算加深對燃料性質(zhì)的了解 3.3.基本理論：燃燒機(jī)理基

14、本理論：燃燒機(jī)理 （1 1）掌握和理解基本概念）掌握和理解基本概念 （2 2）了解影響燃燒過程的因素）了解影響燃燒過程的因素 4.4.基本能力基本能力 （1 1）掌握燃燒方法）掌握燃燒方法 （2 2）燃燒裝置的設(shè)計(jì)和工作原理）燃燒裝置的設(shè)計(jì)和工作原理 5. 5. 學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求 （1 1）正確地選擇燃料）正確地選擇燃料 （2 2）掌握燃燒計(jì)算方法）掌握燃燒計(jì)算方法 （3 3）組織燃燒過程）組織燃燒過程 （4 4） 設(shè)計(jì)燃燒裝置設(shè)計(jì)燃燒裝置 第一篇第一篇 燃料概論燃料概論 固體燃料固體燃料 液體燃料液體燃料 氣體燃料氣體燃料 燃料概論燃料概論 燃料：燃料：由自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或與其它物質(zhì)反應(yīng)

15、使之由自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或與其它物質(zhì)反應(yīng)使之 持續(xù)地轉(zhuǎn)化為化學(xué)能或核能的物質(zhì)總稱。持續(xù)地轉(zhuǎn)化為化學(xué)能或核能的物質(zhì)總稱。 通常概念：通常概念：在空氣或氧氣存在的情況下發(fā)生連續(xù)反應(yīng)在空氣或氧氣存在的情況下發(fā)生連續(xù)反應(yīng) （氧化）而發(fā)熱的單質(zhì)（分子、原子）、化合物及混合（氧化）而發(fā)熱的單質(zhì)（分子、原子）、化合物及混合 物。物。 工業(yè)燃料的一般要求：工業(yè)燃料的一般要求： （1 1）在當(dāng)前技術(shù)條件下，單位質(zhì)量（體積）燃料燃燒時(shí)，）在當(dāng)前技術(shù)條件下，單位質(zhì)量（體積）燃料燃燒時(shí)， 單位時(shí)間內(nèi)放出的熱量要足夠大，放熱速度足夠快，并單位時(shí)間內(nèi)放出的熱量要足夠大，放熱速度足夠快，并 可以有效地加以利用；可以有效地

16、加以利用； （2 2） 燃燒產(chǎn)物為氣態(tài)，熱量包含其中，使之能夠在燃燒燃燒產(chǎn)物為氣態(tài)，熱量包含其中，使之能夠在燃燒 地點(diǎn)以外加以利用其熱量；地點(diǎn)以外加以利用其熱量； 物物 態(tài)態(tài) 天天 然然 的的 人人 造造 的的 固體燃料固體燃料木材、木材、 煤炭、可燃頁巖煤炭、可燃頁巖木炭、焦炭木炭、焦炭 液體燃料液體燃料石油石油汽油、煤油、柴油、焦油等汽油、煤油、柴油、焦油等 氣體燃料氣體燃料天然氣天然氣焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、發(fā)生焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、發(fā)生 爐煤氣、石油液化汽等爐煤氣、石油液化汽等 （3 3）燃燒產(chǎn)物對被加熱物體沒有不利作用，對人無害；）燃燒產(chǎn)物對被加熱物體沒有不利作用，對人無害； （4 4）燃

17、燒過程能被控制；）燃燒過程能被控制； （5 5）有足夠的儲(chǔ)藏量，便于開采和運(yùn)輸，經(jīng)濟(jì)上合理。）有足夠的儲(chǔ)藏量，便于開采和運(yùn)輸，經(jīng)濟(jì)上合理。 煤是古代植物埋藏在 地下經(jīng)歷了復(fù)雜的生 物化學(xué)（缺氧、厭氧 細(xì)菌分解）和物理化 學(xué)（溫度、高壓、地 殼運(yùn)動(dòng)），變化逐漸 形成的固體可燃性礦 物 我國能源資源中煤炭我國能源資源中煤炭 在在一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu) 中約占中約占70%，是世界，是世界 上為數(shù)不多的以煤為上為數(shù)不多的以煤為 主要能源的國家。主要能源的國家。 第一章第一章 固體燃料固體燃料 主要特點(diǎn)概述：主要特點(diǎn)概述： u煤的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，它包括有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)，煤的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)

18、十分復(fù)雜，它包括有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)， 以有機(jī)質(zhì)為主。以有機(jī)質(zhì)為主。 u煤中有機(jī)質(zhì)是復(fù)雜的高分子有機(jī)化合物，主要由碳、氫、煤中有機(jī)質(zhì)是復(fù)雜的高分子有機(jī)化合物，主要由碳、氫、 氧、氮、硫等元素組成。氧、氮、硫等元素組成。 u無機(jī)質(zhì)主要是指存在于煤中（包括有機(jī)質(zhì)中）的所有無無機(jī)質(zhì)主要是指存在于煤中（包括有機(jī)質(zhì)中）的所有無 機(jī)的非煤物質(zhì)：原生礦物質(zhì)、次生礦物質(zhì)和外來礦物質(zhì)機(jī)的非煤物質(zhì)：原生礦物質(zhì)、次生礦物質(zhì)和外來礦物質(zhì) 煤的化學(xué)成分與分析基準(zhǔn)煤的化學(xué)成分與分析基準(zhǔn) 為了實(shí)用方便，一般采用元素分析和工業(yè)分析來確定煤中各成分的含量 我國煤的分類我國煤的分類 10%37% 無煙煤無煙煤貧煤和煙煤貧煤和煙煤褐煤褐

19、煤 以煤化程度（干燥無灰基揮發(fā)分含量）劃分為三大類：以煤化程度（干燥無灰基揮發(fā)分含量）劃分為三大類： Vdaf 性能性能成煤成煤 年齡年齡 煤化煤化 程度程度 揮揮 發(fā)發(fā) 份份 反反 應(yīng)應(yīng) 性性 含含 水水 份份 含含 C C 量量 含含 HOHO 量量 密密 度度 機(jī)械機(jī)械 強(qiáng)度強(qiáng)度 熱熱 值值 泥煤泥煤 褐煤褐煤 煙煤煙煤 無煙煤無煙煤 年青年青 年老年老 低低 高高 高高 低低 好好 差差 高高 低低 低低 高高 高高 低低 低低 高高 差差 好好 低低 高高 煤的組成特性煤的組成特性-元素分析元素分析 氫氫(H)(H) 碳碳(C)(C) 水分水分(M) 氮氮(N) 氧氧(0) 灰分灰分

20、(A) 硫硫(S)(S) 元元 素素 分分 析析 “元素周期表中幾乎沒有什么元素不存在于煤中元素周期表中幾乎沒有什么元素不存在于煤中” ” 。這。這 充分地說明了煤炭組成的極端復(fù)雜性。根據(jù)其含量不同，通常充分地說明了煤炭組成的極端復(fù)雜性。根據(jù)其含量不同，通常 可將煤的組成分為三類：可將煤的組成分為三類： 含量低于含量低于100ppm的，稱之為痕量元素，多指重金屬的，稱之為痕量元素，多指重金屬 在在1001000ppm之間的，稱為次量元素，常指礦物質(zhì)之間的，稱為次量元素，常指礦物質(zhì) 高于高于1000ppm的，為主量元素，即指碳、氫、氧、氮、硫的，為主量元素，即指碳、氫、氧、氮、硫 重金屬重金屬：

21、鉛、鉻、銅、鋅等礦物質(zhì)礦物質(zhì)：鈣、硅、鋁、鐵、鎂等 n 煤的元素分析煤的元素分析(Ultimate analysis of coal)是指對煤中的碳是指對煤中的碳 （C）、氫（）、氫（H）、氧（）、氧（O）、氮（）、氮（N）、硫（）、硫（S）五種元素）五種元素 的分析，元素分析的結(jié)果表示為各種元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，但的分析，元素分析的結(jié)果表示為各種元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，但 是并不能代表煤中有機(jī)化合物的組成。是并不能代表煤中有機(jī)化合物的組成。 小貼士： 碳（C）、氫（H）、硫（S）是可燃的，另外兩種是不可燃 n 煤的元素分析可以判斷煤的化學(xué)性質(zhì)，常用于指導(dǎo)鍋爐煤的元素分析可以判斷煤的化學(xué)性質(zhì)，常用于指導(dǎo)

22、鍋爐 設(shè)計(jì)、熱工試驗(yàn)和燃燒計(jì)算等設(shè)計(jì)、熱工試驗(yàn)和燃燒計(jì)算等 碳是煤中主要可燃元素，也是煤的發(fā)熱量的主要來源，每碳是煤中主要可燃元素，也是煤的發(fā)熱量的主要來源，每 千克碳完全燃燒時(shí)可放出約千克碳完全燃燒時(shí)可放出約3.27104kJ的熱量。煤中碳的含量的熱量。煤中碳的含量 隨著成煤地質(zhì)年代的變化而有所不同，地質(zhì)年代長的無煙煤，隨著成煤地質(zhì)年代的變化而有所不同，地質(zhì)年代長的無煙煤， 其含碳量可達(dá)其含碳量可達(dá)70%以上，而年代淺的煤則含碳量不到以上，而年代淺的煤則含碳量不到40%。 純碳的著火和燃燒很困難，煤的含炭量越多，著火與燃燒越困難，但發(fā)熱量大純碳的著火和燃燒很困難，煤的含炭量越多，著火與燃燒越

23、困難，但發(fā)熱量大 碳碳C n 煤中氫多以碳?xì)浠衔餇顟B(tài)存在煤中氫多以碳?xì)浠衔餇顟B(tài)存在 ，含量大多在，含量大多在3%-6%，碳化，碳化 程度越深的煤，氫的含量越少。程度越深的煤，氫的含量越少。氫是煤中發(fā)熱量最高的可燃元?dú)涫敲褐邪l(fā)熱量最高的可燃元 素素，熱值可達(dá)，熱值可達(dá)120103kJ/kg（燃燒產(chǎn)物為水蒸氣）（燃燒產(chǎn)物為水蒸氣） n 氫及碳?xì)錃怏w分子極易著火與完全燃燒，因此，氫含量高，氫及碳?xì)錃怏w分子極易著火與完全燃燒，因此，氫含量高， 則對煤的著火燃燒有利。則對煤的著火燃燒有利。 氫主要存氫主要存 在于煤分在于煤分 子側(cè)鏈和子側(cè)鏈和 官能團(tuán)上官能團(tuán)上 氫氫H 全硫全硫St 無機(jī)硫無機(jī)硫 有

24、機(jī)硫有機(jī)硫（Sor： ：與 與C、H、O等結(jié)合成復(fù)雜的化合物）等結(jié)合成復(fù)雜的化合物） 硫化物硫硫化物硫Spy 硫酸鹽硫硫酸鹽硫Ss l 煤中的硫以三種形態(tài)存在煤中的硫以三種形態(tài)存在：有機(jī)硫 、黃鐵礦硫和硫酸鹽硫 。 可燃硫包括有機(jī)硫可燃硫包括有機(jī)硫 、黃鐵礦硫。硫酸鹽一般不再氧化，表現(xiàn)為灰、黃鐵礦硫。硫酸鹽一般不再氧化，表現(xiàn)為灰 分。分。 （FeS2 ） （CaSO4、MgSO4等）等） 小知識(shí)： 硫的發(fā)熱量很低，只有9103kJ/kg。煤中硫的含量一 般小于2%，但是對于高硫煤來說，其含量可能超過4%，個(gè)別煤 種高達(dá)8%-10%。 硫是煤中的有害成分，對鍋爐運(yùn)行以及生態(tài)環(huán)境都造成危害，是造成

25、酸雨的主要根源硫是煤中的有害成分，對鍋爐運(yùn)行以及生態(tài)環(huán)境都造成危害，是造成酸雨的主要根源 硫硫S 氧氧O和氮和氮N 氧氧(oxygen)和氮和氮(nitrogen)都是煤中的不可燃元都是煤中的不可燃元 素、內(nèi)部雜質(zhì)，它們降低了煤的發(fā)熱量。素、內(nèi)部雜質(zhì)，它們降低了煤的發(fā)熱量。 氮還是有害元素，煤在高溫燃燒時(shí)生成的氮氧化氮還是有害元素，煤在高溫燃燒時(shí)生成的氮氧化 合物（合物（NOx），有毒，污染大氣。），有毒，污染大氣。 煤中氧的含量變化很大，少的只有煤中氧的含量變化很大，少的只有1.02.0%， 多的高達(dá)多的高達(dá)40%；氮的含量一般很少，約為；氮的含量一般很少，約為0.52.0%。 煤煤 元素分

26、析儀元素分析儀 原理及主要技術(shù)指標(biāo)：原理及主要技術(shù)指標(biāo)： 采用燃燒法自動(dòng)測定固體或液體采用燃燒法自動(dòng)測定固體或液體 有機(jī)物中的碳、氫、氮、硫、氧有機(jī)物中的碳、氫、氮、硫、氧 。 具有獨(dú)特的石英管爐子以及局部具有獨(dú)特的石英管爐子以及局部 吹氧設(shè)計(jì)，與電腦相連，帶自動(dòng)吹氧設(shè)計(jì)，與電腦相連，帶自動(dòng) 進(jìn)樣裝置，一次可裝入進(jìn)樣裝置，一次可裝入79個(gè)樣品，個(gè)樣品， 其樣品量可大至其樣品量可大至200毫克，每個(gè)毫克，每個(gè) 樣品分析時(shí)間約樣品分析時(shí)間約12分鐘，分析結(jié)分鐘，分析結(jié) 果以及曲線直接在計(jì)算機(jī)上顯示果以及曲線直接在計(jì)算機(jī)上顯示 并可打印出來，這個(gè)周期完全自并可打印出來，這個(gè)周期完全自 動(dòng)化。采用熱導(dǎo)

27、法檢測，有兩種動(dòng)化。采用熱導(dǎo)法檢測，有兩種 測試模式測試模式CHNS模式模式/O模式模式. 主要技術(shù)指標(biāo)：主要技術(shù)指標(biāo)： 準(zhǔn)準(zhǔn) 確確 度：度： 碳碳 0.1%; 氫氫 0.1%; 氮氮 0.1%; 儀器型號：儀器型號：EL-2 生產(chǎn)廠家：德國生產(chǎn)廠家：德國 Vario公司公司 煤的組成特性煤的組成特性-工業(yè)分析工業(yè)分析 內(nèi)部雜質(zhì)內(nèi)部雜質(zhì) O N C（固定（固定 碳和揮發(fā)碳和揮發(fā) 分中的分中的C） H S（可燃（可燃 硫硫 和硫酸和硫酸 鹽硫）鹽硫） 可燃元素可燃元素 可燃?xì)怏w可燃?xì)怏w 揮發(fā)分揮發(fā)分V 不可燃成分不可燃成分 水分水分(M) 灰分灰分(A) 揮發(fā)分揮發(fā)分(V) 固定碳固定碳(FC)

28、 工業(yè)分析工業(yè)分析 不可燃元素不可燃元素 M（內(nèi)、外）、（內(nèi)、外）、A 外部雜質(zhì)外部雜質(zhì) n 煤的元素分析，工作量大，復(fù)雜，工程上多應(yīng)用工業(yè)分析煤的元素分析，工作量大，復(fù)雜，工程上多應(yīng)用工業(yè)分析 成分。此外，還需要了解發(fā)熱量、灰熔點(diǎn)等其他煤質(zhì)特性成分。此外，還需要了解發(fā)熱量、灰熔點(diǎn)等其他煤質(zhì)特性 n 工業(yè)分析成分構(gòu)成工業(yè)分析成分構(gòu)成(Proximate analysis)(Proximate analysis)：水分、灰分、：水分、灰分、 揮發(fā)分和固定碳；其中灰分和固定碳合稱為焦炭揮發(fā)分和固定碳；其中灰分和固定碳合稱為焦炭 水分（M）、灰分（A）、揮發(fā)分（V）和固定碳（FC） n 煤中的水分含

29、量差別很大，與成煤地質(zhì)年代、開采方法、煤中的水分含量差別很大，與成煤地質(zhì)年代、開采方法、 運(yùn)輸和儲(chǔ)存條件等因素有關(guān)，原煤中的水分低的僅有運(yùn)輸和儲(chǔ)存條件等因素有關(guān)，原煤中的水分低的僅有2%2%，高的，高的 可達(dá)可達(dá)50%50%以上。以上。 煤全水分（煤全水分（M）分外在水分（）分外在水分（Mf）和內(nèi)在水分（）和內(nèi)在水分（Minh） 外在水分外在水分free moisture 是附在煤粒表面的外來水分，這部 分水變化很大，易于蒸發(fā)，可以通過自然干燥的方法除掉。 內(nèi)在水分內(nèi)在水分inherent moisture 又稱固有水分，需要在較高溫度 下才能從煤中除掉。 水分水分M 全水分測定方法全水分測定

30、方法 l 全水分的測定方法是將原煤樣置于全水分的測定方法是將原煤樣置于105110（褐煤相應(yīng)（褐煤相應(yīng) 溫度稍高）的烘箱內(nèi)約溫度稍高）的烘箱內(nèi)約2小時(shí)，使之干燥至恒重，采用質(zhì)量差小時(shí)，使之干燥至恒重，采用質(zhì)量差 減法即可得到。減法即可得到。 水分測定使用的儀器設(shè)備有水分測定使用的儀器設(shè)備有分析天平、干燥箱、稱量瓶分析天平、干燥箱、稱量瓶等等 烘箱烘箱 電子分析天平電子分析天平 n 特點(diǎn)特點(diǎn)：并不是以固有的形態(tài)存在于煤：并不是以固有的形態(tài)存在于煤 中，而是煤在加熱過程中分解后析出的中，而是煤在加熱過程中分解后析出的 產(chǎn)物。產(chǎn)物。 坩堝 馬弗爐 n 測定測定：稱：稱1g1g煤放入坩堝煤放入坩堝 在

31、在900900的的 馬弗爐內(nèi)隔絕空氣加熱馬弗爐內(nèi)隔絕空氣加熱7min7min取出，冷取出，冷 卻后稱量并根據(jù)質(zhì)量損失得到其含量卻后稱量并根據(jù)質(zhì)量損失得到其含量 n 組成組成：主要由各碳?xì)浠衔?、氫、：主要由各碳?xì)浠衔?、氫?一氧化碳、硫化氫等可燃?xì)庖约吧倭恳谎趸肌⒘蚧瘹涞瓤扇細(xì)庖约吧倭?氧、二氧化碳、氮?dú)獾炔豢扇粴饨M成氧、二氧化碳、氮?dú)獾炔豢扇粴饨M成 揮發(fā)分揮發(fā)分V 煤中固定碳（煤中固定碳（FC) n煤脫除揮發(fā)分后的剩余的固體物即為焦炭煤脫除揮發(fā)分后的剩余的固體物即為焦炭 , ,它是由固定碳和它是由固定碳和 灰分構(gòu)成的。將焦炭加熱至灰分構(gòu)成的。將焦炭加熱至8508501010，待完全燃燒后

32、失去的，待完全燃燒后失去的 重量為固定碳重量為固定碳(FC) (FC) n焦炭的黏結(jié)性與強(qiáng)度稱為煤的焦結(jié)性，它是煤的重要特性指焦炭的黏結(jié)性與強(qiáng)度稱為煤的焦結(jié)性，它是煤的重要特性指 標(biāo)之一。標(biāo)之一。 煤的灰分不是煤中固有組成，而是由煤中礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來。煤的灰分不是煤中固有組成，而是由煤中礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來。 n 煤中原生礦物質(zhì)：煤中原生礦物質(zhì)：指存在于成煤的植物中，主要是堿金屬、指存在于成煤的植物中，主要是堿金屬、 堿土金屬的鹽類，與有機(jī)質(zhì)分子緊密結(jié)合，很難用機(jī)械方法堿土金屬的鹽類，與有機(jī)質(zhì)分子緊密結(jié)合，很難用機(jī)械方法 分開分開 n 煤中外來礦物質(zhì)煤中外來礦物質(zhì)這種礦物質(zhì)原來不含于煤層中，它是在這種

33、礦物質(zhì)原來不含于煤層中，它是在 采煤過程中混入煤中的頂、底板和夾矸層中的矸石所形成的。采煤過程中混入煤中的頂、底板和夾矸層中的矸石所形成的。 它與煤是獨(dú)立存在的，幾乎不影響煤的可選性它與煤是獨(dú)立存在的，幾乎不影響煤的可選性 煤中次生礦物質(zhì)：煤中次生礦物質(zhì)：主要來源于成煤過程中因地殼變動(dòng)混入主要來源于成煤過程中因地殼變動(dòng)混入 到煤層中的泥沙。煤中的原生礦物質(zhì)和次生礦物質(zhì)合稱為內(nèi)到煤層中的泥沙。煤中的原生礦物質(zhì)和次生礦物質(zhì)合稱為內(nèi) 在礦物質(zhì)在礦物質(zhì) 灰分灰分A n 將焦炭加熱至將焦炭加熱至8508501010，待完全燃燒后失去的重量為固定，待完全燃燒后失去的重量為固定 碳碳(FC)(FC)，剩下來

34、的殘留物就是灰分，剩下來的殘留物就是灰分A A 。 n 灰分的主要成分是由硅、鈣、鋁、鐵以及少量的鎂、鈦鉀、灰分的主要成分是由硅、鈣、鋁、鐵以及少量的鎂、鈦鉀、 鈉等元素組成的化合物。不同煤的灰分含量差別很大，少的鈉等元素組成的化合物。不同煤的灰分含量差別很大，少的 只有只有10%10%左右，多的高達(dá)左右，多的高達(dá)50%50%以上。以上。 小貼士：煤中灰分礦物質(zhì)的行為特性是導(dǎo)致結(jié)渣、沾污、 磨損的重要根源 煤煤- -工業(yè)分析儀工業(yè)分析儀 原理及主要技術(shù)指標(biāo)原理及主要技術(shù)指標(biāo)： 利用利用 熱失重原理分析煤的工業(yè)分熱失重原理分析煤的工業(yè)分 析。將分析試樣放入樣盤坩析。將分析試樣放入樣盤坩 堝中，通

35、過機(jī)械傳動(dòng)送入低堝中，通過機(jī)械傳動(dòng)送入低 溫爐，氮?dú)飧稍锏胶阒?，再溫爐，氮?dú)飧稍锏胶阒?，?將干燥后的樣送入預(yù)先通入將干燥后的樣送入預(yù)先通入 氮?dú)獾母邷貭t中，加熱氮?dú)獾母邷貭t中，加熱7分鐘，分鐘， 后改輸氧氣，灰化至恒重，后改輸氧氣，灰化至恒重， 分別通過電子天平測得失重，分別通過電子天平測得失重， 得出樣品中水分、揮發(fā)分、得出樣品中水分、揮發(fā)分、 灰分和固定碳含量?；曳趾凸潭ㄌ己?。 儀器型號：儀器型號：TGA2000；西；西 班牙班牙 Las Navas 公司公司 煤的分析基準(zhǔn)煤的分析基準(zhǔn) 基準(zhǔn)概念的引出基準(zhǔn)概念的引出 煤是由碳（煤是由碳（C）、氫（）、氫（H）、氧（）、氧（O）、氮（）、

36、氮（N）、硫（）、硫（S） 五種元素及水分（五種元素及水分（M）、灰（）、灰（A）分組成。這些成分的含量都以）分組成。這些成分的含量都以 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示，其總和為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示，其總和為100%。由于煤中的水分（。由于煤中的水分（M）和灰）和灰 分（分（A）易受到外界環(huán)境的影響而變化，其它成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）易受到外界環(huán)境的影響而變化，其它成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 也自然隨之發(fā)生變化。因此，在給出煤中各成分含量時(shí)，應(yīng)標(biāo)明也自然隨之發(fā)生變化。因此，在給出煤中各成分含量時(shí)，應(yīng)標(biāo)明 其分析基準(zhǔn)才有實(shí)際意義。其分析基準(zhǔn)才有實(shí)際意義。 常用的基準(zhǔn)常用的基準(zhǔn) 收到基（收到基（as received） 空氣干燥基（空

37、氣干燥基（air dry） 干燥基（干燥基（dry） 干燥無灰基（干燥無灰基（dry and ash free） 煤的成分基準(zhǔn)煤的成分基準(zhǔn) C Sly A H N O Sr Mad Mf 空氣干燥基空氣干燥基 收收 到到 基基 干干 燥燥 基基 干燥無灰基干燥無灰基 水分水分揮發(fā)分揮發(fā)分固定碳固定碳灰分灰分 收到基收到基ar（原應(yīng)用基（原應(yīng)用基y）以入爐）以入爐 煤（包括煤的全部成分）為基準(zhǔn)煤（包括煤的全部成分）為基準(zhǔn) 空氣干燥基空氣干燥基ad（原分析基（原分析基f）以）以 風(fēng)干狀態(tài)煤（除外部水分）為基準(zhǔn)風(fēng)干狀態(tài)煤（除外部水分）為基準(zhǔn) 干燥基干燥基d（原干燥基（原干燥基g）以去掉全）以去掉全

38、部水分煤為基準(zhǔn)部水分煤為基準(zhǔn) 干燥無灰基干燥無灰基daf（原可燃基（原可燃基r）以）以 去掉全部水分及灰分煤為基準(zhǔn)去掉全部水分及灰分煤為基準(zhǔn) 煤成分基準(zhǔn)間的換算煤成分基準(zhǔn)間的換算 不同基準(zhǔn)之間的換算公式不同基準(zhǔn)之間的換算公式 X = K X0 式中式中 X0 、 X 某成分原基準(zhǔn)及新基準(zhǔn)質(zhì)量百分比，某成分原基準(zhǔn)及新基準(zhǔn)質(zhì)量百分比，%； K 換算系數(shù)換算系數(shù) Cad+Had+Sad+Oad+Nad+Aad =100-Mad Car+Har+Sar+Oar+Nar+Aar =100-Mar 因?yàn)槊褐芯哂械母沙煞质遣蛔兊模驗(yàn)槊褐芯哂械母沙煞质遣蛔兊?，Cd=Cad/(100-Mad)=Car/(10

39、0-Mar) ar ar ad ad C M100 M100 C 例例: : CHONSMA100% CHONSMA100% CHONSA100% CHONS100% ararararararar adadadadadadad dddddd dafdafdafdafdaf 注意：注意：換算系數(shù)可以用于各基準(zhǔn)之間的百分?jǐn)?shù)的換算，也可以用于各基準(zhǔn)的高換算系數(shù)可以用于各基準(zhǔn)之間的百分?jǐn)?shù)的換算，也可以用于各基準(zhǔn)的高 位發(fā)熱量之間的換算，但是不能用于低位發(fā)熱量和水分的換算。對于不同基準(zhǔn)下位發(fā)熱量之間的換算，但是不能用于低位發(fā)熱量和水分的換算。對于不同基準(zhǔn)下 的低位發(fā)熱量之間的換算，必須先化成高位發(fā)熱量。

40、的低位發(fā)熱量之間的換算，必須先化成高位發(fā)熱量。 例例 將下列煤的成分換算成收到基成分將下列煤的成分換算成收到基成分 解：解： dafdafdafdafdaf adar C=72%,H=5%,N=2%,S=1%,O20%, A =12.5%,M =20% 10010020 %12.5%10% 100100 100100 1020 %72%72% 0.750.4% 100100 100 %5% 0.73.5% 100 100 %20% 0.714.0% 100 100 %2% 0.71. 100 ar arad arar ardaf arar ardaf arar ardaf arar ardaf

41、 M AA AM CC AM HH AM OO AM NN 4% 100 %1% 0.70.7% 100 arar ardaf AM SS 煤的發(fā)熱量煤的發(fā)熱量 高位發(fā)熱量高位發(fā)熱量( (Qgr) ) gross calorific value 煤的發(fā)熱量（煤的發(fā)熱量（kJ/kg) 低位發(fā)熱量（低位發(fā)熱量（Qnet） net calorific value 單位質(zhì)量的煤完全燃燒時(shí)所釋放的熱量單位質(zhì)量的煤完全燃燒時(shí)所釋放的熱量 煙氣中的水蒸汽形成中吸收了汽煙氣中的水蒸汽形成中吸收了汽 化潛熱，使煤的發(fā)熱量降低形成化潛熱，使煤的發(fā)熱量降低形成 的發(fā)熱量的發(fā)熱量(水蒸汽冷卻到水蒸汽冷卻到20) 煤的

42、理論發(fā)熱量，由實(shí)驗(yàn)測得的煤的理論發(fā)熱量，由實(shí)驗(yàn)測得的 彈筒發(fā)熱量（彈筒發(fā)熱量（Qb）減去校正值確）減去校正值確 定定(水蒸汽冷成水蒸汽冷成0水，水，水蒸汽凝水蒸汽凝 結(jié)放出的汽化潛熱結(jié)放出的汽化潛熱) 小于小于 發(fā)熱量的測定發(fā)熱量的測定 氧彈量熱儀氧彈量熱儀 把一定量的試樣放在密閉的充氧彈筒（俗稱氧彈）中完全燃把一定量的試樣放在密閉的充氧彈筒（俗稱氧彈）中完全燃 燒。氧彈置于盛水的內(nèi)筒中，并被水完全浸沒。根據(jù)內(nèi)筒水燒。氧彈置于盛水的內(nèi)筒中，并被水完全浸沒。根據(jù)內(nèi)筒水 溫的升高，計(jì)算出試樣的發(fā)熱量。溫的升高，計(jì)算出試樣的發(fā)熱量。 煤的發(fā)熱量計(jì)算煤的發(fā)熱量計(jì)算 4.187 81246266kJ k

43、g netararararar QCHOSM 4.187 81342.522.5kJ kg 8 ar grararar O QCHS 4.187 8130026kJ kg grarararar QCHOS (1)方法一：根據(jù)煤的工業(yè)分析值計(jì)算方法一：根據(jù)煤的工業(yè)分析值計(jì)算Qnet 優(yōu)點(diǎn)：簡單方便；優(yōu)點(diǎn)：簡單方便； 缺點(diǎn)：只考慮固定碳含量和揮發(fā)份含量，誤差大。缺點(diǎn)：只考慮固定碳含量和揮發(fā)份含量，誤差大。 (2)方法二：根據(jù)元素分析值計(jì)算方法二：根據(jù)元素分析值計(jì)算 杜隆公式：杜隆公式： 門捷列夫公式：門捷列夫公式：(目前常用目前常用) 標(biāo)準(zhǔn)煤：標(biāo)準(zhǔn)煤：7000 kcal/kg=29310 kJ/k

44、g 收到基高、低位發(fā)熱量之間的換算收到基高、低位發(fā)熱量之間的換算 式中式中 r 水的汽化潛熱，通常取水的汽化潛熱，通常取r = 2510 kJ/kg . 9 22625.1 100100 arar ar netar grar grarar HM QQrQHM 煤中礦物質(zhì)燃燒后去向煤中礦物質(zhì)燃燒后去向 1.大部分形成飛灰隨著煙氣被除塵器捕獲 2.少部分形成爐渣經(jīng)過淬冷由撈渣機(jī)帶走 3.一部分灰分經(jīng)過蒸發(fā)熔融、黏結(jié)和沉積在受 熱面上，形成渣層 灰渣的熔融特性對鍋爐的影響灰渣的熔融特性對鍋爐的影響 （1）在高溫火焰的中心，灰分一般會(huì)處于熔融或軟化狀態(tài)，）在高溫火焰的中心，灰分一般會(huì)處于熔融或軟化狀態(tài)

45、， 接觸到受熱面或爐墻，黏附形成渣層接觸到受熱面或爐墻，黏附形成渣層 （2）沾污、結(jié)渣會(huì)降低爐內(nèi)受熱面的傳熱能力，使得爐膛出）沾污、結(jié)渣會(huì)降低爐內(nèi)受熱面的傳熱能力，使得爐膛出 口煙溫相應(yīng)提高，引起過熱器的沾污和腐蝕口煙溫相應(yīng)提高，引起過熱器的沾污和腐蝕 （3）尾部受熱面省煤器和空氣預(yù)熱器的積灰容易導(dǎo)致煙道堵）尾部受熱面省煤器和空氣預(yù)熱器的積灰容易導(dǎo)致煙道堵 塞、傳熱惡化，提高排煙溫度，降低鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性塞、傳熱惡化，提高排煙溫度，降低鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性 成分MgOCaOAl2O3SiO2Fe2O3FeOFeSFeS2K2O,Na2O 熔化溫度2800237020502230157013401105

46、11708001000 影響灰熔點(diǎn)的因素影響灰熔點(diǎn)的因素 1、灰成分及其含量比例：灰成分及其含量比例：灰中的SiO2和Al2O3含量越高，灰的 熔融溫度就越高；如果堿性物質(zhì)增多，灰熔點(diǎn)將降低 2、礦物之間的共熔：礦物之間的共熔：灰中氧化物結(jié)成共晶體，屬SiO2-Al2O3-CaO- FeO系統(tǒng)，熔點(diǎn)比結(jié)合前要低，如CaOSiO2，只有1540 3、氣氛：、氣氛：還原性氣氛中比氧化性氣氛中低200300 灰渣的熔融特性灰渣的熔融特性 角錐法測定灰熔點(diǎn) （1）將灰制成小角錐（正三角形）將灰制成小角錐（正三角形 底，邊長底，邊長7cm，20cm)，角錐垂直，角錐垂直 地面的側(cè)面與灰托板表面垂直地面的

47、側(cè)面與灰托板表面垂直 （2）至于硅碳管加熱爐中加熱）至于硅碳管加熱爐中加熱 （3）加熱速度）加熱速度 900 以前，以前，1520 /min 900 以后，以后，51 /min （4）介質(zhì)氣氛）介質(zhì)氣氛 弱還原性弱還原性(50%H2+50%CO2) 或或(60%CO2+40%CO) 三角形錐體 灰渣的熔融特性灰渣的熔融特性 FT 原形 DT ST HT DT 變形溫度變形溫度灰錐尖端開始變圓或彎曲時(shí)的溫度?；义F尖端開始變圓或彎曲時(shí)的溫度。 ST 軟化溫度軟化溫度灰錐變形至下列情況時(shí)的溫度：錐體彎曲至錐尖灰錐變形至下列情況時(shí)的溫度：錐體彎曲至錐尖 觸及托板、灰錐變成球形和高度等于（小于）底觸及托

48、板、灰錐變成球形和高度等于（小于）底 長的半球形。長的半球形。 HT 半球溫度半球溫度角錐熔融為一體，形如半球狀時(shí)的爐膛溫度。角錐熔融為一體，形如半球狀時(shí)的爐膛溫度。 FT 流動(dòng)溫度流動(dòng)溫度灰錐熔化成液體或展開成高度在灰錐熔化成液體或展開成高度在1.5mm以下薄層以下薄層 灰渣的熔融特性灰渣的熔融特性 灰熔點(diǎn)分析儀 n 儀器型號：儀器型號：CAF digital imaging n 生產(chǎn)廠家：英國生產(chǎn)廠家：英國CARBOLITE公司公司 n 主要技術(shù)指標(biāo)：主要技術(shù)指標(biāo)：CAF-DIGITAL 1%，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制與數(shù)據(jù)采集，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制與數(shù)據(jù)采集 n 主要用途：用于測定煤灰的變形溫主要用途：

49、用于測定煤灰的變形溫 度、軟化溫度和熔融溫度。度、軟化溫度和熔融溫度。 灰渣的熔融特性灰渣的熔融特性 煤燃燒過程的四個(gè)階段 1 2 3 煤的熱解與揮發(fā)分燃燒 焦炭的燃燒 煤的燃燒特性煤的燃燒特性 煤燃燒的四個(gè)階段煤燃燒的四個(gè)階段 煤燃燒過程：首先是煤中水分的蒸發(fā)使其變成干燥 的煤，接著煤中的碳?xì)浠衔镆該]發(fā)分的形式逐漸 析出并著火，然后就是焦碳的著火和燃燒。 1. 干燥階段干燥階段 煤被加熱，溫度逐漸升高。當(dāng)溫度達(dá)100左右時(shí)， 煤粒表面及煤?？p隙間的水被逐漸蒸發(fā)出來，煤被 干燥。大量吸熱大量吸熱 2.揮發(fā)份析出與著火階段揮發(fā)份析出與著火階段 溫度升至一定值，煤中揮發(fā)分析出，同時(shí)生成焦碳（固定

50、碳）。揮發(fā) 分的釋放量及成分主要取決于升溫速度。不同的煤，開始析出揮發(fā)分 的溫度不同，達(dá)到一定溫度，析出的揮發(fā)分就著火、燃燒。對應(yīng)的溫 度稱煤的著火溫度，不同煤的著火溫度不同。少量吸熱少量吸熱 煤的著火溫度 煤 種褐 煤煙 煤無 煙 煤 著火溫度（）300-400400-500700 揮發(fā)分開始析出溫度 煤 種褐 煤煙 煤貧 煤無 煙 煤 析出溫度（）130-170170-260350380-400 3. 揮發(fā)份與碳焦燃燒階段揮發(fā)份與碳焦燃燒階段 4. 燃盡階段燃盡階段 殘余的焦炭最后燃盡，成為灰渣。少量放熱少量放熱 說明：說明： 上述各階段實(shí)際是交叉進(jìn)行的；其中著火和燃盡上述各階段實(shí)際是交叉

51、進(jìn)行的；其中著火和燃盡 是最重要的兩個(gè)階段，著火是前提，燃盡放熱是目的。是最重要的兩個(gè)階段，著火是前提，燃盡放熱是目的。 揮發(fā)份首先燃燒造成高溫，包圍焦炭的揮發(fā)分基本燒完 且燃產(chǎn)物離析后，碳開始著火、燃燒。大量放熱 煤的熱解與揮發(fā)份燃燒煤的熱解與揮發(fā)份燃燒 1. 煤熱解的基本概念煤熱解的基本概念 n 煤被加熱到足夠高的溫度時(shí)開始分解，產(chǎn)生焦碳油和被 稱為揮發(fā)分的氣體。 n 揮發(fā)分是可燃性氣體、二氧化碳和水蒸汽的混合物?？?燃性氣體中除了一氧化碳和氫氣外，主要是碳?xì)浠衔铮?還有少量的酚和其它成分。 說明說明：揮發(fā)分釋放過程中煤中析出的揮發(fā)分總量取決于其加熱過程的 時(shí)間和溫度歷程，即取決于升溫速

52、度、所達(dá)到的最終溫度以及在此溫 度下所經(jīng)歷時(shí)間的長短。揮發(fā)分的成分同樣受到上述因素的影響。 煤的熱解過程煤的熱解過程 在105之前，主要析出吸附的氣體和水分； 在200-300時(shí)析出的水分稱為熱解水，同時(shí)析出氣態(tài)產(chǎn) 物如CO和CO2等，并有微量的焦油析出； 在300-550時(shí)，開始大量析出焦油和氣體，主要為CH4及 其同系物，以及不飽和烴及CO，CO2等； 在500-750時(shí)，半焦開始分解，此時(shí)開始大量析出含氫 較多的氣體； 在750-1000時(shí)，半焦繼續(xù)熱解，析出少量以含氫為主的 氣體，半焦變?yōu)楦邷亟固俊?a) 快速熱解：快速熱解：煤粉顆粒的加熱速度很高（104/s或更 高），總的揮發(fā)分釋放

53、時(shí)間小于1秒，揮發(fā)分很快地由 炭粒表面逸出。在實(shí)際中，只有當(dāng)煤顆粒尺寸小于 100m時(shí)才會(huì)產(chǎn)生這里所定義的快速熱解（煤粉燃 燒）。 b) 慢速熱解：慢速熱解：煤的加熱速度低到小于10/min，揮發(fā)分 釋放的時(shí)間長達(dá)幾分鐘或幾小時(shí)（在許多碳化煉焦流 程中）。 煤熱解過程加熱速率的分類煤熱解過程加熱速率的分類 分類加熱速率/(s) 對顆粒為100m的煤粒加熱到1000所用 的時(shí)間 慢速加熱220min 中速加熱5-10010s-4min 快速加熱500-10000010ms-2s 閃速加熱10650 4060 1040 40 3550 316 13 發(fā)熱量發(fā)熱量 22.3萬萬 2.43.1萬萬 3

54、.13.6萬萬 33.5萬萬 顏色顏色 暗土色暗土色深黑色深黑色 光澤光澤無光澤無光澤金屬光澤金屬光澤 表觀比重表觀比重0.51.0 0.81.3 1.21.5 1.41.8 硬度硬度 小小 大大 反應(yīng)性反應(yīng)性 大大 小小 可燃性可燃性 大大 小小 粘結(jié)性粘結(jié)性 弱弱 較弱較弱 強(qiáng)強(qiáng) 弱弱 第二章第二章 液體燃料液體燃料 天然的液體燃料：原油（石油）天然的液體燃料：原油（石油） 人造的液體燃料：石油加工產(chǎn)品；煤干餾的產(chǎn)品；煤氣化產(chǎn)人造的液體燃料：石油加工產(chǎn)品；煤干餾的產(chǎn)品；煤氣化產(chǎn) 品（焦油）；煤液化產(chǎn)品；合成石油。品（焦油）；煤液化產(chǎn)品；合成石油。 一、一、 工業(yè)液體燃料的組成工業(yè)液體燃料的

55、組成 組成：烷烴組成：烷烴 C Cn nH H2n+2 2n+2，環(huán)烷烴 ，環(huán)烷烴 C Cn nH H2n 2n，芳香烴 ，芳香烴C Cn nH H2n-6 2n-6 ，稀烴 ，稀烴 C Cn nH H2n 2n ， ， 氧化物，硫化物，氮化物，水分和礦物雜質(zhì)。氧化物，硫化物，氮化物，水分和礦物雜質(zhì)。 分類：石蠟基（主要是烷烴），稀基，中間基（混合基），分類：石蠟基（主要是烷烴），稀基，中間基（混合基）， 芳香基原油。芳香基原油。 1.1. 石油加工基本方法：分餾和裂解石油加工基本方法：分餾和裂解 （1 1）直接蒸餾）直接蒸餾( (分餾分餾) ) 常壓蒸餾常壓蒸餾 P P1atm1atm 液化

56、汽液化汽常壓重油（從塔底排出的分餾剩下的高沸點(diǎn)油，常壓重油（從塔底排出的分餾剩下的高沸點(diǎn)油， 6080%） 減壓蒸餾減壓蒸餾 減壓塔壓力減壓塔壓力0.1at0.1at以下以下 重油中沸點(diǎn)降低重油中沸點(diǎn)降低200200，沸點(diǎn)，沸點(diǎn)700700以下成分都餾出來。減壓重油以下成分都餾出來。減壓重油 （塔底）。塔底）。 石油石油 常壓蒸餾常壓蒸餾 減壓蒸餾減壓蒸餾 瀝青和減壓重油瀝青和減壓重油 液液 航航 汽汽 揮揮 煤煤 輕輕 柴油柴油 輕質(zhì)油輕質(zhì)油 化化 發(fā)發(fā) 柴柴 潤滑油潤滑油 汽汽 油油 油油 油油 油油 油油 發(fā)熱量發(fā)熱量 高高 （2 2）裂解：蒸餾殘留物在高溫高壓下使分子裂化）裂解：蒸餾殘

57、留物在高溫高壓下使分子裂化 目的目的: :多提取輕質(zhì)油多提取輕質(zhì)油, ,產(chǎn)量可達(dá)石油的產(chǎn)量可達(dá)石油的3035 2. 2. 燃料油（直接用于工業(yè)燃燒）燃料油（直接用于工業(yè)燃燒） 種類：常壓重油，減壓重油，裂化重油種類：常壓重油，減壓重油，裂化重油 優(yōu)點(diǎn)：雜質(zhì)少，可燃成分多，發(fā)熱量大；便于運(yùn)輸；燃優(yōu)點(diǎn)：雜質(zhì)少，可燃成分多，發(fā)熱量大；便于運(yùn)輸；燃 燒過程易控制；燃燒較完全；燃燒溫度高，火焰輻射能燒過程易控制；燃燒較完全；燃燒溫度高，火焰輻射能 力強(qiáng)。力強(qiáng)。 加熱加熱 二、二、 重油的化學(xué)組成和發(fā)熱量重油的化學(xué)組成和發(fā)熱量 1. 1. 化合物組成：烴，固體烴，氧化物、氮化物和硫化物等化合物組成：烴，固

58、體烴，氧化物、氮化物和硫化物等 2. 2. 族組成族組成（1 1）烷烴烷烴 CnH2n+2 n=14( (氣態(tài)氣態(tài)) )，n=516( (液態(tài)液態(tài) 烴烴) )，n 17( (固態(tài)固態(tài)) ) （2 2） 稀烴稀烴 CnH2n 不飽和烴不飽和烴 （3 3） 環(huán)烷烴環(huán)烷烴CnH2n 飽和烴飽和烴 （4 4）芳香烴）芳香烴CnH2n-6 6 不飽和環(huán)狀化合物不飽和環(huán)狀化合物 3. 3. 成分分析方法成分分析方法:(:(與固體燃料相同）與固體燃料相同） （1 1）元素分析：）元素分析： C H O N S Cdaf=8588%， Hdaf=1013% ， Odaf+Ndaf=1.51.0%， Sdaf=

59、0.23% （2 2）工業(yè)分析：主要分析）工業(yè)分析：主要分析A和和W含量（一般為外部混入的）含量（一般為外部混入的） A0.3% M=410% 4. 4. 發(fā)熱量發(fā)熱量 40000 42000KJ/KG net Q 三三、 重油的物理性質(zhì)（使用性質(zhì)）重油的物理性質(zhì)（使用性質(zhì)） 1. 1. 粘度：衡量重油流動(dòng)性的指標(biāo)粘度：衡量重油流動(dòng)性的指標(biāo) 運(yùn)動(dòng)粘度：運(yùn)動(dòng)粘度：（m2/s）， （準(zhǔn)確度高，廣泛采用）（準(zhǔn)確度高，廣泛采用） 動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度 = （kg/ms） 恩氏粘度：恩氏粘度：Et Et = t的的200ml油流出時(shí)間油流出時(shí)間 / 20的的200ml水流出時(shí)間水流出時(shí)間 溫度升高，重油粘度

60、降低溫度升高，重油粘度降低 要求要求 (1)(1)管道輸送管道輸送 Et3040 (2) (2)燒嘴前，保證重油的霧化質(zhì)量燒嘴前，保證重油的霧化質(zhì)量 Et=510， T=100130 (3) (3)敞開式油缸內(nèi)合適的加熱溫度敞開式油缸內(nèi)合適的加熱溫度 T=6080 （4）T蒸汽 蒸汽 150 42 0.063 0.07310m /sE E 2. 密度密度 體積膨脹系數(shù)體積膨脹系數(shù) 0.00250.002 20 20 20 20 20 時(shí)重油密度，時(shí)重油密度，20 = 0.920.98 g/cm3 3. 表面張力表面張力 =0.0250.03N/m 4.4.比熱和導(dǎo)熱系數(shù)比熱和導(dǎo)熱系數(shù) 比熱比熱