燃烧学-固体燃料煤的燃烧.ppt
《燃烧学-固体燃料煤的燃烧.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《燃烧学-固体燃料煤的燃烧.ppt(46页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第六章 固体燃料煤的燃烧基础,固体燃料种类、特性,碳的燃烧化学反应过程,煤的各种燃烧方法,碳的燃烧化学反应过程,本章简要介绍煤燃烧的一些基本知识,为进一步研究煤燃烧奠定基础。,6.1 固体燃料,煤、木柴、甘蔗渣等都是碳氢化合物,可作为固体燃料。,天然固体燃料,木质燃料 矿物质燃料煤,冶金生产:炼焦和气化 工业炉窑 锅炉 大型热电厂,煤占我国一次能源消费的70%以上; 消费的煤中80%以上用于燃烧; 我国是少有的以煤为主的国家; 煤的燃烧比较复杂,木柴等容易燃烧; 煤中焦炭占煤中可燃质重量的5597%,焦炭的发热量也占煤的总发热量的6095%。,一、煤的种类及其化学组成,煤的种类 根据生物学、地
2、质学和化学方面的判断,煤是由古代植 物变来的,中间经过了极其复杂的变化过程。 根据母体物质炭化程度的不同,可将煤分为四大类:,泥煤,褐煤,烟煤,无烟煤,泥煤 最年青的煤,由植物刚刚变来的煤。 在结构上,它尚保留着植物遗体的痕迹,质地疏松,吸水性强,含天然水份高达40以上,需进行露天干燥。 在化学成分上,含氧量最多,高达2838 ,含碳较少。 在使用性能上,泥煤的挥发分高,可燃性好,反应性强,含硫量低,机械性能很差,灰分熔点很低。 用途:烧锅炉和做气化原料,制成焦炭供小锅炉使用。 地方性燃料。,褐煤 褐煤是泥煤经过进一步变化后 生成的,由于能将热碱水染成 褐色而得名; 与泥煤相比,密度较大,含碳
3、 量较高,氢和氧的含量较小, 挥发分较低; 褐煤的使用性能是粘结性弱, 极易氧化和自燃,吸水性较强。 新开采出来的褐煤机械强度较 大,但在空气中极易风化和破碎; 地方性燃料。,烟煤 表面呈灰黑色,有光泽,质松软 一种炭化程度较高的煤; 与褐煤相比,它的挥发分较 少,密度较大,吸水性较小, 含碳量增加,氢和氧的含量 减少; 烟煤的最大特点是具有粘结 性,这是其他固体燃料所没 有的,因此它是炼焦的主要 原料,是冶金工业和动力工 业不可缺少的燃料,也是近 代化学工业的重要原料。,无烟煤 呈灰黑色,有金属光泽,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。 矿物化程度最高的煤,也是年龄
4、最老的煤。 特点是密度大,含碳量高,挥发 分极少,组织致密而坚硬,吸水 性小,适于长途运输和长期储存。 主要缺点是受热时容易爆裂成碎 片,可燃性较差,不易着火。 由于其发热量大,灰分少,含硫量低,而且分布较 广,因此受到重视。可以用于气化,或在小高炉和 化铁炉中代替焦碳使用。,不 同 种 类 煤 的 特 点,常见固体燃料可燃质情况,煤的化学组成,可燃质 惰性质,碳(C) : 煤的主要可燃元素,燃烧时放出大量的热。 氢(H): 煤的主要可燃元素(可燃氢 、化合氢 )。 氧(O): 煤中一种有害物质。和碳、氢构成氧化物 。 氮(N): 一般不参加燃烧反应,是燃料中的惰性元素。 硫(S) :,有机硫
5、 (S机) 黄铁矿硫 (S矿) 硫酸盐硫 (S盐),可燃硫或挥发硫,灰分 (A) :煤中所含的矿物杂质(主要是碳酸盐、粘 土矿物质、以及微量稀土元素等) 。 水分(W) :,外部水分( 也叫做湿分或机械附着水) 内部水分,二、煤的使用性能,煤的工业分析值 煤的工业分析内容:测定水分、灰分、挥发分和固定碳的百分含量。 煤的工业分析方法(国家标准):将一定重量的煤加热到110,使其水分蒸发,以测出水分的含量,再在隔绝空气的条件下加热到850,并测出挥发分的含量,然后通以空气使固定碳全部燃烧,以测出灰分和固定碳的含量。 煤的工业分析值的应用:确定煤的用途和制定工艺制度时不可缺少的原始依据。,煤的发热
6、量(与炭化程度有关,含碳量87时发热量到最大值) 定义:1kg煤完全燃烧后所放出的燃烧热称为发热量,单位千卡/千克。 用途:评价燃料质量好坏的重要指标,计算燃烧温度和燃料消耗量时不可缺少的依据。 表示方法:,高发热量Q高:燃料完全燃烧后燃烧产物冷却到使其 中的水蒸气凝结成0的水时所放出的热量。,低发热量Q低:指的是燃料完全燃烧后燃烧产物中的 水蒸气冷却到20时放出的热量。,比热、导热系数 煤的比热随炭化程度的提高而变小。与水分和灰分含量成线性关系。 泥煤:0.33;褐煤:0.29;烟煤:0.24 煤的导热系数随炭化程度和温度的升高而增大。 煤:0.20.3千卡/米小时,反应性和可燃性 煤的反应
7、性:煤的反应能力,即燃料中的碳与二氧化碳及水蒸气进行还原反应的速度。反应性的好坏是用反应产物中CO的生成量和氧化层的最高温度来表示。CO的生成量越多,氧化层的温度越低,则反应性就越好。 煤的可燃性:燃料中的碳与氧发生氧化反应的速度,即燃烧速度。 煤的炭化程度越高,则反应性和可燃性就越差。,6.2 碳的燃烧化学反应,煤的燃烧过程大致可分为5步: 干燥。100左右,析出水分; 热解。约300以后,燃料热分解析出挥发分,为气态的碳氢化合物,同时生成焦和半焦; 着火。约500,挥发分首先着火,然后焦开始着火; 燃烧。挥发分燃烧,焦炭燃烧。挥发分燃烧速度快,从析出到基本燃尽所用时间约占煤全部燃烧时间的1
8、0%;挥发分的燃烧过程为气-气同相化学反应,焦炭的燃烧为气-固异相化学反应; 燃尽。焦炭继续燃烧,直到燃尽。这一过程燃烧速度慢,燃尽时间长。,煤的热分解 煤被加热到一定温度后,进入热分解阶段。 热分解阶段释放出焦油和气体,并形成剩余焦炭,这些焦油和气体称为挥发分。 挥发分由可燃气体混合物、二氧化碳和水组成。其中可燃气体包括一氧化碳、氢、气态烃类和少量酚醛。 煤加热时释放出的挥发分的重量和成分取决于加热升温速度、加热最终温度和在此温度下的持续时间。根据升温速度不同,将热解过程分为慢速热解和快速热解: 慢速热解:加热煤粒的升温速度小于2/s; 快速热解:加热煤粒的升温速度大于104/s; 居于慢速
9、热解和快速热解之间的热解过程为中速热解。,碳的晶格结构 金刚石晶格结构对燃烧技术没有意义 石墨晶格结构: 由六角形组成的基面叠结 而成。晶体内部每个碳原子三 个价电子在基面内形成稳定化 学键,第四个价电子则分布在 基面之间的空间内,键的结合 力较弱。,常温下,碳晶格表面和周界上能吸附气体分子,称为物理吸附。物理吸附不能发生化学变化。 温度较高时,气体分子具有较高的相对速度,能侵入石墨晶格表面层基面间的空间内,把基面的空间距离撑大,和碳原子形成新的键。碳和氧会形成固溶络合物,该络合物可能会由于其他具有一定能量的氧分子碰撞而结合成CO和CO2。 温度很高时,单纯物理吸附不存在,晶体周界对氧分子的化
10、学吸附能力增加,吸附后形成的碳氧络合物会受热分解成为CO和CO2气体,或被其他分子碰撞而离解,离开晶体而形成自由分子。,碳燃烧的化学反应机理 碳燃烧是一个气固间的异相化学反应过程,此时碳和氧 之间的反应是在碳的吸附表面上进行的。,碳燃烧释热的化学反应过程为:,KJ KJ, 表示整个化学反应的物质平衡和热平衡,是总体反应。,反应过程 反应机理,研究表明,碳与氧相遇后首先发生初次反应: 初次反应生成的CO和CO2通过周围的介质扩散出去, 能够重新被碳表面从气体介质中吸附,在一定条件下发 生二次反应。 初次反应和二次反应同时交叉平行进行着,构成碳燃 烧过程的基本化学反应。,或,KJ KJ,碳表面有水
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 燃烧 固体燃料
链接地址:https://www.31doc.com/p-2606764.html