煤炭燃料基础知识ppt课件.ppt

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1、,煤炭燃料基础知识中国大唐集团公司燃料管理部质量监督处2012年5月,内容：一、中国煤炭分类 二、各类煤的基本特性及主要用途 三、动力煤的质量要求 四、动力煤质量指标有关知识,一、中国煤炭分类,1煤种类别和分类指标（3大类、14类别）1.1 煤炭分类依据和指标合理利用煤炭资源和方便科学研究依据煤的自然性质和煤在热加工过程中 表现的特性，将各种性质不同的煤分为若 干类别使同一类煤有相近的特性不同类煤的性质有明显差异,中国煤炭分类指标：干燥无灰基挥发分Vdaf Vdaf是表征煤化程度的参数（煤的自然性质）粘结指数G、胶质层厚度Y、奥亚 膨胀度b（烟煤分类辅助指标）G、Y、b是表征煤炼焦工艺性能的参

2、数,1.2 中国煤炭分类(GB 5751-2009)三大类：,1.2.1 无烟煤的类别,1.2.2 烟煤的类别,烟煤的类别(续上表),烟煤的类别(续上表),烟煤的类别(续上表),1.2.3 褐煤的类别,二、各类煤的基本特性及主要用途,1 无烟煤(WY)特点：挥发分低，固定碳高；相对密度高（纯煤 1.351.90）；燃点高（一般 350420左右），燃烧时不冒烟；典型产地：北京（01，年老无烟煤）山西晋城（02，典型无烟煤）山西阳泉（03，年轻无烟煤）,主要用途：民用（如做蜂窝煤）合成氨造气原料 高炉喷吹还原剂和烧结铁矿石用燃料 制造各种碳素材料如碳电极、阳极糊 的原料 制造活性碳、炉料的原料

3、制造航空用型煤的原料,2 贫煤(PM)特点：烟煤中变质程度最高的煤种 不粘结或微弱粘结，在层状炼焦炉中不 结焦 发热量比无烟煤高 燃烧时火焰短，耐烧 燃点较高（350360左右）典型产地：山西潞安,主要用途：电厂燃料与高挥发分煤配烧，可发挥热 值高且耐烧的优点 民用及工业锅炉燃料 高炉喷吹燃料,3 贫瘦煤(PS)特点：炼焦煤中变质程度最高的煤种 挥发分较低，粘结性仅次于瘦煤 单独炼焦时粉焦多，配煤炼焦时作为瘦 化剂，起到提高焦炭块度的作用典型产地：山西西山矿务局主要用途：冶金工业配煤炼焦 发电、民用及其它工业炉窑的燃料,4 瘦煤（SM)特点：中等粘结性的低挥发分炼焦煤 单独炼焦时能得到块度大、

4、裂纹少、抗碎强度较好、但耐磨性较差的焦炭 配煤时起降低挥发分、增大焦炭块度作用典型产地：河北峰峰四矿主要用途：冶金工业配煤炼焦 高灰、高硫的瘦煤一般作为电厂和工 业锅炉的燃料,5 焦煤（JM)特点 结焦性较强的炼焦煤 挥发分(Vdar)一般在1628之间 单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、抗 碎强度和耐磨强度都很高的焦炭 单独炼焦时膨胀压力大，使推焦困难典型产地：汾西高阳，淮北石台，西山马兰主要用途：配煤炼焦,6 肥 煤（FM)特点 强粘结性煤 中等、中高等挥发分（Vdaf 25-35%)加热时产生大量胶质体 单独炼焦产生熔融性好、强度高、耐 磨性好的焦炭，但有较多的横裂纹 配煤炼焦中起骨架作用

5、典型产地 河北开滦、贵州盘江主要用途 冶金工业配煤炼焦（基础煤）,7 1/3焦煤（1/3M)特点 较强粘结性煤 中等、偏高挥发分 单独炼焦产生熔融性良好、强度较高、耐磨性较差的焦炭；配煤炼焦配入量范围宽，可获得高强度焦炭典型产地 安徽淮南、河南永荣主要用途 冶金工业配煤炼焦（基础煤）,8 气肥煤(QF)特点 强粘结性炼焦煤，结焦性高于气煤、低于 肥煤 高挥发分，高胶质体厚度（y值）单独炼焦产生大量煤气和液体化学产品 配煤炼焦中起骨架作用典型产地 江西乐平、浙江长广主要用途 配煤炼焦（增加化学产品收率）高温干馏，制造城市煤气,9 气煤（QM）特点 变质程度较低、挥发分较高的炼焦煤 加热时产生较高

6、的煤气和较多的焦油 不应单独炼焦（焦炭的质量较差）典型产地 辽宁抚顺、山西平朔主要用途 配煤炼焦（增加煤气和化学产品收率）电厂和工业锅炉的燃料 高温干馏，制造城市煤气,10 1/2中粘煤（1/2 ZN)特点 挥发分变化范围较宽、中等结焦性煤 储量、产量不多 单独炼焦时强度差、粉焦率高主要用途 气化用煤 动力用煤 配煤炼焦,11 弱粘煤(RN)特点 低、中变质程度、弱粘结性非炼焦煤 加热时产生少量胶质体多生成于中生代的早、中期侏罗纪典型产地 山西大同主要用途 电厂和工业锅炉的燃料 煤的气化原料,12 不粘煤特点 低、中变质程度的、非炼焦煤 加热时不产生胶质体 水分高，氧含量高 低灰、低硫 灰熔融

7、性低典型产地 内蒙东胜、神府矿区，甘肃靖远、新 疆哈密矿区,主要用途发电用煤 气化用煤 民用和其它动力燃料,13 长焰煤(CY)特点 变质程度最低、高挥发分的非炼焦烟煤 煤的燃点低 纯煤热值较低 无粘结性到弱粘结性都有 贮存时易风化碎裂典型产地 内蒙准格尔矿区，辽宁阜新、铁法等矿区主要用途 电厂及其它工业锅炉燃料 气化用煤,14 褐煤(HM)特点 煤化程度最低 水分大、氧含量高 挥发分高，不粘结，热值低 孔隙度大 化学反应性高，热稳定性差 贮存时易风化变质和碎裂 含不同数量的腐植酸 灰熔融性普遍较低,典型产地 内蒙平庄、霍林河矿区，云南小龙潭等主要用途发电燃料 气化燃料 加氢液化原料 提取褐煤

8、蜡或腐植酸的原料,三、动力煤的质量要求,1 动力用煤动力煤：凡是作为发电、机车、非电站锅炉、烧 制水泥等都属于动力用煤。主要煤种：褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、贫煤、粘结性较差的气煤，少部分无烟煤主要商品煤形式：洗混煤，洗中煤、煤泥、末煤、粉煤、筛选煤,2 发电用煤质量要求 2.1 煤种 煤粉锅炉，褐煤到无烟煤都能烧；干燥无灰基挥发分6.5的年老无烟煤与 高挥发分烟煤配烧。,2.2 煤的发热量保证单位时间内在锅炉中产生足够的热量发热量应与炉 型设计相适应性单机容量越大的机组对发热量的要求越高如：30万kW：低位发热量 Qnet,ar 23MJ/kg 一般中、小型电厂：Qnet,ar 18.82

9、3MJ/kg 沸腾燃烧的小型电厂：Qnet,ar 12.5MJ/kg 燃用褐煤的发电厂：Qnet,ar 12MJ/kg,GB/T 7562-2010发热量（Qnet，ar）技术要求,GB/T 7562-2010发热量（Qnet，ar）技术要求,2.3 煤的挥发分 挥发分是煤的气体可燃物 发热量相同的煤，挥发分较高时锅炉热效 率较高 挥发分应与锅炉设计相适应 一般：Vdaf 10 较好：Vdaf 20 更易燃烧：Vdaf 3040（37）褐煤电厂：Vdaf 40（37）,GB/T 7562-2010中挥发分（Vdaf%）技术要求,2.4 煤的灰分 灰分高影响热效率 一般以干基灰分Ad不大于24为

10、宜 为充分利用劣质煤，Ad可放宽到46,GB/T 7562-2010中灰分（Ad%）技术要求,2.5 全硫 腐蚀燃煤设备，污染环境 St 1为宜 缺煤、高硫煤区：St 3,GB/T 7562-2010中全硫（St,d%）技术要求,2.6 全水分 影响发热量；影响煤料装卸和制粉系统。不同变质程度的煤要求不同。,GB/T 7562-2010中全水（Mt%）技术要求,2.7 煤灰熔融性 评价煤灰是否结渣的重要依据 影响锅炉结渣、除渣；安全运行。炉膛温度到达或超过软化温度(ST)时，煤灰结 成渣块，影响通风和排渣，造成安全隐患。不同发热量有不同要求(固态排渣)发热量 12.5 MJ/kg 时：软化温度

11、ST 1350 发热量12.5 MJ/kg 时：软化温度ST不限,GB/T 7562-2010灰熔融性（ST）技术要求,2.8 可磨性 影响磨煤机功耗和磨粉能力。通常要求HGI 50,GB/T 7562-2010哈氏可磨性HGI技术要求,四、动力煤质量指标有关知识,1、煤炭的特点煤炭：古代植物残骸经地质作用变化而成 的可燃性生物岩。特点：由有机物和无机矿物质组成的复杂 且非常不均匀的混合物。,2、煤质分析的特点 1）样品的代表性 1g或小于1g样品的结果代表1千或几千吨煤的品质。2）误差构成 采样误差：80 制样误差：16 化验误差：4,3）试验方法两类：固有成分或特性分析 如：煤的全硫，碳，

12、氢，氮分析，及发热 量测定等；特点：测定结果不随试验条件而变；,非固有成分或特性分析（规范性试验）煤在人为规定的条件下，使煤产生某 种转化，然后测定转化生成物的量和 特性的分析。如：煤的灰分、挥发分、灰熔融性、可 磨性，以及焦化指标分析或测定等 特点：试验结果随试验方法和试验条件（温度、时间、压力等）而改变。,4）试样：分析试验煤样：达到空气干燥状态 空气干燥状态：室温下连续干燥1h质 量变化 不超 过0.1%煤样的存放：严密容器 防止水分变化，氧化及污染 煤样的称取：充分混匀，多点取样 防止比重不同部分的分层和离析,3、发电用煤质量指标简介3.1 水分化合水：以化合方式同煤中的矿物质结合，是

13、矿物晶格的一部分，如 CaSO42H2O 105-110 不能除去 不能准确测定游离水：以物理吸附或附着方式与煤结合 105-110 能除去 可测定,全水分 total moisture Mt：煤的外水和内水之和，代表刚开采、发运及接收时煤 的水分 空气干燥煤样水分 moisture Mad：(一般分析煤样水分，空干基水分，分析水)一般分析煤样与周围空气湿度达到平 衡时所含的水分,水分测定原理：已知质量的煤样 在105110烘箱中干燥至质量恒定 根据质量损失计算煤的水分,影响水分值的主要因素1）煤的变质程度（煤种）Mt Mad褐煤：15%-40%5%-30%烟煤：5%-20%0.5%-12%无

14、烟煤：0.7%-3%年老无烟煤：2%-9.5%,2）环境湿度：湿度大 水分高 湿度小 水分低3）制样过程：制样室环境 制样设备的密封性 是否经过预干燥 煤样储存方式,3.2 灰分 定义：煤样在规定条件下完全燃烧后所得的 残留物。来源：煤中矿物质 灰分矿物质受热分解、化合等复杂反 应的产物,矿物质在灰化过程中的主要四种反应：1）碳酸盐分解 2)黄铁矿氧化 3)失去结晶水 4)金属有机化合物中金属离子被氧化为金属 氧化物,灰分与矿物质的区别：组成和含量不同 近似关系：MM1.10A+0.5Sp MM 矿物质含量，A 灰分产率，Sp 硫化铁硫，,灰分测定原理：一定量分析煤样 在灰皿中慢灰法：在冷马弗

15、炉中，于不少于30min 内加热到500，停留30min，再继续加 热到81510，灼烧到 质量恒定；快灰法：1）马弗炉法，2）特制管式炉法计算残留物质量占分析煤样质量百分比。灰化温度：ISO 标准：815 10 C ASTM标准：700-750C,3.3 挥发分定义：煤样在规定条件下隔绝空气加热，进 行水分校正后的质量损失。用途：用于煤炭分类和锅炉设备选型工艺设 计等,测定原理：1g 分析煤样 在带盖的坩埚中900 10 C（注）加热 7 min 计算质量损失扣除水分，得挥发分产率注：ISO 标准：900 10 C ASTM标准：950 20 C,影响煤挥发分值的因素：1）煤的变质程度（煤种

16、）煤种 Vdaf 泥碳：70%褐煤：40%-60%烟煤：10%-50%无烟煤：10%,试验条件控制程度：加热温度 加热速度 加热时间 试样容器材质、形状、尺寸、支架,3.4 煤中硫存在形态：硫酸盐硫 硫化物硫 有机硫 单质硫（有时，微量）全硫 上述各种硫之和无机硫 硫酸盐硫与硫化物硫，及单质硫之和可燃硫 硫化物硫与有机硫之和洗选可脱除的硫 硫酸盐硫、硫化物硫、单质硫洗选不可脱除的硫 有机硫,煤中全硫测定原理：1）艾士法（重量法）煤样与艾士剂混合高温灼烧 全部硫形成可溶性硫酸盐 加氯化钡，使硫酸根离子生成硫酸钡沉淀 根据硫酸钡沉淀质量，计算全硫含量2）库仑滴定法 煤样在空气流中燃烧（有催化剂）全

17、部硫生成SO2(少量SO3）SO2被电解产生的碘滴定 根据电解消耗的电量计算全硫含量,3）高温燃烧中和法 煤样在氧气流中燃烧（有催化剂）全部硫生成硫氧化物 吸收在H2O2溶液中形成硫酸 用氢氧化钠溶液滴定 计算全硫含量（根据氢氧化钠消耗量）,影响硫含量值的因素：1）成煤环境：海相沉积 较高 海陆相交替沉积 较高 陆相沉积 较低 2）试验误差,3.5 煤的发热量 Q calorific value(heating value)1）弹筒发热量，Qb,ad 单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、硝酸和硫酸、液态水以及固态灰时放出的热量。直接由氧弹量热计测得。

18、,2）恒容高位发热量，Qgr，v 单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、液态水以及固态灰时放出的热量。由弹筒发热量减去硝酸生成热和硫酸 校正热。Qgr,ad=Qb,ad-(94.1 Sb,ad+Qb,ad),3）恒容低位发热量，Qnet,v 单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃 烧，其燃烧产物为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、气态水以及固态灰时放出的热量。由恒容高位发热量减去水（原有的水 和氢燃烧生成的水）的气化热。,4）恒压低位发热量，Qnet,v 单位质量的试样在恒压条件下，在过量氧气中燃烧，其燃烧产物为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、

19、气态水以及固态灰时放出的热量。从恒容低位发热量扣除体积膨胀功,发热量的表示单位：焦耳每克 J/g；兆焦每千克 MJ/kg卡每克 卡（cal）/g 单位换算：1 MJ/kg1000 J/g，国内常用：1卡20（cal）/g4.1816 J/g国外常用：1卡IT=4.1868 J 1Btu/Ib=2.326 J/g（英制热量单位）,氧弹量热法测定原理煤样在充有过量氧气的氧弹内燃烧放出的热量被一定量的水吸收根据水温升高度数计算试样的发热量,影响发热量值有关的因素：1）煤的变质程度（煤种）：Vdaf在28左右的肥煤和焦煤的“纯热值”最高Vdaf28，随Vdaf增高“纯热值”降低；Vdaf28：在无烟煤

20、之前，“纯热值”随Vdaf降低不明显；无烟煤阶段，“纯热值”随Vdaf降低较明显；高硫煤的Qgr,daf较正常值偏低“纯热值”指干燥无灰基高位发热量Qgr,daf,2）水分：水分越高，发热量越低 3）灰分：灰分越高，发热量越低 4）碳和氢含量：碳含量越高，发热量越高 氢含量越高，发热量越高（氢燃烧热是碳燃烧热的3.5倍）5）煤风化、氧化和自燃后发热量降低 6）测定误差,3.6 煤的（哈氏）可磨性 HGI Hardgrove Grindability Index定义：煤在规定条件下研磨成粉的难易程度(用哈氏可磨性仪测得的可磨性指数称为哈 氏可磨性）用途：用于磨煤机设计，选型及磨煤产率和能 耗估计

21、,测定原理：煤样制成规定粒度 在哈氏可磨仪上研磨一定转数 筛分研磨后的煤样 称量筛上物质量，计算筛下物质量 根据筛下物质量，从校准图中查得HGI 值（预先用可磨标样标定仪器）,与HGI值有关的因素：1）煤中矿物质的性质、数量 2）煤的结构及挥发分产率 3）煤的水分和灰分 4）同种煤，水分和灰分越高，HGI值越低 5）试验误差,3.7 煤的磨损指数 AI Abrasion Index定义：在规定条件下，磨碎1kg煤对金属磨 损的毫克数。（煤磨碎时对金属件的 磨损能力）。测定意义：1）磨煤机选材的参数 2）对磨煤机寿命进行评估,测定原理（GB/T 154581995）：一定粒度和质量的煤样装入磨罐

22、（带有 4个金属叶片）由传动轴带动旋转12000 r（145030）r/min）称量金属叶片的质量损失，计算磨损指 数AI：AI(mg/kg)=(m1-m2)/m103 m1-m2 试验后叶片的质量损失 m 试验煤样的质量,影响煤的磨损指数值的因素：1）矿物质的组成、存在形态、颗粒大小（主 要是硬度）石英、黄铁矿、菱铁矿 硬度高，含量增加，磨损性增强；方解石、高岭土 硬度较低，磨损性低 与矿物质总量无关；与硬度高的矿物质总量有关2）试验条件,3.8 煤灰熔融性 ash fusibility定义：煤灰在规定条件下随加热温度而发生 的物理状态变化的特性测定意义：1）用于指导锅炉设计，燃煤工艺和运行

23、控制2）选择或设计燃烧或气化设备的依据之一 熔点高：固态排渣 熔点低：液态排渣3）估计锅炉内结渣和积灰情况（保证锅炉安 全燃烧）,测定方法：将煤灰制成一定尺寸的三角锥；放在一定气氛的管式炉内，按一定的升 温速度加热；观察灰锥在受热过程中的形态变化，记 录变形温度、软化温度、半球温度和流 动温度。,变形温度 DT(Deformation Temperature):灰锥尖端开始变圆或弯曲时的温度。软化温度 ST(SoftningTemperature):锥体弯曲至锥尖触及托板、灰锥变成球形（高等于底长）时的温度半球温度 HT(Hemisphere Temperature):灰锥变形成至近似半球（高

24、等于底长的一 半）时的温度流动温度 FT(Fluidity Temperature):灰锥熔化成液体或展开成高度小于1.5 mm的 薄层时的温度,与煤灰熔融性特征温度值有关的因素：1）煤灰成分组成氧化铝(Al2O3）:含量高，熔点高氧化硅(SiO2）:碱性氧化物高时降低熔点 有时起提高熔点作用氧化铁(Fe2O3):弱还原性气氛中以FeO存在，含量 增高，熔点降低；氧化性气氛中以 Fe2O3 存在，含量 增高，熔点升高；,氧化钙(CaO）:30时,含量增高,熔点升高；氧化镁(MgO),氧化纳(Na2O),氧化钙钾(K2O):含量增高,熔点降低,2）试验气氛弱还原性气氛：H2:CO2=(50 10

25、)%:(50 10)%,或 CO:CO2=(60 5)%:(40 5)%氧化性气氛：空气自由流通一般，弱还原性气氛下熔点比氧化性气氛下熔点低；铁含量越高，两者相差越大。,3.9 煤灰成分分析（ash composition)常规分析：SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 TiO2 P2O5 K2O Na2O 有时增加：MnO2，BaO，SrO,测定意义：1）推测煤中矿物质组成，煤层对比参考依据2）煤灰综合利用的基础资料3）推测煤灰熔融温度4）判断煤燃烧时对燃烧室的腐蚀情况测定方法：化学法；原子吸收法AAS；等离子发射光谱法 ICP；X-荧光法,3.10 煤和煤灰中微量元素分

26、析氯 Cl：对炭化室和管道有腐蚀作用氟 F：环保意义，高氟食物、高氟水使人中 毒砷 As：环保意义汞 Hg:环保意义硒 Se:环保意义铜 Cu:镍 Ni 锌 Zn铬 Cr 镉 Cd 铅 Pb锗 Ge 镓 Ga 钒 V 等,3.11 煤质指标中的基准煤质分析中的“基”表示化验结果是以什么状态下的煤样为 基础得出的.,常用的四种“基”1）空气干燥基（ad）以与空气湿度达平衡状态 的煤为基础2）干燥基（d）以假想的无水状态煤为基础3）干燥无灰基（daf）以假想的无水，无灰状态的煤为基础4）收到基（ar）以收到状态（或原始状态）的煤为基础,不同基结果之间的换算（低位发热量除外）干燥基结果：干燥无灰基结

27、果：收到基结果：Xad 代表空气干燥基的测定结果,恒容低位发热量基的换算恒压低位发热量基的换算空干基低位发热量：M=Mad干基低位发热量：M=Md收到基低位发热量：M=Mad,举例:某矿某批煤样的化验结果如下Qgr,ad=23.85MJ/kg,Mt=10.8%,Mad=4.56%,Had=4.26%,Cad=65.66%Aad=18.98%,St,ad=1.05%求该煤样的:高位发热量（干基Qgr,v,d 干燥无灰基Qgr,v,daf）低位发热量（恒容，收到基Qnet,v,ar 空干基 Qnet,v,ad）恒压低位发热量Qnet,p,ar,(O+N)ad=100-Mad-Aad-Cad-Had-Sad=100-4.56-18.98-65.66-4.26-1.05=5.49(%),