【影响煤炭发热量的因素问题探究15000字（论文）】

第一章绪论1.1煤炭的分类世界上的煤炭作为不可逆资源，分布非常广阔，煤炭分为褐煤、次烟煤、无烟煤和烟煤等四类。全世界的可以采集的煤炭总储量资源中中国约占12%、前苏联地区约占23%，美国约占25%，此外，南非、德国、印度和澳大利亚4个国家一共占世界总储量的28%，世界煤炭产量总产量的80%来源于上述7国或地区，煤炭储量丰富的国家同时也是煤炭的主要生产国，世界上煤炭储量已探明的大约是石油储量的63倍以上。根据国家科委推荐的《中国煤炭分类方案》，我国煤炭分为十大类，一般将长焰煤、不粘结、弱粘结、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤等统称为烟煤；贫煤称为半无烟煤；挥发分大于40%的称为褐煤[4]。无烟煤可用于制造煤气或直接用作燃料，烟煤用于气化工业、动力锅炉、配煤、炼焦；褐煤一般用于动力锅炉、液化气化工业等。褐煤多为块状，质地疏松、光泽暗，呈黑褐色；冒黑烟，火焰大，燃烧时上火快，容易着火，燃点低，含挥发分40%左右；发热量和含碳量较低（发热量因产地煤级不同差异很大），需经常加煤，燃烧时间短。烟煤比较容易点燃，燃点不太高，挥发分大约占总质量的30%以上，质地细腻，大多数是黑色并且有光泽，小块状也有粉状的，一般为粒状；煤炭拥有较高的发热量和含碳量，煤炭燃烧时间较长，燃烧伴有大量黑烟，燃烧时火焰长，上火快；煤炭在燃烧的时候容易结渣，而且大多数烟煤有粘性。无烟煤固定碳含量高，有的能够达到80%以上，质地紧密，杂质少，呈黑色有金属光泽而发亮，有小块状和粉状两种；不易着火，在10%以下燃点高，挥发分含量低；但燃烧时间长，燃烧时不易结渣，粘结性弱，冒烟少，火焰短，火力强，火上来后比较大，刚燃烧时上火慢，发热量高。为了使得火力强度减轻，应往其中加入适量煤土烧用。1989年10月，国家标准局制定了《国内煤炭减轻分类标准》（GB5571-68），依据煤的恒湿无灰基高位发热量Qgr、煤样透光性P、奥亚膨胀度b、胶质层最大厚度Y、粘结指数G、干燥无灰基挥发分Vdaf，maf，包括无灰基干燥氢含量Hdaf在内的7个参数，将煤分为14类。即无烟煤、贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、气肥煤、气煤、1/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤、褐煤。国标把煤分为三大类，即无烟煤、烟煤和褐煤，共29小类。无烟煤分为3个小类，数码为01、02、03,数码中的“0”表示无烟煤，个位数表示煤化程度，数字小表示煤化程度高；烟煤分为12个煤炭类别，24个小类，数码中的十位数（1~4）表示煤化程度，数字小表示煤化程度高；个位数（1~6）表示粘结性，数字大表示粘结性强；褐煤分为2个小类，数码为51、52,数码中的“5”表示褐煤，个位数表示煤化程度，数字小表示煤化程度低。在各类煤的数码编号中，十位数字代表挥发分的大小，如无烟煤的挥发分最小，十位数字为0,褐煤的挥发分最大，十位数字为5,烟煤的十位数字介于1~4之间，个位数字对烟煤类来说，是表征其粘结性或结焦性好坏，如个位数字越大，表征其粘结性越强,如个位数字为6的烟煤类，都是胶质层最大厚度Y值大于25mm的肥煤或气肥煤类，个位数为1的烟煤类，都是一些没有粘结性的煤，如贫煤、不粘煤和长烟煤。个位数字为2~5的烟煤，他们的粘结性随着数码的增大而增强。1.2煤炭的开采方法煤矿生产排放量最大的固体废物就是矸石的排放，也是中国工业堆积量和产生量最大的固体废物，中国煤矸石年排放量大约在1.5亿~2.0亿吨之间，产生量一般为煤炭产量的10%左右。全国煤矸石积存量截止2002年底占地2.6万公顷，约34亿吨，是中国工业储集量和产出量最多的固体废物。2004年煤矸石在全国的综合利用率为54%，利用量为1.35亿吨[5]。在煤矿生产和建设过程中矿井排水会将生产中的各种滋水通过不同的方式排进工作面和巷道，为了防止发生水害，保证安全生产，矿井里的水需要迅速排干。在煤炭的开采过程中，2004年全国煤矿统计出矿井里面平均每吨煤涌水量约为2m3，资源的利用率大概只有22%左右，共约30亿吨。在煤炭开采前和开采中煤矿的安全措施非常的重要，保证煤矿安全一般都是使得矿井通风和瓦斯抽放。但瓦斯引起的温室效应非常强烈，将抽放的瓦斯直接排到大气中，其中的甲烷所引起的温室效应要比二氧化碳强上20倍。另外煤矿的中井下巷道里在生产过程中每秒钟都需要大量的新鲜空气确保工人的活动，矿井中的通气也都含有一定瓦斯，它们一般都是通过矿井送风来排出的，送风的过程中会伴有大量粉尘。目前几年估算出的产量非常所，2002年中国重点煤矿煤层瓦斯产生量为9366.37亿吨，全国煤层瓦斯资源量为106亿吨，利用率5%左右，其中利用瓦斯量为517.49亿吨[6]。传统煤炭的生产过程中会造成相当的资源浪费，造成的生态破坏影响即使忽略其它伴生、共生矿物的利用、加工、开采，污染依然非常的严重。中国煤炭产业目前基本都没有利用伴生、共生的多种矿产资源，此外矿物的随意存放丢弃还会给生态环境带来负面影响，污染环境。地壳内部原有的力学平衡在煤炭开采过程中遭到了破坏。引起原有生态系统受到破坏，地表塌陷。这种破坏造成生态环境恶化和地表水利设施的破坏，使原有土地收益的丧失或减少。每年大面积的开采煤矿引起的地表塌陷面积已达40万平方米，而且每年塌陷的面积还在以平均1.5万平方米的速度在扩大。1.3煤炭的应用范围煤炭具有非常多的用途，根据它的使用目的能够归纳为三种途径：（1)煤化工用煤，（2)炼焦煤，（3）动力煤，主要包括加氢液化用煤，低温干馏用煤，气化用煤等[7]。冶金用动力煤是一种无烟煤，它能够为高炉喷吹和烧结使用，但是这些的煤炭用量不到动力用煤使用量的1%；生活用煤：生活用煤的使用数量所占的比例比较大，约占燃料用煤总量的23%；一般工业锅炉用煤：除大型供热锅炉和热电厂外，一般企业使用的工业锅炉数量大且分散，一般主要用作取暖，型号也很多，这种用煤量大约是动力煤总量的26%；建材用煤：水泥煤的使用量是最多的，约占动力用煤总量的13%以上，其次为瓦、砖、玻璃等；蒸汽机车用煤：蒸汽机车锅炉的耗煤指标为为100kg/（万吨·km）左右，占动力用煤3%左右；发电用煤：目前中国平均发电耗煤为标准煤370g/(kW·h）左右，约1/3以上的煤用来发电。电厂利用煤炭的燃烧，把热能转变为电能，实现火力发电。中国虽然煤炭的储量在世界水平内都可以算是非常丰富的，但是炼焦煤资源却是蕴藏比较少，中国煤炭总含量中炼焦煤的储量大约只有全部储量的26.74%。炼焦煤类包括瘦煤（占5.12%），主焦煤（占6.14%），肥煤（占4.334%），气煤（占12.87%），其它为未分牌号的煤（占0.49%）；非炼焦煤类包括天然焦（占1.1%），褐煤（占11.89%），长焰煤（占11.98%），不粘煤（占12.9%），弱粘煤（占1.87%），贫煤（占4.66%），无烟煤（占9.87%），牌号不清的煤（占1.21%）和未分牌号的煤（占12.76%）[8]。一般1.3吨左右的焦煤只能炼大概一吨焦炭，焦炭由混合煤或焦煤高温冶炼而成，炼焦炭也是炼焦煤的主要用途。目前焦炭是钢铁等行业的重要产品原料，是钢铁工业中生产的基本食粮。世界主要的焦炭市场出口国就是中国，我国是焦炭的生产大国。2003年，全球焦炭总销售量为3.8亿吨，中国焦炭的销售量就超过了1.80亿吨，大约是全球总销售产量的47%。在出口方面，2003年中国焦煤的出口总额数1511万吨，其中出口欧盟的总量大约为445万吨，约占全部出口总量的1/3。2004年，中国一共出口焦炭1523万吨，这个占据了全球焦炭销售总量的56%，虽然如此，国际焦炭的市场价格还是不断升高。2008年中国焦炭产量总计约33100万吨，2009年1月至9月焦炭总销售产量约为24613.65万吨[9]。1.4煤炭的行业发展煤炭施工企业随着市场化的不断深入，也推向了市场，然而管理体制机制不活，在煤炭施工企业中还没有大的变化。煤炭施工项目能否顺利、全面实施，解决好企业与项目的关系是关键，企业与项目间约束不严，激励不够，关系模糊，责任不明，煤炭项目施工管理被过多的不确定因素等严重影响正常实施，煤炭项目施工管理必须通过创新才能使适应现代企业制度建设的要求。在工程投标中煤炭施工企业存在的低价中标，相互压价，过渡竞争，仍然是普遍现象。煤炭施工企业还不能完全按照市场经济的规律运行，一些法律法规还没有健全，存在着许多人为因素、政策导向、行业行为乃至灰色交易，但无论怎样，市场经济的潮流是不可阻挡的，煤炭施工市场的逐步完善和国际化必然要求我们的煤炭施工的项目管理要不断创新来适应市场经济运行的规律。一般制造业中投标风险类似于市场风险，我国施工企业建筑施工领域基本实行招投标制后，都要以投标报价的形式争取中标。企业间为了获取工程项目竞争十分激烈。如果一个企业投不到项目工程，投标企业就无利可谈，也只能自己为投标而付出的物财人买单。如果投标报价时取费不当、漏计项目、计算失误，或招标文件中有对承包企业不利的条款和低价中标，或由于招标市场上的不规范操作和不正常的因素，再加上其他原因造成经营管理失败而亏损，承包企业将承担巨大的风险。原材料压力一是国家煤炭资源的态度;二是开采工艺的复杂程度;三是开采投资的占用量;四是生产者的经营管理水平;五是所采煤层的自然赋存条件等等。目前，乡镇煤矿管理水平、技术水平较低，开采资金占用量小且设施简单，再加上原煤生产成本比国有煤矿水平要低很多，对煤炭资源不够珍惜。乡镇煤矿低65%以上的所占比例还不少，一般都要低50%左右。因此，在国有煤炭企业的长远发展和扭亏增盈在乡镇煤矿低价竞争的优势下，发展前景是极其不利的。中国煤炭开采企业过于分散，煤炭行业的集中度还较低，个体开采煤炭的情况也很常见，这一方面加大了地方政府和中央对煤炭企业的管理难度，安全隐患也非常大；另一方面市场的受到了波动，起伏变化不稳定，使得煤炭的供给不稳定。煤炭是不可再生的能源物质，随着时间在慢慢的减少，国家必须加以控制，一定要对其开采实施统一规划、统一管理的措施[10]。而规模较大的煤炭生产企业在可控性、安全性、技术性等方面都具有很大优势，因此，把现有的煤炭企业有效的整合在一起还是很有必要的。一方面，坚决关闭那些不具备合格开采和安全条件的企业，另一方面，依照市场的需求，在政府的调节下，组成大型煤炭基地和集团，以股份制的方式把大量分散的煤炭开采企业联合在一起，实行统一销售、统一管理、统一开采。第二章影响煤炭发热量的几种常见因素2.1煤炭中的水分含量水分是煤中的无用物质，因此煤中的无用成分也会随着水分含量增多而变多[11]。同时，当煤中有大量水分时，不仅在煤的加热过程中，要吸收大量的热变成水蒸气而蒸发掉，而且煤的有用成分也会减少。另外，大量的水分也会影响煤炭的制备、贮存和运输，还会增加煤炭的无效运输量[12]。例如，在零下20-30摄氏度的寒冷地区的冬季，车皮会与高水分煤就冻结在千毫而无法卸车，就不宜将水分高的煤作长距离余数。同时在露天由于煤块中的水分会让煤炭冻结在一起，也无法装车。在制备煤炭的过程中，煤中含水量太高，也会给煤的筛分和破碎带来很多麻烦，同时煤料的配合和煤的比重配合也会受到很大影响。生产实践中证明了煤煤炭中的含水量越低越好。依照煤中所含水分的存在方式和结合形式，可分为游离水和化合水两种类型。煤中的游离水的存在形式是以武力形态存在于煤炭中的，经过1-2小时的低温加热后，一般就能全部变成水蒸气会发掉。这是因为游离水在煤炭中一般都是以水分子的吸附状态和煤炭混合在一起的。化合水是煤炭中的部分矿物质与水化合而成的形态，就是通常说的结晶态水和结合水，如硫酸钙中的结合水和高岭土中的结晶水。要让结晶水解析出来通常需要200摄氏度的温度环境，但温度高达560摄氏度时高岭土组分中的结合水才会水解，而硫酸钙二水化合物在煤中含量很少，分解失水温度仅163摄氏度[13]。根据水分在煤碳中的存在的结构状态来分的话，又可分为内在水分和外在水分两种。外在水分是附着在煤粒表面上的水。内在水分是凝聚或吸附在煤粒内部毛细孔中的水。在煤炭特殊结构的吸附作用下，内在水分要挥发出来比较困难。如外在水分在40-50摄氏度下不需要很长的时间就能完全蒸发出来，而内在水分在100摄氏度以上的温度条件下处理较长的时间才能完全蒸发出来。在实际应用中煤炭中的水分划分一般分为分析煤水分和氛围应用煤全水分两种。前者为空气干燥煤水分，后者则是煤在炼焦入炉前所含的全水分含量。前者用来控制生产的要求规定，而后者则式计算产量的基础数据。这些方法的标准都有统一的规定。在实际煤炭的正常中因为以下两个原因炼焦煤水分一般不是越少越好，而都是把比例调节在一定的范围之内。其一，减少破碎中的粉尘飞扬污染；其二，我国绝大多数洗煤厂无干燥设备，而煤经水洗后的水分一般都比较高。所以我国大多数焦化厂的入炉煤水都调节在总质量的8-10%的之内。如果生产过程中企业有安装干燥设备的条件，将煤的含水量控制到4-5%。由于含水量的减少，投入炼化炉中可以缩短煤料的结焦时间，并提高装炉煤的堆比重，煤炭强度也会随之升高，或能够得到节省强粘结性煤的特性[14]。通过日本福山炼焦厂钢管公司的研究表明，装炉煤水分的含量从7%降低到4.4%时，生产总产量上升了8.2%，交谈强度DI3015增加1.14%，结焦时间减少了2-3%，炭化室中每孔装煤量增加8%，每吨的污水排放降低1%，焦炉能够节省5*10千卡/吨煤。同时由于煤炭中水分的减少使得操作简单，便于焦炉的生产管理，使焦炉的生产条件稳定。由此可见，煤中含水量对焦煤生产影响和煤干燥的效率影响都很明显。2.2煤炭中的碳的含量煤主要由碳、氢、氧、氮和有机硫这屋中有机元素组成。其中，碳、氢、氧在煤炭中的比例达到95%以上。此外，煤炭中的磷和其他元素也占有一定的比例，但是很少。煤中有机元素的组成比例随煤化程度的改变而按照一定规则也在改变。一般来讲，煤炭中碳的含量越高，煤化程度越大，氢和氧的含量减少，氮的含量也会随着减少。煤炭在除去挥发分、灰分、水分后的残留物就是固定碳，全部去除煤炭中的挥发分、灰分和水分后的差值就是煤炭中固定碳的含量[14]。从测定去除煤炭中挥发成分的残留物焦炭渣的质量中减去煤炭的灰分，也可以得到煤的固定碳含量。煤炭的总量减去无灰分的挥发分干燥部分就是无灰分干燥煤炭的固定碳含量。固定碳主要是由碳元素构成的，另外还含有一定比例的氢、氧、氮、硫等其有机元素。从工业分析的角度来看煤的发热量主要是煤炭里的固定碳燃烧产生的[15]。所以在国际上计算煤炭发热量的公式利用工业分析的方法，基本都是用煤的固定碳含量作为发热量指标的。国内测定灰分比较大的石煤、无烟煤和高灰分烟煤发热量的经验公式，都是用煤的固定碳含量作为计算指标来计算的。煤的挥发分和无灰基干燥固定碳含量都是评定煤炭质量标准的一个数据，即煤中固定碳含量越高，煤炭的质量也就越好。一般无烟煤的固定碳含量>92%，烟煤为48%～92%，褐煤的≤58%。因此像美国和日本等某国家的煤炭质量评定标准是以无灰基干燥固定碳含量作为质量评定的一个标准的。工业用煤也都是使用空气干燥基固定碳含量作为评测重要指标的。如对合成氨用煤要求固定碳含量>65%[16]。分析基固定碳含量和分析基高位发热量之间总的趋势是C越高的煤，其Q也越高。如我们曾计算了78个全国统一检查煤样（包括有从无烟煤到各种牌号的烟煤和褐煤的所有煤种）的分析基固定碳含量和分析基高位发热量间的相关系数r=0.734，自由度为52时，r的临界值为0.268，因0.734大于0.268，故在95%的概率下，分析煤样的固定碳含量和分析基的高位发热量之间有显著的线性相关关系[17]。对同一牌号的煤来说，则分析煤样的固定碳含量和分析基高位发热量之间的相关系数将为更大，也就是说，两者之间的正变线性直线关系更为显著。所以，在以往沿用的一些计算煤高位发热量的经验公式中，有不少都是采用C作为计算发热量的主要参数[18]。2.3煤炭中的灰分的含量煤炭完全燃烧过程之后剩下的不能再燃烧发热的无法被氧化分解的矿物固体残留物就是煤炭的灰分。灰分太多会影响煤炭的加工使用。灰分含量越多，热效率也就越低；煤炭中的灰分在燃烧时能够影响煤的气化燃烧，在炉内灰分还会结成大片炉渣，对生产运用造成麻烦；炼焦时，灰分能全部生成焦炭，降低了焦炭的质量，和强度。灰分的熔点受到成分不同的影响，煤灰成分也是十分复杂的[19]。灰熔点低的煤，再气化和燃烧的过程中，能够为影响生产操作，造成很多的麻烦。所以，在评价煤炭的工业作用时，必须分析灰成分，测定灰熔点。外在灰分与采煤方法的合理与否有很大关系，是来自夹矸中和顶底板的岩石碎块。通过分选煤炭，其中的外在灰分大部分都能去掉。原始植物在形成煤炭的过程中植物体内所含的无机物就是内在灰分，煤的灰分含量越高，可选性也会越来越差。动力煤中灰分增加，煤容易结渣，排渣量增加，发热量降低；发热量一般随着灰分每增加2%，降低100kca1/kg左右[20]。精煤冶炼中石灰石使用量增加，灰分也会随之增加，高炉利用系数降低，焦炭强度下降；灰分的质量增加1%，石灰石的用量就会增加4%，高炉生产能力下降3%，焦炭强度下降2%[21]。煤的灰分不是煤中的固有成分，而是煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤中矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等复杂反应后剩下的残渣；煤的发热量是指每单位质量的煤完全燃烧所产生的热量，是表征煤炭各种特性的的综合指标。煤炭的发热量测定在分析煤炭质量中是一个影响因素较多、操作复杂的项目，特别是受到环境的影响，国标规定：有制冷设备、测热容量与测发热量条件一致、室内无空气对流、有恒温措施、室内温度要恒定等，测试条件要求非常严格，因此，发热量平行样测试结果常常超差，测定是一个较难掌握的项目，浪费许多物力和人力。相比灰分测定而言，则容易得多，空气干燥煤样称一定量，放到马弗炉中，在规定时间内加热到（815±10）℃，让样品燃烧到质量基本没有变化，以燃烧残留的物质占样品总质量的比例做为灰分产率。整个测定过程仪表都会自动记录数据，而且可以一次测定多个样品数据，减少了平行煤样的测量误差[22]。为了能够快速、准确测定煤炭的发热量，我们努力研究煤的灰分和煤炭发热量的相关性，从而使用灰分量分析结果推出发热量结果，并运用相关关系对分析结果进行预测。2.4煤炭中的硫分的含量在燃烧时煤炭会产生较多的硫化气体，这些气体不仅会和空气中的水会形成酸雨，还能腐蚀金属设备，污染环境，危害植物生产，而且使用含有硫和琳的煤炭用来冶金炼焦时，煤中大部分的硫和磷冶炼时会转移到公铁中，炼焦时又会直接转移到焦炭中，严重影响焦炭和钢铁质量，损耗铸造和机械加工的钢铁的机械[23]。煤炭燃烧或炼焦时，如果煤炭中的氟和氯含量较高时，管道和炉壁都会被腐蚀掉。把含有砷的煤作为酿造燃料和食品工业用，砷含量偏高会危害人体的健康，使产品毒性增加。水分和矿物质是煤中的主要无机物，这些物质会使煤的利用价值和质量大大降低，其中大部分都是煤炭的有害成分。煤炭按硫份在其中的存在形态可以分为无机硫和有机硫两种。有的煤炭中会存在少量的单质硫[24]。煤炭中的硫份，其结构复杂，基本都是以有机物的形态存在于煤炭中的，至今了解的还不够充分，煤炭中残留的硫份通常都是以无机物形态存的。无机硫可以分为硫酸盐硫和硫化物硫。硫化物硫中白铁矿硫的成分较少，黄铁矿硫的比例较多，这两种硫份为同质多晶体。CaSO4中的硫份主要是硫酸盐硫。按照煤炭中的硫份能不能在空气中燃烧又划分为不可燃硫和可燃硫。单质硫、硫铁矿硫、有机硫都是可燃硫，他们都能在空气中燃烧。硫酸盐硫是不可燃硫，它不能在空气中燃烧[25]。煤焦化后留在焦炭中的硫（以硫化亚铁、硫化钙和有机硫等为主），或燃烧后留在灰渣中的硫（以硫酸盐硫为主），称为固体硫。焦油析出的硫和煤焦化随煤气或煤燃烧逸出的硫份，叫做挥发硫（以硫化氢和硫氧化碳（COS）等为主）。煤的挥发硫和固定硫是会改变的，随矿物质组分、升温速度和焦化或燃烧的程度的数量和性质等变化的[26]。第三章热量计测量发热量的原理煤的发热量是指单位重量的煤完全燃烧后冷却到原来温度所放出的热量，煤完全燃烧后，煤中的C转变成CO，H转变成H。O，S转变成SO：，其它元素变为游离状态或氧化物。煤的发热量氧弹法测定，是用氧弹式热量计，直接测定出每单位重量的煤样在热量计的氧弹中于过量高压氧气中燃烧后产生的热量，通常称为弹简发热量，报出结果时根据需要，再换算成高位发热量或低位发热量[27]。具体做法是，在一个高压密闭称为氧弹的容器中，在有过量氧气条件下，点燃测定的样品让它燃烧充分，用水吸收放出的热量，根据吸收热量的水温度的升高情况计算出发热量。在测定中，先使已知热效应的标准物质在热量计中燃烧，比如，称去一定质量标准苯甲酸在氧弹中反应，算出水的热当量来，热量计的标准热当量是指热量计氧弹周围的液体温度升高1℃所吸收的热量，相当于单位质量热体系物质温度升高1℃所需的能量，此一定物质量的热体系，称为热量计的水当量[28]。接着，将带测定的煤炭样品在一样的条件下，在氧弹内燃烧，测量体系温度升高的升高情况。根据所测定的温度差值和量热体系的水当量，就能计算出煤炭样品的发热量。设在使用热量计测量水当量时，温度升高为△Te，发生的热效应为Qe，则热量计的水当量K测定值可以计算为：K=Qe/△Te又设，煤样的热效应测定值为Qx，未知热效应在热量计中使得水温度升高为△T，体系所需的热量K具有使得温度升高1Y；则Qx=K·△T=Qe/△Te·△T煤样的热效应Qx与所测煤样重量G之比Qx/G即为所测煤样的发热量。水当量K值的测定结果按下列公式计算：K= 式中：K一一热量计的水当量(克)Q一一苯甲酸的热值(卡／克)a一一苯甲酸重量(克)g一一引火丝的燃烧热(卡／克)b一一实际消耗的引火丝蘑量(克)1．43一一相当于1毫升0.1N氢氧化钠溶液的硝酸的生成热和溶解热。C一一滴定洗弹液所消耗的0.1N氢氧化钠溶液体积(毫升)H一一贝克曼温度计的平均分度值。T一一直接观测到的主期的最终温度。h一一温度为T时对温度计刻度的校正。To一一直接观测到的主期的最初温度。ho一一温度为To时对温度计刻度的校正。．△t一一热量计热交换校正值。弹简发热量是煤样在高压氧气的条件下燃烧时产生的热量因而它产生了一些在空气中燃饶时不能进行的热化学反应[29]。例如，煤炭在空气中燃烧的时候样品中所含的氮会以气态氮逸出到空气之中，而在氧弹中燃烧时则会生成氮的高价氧化物N2O或NO2，这些氧化物溶于弹筒里的水中后变成硝酸，这一反应是放热反应。此外，煤中的可燃硫在空气中燃烧时只形成二氧化硫气体，而在氧弹中燃烧时绝大部分能氧化成三氧化硫，它溶于弹简里的水中后形成硫酸，二氧化硫氧化成三氧化硫以及三氧化硫溶子水中形成硫酸水合物等反应，都是放热反应。所以煤的弹筒发热量，高于煤在空气中燃烧时产生的热量。煤中的硫含量越高或煤的发热量越大，则高出的热量也就越多[30]。因此，在报出结果时，必须将弹筒发热量加以校正，使煤在空气中燃烧时产生的发热量与之相符其，这样就能得到高位发热量。第四章影响因素试验设计4.1实验材料4.1.1实验原料=1\*GB2⑴氧气：不允许使用电解氧，压力足以使氧弹充氧至3.0Mpa，不含可燃成分，纯度至少99.5%。=2\*GB2⑵苯甲酸：二等或二等以上，基准量热物质，经权威计量机构确定其标准热量。=3\*GB2⑶点火丝：已知热值的棉线或者直径0.1㎜左右的镍、铜、铂丝或其他金属丝；如果选用棉线，应选用粗细均匀的白棉线并且不能涂腊。各种点火丝在点火时放出的热量如下：棉线：17500J/g；铜丝：2500J/g；镍丝：6000J/g；铁丝：6700J/g。=4\*GB2⑷点火导丝：镍络丝，直径在0.3㎜左右。=5\*GB2⑸酸洗石棉绒：使用之前在800℃温度下灼烧30min.=6\*GB2⑹擦镜纸：燃烧热在前先测出。4.1.2实验仪器与设备=1\*GB2⑴自动恒温式热量计（仪器结构、弹筒、内筒、外筒、搅拌器、量热温度计）=2\*GB2⑵燃烧皿、压力表和氧气导管、压饼机；=3\*GB2⑶天平（分析天平、工业天平）=4\*GB2⑷点火装置：点火可由220V交流电源经变压器供给12～24V的电压。线路中应串联一个指示点火情况的电流计和一个调节电压的变阻器以及指示灯。在实验之前要确定点火电压。其方法是：在大气环境中通电接好的点火丝。使用熔断式点火时一边调节电压，让点火丝在一到两秒中达到红亮；在使用棉线调节电压点火时，保证点火丝四到五秒内达到暗红。确定上述点火使用的电压和时间后，应准确测出通电时间、电流、电压，以便能够得到更加准确的数据测量发热量。4.2煤炭发热量的测定4.2.1水分对煤炭发热量的影响取一定质量的苯甲酸基准物进行热量测定试验，通过测量计算出水试验过程中的水当量，水当量的测定结果不得少于5次，每两次间的误差不应超过1O克，如果前四次间的误差不超过5克，可以省去第五次测定，取其算术平均值，作为最后结果。取同一测量样本作为试验对象，分成5份，通过人工控制这5份样品的水分含量，每份取1.0g左右作为测量样品，然后将燃烧皿装入氧弹的干锅架上。试验测量的结果参照表4.1。表4.1水分对煤炭发热量的影响测量结果样品质量（g）水分（%）T（℃）To（℃）Qt（MJ/Kg）10.98512.5021.245718.0412498220.99412.0021.231718.0347503431.01511.5021.227918.02595119451.00811.000.98110.5021.235118.0357516821.241318.03915279注：T为直接观测到的主期的最终温度；To为直接观测到的主期的最初温度。从测定结果可以看出，随着煤炭水分的增加，发热量是逐渐变小的。水分在煤炭中属于无用的物质，它在煤炭的燃烧放热过程中会吸收大量的热量变成水蒸气，水分比例的增大导致煤炭中有机物含量的下降，煤炭中的化合水需要较高的温度长时间的加热状态才能释放出来，这些都直接影响到了煤炭的发热量。4.2.2碳的含量对煤炭发热量的影响取一定质量的苯甲酸基准物进行热量测定试验，通过测量计算出水试验过程中的水当量，作为最后结果。取同一测量样本作为试验对象，分成5份，通过人工控制这5份样品的碳的含量，每份取1.0g左右作为测量样品，然后将燃烧皿装入氧弹的干锅架上。试验测量的结果参照表4.2。表4.2碳的含量对煤炭发热量的影响测量结果样品质量（g）碳含量（%）T（℃）To（℃）Qt（MJ/Kg）10.99665.0021.228618.0502597621.00460.0021.235818.0416567131.00755.0021.241718.03495119450.99850.000.97945.0021.246818.0368461921.250418.04174059注：T为直接观测到的主期的最终温度；To为直接观测到的主期的最初温度。从测定结果可以看出，在碳含量为65%以下时，随着煤炭中碳的增加，发热量是逐渐增大的。碳在煤炭中所占的比例最多，以往沿用的一些计算煤高位发热量的经验公式中，有不少都是采用C作为计算发热量的主要参数。但是并不是所有的煤炭的发热量和碳的含量都呈这种线性关系，表4.3为碳含量在85%以上的煤炭发热量的测定结果。表4.3碳的含量对煤炭发热量的影响测量结果样品质量（g）碳含量（%）T（℃）To（℃）Qt（MJ/Kg）11.00685.0023.356218.0521916720.99287.0023.310518.1264901131.01289.0023.268718.21538763450.98791.001.00693.0023.159818.2482852123.045318.12618254注：T为直接观测到的主期的最终温度；To为直接观测到的主期的最初温度。由于煤的可燃基固定碳系通过100-V算出，因此它与可燃基高位发热量的关系正好与V和Q的关系相反。即对年轻煤来说，Q随C的增高而增高，到C在70-80%时，Q达最高值；对C＞82%的年老煤来说，Q则随C的增高而降低；当C＞96%时，其Q即达到最低值（可低至8000MJ/KG以下）。京西和四望嶂的无烟煤仍然例外，因为它们的固定碳含量虽不是最高的，但发热量却是无烟煤中最低。4.2.3灰分对煤炭发热量的影响取一定质量的苯甲酸基准物进行热量测定试验，通过测量计算出水试验过程中的水当量，作为最后结果。取同一测量样本作为试验对象，分成5份，通过人工控制这5份样品灰分的含量，每份取1.0g左右作为测量样品，然后将燃烧皿装入氧弹的干锅架上。试验测量的结果参照表4.4。表4.4灰分的含量对煤炭发热量的影响测量结果样品质量（g）灰分含量（%）T（℃）To（℃）Qt（MJ/Kg）11.00330.0021.228618.0502458320.99125.0021.235818.0416486131.01320.0021.241718.03495117451.00815.000.99210.0021.246818.0368541621.250418.04175758注：T为直接观测到的主期的最终温度；To为直接观测到的主期的最初温度。从测定结果可以看出，随着煤炭灰分的增加，发热量是逐渐变小的。灰分在煤炭中属于有害的物质，它是煤炭的燃烧过程中矿物质氧化分解产生的一类物质，灰分比例的增大导致煤炭中有机物含量的下降，并且煤炭燃烧氧化分解这类物质会损失一部分热量，直接导致了煤炭发热量的下降。4.2.4硫分对煤炭发热量的影响取一定质量的苯甲酸基准物进行热量测定试验，通过测量计算出水试验过程中的水当量，作为最后结果。取同一测量样本作为试验对象，分成5份，通过人工控制这5份样品硫分的含量，每份取1.0g左右作为测量样品，然后将燃烧皿装入氧弹的干锅架上。试验测量的结果参照表4.5。表4.5硫分的含量对煤炭发热量的影响测量结果样品质量（g）硫分含量（%）T（℃）To（℃）Qt（MJ/Kg）10.9910.6021.228618.0502502121.0020.7021.235818.0416510331.0130.8021.241718.03495116451.0080.900.9921.0021.246818.0368521921.250418.04175352注：T为直接观测到的主期的最终温度；To为直接观测到的主期的最初温度。从测定结果可以看出，随着煤炭硫分的增加，发热量是逐渐变小的，但是减小的趋势不是非常明显。硫分在煤炭中是有害物质，它在煤炭的燃烧放热过程中会使硫化物焦化，从而影响煤炭的燃烧放热，但是这些阻碍煤炭燃烧放热的因素在氧弹里面几乎可以忽略不计的，因此在试验过程中硫份对煤炭发热量的影响不如大气环境中燃烧的影响大。4.2.5发热量的验正交实设计及结果下面人工调试出各种配比如下比例的煤炭，对其发热量做一个统计分析，这种正交实验的结果可以判断出不同影响对于煤炭发热量的影响程度的大小，具体的配置过程如下：选取三分煤炭的样品，分别为含碳量高的无烟煤，灰分含量较高的泥煤，含硫量较高的褐煤，将这三分样品在低温环境中干燥，除去水分和一些易挥发的气体物质，可以测出这三份煤炭样品中的碳含量、灰分含量、硫份各不相同，加上蒸馏水按照一定的计算比例可以调配出各种成分的煤炭混合物。其测定比例如下正交试验设计以及实验统计结果参见表4.6。表4.6影响煤炭发热量因素的正交实验统计实验序号A水分（%）B碳含量（%）C灰分（%）D硫分（%）发热量Qt（MJ/Kg）1234567891011121314151612.5090.0012.0080.0011.5070.0011.0060.0012.5080.0012.0070.0011.5060.0011.0090.0012.5070.0012.0060.0011.5090.0011.0080.0012.5060.0012.0090.0011.5080.0011.5070.0015.0020.0025.0030.0020.0015.0030.0025.0025.0030.0015.0020.0030.0015.0020.0025.001.000.900.800.700.701.000.900.801.000.900.800.700.900.800.701.008279789267585813770867335583876667175862814675155011825674246861Ⅰ位级和Ⅱ位级和Ⅲ位级和Ⅳ位级和极差1.62121.74141.65361.82591.71881.75371.66591.81190.12660.15231.23621.22331.20751.25610.12841.20531.18241.17451.18430.0676由上述处理数据可知，影响煤炭发热量的因素主次顺序为B＞C＞A＞D。从实验结果可以看出，煤炭中碳的含量对煤炭的发热量影响最为明显，硫分对煤炭发热量的影响是最小的，煤炭中灰分和水分对煤炭发热量的影响差不多，灰分的影响程度略大于水分的影响。因此我们判断煤炭发热量大致可以从煤炭中碳的含量，水分和灰分这三个方面来考虑。第五章结论与展望5.1结论1.研究煤炭的组成成分或组成元素对煤炭发热量的影响对了解煤炭质量，判断煤的种类和加工利用途径有着非常重要的意义。2.煤炭中的水分包括游离水和结合水，在煤炭中所占的比例大约在5%-20%之间，煤炭燃烧时需用提供一部分热量使得这些水蒸发或者从晶体中分解出来，这部分损失的热量会降低煤炭的发热量。3.煤炭中的碳含量作为煤炭中有机物的主要组成部分，它直接影响了煤炭的质量，对煤炭的发热量的影响也是最大的，但并不是碳的含量越高，发热量就越大，在C＞82%的煤炭中，它与可燃基高位发热量的关系正好与V和Q的关系相反，在C含量高达到一定比例时，煤炭的发热量会降低很多。4.煤炭中的灰分是煤炭中的无用物质，它是煤炭中的矿物质通过煤炭燃烧后氧化和分解形成的一类较为稳定不可燃烧的物质，它的比例越大，煤炭中有机物的含量也就越低，直接影响到了煤炭的发热量，并且在这些矿物质氧化和分解的过程中还会损失一部分热量。5.煤炭中的硫分是煤炭中的有害物质，这部分可以分为有机硫和无机硫，在煤炭的燃烧过程中，无机硫不会参加燃烧，在受到高温的作用时，会焦化包裹在煤炭的表面从而影响煤炭的完全燃烧，降低了煤炭的燃烧效率，在氧弹中这部分的热量损失并不明显，因此在实验中硫分对煤炭发热量的影响最小。5.2讨论1.煤炭是由动植物遗体转变而成的有机物，其元素组成十分复杂。这些元素主要包括碳、氢、氧、氮、硫、磷这六种，实验中没有包含氢和氧的影响因素，不排除氢和氧这两种元素对于煤炭的发热量影响程度较大，只选择碳作为有机物的衡量标准比较片面，对煤炭发热量的影响因素试验可以从更多方面来判断。2.是否能够通过相关的研究试验来设定一套人工合成煤炭的工艺手段来提高煤炭的利用效率，较少污染，降低成本。5.3展望煤炭对经济建设和社会发展具有重要的意义，，是我国最重要的能源之一，是我国实施可持续发展战略的基本能源。然而在很长的一段时间里，在煤炭资源立法、执法、管理体制方面很多地方都不是很合理，这使得煤炭资源不能得到合理的开发和利用。本文在讨论我国煤炭资源开发利用中存在的一些基本问题之外，又深入分析了了出现这些问题的原因，而且使用法律手段提出了相关的对策。从总体上看,人们对资源综合利用和能源节约的迫切性和重要性认识程度还不够深,更加只注重发展的短期利益,忽略了很多东西，不注意煤炭资源的环境治理和综合利用,没有循环经济理念,缺乏社会责任、长远眼光和整体意识,导致我国煤炭工业仍处于效益低下、污染严重，利用率低、简洗加工、资源浪费和粗放开发的状况。由于煤炭产业协调地方经济和相关产业、上下游产业的发展工作做得不好，丰富的资源贮备优势不能体现出经济的发展优势，国家宏观调控政策不到位。但是由于我们对生态保护和环境意识淡薄，对保护煤炭资源的觉悟不高，开发利用中存在严重的煤炭资源利用问题。主要表现在以下两个方面：煤炭资源属于不可再生资源，不合理开采造成损失浪费严重，资源耗费率高，煤炭在短时间内不能再生，其形成要经过漫长的地质时期，一旦采完也就消失了，对煤炭资源战略储存和保护都是由煤炭资源的这种不可再生性所决定的，严重的生态环境负面影响都是由不合理开发利用带来的。尽管我国在《矿产资源法》、《环境保护法》等法律中明确要求矿山环境必须得到相应的保护，但从现实的资料报道中可以看出,煤矿开采造成的环境污染和生态破坏现象日趋严重。一是井工露天开采挖损土地，开采过程中地表塌陷严重；二是对大气环境的污染；三是污染水资源并造成了水资源的流失。同时，我国在利用煤炭生产过程中污染程度也非常严重，煤炭燃烧的时候释放大量的SO2,我国30%的国土面积都因此受到酸雨的影响，我国直接用于燃烧的煤炭占85%，这都使得我国成为煤烟型污染较为典型的国家。相比于一些发达国家来说我国的煤化工起步较晚,但是煤炭化工企业的快速发展非常迅速，而且初具规模，一些自由开发的技术发展也具有了相当的水平，如煤炭气化装置等技术装置也有独特的特点。虽然我国的煤炭资源优势明显，储量很大，但是煤化工的技术能源的利用率不高，对环境的污染大，难度大，所需资金大，其工艺流程长，这些特点都在一定程度上限制了我国煤化工产业的发展。因此，增加煤化工企业效益，提高我国煤化工技术水平，注意自主开发，提高煤化工的开发力度，加强煤化工的技术性和规模性，在吸收和引进国外发达国家先进技术的同时是我国煤化