燃 料.ppt

1、燃 料,1.燃料及其概况,一、燃料分类,天然燃料 例如：天然气，石油和煤炭 人工燃料 煤气、沼气和人造酒精等,二、我国燃料情况,发展迅速 燃料总产量（折合亿吨标准煤）,二、我国燃料情况,能源消费以煤为主 能源构成的百分比,2. 燃料的成分和性质,煤的成分和性质,一、煤的元素分析,煤的成分 元素分析成分：为工程计算和应用方便，将燃料的主要元素组成和水分、灰分测量结果习惯上称为元素分析成分 元素分析成分的构成 碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分,一、煤元素分析,碳（Carbon） 是燃料的主要可燃元素，占燃料质量份额的1590%，煤占5090% 煤的地质年代越久远，碳化程度越深，含碳越多，无烟煤占90

2、%,纯碳的着火和燃烧很困难，煤的含炭量越多，着火与燃烧越困难，但发热量大,一、煤的元素分析,氢（Hydrogen） 可燃元素。煤的碳化程度越深，含氢量越少，煤一般的含氢量为210%,一、煤的元素分析,硫（Sulfor） 自然界中硫的存在形式包括有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫。 硫是可燃元素，但热值很低，同时硫燃烧产生的二氧化硫、三氧化硫会进一步生成亚硫酸和硫酸，腐蚀金属，造成锅炉堵灰。 我国煤的含硫量很低，一般12%，但南方某些煤的含硫量较高，可达35%，个别达10%， 高硫煤：含硫量大于2%的煤质,一、煤的元素分析,氧（Oxygen） 氧是不可燃元素，在燃料中已和碳、氢化合，使其可燃成分相对减少

3、 固体燃料的含氧量随碳化程度的加深会较少，无烟煤含氧量1%2%，其他煤的碳氧量10%左右 油的含氧量很少，1%左右,一、煤的元素分析成分,氮（Nitrogen） 通常情况下不可燃，条件满足时可生成NOx，但生成量很少，一般认为是不可燃元素 煤中含量很少，一般1%2% 油中含量0.05%0.4% 能造成空气污染，须严格控制其生成,一、煤的元素分析,灰分（Ash） 不可燃，属于矿物杂质，主要由SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3等氧化物和碱、盐等构成 燃料中灰分含量相差很大，油中几乎无灰，煤中灰分通常10%30%，多者可达50% 按灰分的来源可分为 内部灰分：生成煤时混入，混合均匀 外

4、部灰分：开采、运输时混入，分布不均匀,一、煤的元素分析,灰分含量对燃烧过程的影响 燃料发热量少 着火、燃烧困难 积灰、结渣，影响传热 磨损受热面 污染环境 灰在燃烧前后可能不完全一致，化合物可能会分解，但在800之后，基本不变，测定会成分时规定：测量温度81510 ,一、煤的元素分析,水分（Water，Moisture） 不可燃，属于杂质 油中含量13%，煤中变化较大250% 水分构成 内部水分（固有水分）105110 外部水分（表面水分）4550 化合水分（结晶水）灰分的一部分 瓷土 水分含量随开采、运输、储存条件而变化,一、煤的元素分析,水分对燃烧过程的影响 燃料的发热量 着火、燃烧过程吸

5、收大量热量，降低燃烧温度 排烟热损失 受热面腐蚀 堵灰 制粉、干燥和运输,二、煤成分的表示,固液体燃料 七种元素分析成分的质量分数 C+H+O+N+S+A+M=100%,三、煤成分表示的基准,煤中的灰分和水分会随着燃料的开采、运输和储存过程而发生变化。而燃料成分表示的是各成分的相对百分含量，为此必须规定燃料成分表示的分母基准。 根据燃料中灰分和水分的变化情况分为4种基准： 收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基,三、煤元素分析基准,收到基ar(as received) Car+Har+Oar+Nar+Sar+Mar+Aar=100% 空气干燥基ad(air dry) Cad+Had+Oad+N

6、ad+Sad+Mad+Aad =100% 干燥基d(dry) Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad =100% 干燥无灰基daf(dry ash free) Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%,三、燃料元素分析基准,各基准之间换算 上述各个基准之间存在换算关系，可以通过通分运算进行相互换算 例题：已知收到基成分，求干燥无灰基成分 Car+Har+Oar+Nar+Sar=100- Mar-Aar Car /Cdaf=Har/Hdaf=(100-Aar-Mar)/100 Cdaf=Car100/(100-Aar-Mar),各种基准之间的换算因子,四、元素分析成分新旧符号的变化

7、,3. 煤的工业分析,一、什么是煤的工业分析,煤的元素分析，工作量大，复杂，工程上多应用工业分析成分。此外，还需要了解发热量、灰熔点等其他煤质特性 工业分析构成(Proximate analysis) 成分：水分、灰分、挥发分和固定碳，其中灰分和固定碳合称为焦炭 发热量 灰熔点,二、工业分析成分,工业分析成分的定义和煤的燃烧过程密切相关,A,A,C,FC,V,H,O,N,S,M,M,固态,气态,二、工业分析成分,工业分析也存在四种基准 收到基 Aar+FCar+Var+Mar=100% 空气干燥基 Aad+FCad+Vad+Mad =100% 干燥基 Ad+FCd+Vd=100% 干燥无灰基

8、FCdaf+Vdaf=100%,二、工业分析成分,灰分 灰熔点：灰分的熔化温度 根据融化状态不同，分为变形温度、软化温度和熔化温度（流动温度） 测定方法：角锥法,影响灰熔点的因素,1、和灰成分有关系 灰中的SiO2是弱酸性，含量较多，灰的PH值呈弱酸性。如果碱性物质增多，灰熔点将降低 2、与晶格结构有关系 灰中氧化物结成共晶体，属SiO2-Al2O3-CaO-FeO系统，熔点比结合前要低，如CaO.SiO2，只有1540 3、与介质性质有关系 还原性气氛中比氧化性气氛中低200300 ,角锥法测定灰熔点,将灰制成小角锥（正三角形底，边长7cm，高度20cm)，角锥垂直地面的侧面与灰托板表面垂直

9、 至于硅碳管加热炉中加热 加热速度 900 以前，1520 /min 900 以后，51 /min 介质气氛 弱还原性(50%H2+50%CO2) 或(60%CO2+40%CO),变形温度DT (deformation temp.) 软化温度ST(soften temp.) 熔化温度FT(flow temp.),灰熔点对应的三个温度,待测灰样,变形温度,软化温度,熔化温度,二、工业分析成分,挥发分（volatile） 定义：在高温条件下煤有机质分解的产物，不是自然存在于煤中的。 主要成分：CmHn，例如CH4、C2H4等 挥发分析出温度和析出量对燃烧过程影响很大，成为判别煤着火特性的重要指标之

10、一,不同煤质挥发分含量和析出温度,挥发分析出量的影响因素,同一种煤，即使产于同一矿井，Vdaf含量也会有出入。 原因： 加热温度的影响。 加热温度越高，析出挥发分越多； 加热时间和加热速度的影响。 快速分解比慢速分解细处的挥发分多； 快速分解析出挥发分中C/H高； 先期释放的挥发分中，C/H比例高。 煤粒尺寸的影响 结论不一，有人认为有影响，有人认为无影响； 有影响的人认为：大粒度煤分解产生的C阻碍了后期挥发分析出。粒度越大，挥发分析出越少,挥发分含量的测定,分析试样1克左右，放入带盖的坩埚中，在90010 的恒温炉中，隔绝空气加热7分钟，析出气体，试样重量G1 G2,然后换算成其他基准，习惯

11、上用干燥无灰基，含量不受灰分和水分的影响。,二、工业分析成分,焦炭 定义 煤析出挥发分、水分后得到的固态物质称为焦炭 焦炭=灰分+固定碳 煤的焦结性 焦炭粘接程度称为煤的焦结性,煤的焦结性分为八类,粉状。全部粉状 粘着。用手指轻碰即成粉状 弱粘结。用手指轻压即成小块 不熔融粘结。用手指用力压才裂成小块，表面无光泽 不膨胀熔融粘结。焦饼，有银白色金属光泽 微膨胀熔融粘结。手指压不碎，表面有小膨胀泡 膨胀熔融粘结。上下表面银白色光泽，焦渣高度15mm。,焦结性对燃烧过程的影响,煤的焦结性对层燃炉有重要影响。 焦渣处于58类，结焦成块，层燃炉妨碍通风，含碳量增加。 焦渣处于12类，可能漏煤，或增加飞

12、灰损失。,小知识: 结焦和结渣的区别? 结焦指煤的特性； 结渣指灰的特性。,三、发热量,定义 燃料完全燃烧放出的热量 高位发热量：1kg燃料完全燃烧放出的全部热量，包括水蒸汽凝结时放出的热量。 表示：Qgr,ar 低位发热量：1kg燃料完全燃烧放出的全部热量，去掉水蒸汽凝结时放出的热量。 表示：Qnet,ar,高位发热量和低位发热量之间换算,高位发热量和低位发热量之间相差燃料燃烧后生成水分所吸收的汽化潜热。 水在0，1atm下的汽化潜热为2290kJ/kg 收到基低位发热量和收到基高位发热量之间的换算见下式：,约定： 工程上，排烟温度高于100，蒸汽不会凝结，应用低位发热量作为计算燃料热量的依

13、据。,发热量的测量,用氧弹量热计进行测量 基本原理,式中： Sb,ad由弹筒洗液测得的煤的含硫量，% a由氮生成硝酸并融于水所放出的热 量系数 贫煤、无烟煤时， a=0.001 其他情况下， a=0.0015,门捷列夫经验公式进行校验,为检验试验测得的发热值的准确性，采用门捷列夫经验公式进行校验 Qnet,ar=339Car+1030Har-109(Oar-Sar)-25Mar 当Ad25%，差值25%，差值800kJ/kg,各个基准下发热量换算,低位、高位发热量之间相差为汽化潜热，根据含水分、氢元素质量考虑影响即可 高位发热量之间的换算乘以系数，考虑不同质量份额 进行低位发热量之间的换算必须

14、先转化到高位发热量,四、折算成分,按发热量来考虑对锅炉燃烧的影响，即每1000kcal（4187kJ）带入的灰分，水分和硫分称之为折算灰分，折算水分和折算硫分。,五、煤的可磨性,可磨性系数（可磨度） 定义：标准煤和测量煤由相同粒度磨碎到相同细度所耗电量之比。 Kkm=Ebz/Ecl 煤硬，E大，Kkm小； 煤软，E小， Kkm大 一般Kkm 1,常见可磨度测量方法,哈德罗夫法（HGI） 50g煤样在标准中速磨中磨600.25转，在规定条件下(0.071mm筛)上晒分，称筛上煤样质量，然后获得过筛的煤样质量，从标准煤样绘制的标准图上可查得可磨性指数。 哈德罗夫法主要用于中速磨直吹式制粉系统磨煤机

15、的选取,Btu法（Kkm） 在标准球磨机中磨制15分钟，测量通过90mm标准筛的网眼，检测筛余量 Kkm1.6时，易磨煤,两种方法之间的换算 Kkm=0.0034HGI1.25+0.61,六、磨损指数（AI）,用于考察煤粉对设备（主要是指磨煤机）的磨损寿命 采用专门装置测量，将一定粒度和质量煤样放入装有4个金属叶片罐中，由传动轴带动，旋转12000转之后，根据4个叶片的质量损失计算煤的磨损指数。转数145030r/min,功率不小于2kw。 煤样重量M=2kg,粒度13mm； 试片试验前重量m1，试验后重量m2。 AI=(m1-m2)103/M AI大，磨损严重，寿命短； AI与HGI的关系尚

16、不清楚。,4.煤的分类,一、中国煤科院的分类方法,中国煤炭科学院将煤分为10类 根据干燥无灰基挥发分含量及胶质层最大厚度分类,小知识：胶质层最大厚度：煤在干馏过程中加热到360-520时会产生流体物质，胶质体，一直加热到730 ，定期测量胶质层厚度，选其最大厚度记录之,煤科院煤质分类方法,二、常见煤质特点,无烟煤(WY)。无烟煤固定碳含量高，挥发分产率低，密度大，硬度大，燃点高，燃烧时不冒烟。01号无烟煤为年老无烟煤；02号无烟煤为典型无烟煤；03号无烟煤为年轻无烟煤。如北京、晋城、阳泉分别为01、02、03号无烟煤。 贫煤(PM)。贫煤是煤化度最高的一种烟煤，不粘结或微具粘结性。在层状炼焦炉

17、中不结焦。燃烧时火焰短，耐烧。 贫瘦煤(PS)。贫瘦煤是高变质、低挥发分、弱粘结性的一种烟煤。结焦较典型瘦煤差，单独炼焦时，生成的焦粉较多。,二、常见煤质特点,瘦煤(SM)。瘦煤是低挥发分的中等粘结性的炼焦用煤。在炼焦时能产生一定量的胶质体。单独炼焦时，能得到块度大、裂纹少、抗碎性较好的焦炭，但焦炭的耐磨性较差。 焦煤(JM)。焦煤是中等及低挥发分的中等粘结性及强粘结性的一种烟煤。加热时能产生热稳定性很高的胶质体。单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、抗碎强度高的焦炭，其耐磨性也好。但单独炼焦时，产生的膨胀压力大，使推焦困难。 肥煤(FM)。肥煤是低、中、高挥发分的强粘结性烟煤。加热时能产生大量的胶

18、质体。单独炼焦时能生成熔融性好、强度较高的焦炭，其耐磨性有的也较焦煤焦炭为优。缺点是单独炼出的焦炭，横裂纹较多，焦根部分常有蜂焦。 13焦煤(13JM)。13焦煤是新煤种，它是中高挥发分、强粘结性的一种烟煤，又是介于焦煤、肥煤、气煤三者之间的过渡煤。单独炼焦能生成熔融性较好、强度较高的焦炭。,二、常见煤质特点,气肥煤(QF)。气肥煤是一种挥发分和胶质层都很高的强粘结性肥煤类，有的称为液肥煤。炼焦性能介于肥煤和气煤之间，单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学产品。 气煤(QM)。气煤是一种煤化度较浅的炼焦用煤。加热时能产生较高的挥发分和较多的焦油。胶质体的热稳定性低于肥煤，能够单独炼焦。但焦炭多呈

19、细长条而易碎，有较多的纵裂纹，因而焦炭的抗碎强度和耐磨强度均较其他炼焦煤差。 12中粘煤(12ZN)。12中粘煤是一种中等粘结性的中高挥发分烟煤。其中有一部分在单独炼焦时能形成一定强度的焦炭，可作为炼焦配煤的原料。粘结性较差的一部分煤在单独炼焦时，形成的焦炭强度差，粉焦率高。 弱粘煤(RN)。弱粘煤是一种粘结性较弱的从低变质到中等变质程度的烟煤。加热时，产生较少的胶质体。单独炼焦时，有的能结成强度很差的小焦块，有的则只有少部分凝结成碎焦屑，粉焦率很高。,二、常见煤质特点,不粘煤(BN)。不粘煤是一种在成煤初期已经受到相当氧化作用的低变质程度到中等变质程度的烟煤。加热时，基本上不产生胶质体。煤的

20、水分大，有的还含有一定的次生腐植酸，含氧量较多，有的高达10%以上。 长焰煤(CY)。长焰煤是变质程度最低的一种烟煤，从无粘结性到弱粘结性的都有。其中最年轻的还含有一定数量的腐植酸。贮存时易风化碎裂。煤化度较高的年老煤，加热时能产生一定量的胶质体。单独炼焦时也能结成细小的长条形焦炭，但强度极差，粉焦率很高。 褐煤(HM)。褐煤分为透光率Pm30%的年轻褐煤和Pm3050%的年老褐煤两小类。褐煤的特点为：含水分大，密度较小，无粘结性，并含有不同数量的腐植酸，煤中氧含量高。常达1530%左右。化学反应性强，热稳定性差，块煤加热时破碎严重。存放空气中易风化变质、破碎成效块甚至粉末状。发热量低，煤灰熔点也低，其灰中含有较多的CaO，而有较少的Al2O3。,三、动力煤的特点,无烟煤 挥发分含量最低，一般Vdaf10%，且挥发分析出的温度也较高，因而着火困难燃烬也不容易， 燃烧时没有煤烟，仅有很短的青蓝色火焰，焦碳也没有粘结性。 无烟煤的埋藏年代最久，碳化程度最深，因而含碳量高，一般Car40%，最高可达95%，而灰分又不大，Aar=635%(少量30%)，水分也很低Mar15%，所以发热量都很高，一般为Qnet,ar2532.5MJ/kg,三、动力煤的特点,烟煤 挥发分含量较高，范围也较宽，一般Vdaf2040% 碳化程度较无烟煤浅，含