煤炭的燃烧过程分析苗媛

煤的燃烧过程分析煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第1页!煤分子的结构

煤燃烧的基本过程

煤燃烧过程中能量转换分析煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第2页!

煤结构的认识和发展

1830年，煤的起源问题解决后，科学家将目光逐步转向煤结构的研究。20世纪初，试图把煤结构和煤的起源相联系——迷茫；从一些反应产物来推断煤的结构同样被证明——非常困难。因为这些产物几乎和煤本身一样复杂。

煤分子的结构

煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第3页!基本结构单元煤的大分子是由若干基本结构单元通过化学键连接而成的三维结构，结构单元之间的连接是通过次甲基键、醚键、硫醚、次甲基醚以及芳香碳—碳键等桥键实现的。煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第4页!②Given模型——20世纪60年代初，P.H.Given（英）首次提出当时获公认的“结构单元”模型C82%特点：针对低煤化度烟煤（碳含量82%—83%），首次提出煤具有三维空间结构，主要是萘环与脂环互联，分子线性排列构成折叠状的无序的三维空间大分子；存在各种官能团、氢键和含氮杂环；在煤液化过程中具有供氢活性。煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第5页!④本田模型特点：考虑了低分子化合物的存在，缩合环以菲环为主，由较长的次甲基键相连接。但没有考虑氮和硫的结构。煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第6页!

随着煤化程度的提高，构成核的环数增多，连接在核周围的侧链和官能团数量则不断变短和减少。褐煤次烟煤高挥发分烟煤石墨无烟煤低挥发分烟煤不同煤化程度煤的基本结构单元煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第7页!煤燃烧的基本过程

煤的燃烧是固体与气体之间进行多相扩散燃烧过程，这是一个极其复杂的反应过程。煤燃烧的实质，就是在空气中氧气参与下，进行复杂的物理化学过程。在燃烧过程中，煤的可燃物在受热下，形成与原始结构不同的可燃组成物，将煤中的化学能转化为热能，形成燃烧产物——烟气；煤中所含的矿物质最后形成灰渣。一般燃烧过程可划分为三个阶段1.煤着火前的准备阶段（包括煤的预热、干燥、析出挥发分和形成焦炭）；2.挥发分和焦炭的燃烧；3.炉渣炉灰中残余焦炭燃尽。

各阶段可能是串联发生的，但在锅炉燃烧室中，实际上各阶段是相互交叉，或某些阶段是同步进行的。煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第8页!燃烧的准备阶段

煤在炉中加热、干燥、蒸发水分。当温度达到110℃左右时，水分全部被蒸发。H2O(l)→H2O(g)-44kJ/mol(g)随温度继续增高，煤中有机质开始热分解，热分解形成两种产物：一种是从煤大分子上断裂下来的侧链和官能团所形成的挥发分，在挥发分气体中主要有CO、CO2、H2、H2O、CH4及各种烃类化合物、含硫、含氮化合物等，另一种是稠环芳香核缩聚为焦炭（固定碳）。这一阶段煤要吸收热量，其热源由火种或原燃烧着的煤供给。煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第9页!大致分为三个阶段阶段120℃以前脱去煤中游离水，120~200℃脱去煤所吸附的气体如CO、CO2和CH4等，200℃以后年轻的煤如褐煤发生部分脱羧反应，有热解水生成，并开始分解放出气态产物如CO、CO2和H2S等，300℃时开始热分解反应有微量焦油产生。烟煤和无烟煤在这一阶段没有显著变化。第二阶段300~600℃，特征是活泼分解，以分解和解聚为主，生成和排出大量挥发物，气体主要是CH4及同系物，还有H2、CO、CO2及不饱和烃等。第三阶段600~1000℃，以缩聚反应为主，气体主要是H2及少量CH4。煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第10页!碳在煤的可燃部分中的比例

煤的种类碳占可燃成分的重量％发热量占总发热量％无烟煤96.595烟煤57～8857.5～83.5褐煤5566泥煤3040.52）焦炭的燃烧固定碳的燃烧在燃烧过程中起决定性作用，其主要是因为：在煤的可燃成分中，碳的重量百分数是主要的碳的燃烧时间占全部燃料燃烧时间的90％左右。碳的发热量占煤发热量的主要部分，因而炉内的温度也主要取决于碳的燃烧速度。煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第11页!煤燃烧的过程中的能量转换分析化学反应的本质是旧键的断裂，和新键的生成。断键吸收的总能量<键放出的总能量;则为放热反应断键吸收的总能量>新键释放的总能量;则为吸热反应在化学反应过程中所释放或吸收的能量都可用热量（或换成相应的热量）来表示，叫反应热，又称“焓变”，符号用△H表示，单位一般采用kJ/mol。反应的焓变可以通过①键焓来估算反应焓变，也可以通过②标准摩尔燃烧焓来计算反应的焓变。煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第12页!煤分子的概念煤是由分子量不同、分子结构相似但又不完全相同的一组“相似化合物”的混合物组成，多个相似的“基本结构单元”通过桥键连接而成的立体结构。煤大分子结构的基本概念有机质包括芳香结构的环状化合物占90％以上，非芳香结构的化合物（低分子化合物）含量少。煤大分子结构通常是指煤中芳香族化合物的立体结构。是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩聚物。煤分子的基本结构单元类似于聚合物的聚合单体，分规则和不规则两部分：

规则部分——由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环（含氮、氧、硫等元素）缩聚而成，称为基本结构单元的核或芳香核。

不规则部分——连接在芳香核周围的烷基侧链和各种官能团。煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第13页!化学结构模型

①Fuchs模型

——20世纪60年代以前的代表模型。由W.Fuchs（德）提出，1957年经VanKrevelen修改特点：二战前，以化学研究方法为主，仅获得一些定性的概念，可用于建模的定量数据很少。采用“统计结构分析”方法，次突破。定量描述了煤结构中的芳香和脂肪簇，并首次引用X射线分析和红外光谱的结果来证明其结论。特点是具有很大的蜂窝状缩合芳香环。——比较片面，不能全面反映煤结构的特征

煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第14页!③Wiser模型——20世纪70年代中期，W.H.Wiser（美）提出的被认为是比较全面合理的模型。特点：引入了用以解释煤热解、加氢、氧化等化学反应的弱键和桥键，较为全面和合理。煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第15页!⑤Shinn模型——1984年，J.H.Shinn根据一段和两段液化产物分布提出的，又称反应结构模型，目前广为接受。特点：以烟煤为对象，分子量1万为单位。假设：芳环或氢化芳环由较短的脂链和醚键相连，形成大分子聚集体，小分子相镶嵌于聚集体孔洞或空穴中，可通过溶剂溶解抽提出来。受液化过程中溶剂作用的影响，没有表示出煤中存在的低分子化合物。煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第16页!不同煤化程度煤的燃点煤种褐煤长焰煤气煤肥煤焦煤无烟煤燃点/℃260~290290~330330~340340~350370~380约400煤的燃点随煤化程度的增加而增高。煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第17页!煤燃烧各阶段顺序示意图煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第18页!煤中有机质开始分解的温度

种类泥炭褐煤烟煤无烟煤长焰煤气煤肥煤焦煤瘦煤开始分解温度/℃<100约160约170约210约260约300约320约380煤的热分解：煤的热解过程是一个非常复杂的反应过程。由于煤的组成复杂且极不均一，因而煤在热解过程中化学反应的形式很多，不可能用几个简单的反应式来表达。总的来说，煤的热解反应可归纳为两大类——裂解和缩聚煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第19页!燃烧阶段

当温度达到煤的燃点时，开始着火，然后可燃挥发分气体和焦炭开始燃烧，这是过程的主要阶段。1）挥发分的燃烧煤粒受热分解析出挥发分与氧作用，在煤粒周围着火燃烧，并放出热量，主要反应如下：CO+1/2O2→CO2+283kJ/molH2+1/2O2→H2O+242kJ/mol(g)或286kJ/mol(l)S+1/2O2→SO2+296kJ/mol挥发分燃烧时，一方面把热量传给焦炭，一方面被扩散来的氧气先行烧掉。对于挥发分的析出过程现在有两种不同的见解：一种观点认为，挥发分的析出只是燃烧开始阶段的一个短暂过程，还不到煤粒燃烧时间的10％；另一种观点认为，在煤粒燃烧过程中，挥发分不断地析出，析出过程与焦炭燃烧交叉平行进行，几乎延续到燃尽阶段。通常，煤的挥发分愈高，燃烧速度就愈快。煤炭的燃烧过程分析苗媛共22页，您现在浏览的是第20页!

碳的燃烧过程主要是碳和氧的化学反应过程。由于焦炭被挥发物所包围，氧首先和可燃气体反应燃烧，因此，焦炭的燃烧一般要落后于挥发物，只有当炉中的氧扩散到炽热的焦炭表面时，焦炭才能燃烧。近年来研究发现，煤粉火炬燃烧时，悬浮在气流中的粉煤粒加热速度很快，在很高的升温速度下，挥发分和焦炭几乎同时着火。碳的燃烧反应完全燃烧：C+O2→CO2+409kJ/mol不完全燃烧：C+1/2O2→CO+123kJ/mol焦炭在燃烧过程中还容易发生气化反应，使固态煤焦转化成气态，从而加速了燃烧过程。这些反应有：C+CO2