煤的化学成分与性质

1、第二章第二章 燃料燃料 第一节 燃料的种类燃料的种类 第二节第二节 煤的化学成分与性质煤的化学成分与性质 燃料的定义 n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 第二章第二章 燃料燃料 第一节 燃料的种类燃料的种类 第二节第二节 煤的化学成分与性质煤的化学成分与性质 一、

2、煤的组成特点 n可燃成分和不可燃成分组成的复杂组合物，结 构非常复杂。 n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成分 n煤的化学分析（元素分析）成分分为： 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最主要的可燃质，煤是富含碳的燃料， n燃烧产物主要是CO2， n碳含量取决于碳富集程度，炭化及年龄。 n碳的发热量：7800kcal/kg，4.182系数 n一般含量：30%70%， n关于热量单位： kcal（工程）, kJ（国际）, B

3、TU（英制） 氢 H n发热量很高，达28600kcal/kg，极易燃烧， n煤中含量很少，仅为2%5%， n液体燃料中可达到14%， n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0.25%，甚至更高，超过1%，既为高硫煤。 在煤中硫以三种状态存在： 有机硫有机硫硫化铁硫化铁 全硫全硫 硫酸盐硫酸盐不燃烧，含量很少，并入灰分不燃烧，含量很少，并入灰分 可燃硫（挥发硫），燃烧生成可燃硫（挥发硫），燃烧生成SO2 有机硫有机硫 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

4、发热量降低。 氧的含量115%，木柴中的氧含量达到20%25%。 氮 N 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。 n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%。 灰分灰分 内在灰分内在灰分 外在灰分外在灰分产生于开采、运输、贮藏过程中产生于开采、运输、贮藏过程中 一次灰分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 二次灰分二次灰分在煤形成过程中，外界带入的杂质，呈粒状分布在煤形成过程中，外界带入的杂质，呈粒状分布 水分M n含量一般在130%，多在10%左右

5、。 内在水分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。件等影响，变化很大。 水分水分 三、煤成分的表示方法及其换算煤成分的表示方法及其换算 n用各个成分的质量百分数来表示; n水分和灰分所占质量较大，且随外界条件有较大的波动; n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） n表示燃料中全部成分的质量百分

6、数总和 n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） n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， n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） n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 n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） n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， n干燥无灰基中只

7、包含燃料的可燃成分，各成分不受 水分和灰分变化的影响， n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 Ad 3 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 dmmf 6 恒湿无矿物质基 以假想含最高水分、 无矿物质

8、 状态的煤为基准 mmf 各种基的换算（略）各种基的换算（略） n查表，查图，查手册。 n作业：编制计算程序，完成换算。 四、煤的发热量煤的发热量 n两种发热量的定义： 1高位发热量Qgr n1kg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 n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

9、到的热量为低位发热量， r为水的蒸发潜热，取为2510 kJ/kg。 )9( 1 .25) 100100 900 ( ,arargrar arar grarnetar MHQ MH QQ 几点说明 n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。 n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。 n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。 n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折算水分、折算灰分与折算硫分的概念 n硫分、灰分与水分对锅炉工作的影响 1）降低煤的发热量 2

10、）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 n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， n定义：每送入炉内1MJ热量，随燃料带入炉内的某成 分的质量， n分别为折算水分、折算灰分和折算硫分 n 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 9.929701000993.3 烟煤 196137500953.09 折算成分的表达式 n要产生同样的热量，带入锅炉

11、的灰量取决于煤灰分含 量与发热量， n与灰分含量成正比，与发热量成反比。 n采用此比例式来代表带入的灰量， n因该比值很小，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采用折算成分判断煤中水分、灰分和硫分高、中、低 的大致范

12、围如表所示。 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、标准煤概念 n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， n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， n将发热量不是7000 kcal/kg的煤统一折算到7000 kcal/kg来进行比较。 n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 n气体燃料的组成通常用两种表示方法 n1干气体组成（不包含水分） n2湿气体（包含水分） %100 222242222 gggggggg nn COSHNOHCHCOHC %

13、100 2222242222 sssssssss nn OHCOSHNOHCHCOHC 八、煤质分析煤质分析 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

14、和硝酸的热量） 5挥发份及其测定 n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。 n主要成分是CO、CO2、CmHn、H2等。 n收到基挥发份含量在5%40%之间。 n表示方法：V，Vdaf，等，也存在换算。 影响因素： l挥发份的多少和组成与煤的年代有关 l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。 l挥发份的发热量取决于挥发份的成分 l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 n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。 n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。 n灰分成分不同，发生熔化的温度也不同。 n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 n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。 nt1开始变