燃料概论.ppt
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1、第二章 燃料概论,燃料分类,按状态分 固体燃料、液体燃料、气体燃料 按获得方法分 天然燃料、人工燃料 按能量释放方式分 化学燃料、核燃料,燃料组成,通过工业分析、元素分析和成分分析,获取燃料化学组成,工业分析,元素分析,成分分析,确定水分、灰分、挥发分、固定碳的含量,确定C、H、O、N、S、灰分、水分的含量,确定各种物质成分的含量,一、固体燃料,主要内容,1、煤的用途 2、煤的分类 3、煤的化学组成 4、煤的成分表达及换算 5、煤的使用性能,重点掌握,固体燃料种类,天然固体燃料 木质燃料 矿物质燃料主要是煤 人工固体燃料 木炭、焦炭等,1、煤的用途,动力煤 发电用煤;蒸汽机车用煤;建材用煤;一
2、般工业锅炉用煤;生活用煤;冶金用动力煤 炼焦煤 炼焦炭用,包括气煤、肥美、焦煤、瘦煤等 化工原料,2、煤的种类,根据母体物质碳化程度不同,分为四大类 泥煤 褐煤 烟煤 无烟煤,泥煤,在地质学上 最年轻的煤,刚刚由植物转变而来 在物理化学性质上 尚保留植物遗体痕迹,质地疏松 含氧量最高达28-38%,含碳较少,密度小,呈酸性,水分含量高,在使用性能上 挥发分高,可燃性好,反应性强,极易氧化和自燃;含硫量低,机械性能差,灰分熔点低 工业应用 工业价值不大,不适合长途运输 小型锅炉燃料或气化原料,生产绿色有机复合肥中应用较广泛,褐煤,地质学 经泥煤进一步变化后生成,已完成了植物遗体的炭化过程。因能将
3、热碱水染成褐色得名 物理化学性 与泥煤相比,密度较大,含碳量较高,氢和氧的含量较小,挥发分产率较低 使用性能 粘结性弱,很易于氧化和自燃,吸水性较强,新开采褐煤机械强度较大,但易在空气中风化和破碎 工业用途 可作为地方性燃料,不适合远地运输和长期储存,烟煤,物理化学性质 炭化程度较高。与褐煤相比,含碳量增加,氢和氧的含量减少,挥发分较少,密度较大,吸水性较小 工业用途 冶金工业和动力工业不可缺少的燃料 近代化学工业的重要原料 炼焦的主要原料,其最大的特点是具有粘结性,这是其他固体燃料所没有的,烟煤,低变质程度 长焰煤、气煤 中等变质程度 肥煤、焦煤 高变质程度 瘦煤、贫煤,分类依据主要是粘结性
4、大小和挥发分产率大小,无烟煤,地质学 矿物化程度最高的煤,也是年龄最老的煤 物理化学性 密度大,含碳量高,挥发分极少,组织致密而坚硬,吸水性小,灰分少,含硫量低 使用性能 受热易爆裂成碎片,可燃性较差,不易着火,但发热量大 工业用途 燃料,适合长途运输和长期储存;化肥、陶瓷、制造锻造等行业,北京京煤集团,晋城煤业集团,焦作煤业集团,河南永城矿区,神华宁煤集团,阳泉煤业集团,煤的细分种类,有的煤叫贫煤、肥煤、不粘煤是怎么回事,是如何分的? 工业上将煤分为四大类,每一大类中又分为很多小类,为什么要进行细分?,3、煤的化学组成,煤由结构极其复杂的有机化合物和一些无机矿物质组成。 化学组成测定方法 元
5、素分析法 工业分析法,煤的化学组成,元素分析 C:主要可燃元素,炭化程度越高,含碳量越大 泥煤:70% 烟煤:7890% 褐煤:7078% 无烟煤:90%以上,碳C,氢H,氧O,氮N,硫S,灰分A,水分W,可燃质,惰性质,氢(H),煤的主要可燃元素,含量较低,一般在5%以下。以两种形式存在: 有效氢 氢元素与C、S结合 热值很高,约为C的3.7倍 化合氢 氢元素与O结合形成不可燃化合物H2O,氧(O)和氮(N),氧(O)是煤中的有害元素,与C、H结合构成氧化物,使它们失去燃烧性而降低煤的热值。炭化程度高,氧含量降低 氮(N)一般不反应。但高温下会氧化形成有害气体NOx,产生污染 一般含量为0.
6、52% 干馏工业中,可作为氮素资源回收,硫(S),硫(S)有三种存在形式 有机硫,来自母体植物,均匀分布 黄铁矿硫,与铁结合在一起形成FeS2 硫酸盐硫,以硫酸盐的形式存在,主要是CaSO42H2O和FeSO4 前两种硫都能参加燃烧,总称为可燃硫或挥发硫;第三种硫不能进行燃烧,硫(S)是一种极为有害的物质 硫在燃烧后生成SO2和SO3能危害人体健康和造成大气污染及形成酸雨 在加热炉中能造成金属的氧化和脱碳 在锅炉中能引起锅炉换热面的腐蚀 焦炭中的硫还影响生铁和钢的质量 很多情况下都要进行脱硫洗选 除掉黄铁矿硫和硫酸盐硫,灰分(A),灰分(A)为煤中矿物杂质,在燃烧过程中经高温分解和氧化作用后生
7、成固体残留物 是一种有害成分 影响高炉冶炼的经济技术指标 降低煤发热量 低熔点灰分易结渣,有碍于空气流通和气流的均匀,使燃烧过程受到破坏 造成不完全燃烧,不利于设备维护和操作,水分(W),外部水分 不被燃料吸收而是机械地附在燃料表面上的水 在大气中自然风干后即可去除 内部水分 被煤粒内部毛细孔吸附的水分,在内部均匀分布 自然风干不能去除,在105110加热后去除 通常指水分就是上两种,称为全水分 化合水 矿物杂质的矿物结晶水,在200500加热后去除 热解水 有机质中的氢和氧在干馏或燃烧后形成的水,注意跟书本P7区别,4、煤的成分表达及换算,4.1 元素分析 以各元素组分的质量百分比表示,C+
8、H+O+N+S+A+W=100,成分分析基准用来表达成分含量所处状态和条件,可确切地反映煤的特性,使各种分析结果具有可比性,常用的分析基准,4种元素分析的成分基准(成分表达),收到基,空气干燥基,干燥基,干燥无灰基,燃烧计算时使用,用于确定内在水分,用于确定灰分,用于煤的分类和表示挥发分含量,应用基,分析基,干燥基,可燃基,下标ar,下标ad,下标d,下标daf,收到基 以包括全部七种组分在内的燃料成分总量作为计算基准,又称应用基。各组分在收到基燃料中的质量百分数称为收到基成分。 Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100 空气干燥基 以除去外部水分后的燃料成分总量作为计算
9、基准。各组分在空气干燥基燃料中的质量百分数称为空气干燥基成分 Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100,干燥基: 以除去全水分后的燃料成分总量作为计算基准。各组分在干燥基燃料中的质量百分数即为干燥基成分 Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100 以Ad表示灰分含量更为准确 干燥无灰基: 以除去水分和灰分后的燃料成分总量作为计算基准,又称可燃基 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100,成分换算,相对于收到基成分,干燥成分被放大了100/(100-War)倍,因此 干燥成分/收到基成分 100/(100-War) 相对于收到基成分,可燃成分被放大了100/
10、(100-War-Aar)倍,因此 可燃成分/收到基成分 100/(100-War-Aar) 相对于干燥成分,可燃成分被放大了100/(100-Ad)倍,因此 可燃成分/干燥成分 100/(100-Ad),例、试将下列煤的成分换算成收到基成分,根据 首先应求出灰分的收到基含量Aar Aar=Ad*(100-War)/100=12.5*(100-20)/100=10 Car=Cdaf*(100-War-Aar)/100=50.4 Har=3.5 Oar=14.0 Nar=1.4 Sar=0.7,可燃成分/收到基成分=100/(100-Aar-War),4.2 煤的工业分析 煤的元素分析工作量大,
11、复杂,工程应用多用工业分析成分。内容是测定水分、灰分、挥发分和固定碳的百分含量 方法:干馏,即把煤在隔离空气的情况下加热 把煤加热到110oC,使水分蒸发,测出水分含量 在隔绝空气下加热到850oC,测出挥发分含量 然后通入空气使焦块全部燃烧,测出灰分和固定碳含量,煤干馏过程,首先全水分蒸发W 接着逸出的全部气体称为挥发分V 矿物结晶水、挥发性成分、热分解产物 比如有CO2、CO、H2、CH4、CmHn、N2、热解水蒸汽、矿物结晶水蒸汽 然后形成的固体残留物为焦块 固定碳 FC100(WVA) 灰分 最后通入空气燃烧剩下的是灰分A,两个小问题,1、如何保证干馏过程煤与空气隔绝 2、工业分析得到
12、的碳含量与元素分析的碳含量是否相同?为什么?,工业分析作用,确定煤的具体属类 有利于确定煤的用途和制定工艺制度 挥发分高的煤,干馏时可以得到较多的煤气和焦油,燃烧时火焰较长 固定碳多的煤,干馏时焦炭的收得率高,挥发分含量确定煤种,例,计算固定碳含量FC,并换算为FCd。初步判断煤样大类,5、煤的使用性能,5.1煤的发热量(热值) 定义 单位质量的燃料完全燃烧释放出的热量,Q 两种发热量 高位发热量:单位质量的煤完全燃烧后,燃烧烟气的温度降低至室温时放出的全部热量 低位发热量:单位质量的煤完全燃烧时,所放出全部热量中去除烟气中水蒸气汽化热后的热量,煤的发热量是煤质的重要指标,是计算热平衡、耗煤量
13、、热效率等的依据,煤的发热量测定,3种方法 氧弹量热计直接测定 应用工业分析值计算 应用元素分析值计算,5.2 煤的比热、导热系数,室温下煤的比热约为0.841.67kJ/(kg) 比热随煤的变质程度、水分、矿物质含量和环境温度变化而变化 炭化程度高,比热减小 泥煤1.38,褐煤1.21,烟煤1.001.09 通常,矿物质含量增高,比热降低 温度变化,比热先增后降,导热系数,一般在0.2320.348W/(m) 随炭化程度升高和温度升高而增大 同一煤种,水分含量增大,导热系数增大,5.3 粘结性和焦结性,粘结性:粉碎后的煤在隔绝空气的情况下加热到一定温度时,煤的颗粒相互粘结形成焦块的性质 焦结
14、性:指在工业炼焦条件下,一种煤或几种煤混合后的粘结性,也就是煤能炼出冶金焦炭的性质 了解粘结性和焦结性有助于知道某种煤是否适于炼焦及其燃烧特性 强粘结性的煤在气化和燃烧时,容易结成大块,严重影响气流的均匀分布,粘结序数,实验室中用坩埚法测定粘结性,干馏后按外形分八个等级,称为粘结序数 1粉状焦炭残留物均为粉末 2黏着残留物粘着,手轻压成粉末 3弱黏着残留物粘结,手轻压碎成小块 4不熔融黏结手指用力压裂成小块 5不膨胀融化黏结成浅平饼状,表面有银白色金属光泽 6微膨胀熔融黏结表面银白色金属光泽,表面有小气泡 7膨胀熔融黏结表面银白色金属光泽,高度不超过15mm 8强膨胀熔融黏结焦渣高度大于15m
15、m,5.4 煤的耐热性,煤在高温条件下对热的稳定程度,反映煤在受热时是否易于破碎,或者块煤在高温下保持原有粒度的能力 耐热性的好坏影响煤的燃烧和气化效果 耐热性好,气化或燃烧时能保持完整的块度,逐步完成气化或燃烧 耐热性差,则易破碎成小块或粉末,造成气流通道阻力增大甚至局部堵塞,易发生烧穿现象,耐热性受水分和煤结构因素的影响 结构不均一,受热时易造成较大的内外温差,导致破碎 裂隙中的水分高温下急剧蒸发,导致爆裂,耐热性的影响因素,无烟煤和褐煤的热稳定性较差,5.5 煤的结渣性,煤燃烧产生高温,使灰分熔融成渣。结渣性即煤中矿物质的结块性能 对燃烧和气化均不利 影响因素主要有煤的灰分产率、煤灰的熔
16、融性以及环境气氛 熔融温度低,结渣率高 灰分高,结渣率高 还原性气氛中结渣率高于氧化性气氛,二、液体燃料,本小节主要内容,石油的组成是什么样的? 石油如何进行加工进而利用? 石油的加工产品都有哪些? 石油产品的使用性能如何?,液体燃料分类,液体燃料,天然液体燃料,石油,人工液体燃料,煤 燃料油,重油、渣油 汽油、柴油、煤油,液体燃料的特点,热值高 1kg石油燃烧放热41.8MJ,1kg煤燃烧热量20.929.26MJ 灰分含量低,易燃烧 便于运输和贮存 污染物排放低 烟尘排放量很低 轻油氧化硫排放量低,石油,石油,淡黄色到黑色,大多是黑色,流动或半流动的粘稠液体,相对密度一般小于1,石油的重要
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